葛世榮：煤炭綠色開采的新路徑是機(jī)器人化，礦工再次面臨失業(yè)！

近年來，采礦業(yè)隨著礦產(chǎn)資源的匱乏，迎來了許多新的挑戰(zhàn)，以采礦機(jī)器人為代表的采礦業(yè)科技產(chǎn)品也得以加速發(fā)展。

2016年11月，國(guó)土資源部發(fā)布了《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016-2020年)》，明確提出未來5年要大力推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，加快建設(shè)數(shù)字化、智能化、信息化、自動(dòng)化礦山，采礦業(yè)的智慧化建設(shè)開始進(jìn)入新階段。而在機(jī)器人與人工智能加速爆發(fā)的積極形勢(shì)下，服務(wù)于采礦業(yè)的采礦機(jī)器人也迎來發(fā)展良機(jī)。

前不久，在中國(guó)工程院與神華集團(tuán)聯(lián)合舉辦的2017年國(guó)際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇上，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)葛世榮介紹了煤礦機(jī)器人化開采關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)情況。

"煤炭綠色開采的新路徑是機(jī)器人化。"

我國(guó)現(xiàn)在正在開采的各種煤礦平均深度都遠(yuǎn)超過其他國(guó)家，這對(duì)于我們來說，大大增加了煤炭開采的危險(xiǎn)程度。葛世榮提到，我國(guó)煤礦平均井深超過500米，而澳大利亞煤礦平均井深只有250米，美國(guó)煤礦平均井深只有150米。我國(guó)煤炭綠色開采的最大難題是"三高"，即高傷亡、高損害、高排放。

縱觀人類對(duì)煤礦的開采史，從最開始的純?nèi)斯ら_采，逐漸發(fā)展為機(jī)械化開采現(xiàn)在大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化開采，但我們的目標(biāo)應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)無人化開采。從自動(dòng)化開始，我們便一直在模仿，掘進(jìn)機(jī)仿了穿山甲的功能，采煤機(jī)仿了地鼠的挖掘功能，而帶式輸送機(jī)仿了蟻群搬家的功能，每個(gè)托輥相當(dāng)于一只螞蟻。

"從動(dòng)物開始，經(jīng)過發(fā)展再回歸到高級(jí)動(dòng)物的采礦機(jī)器人，這是我們要研發(fā)的。"葛世榮說。現(xiàn)在，我國(guó)提倡智能礦山建設(shè)，而機(jī)器人化開采是智能礦山的核心架構(gòu)。

葛世榮團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一思想，經(jīng)過多年的攻關(guān)，要求采礦機(jī)器人達(dá)到兩點(diǎn)要求，一是煤自動(dòng)采出來，二是煤要自動(dòng)運(yùn)出去。雖然在實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)上困難重重，但是我們處于一個(gè)信息化高速發(fā)展和人工智能興起的時(shí)期，在團(tuán)隊(duì)集體努力下，這些問題都成為了過往。

葛世榮團(tuán)隊(duì)在山西某一煤礦進(jìn)行機(jī)器人化開采實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，這個(gè)礦年產(chǎn)量1000萬噸，采煤工作面只需6人遠(yuǎn)程監(jiān)控和巡檢，初步實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人化開采。對(duì)于自動(dòng)運(yùn)煤這一問題上，刮板輸送機(jī)的磨損導(dǎo)致煤礦運(yùn)輸效率下降，影響到整個(gè)采煤的效率。了保證使用壽命，過去只能進(jìn)口國(guó)外的耐磨材料。經(jīng)過努力，葛世榮團(tuán)隊(duì)研制出一種自增強(qiáng)耐磨金屬材料。這種材料在與煤摩擦過程中，越摩擦，表層越硬，磨得次數(shù)越多硬度增加值越高。利用這項(xiàng)技術(shù)，軋制出一種越磨越硬的鋼板，用這種鋼板制作刮板輸送機(jī)溜槽，其壽命超過了國(guó)外產(chǎn)品，無維修運(yùn)煤量可達(dá)1500萬噸，創(chuàng)國(guó)內(nèi)外最高水平。

煤礦開采只是機(jī)器人采礦的一小方面，我們應(yīng)該把眼光放的更加長(zhǎng)遠(yuǎn)。未來，隨著深海、太空?qǐng)鼍暗牡V產(chǎn)資源開采需求不斷提升、商用開發(fā)愈加臨近，采礦機(jī)器人的發(fā)展也將更為多元化、高端化、智能化。

深海采礦機(jī)器人。深海中不僅生活著許多我們難以想象的神奇生物，還蘊(yùn)藏著豐富的戰(zhàn)略資源，以及天然氣水合物和生物基因資源。由于海底礦產(chǎn)資源總量豐富，豐度也比陸地礦產(chǎn)高，許多國(guó)家及其公司已積極投入深?？碧胶烷_采技術(shù)的研發(fā)試驗(yàn)。 

俗話說不入虎穴焉得虎子，深海中雖然礦產(chǎn)豐富，但是其開采難度顯而易見。在巨大經(jīng)濟(jì)效益的面前，很多公司都無視了這些困難。目前，為了加快深海采礦業(yè)的發(fā)展，不少公司已經(jīng)開始開發(fā)深海采礦機(jī)器人，并準(zhǔn)備在近年應(yīng)用到實(shí)際作業(yè)當(dāng)中。

美國(guó)新聞網(wǎng)站Business Insider曾報(bào)道稱，世界上首個(gè)深海挖礦機(jī)器人已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，將被派往臨近南太平洋島國(guó)巴布亞新幾內(nèi)亞的俾斯麥海，開采一處位于海平面1.6公里以下的礦區(qū)。 

由Soil公司承建的這臺(tái)深海挖礦機(jī)器人體型龐大，其外形類似一輛坦克，兩者都擁有著堅(jiān)實(shí)的履帶。據(jù)了解，深海挖礦機(jī)器人裝配有攝像頭以及3D聲納傳感器，只需由兩位駕駛員遠(yuǎn)程操控。鸚鵡螺礦業(yè)公司為此修建了一艘價(jià)值1.27億美元（約合8.2億元人民幣）的補(bǔ)給船，用于裝載機(jī)器人以及由它挖掘到的礦石，這艘227米長(zhǎng)的船只目前正由中國(guó)船廠負(fù)責(zé)修建。在挖礦機(jī)器人下潛海底作業(yè)時(shí)，機(jī)器人與補(bǔ)給船將由電纜相連。

鸚鵡螺礦業(yè)公司預(yù)計(jì)，在俾斯麥海開采礦石的項(xiàng)目啟動(dòng)后，如果一切順利，挖礦機(jī)器人將花費(fèi)30個(gè)月的時(shí)間，用于該海域Solwara 1礦區(qū)的探測(cè)，并開采出250萬噸的礦石。以現(xiàn)在的價(jià)格計(jì)算，其價(jià)值將達(dá)到15億美元（約合97億元人民幣）。此后，挖礦機(jī)器人還會(huì)被派往俾斯麥海的其他18個(gè)礦區(qū)工作。

相較于深海采礦，太空采礦聽起來就像是科幻小說里面的橋段，但卻是真實(shí)的，未來十年將可隨時(shí)開展大規(guī)模開采。

小行星本質(zhì)上是太陽軌道上的大量巖石，許多人被認(rèn)為是由鉑、黃金、鐵等組成。 根據(jù)麻省理工的研究，單個(gè)500米寬的小行星幾乎是地球每年鉑礦開采量的近175倍。

2012年加州理工學(xué)院的研究發(fā)現(xiàn)，捕獲小行星并將其帶入地球附近的軌道，可能花費(fèi)26億美元，使人類探險(xiǎn)和機(jī)器人采礦更容易。

高盛報(bào)告說：“我們預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的建造時(shí)間可能會(huì)低于制造航天器成本和技術(shù)改進(jìn)趨勢(shì)。

去年， NASA對(duì)一個(gè)名為Bennu的碳質(zhì)小行星發(fā)起為期7年的任務(wù)。 Osiris REx航天器將花超過一年時(shí)間繪制小行星地圖，然后移動(dòng)近距離，允許機(jī)器手臂提取幾盎司的材料返回地球進(jìn)行分析。

有一天，這些勘探任務(wù)可能被記住為人類探索外太空資源的重大里程碑?？茖W(xué)家和商業(yè)巨頭預(yù)計(jì)未來的任務(wù)可能包括建造小行星上的主要制造企業(yè)，這將有助于維護(hù)和升級(jí)航天器，而不會(huì)造成昂貴的成本。

深空工業(yè)公司(Deep Space Industries)已經(jīng)宣布了稱之為Prospector-1的計(jì)劃，其使命是調(diào)查小行星資源開采潛力。該公司開發(fā)了自己的電熱推進(jìn)器系統(tǒng)，稱為彗星，使用水作為推進(jìn)燃料。再次，這是從巖石中獲取凍結(jié)水的一大優(yōu)勢(shì)。

“一旦你可以做到這一點(diǎn)，你就可以更自由地進(jìn)行太空旅行，因?yàn)槟悴槐貜牡厍虿渴鹚械臇|西。” 該公司的首席業(yè)務(wù)開發(fā)人員和戰(zhàn)略家Peter Stibrany表示， “你至少可以在太空重新推動(dòng)且為自己加油。”

如今，中國(guó)與美國(guó)都在積極推進(jìn)與行星采礦相關(guān)的理論研究與技術(shù)研發(fā)、儲(chǔ)備。據(jù)悉，中國(guó)可能在2020年至2025年之間進(jìn)行一次初期探索任務(wù)，而美國(guó)也對(duì)行星采礦數(shù)萬億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值垂涎不已，正加快太空采礦機(jī)器人的開發(fā)，以推動(dòng)行星采礦計(jì)劃加速落地。

未來，在人工智能技術(shù)的支撐下，采礦機(jī)器人的自主能力、分析能力、作業(yè)能力都將得到大幅提升，從而更好地應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜、危險(xiǎn)、敏感的深海與太空環(huán)境，為人類礦產(chǎn)資源開發(fā)事業(yè)做出關(guān)鍵貢獻(xiàn)。