「石炭」は「知恵」を語る：炭鉱労働者が知性と出会ったとき、どんな火花が散るのだろうか？

2024年中国貴州国際エネルギー産業博覧会・貿易博覧会が6月20日、貴陽国際会議展示センターで開幕した。そこで開かれた「炭鉱インテリジェント技術・設備展」は特に注目を集めた。炭鉱労働者は、常に大胆で荒々しい印象を与え、知性とは無関係であるように思われます。しかし、インテリジェントなブラックテクノロジーと「石炭採掘」が出会うと、どのような火花が散るのでしょうか。 「石炭」からの賢い言葉を聞いてみましょう！

01 インテリジェント石炭採掘の「ブラックテクノロジー」

▶無人インテリジェント石炭採掘機

陸耀が述べたように、炭鉱労働者の仕事は汚くて、きつくて、緊張感があって、危険だという本来の印象にほとんどの人が浸っているが、現在、地下数百メートルでは、炭鉱機械のカッターが回転し、整然と石炭の壁を切断しているが、炭鉱の切羽には人の姿は見えない。

中国エネルギーグループの神東石炭の神東大六塔炭鉱の採炭面は、全自動油圧式サポートによって支えられている（出典：新華社通信）

これはすべて、無人インテリジェント総合採掘技術のおかげです。これまでの「闇」の炭鉱技術者たちは、今ではスーツとネクタイ姿で清潔で整頓されたインテリジェントなディスパッチング・コントロールセンターに座り、「ワンボタンスタート」を軽くクリックするだけで、数千メートル離れた地下の炭鉱機械が高速回転する。石炭採掘機械は切削を記憶し、油圧サポートは機械に自動的に追従し、スクレーパーコンベアは自動的に移動します。 「3つの機械と設備」は暗黙のうちに協力し、大きな「黒い金」の塊が石炭壁から落ち、スクレーパーコンベアと石炭コンベアベルトを通って継続的に地面に降りてきます。

▶目に見えない電子フェンス

『西遊記』を読んだ人なら誰でも、食べ物を乞いに出かける前に、孫悟空が必ず唐僧の安全を祈願して円を描いていたことを知っているでしょう。そして、数百メートルの深さの炭鉱の最前線にも、炭鉱労働者たちのための円が描かれます。このサークルは炭鉱の地下電子柵であり、人員接近保護システムとも呼ばれ、掘削作業面、石炭貯蔵庫、囲壁、ベルトコンベアなど、地下の重要な危険区域での安全警報に広く使用されています。

地下の警告危険区域に人が近づくと、システムが自動的に音声と視覚による警報を発し、機器を停止させ、地下作業者の安全を最大限に確保します。

▶無人石炭トラック

近年、無人運転車の路上試験が本格化しているが、無人運転の鉱山トラックや電動ショベルの遠隔操作技術は、深さ数百メートルの露天掘り鉱山では以前から当たり前のものとなっている。3,000メートル離れた遠隔操作室で、運転手は5Gネットワ​​ークを介して送信される操作信号を通じて、機器のあらゆる動きを正確に制御する。曲がりくねった山道では、真っ黒に輝く石炭を積んだ無人トラックが整然と自動運転で運ばれていく。無人運転は、非標準操作による車両メンテナンスコスト、高燃料消費、タイヤ損傷などを削減するだけでなく、死傷者を伴う事故を回避し、生産操作の本質的な安全性を真に実現します。

2019年中国国際鉱業会議で展示された無人鉱山トラックのモデル（出典：ビデオスクリーンショット）

▶72種類のインテリジェント採掘ランプ

鉱山用ランプは、炭鉱労働者が地下で作業する際に照明として使用する必須の武器です。近年、炭鉱のインテリジェント化と建設が進むにつれ、鉱山ランプはもはや単なる「照明」としての役割は果たさなくなりました。代わりに、スマートウェアラブルを中核とするモノのインターネットプラットフォームに統合され、測位、ビデオ、無線通信、環境監視などの機能を統合した「N-in-1」スマート鉱山ランプに変身しました。

モバイル通信技術により、地上要員は鉱山ランプを通じて地下の映像、環境パラメータ、位置情報、および地下の鉱夫のリアルタイムの作業状況を直接確認することができ、鉱山に降りるときにランプを手に持って心配する必要がないという目標を真に達成できます。鉱山を離れた後、採掘ランプの充電は、虹彩認識技術を通じてスマート採掘ランプ充電キャビネットに直接引き継ぐことができます。

02炭鉱情報技術のボトルネック

炭鉱のインテリジェント化には、地質探査、無線検出と認識、無線通信、電気自動化など、複数の分野の共同の取り組みと長期的な協力が必要です。この段階では、まだ突破する必要がある技術的なボトルネックや障害がいくつかあります。

▶地下通信の問題

地上での情報伝送とは異なり、鉱山の地下での通信は、高温、高圧、高湿度などの過酷な環境に加え、厳しい防爆安全要件に直面します。さらに、伝送距離が長い、浸透能力が強い、信号遅延が短いなど、厳しい技術要件があります。

全体的に見ると、炭鉱における5G技術の応用はまだネットワーク改善のレベルにあります。アプリケーションシナリオの重要な技術とビジネスモデルはまだ突破されておらず、アプリケーションソフトウェアの互換性、セキュリティ、信頼性を保証することは難しく、技術とアプリケーションの爆発ポイントを形成することは困難です。

鉱山労働者は、携帯電話を通じて鉱山内のさまざまな指標をリアルタイムで確認できることを示している（出典：新華社通信）

▶透明地質モデルの問題

現在の探知技術では、炭鉱の地下地質体の三次元形状や外観をまだ完全に真に把握することができず、つまり、地下地質体の三次元モデルと形状を完全に確立することはできません。近年、中国は透明地質モデリングにおいて一連の理論的成果と実用技術を達成しているが、地質モデルとリアルタイムの動的探査データの統合には依然として多くの障害が残っている。探査技術と採掘設備の知能、精度、有効性の間には依然としてギャップが存在します。これらにより、石炭鉱山のインテリジェント採掘はある程度制限されています。

▶システムの互換性と調整の問題

炭鉱生産システムは、採掘、掘削、機械、輸送、通信などさまざまな業務システムが関与する典型的な複雑巨大システムです。サブシステムは、多種多様で、数が多く、複数のレベルがあることが特徴です。そのため、インテリジェント炭鉱では、基本アプリケーションプラットフォーム、トンネル掘削システム、採掘システムなど、100近くのサブシステムを構築し、異なるシステム間のデータ、ネットワーク、サービス、制御の互換性を考慮して、開発、採掘、輸送、選別、安全保証、生産管理の全プロセスでインテリジェントに動作するスマート炭鉱を形成する必要があります。しかし、現在のところ、炭鉱インテリジェントシステムには、データ標準の統一ができない、ネットワーク通信プロトコルの互換性が低い、業務システムの互換性と連携制御が不十分であるなどの技術的なボトルネックが依然として存在します。

03インテリジェント炭鉱の将来技術展望

将来、石炭採掘技術革命とデジタル革命の新たな波により、人工知能、ブロックチェーン、クラウドコンピューティング、ビッグデータ技術は日々変化していくでしょう。異なる生産モードと異なる地質条件から石炭鉱山の生産と運営データを収集し、データ情報とアプリケーションシナリオを深く統合し、データ収集、情報抽出、価値転送を統合した完全なチェーンを形成することで、インテリジェント石炭採掘の問題を解決する唯一の方法になります。これを達成するには、次のことが必要です。

塔山炭鉱の指令センターでは、坑内作業に関するさまざまなデータが監視画面に表示されます。 （出典：新華社通信）

1. オープンなビッグデータプラットフォームを構築し、炭鉱のさまざまなプロセスのデータを体系的に統合し、統一された専門的なオープンデータサービスを提供します。

2. 炭鉱データガバナンスおよび管理システムを構築し、炭鉱マスターデータ、メタデータ、ビジネスデータのライフサイクル全体を管理し、炭鉱データの管理と応用を実現します。

3. 総合的な石炭採掘産業クラウドプラットフォームを構築し、多次元データモデルの構築を通じて、インテリジェント化、自動化、無人化の採掘を真に実現します。

参考文献:

[1] 王国発炭鉱情報技術の最新進歩と課題についての議論[J]石炭科学技術、2022年、50(1):27。

[2] 楊沐燕「電子フェンス」で炭鉱の安全を守る方法[N]中国エネルギーニュース、2024-04-22（015）。

[3] 張暁平荘石炭産業のインテリジェント統合管理制御プラットフォームの構築[J]。産業および鉱業オートメーション、2023年、49（S1）：7-11。

著者: 劉 漢斌、山西省石炭地質局上級エンジニア

査読者: 安徽科技大学鉱山工学部教授 劉 琴傑

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社