国内智慧矿山标准可转化为国际标准的选择策略研究——以露天煤矿为例

汪义龙，李义朝，石芬芬，丁日佳

(1.华能煤炭技术研究有限公司，北京市丰台区，100070;.华能煤业有限公司，北京市丰台区，100070；3.中国矿业大学(北京)管理学院，北京市海淀区，100083)

作为向国际社会传播先进实用的生产方式以及消除国际贸易技术壁垒的重要手段，国际标准已引起世界各国的广泛重视。2019年，习近平总书记致第83届IEC大会贺信中指出：“中国高度重视标准化工作，积极推广应用国际标准，以高标准助力高技术创新，促进高水平开放，引领高质量发展”。近年来随着智能化技术与装备加快迭代升级，新基建加快推进新一代信息技术与矿业开发技术深度融合，智慧矿山建设已经成为矿山企业实现高质量发展的必由之路。将智慧矿山研究与国际标准研制相结合，可以有效促进智慧矿山技术的推广应用，并提高我国的国际竞争力；而如何在短期内选择一部分重点领域，取得相关国际标准的制定权或修改权，是值得我们探讨的问题。基于此，本文提出了国内智慧矿山标准可转化为国际标准的选择策略，并以露天煤矿标准为案例验证了该策略，以期更好地为智慧矿山国际标准研制、修订工作提供决策依据。

1 国内外智慧矿山标准发展现状

当前，随着经济社会的不断发展，采矿国际标准化方向发生了巨大变化，矿业市场发展对标准化的对象提出了新要求，如对复杂机器的安全问题、可持续发展的相关环境问题以及自动化的采矿机器问题等均需要标准化[1]。长期以来，我国采矿国际标准化程度较低，无论是在矿山机械、矿山安全，还是矿山环境、采矿自动化领域都尚未主导制定国际标准[2]。国际上与矿业相关的技术委员会有固体燃料委员会(ISO/TC 27)和采矿技术委员会(ISO/TC 82)。截至目前，固体燃料委员会已出版发布99项国际标准，正在制定中的标准有18项，涉及的主要领域有选煤方面的术语，煤质分析中采样和化验方法等。采矿技术委员会目前已出版发布53项国际标准，涉及安全生产要求、矿井结构、采矿事故分类等。国内煤炭行业标准包括国家标准、行业标准以及少数的地方标准，部分煤炭企业也会制定自己的标准[3]。现行煤炭国家标准不足100项[4]，煤炭行业标准超过1 400项。

智慧矿山的建设是确保煤炭工业安全、高效、经济、绿色发展的必然选择[5]，这与当前国际标准化追求的目标非常吻合。目前智慧矿山标准正处于初步完善阶段，相关的国际标准仅有正在研制中的《自主运输的FMS接口》(ISO/AWI 23725)以及一些关于信息化技术方面的标准(ISO/IEC 11179:2015、ISO/IEC 20944-4:2013、ISO/IEC 19773:2011、ISO/IEC 19773:2011等)。国内发布的智慧矿山标准主要有《智慧矿山信息系统通用技术规范》《煤炭工业智能化矿井设计标准》《矿井感应通信系统通用技术条件》《智慧矿山建设规范》《智能煤矿建设规范》《数字煤矿数据字典》等规范标准。2021年7月，中国煤炭学会发布了49项煤矿智能化立项标准。2021年10月，中国煤炭工业协会发布了2022年煤炭行业团体标准制定计划，共推进了59项团体标准的制定。2021年10月，中国煤炭工业协会发布了2022年煤炭行业团体标准制定计划，共推进了59项团体标准的制定。

由上述分析可知，目前智慧矿山国际标准数量较少且主要侧重于信息技术领域标准的研制。现阶段，我国煤炭行业相关部门已经开始逐步立项并发布与智慧矿山相关的标准，同时，我国煤炭、金属、非金属、有色金属等不同领域的矿业企业研发了一系列采选、矿山环境修复、自动化/智能化等新技术新方法[6-9]，为矿山国际标准研制积累了宝贵经验。因此，我国应抓住这一契机，积极参加国际标准化活动，向国际标准化组织(ISO)提交标准建议，输出中国优秀实践，增强我国矿山企业的国际竞争力。

2 国内智慧矿山标准可转化为国际标准的选择策略研究

国内智慧矿山标准可转化为国际标准选择策略为：领域界定(D)-初步排除(P)-领域评价(E)-结果处理(H)，即DPEH选择方法。领域界定的主要作用是构建智慧矿山标准体系框架，初步确定研究领域；初步排除的主要作用是通过问卷调查，排除明显不能体现智慧化以及形成标准的指标；领域评价主要作用是构建智慧矿山国际标准潜力转化评价指标体系，利用模糊综合评价方法对重点领域进行打分；结果处理主要作用是根据领域评价结果，选择重点研究方向。国内智慧矿山标准可转化为国际标准选择策略流程如图1所示。

图1 国内智慧矿山标准可转化为国际标准选择策略流程

2.1 领域确定

智慧矿山标准化所涉及的标准集合是一个复杂的多形态的标准体系，既有层次结构，也有关系结构。本文采用过程法和分类法相结合的方法，对依存主体的系统有序研究，并结合统一建模语言UML对相同属性、约束和关系的一组对象进行概述[10-11]，研究标准之间的相互关系，最终形成智慧矿山标准体系框架。具体步骤为：分析智慧矿山标准依存主体→构建智慧矿山标准静态结构模型→分析智慧矿山标准研究领域→确定智慧矿山标准体系层级结构→构建智慧矿山标准体系框架。

2.2 初步排除

结合智慧矿山标准体系框架给出的初步研究领域，选取10位以上专家进行打分，对非重点领域进行排除，初步确定重点研究领域。首先进行专家评议，将智慧矿山研究领域及指标赋值为(0，100)区间，由专家进行打分；其次进行结果分析，去除得分60分以下领域及指标，最终得出重点研究领域。

2.3 领域评价

(1)确定因素集。本文借鉴国际标准重点领域选择实践经验，遵循目的性、科学实用性和开放性原则，经过专家多次讨论，从智慧矿山标准化领域内技术成果的界定、技术成果转化的实力、国际标准研制能力、技术成果转化后的经济效益和社会(国家)效益5个方面入手，设计了国内智慧矿山标准可转化为国际标准的潜力评价指标体系，该指标体系包含成果界定、转化实力、国际标准研制能力、经济效益、社会(国家)效益5个一级指标、11个二级指标、22个三级指标，具体见表1。

(2)确定评语集。从专家打分的角度将评价等级分为优、良、中、差4个等级，将评语集表示为V=(优，良，中，差)。

(3)确定单因素评价矩阵。通过问卷调查，采用模糊隶属度赋值法对定性指标进行评价，由专家组按照指标体系对评价对象的每一个指标进行相应等级的评价，则隶属度Rij=判断某指标属于相应等级专家个数/专家总数，此评价值是介于0和1之间的数值。

(4)确定指标权重。结合已有的研究结论[12-13]，并通过问卷调查的方式，利用层次分析法确定出各指标权重(见表1)，其中一级指标权重设为ai，二级指标权重设为aij，三级指标权重设为aijk(i=1，2，…n；j=1，2，…n；k=1，2，…n)。

表1 国内智慧矿山标准可转化为国际标准的指标体系

(5)进行综合评价。首先，对准则层中的成果界定作一级模糊综合评价。成果界定包含转化可行性和推广必要性2个要素指标，设为uij(i=1,j=1,2)。当j=1时，对转化可行性u11进行一级模糊评价。其中u11的因素重要程度子集为A11=a111，u11中因素的模糊评价矩阵为R11=[r111,r112,r113,r114]，因此，对转化可行性综合评价为：B11=A11×R11=[b111,b112,b113,b114]。根据隶属度最大原则，B11中最大的数对应于哪一等级，说明专家组对该智慧矿山重点领域在“转化可行性”上的评价为哪一等级。同理得到当j=2时，对推广必要性u12进行一级模糊综合评价：B12=A12×R12=[b121,b122,b123,b124]。

2.4 结果处理

根据各领域评价的结果，按综合评价的分值大小进行排序，确定出智慧矿山国际标准的重点研究方向。

3 案例分析

目前，我国智慧露天煤矿的建设标准还不是很完善，国际上与露天煤矿智慧化标准相关性较强标准有《采矿和土方机械——自动和半自动机械系统安全》(ISO 17757)以及《公路自动驾驶系统相关术语的分类法和定义》(SAE J3016)等相关标准，国内针对智慧露天煤矿标准主要有《安全防范视频监控联网系统信息传输交换控制技术要求》《智慧露天煤矿建设指南》《煤炭工业露天矿节能设计规范》等标准以及中国煤炭工业协会发布的团体标准技术中的《露天矿无人驾驶运输系统技术规范第1部分：总则》《露天矿无人驾驶运输系统技术规范第2部分：无人驾驶矿车技术要求》《露天矿无人驾驶运输系统技术规范第3部分：无人驾驶道路技术要求》等16项智慧露天煤矿标准。由此可见，智慧露天煤矿中的自动化、无人驾驶、信息技术等方面已经得到国内外的重点关注，下面以露天煤矿标准为例，验证智慧矿山标准化领域可转化为国际标准方法的可行性。

3.1 露天煤矿标准研究领域初步界定

3.1.1 露天煤矿标准静态结构模型

基于过程法，将露天煤矿标准划分为基础标准、检测评价系统标准、信息支撑系统标准、生产辅助系统标准、穿爆系统标准、采装系统标准、运输系统标准、排土系统标准、地面生产系统标准、综合管理系统标准等，是确定智慧露天煤矿标准系统的依存主体。根据露天煤矿标准系统组成结构分析与其依存主体系统组成结构分析，构造出基本的静态结构模型如图2所示。

图2 露天煤矿标准静态结构模型

3.1.2 露天煤矿标准化领域分析

露天煤矿标准化领域分析要经历抽取常用词汇、明确初步类图、对类分组、形成组合或聚合4个步骤。

(1)抽取常用词汇。关于依存主体的结构和行为以及行为结果，通过对依存主体的分析和描述，可以找到并抽取出大量相关的名词和动词。

(2)明确初步类图。大量的词汇要经过筛选、转换、更高一级的抽象，才有可能成为智慧矿山标准系统中的类。

(3)对类分组。对于建立了初步类图的所有无序的类，需要进行类的分组，也就是将所有无序的类归入几个高一级的抽象类组。

(4)形成组合或聚合。对于系统静态结构，在对类分组后，需要建立类和类之间的关联，形成聚集和组合关系。

3.1.3 露天煤矿标准体系框架

结合图2 以及对露天煤矿标准领域分析，可得出露天煤矿标准体系框架，其中第一层由基础标准、支持标准组成。第二层由基础支撑系统标准、生产辅助系统标准、穿爆系统标准、采装系统标准、运输系统标准、排土系统标准、地面生产系统标准、综合管理系统标准8个专业组成，每一类标准都依赖于基础标准和支持标准。第三层主要由20个专业门类标准构成，结果如图3所示。

图3 智慧露天煤矿标准体系框架

3.2 确定露天煤矿标准重点研究领域

根据构建的标准体系框架，通过初步排除以及专家访谈等方法，进一步凝练出露天煤矿国际标准重点研究领域，见表2。

表2 露天煤矿国际标准重点研究领域

3.3 露天煤矿标准研究领域综合评价

根据已有文献的研究[14-18]，专家选取的人数一般为10位以上，本文选取了13位有关专家进行综合评价，并以“基础支撑系统标准”所对应的“信息通讯标准”领域为例进行说明，其中“信息通讯标准”的细分领域包含矿井工业以太网、煤矿无线网络、通信系统、5G通信网络、信息安全等研究内容，专家根据经验以及有关资料对“信息通讯标准”领域进行等级评价，并按照隶属度计算公式进行计算，结果见表3。

表3 信息通讯标准指标隶属度

续表3

根据领域评价步骤对“信息通讯标准”领域进行综合评价，计算得出,B=A×R=[0.243,0.535,0.181,0.041]，其中B中最大的数为0.535，对应于“良”，说明专家组对该领域的综合评价为“良”，量化后可得出Z=B×Q=[0.243,0.535,0.181,0.041]×(95,85,75,65)T=84.843。由此可知，“信息通讯标准”领域的总评分为84.843分。同理，对其他15个领域进行计算，结果见表4。

表4 重点研究领域得分

3.4 露天煤矿国际标准研制方向分析

根据表4的重点研究领域综合得分结果进行排序，结果如图4所示。

图4 智慧露天煤矿标准重点研制领域综合得分情况

由图4可以看出，排名前3的领域有绿色管理标准(86.199分)、无人驾驶标准(85.921分)、信息通讯标准(84.843分)，针对这3个重点标准领域的细分领域进行分析，结果如图5、图6和图7所示，其他细分领域的分析方法类似。

图5 绿色管理标准细分领域

图6 无人驾驶标准细分领域

图7 信息通讯标准细分领域

由图5可以看出，绿色管理标准的细分领域包含粉尘智慧化管控、疏干水再利用、生态治理等方面，其中69.23%的专家认为粉尘智慧化管控最有可能成为国际标准，目前国际上针对粉尘的管理和测定成立过工作组(ISO/TC27/SC1/WG13)并发布过相应的国际标准《选煤-煤尘/粉关系的测定》(ISO 20905:2004)，在一定程度上说明国际上对粉尘的管理较为重视，而露天煤矿绿色管理应实现矿山粉尘、有毒有害物质的全方位在线监测和综合治理，因此可以重点选择粉尘智慧化管控标准制定为国际标准。

由图6可以看出，无人驾驶标准的细分领域包含无人驾驶系统、精确定位技术、跟驰避障建模、车辆控制决策等方面，其中78.57%的专家认为无人驾驶系统最有可能成为国际标准。目前国际上针对无人驾驶技术的标准侧重于公路上和飞机上的应用研究，与之相关性较强的国际标准有《土方机械和采矿——自动和半自动机械系统安全》(ISO 17757)，且在国内，中国煤炭工业协会发布了多项关于无人驾驶的团体标准制定计划，例如《露天矿无人驾驶运输系统技术规范第1部分：总则》《露天矿无人驾驶运输系统技术规范第2部分：无人驾驶矿车技术要求》等，因此可以重点选择无人驾驶相关标准制定为国际标准。

由图7可以看出，信息通讯标准的细分领域包含矿井工业以太网、煤矿无线网络、通信系统、5G通信网络、信息安全等方面，其中76.92%的专家认为5G通讯网络最有可能成为国际标准。对露天煤矿而言，5G网络可解决网络传输信息延时大、丢包多、成本高等问题，让矿山的远程操作、无人驾驶、无人机巡检视频传输实现真正的实时传输，更好地实现露天煤矿建设和开采目标。目前国内发布立项了相应的团体标准，例如《F5G网络功能技术要求》《煤矿5G通信网络设备接入通用技术条件》等，且国外也发布过信息技术标准，如ISO/IEC 11179:2015、ISO/IEC 20944-4:2013、ISO/IEC 19773:2011、ISO/IEC 19773:2011等，因此可以重点选择5G通讯网络制定为国际标准。

4 结语

国内智慧矿山标准可转化为国际标准选择策略能够有效识别目前智慧矿山标准领域可转为国际标准的可能性。根据分析结果可知，该选择策略识别出的三大领域都具有一定的标准研制基础，且有国际标准制定的需求。同时，该选择策略具有易操作性，将定性指标进行定量化处理，能够直观反映出目前智慧矿山标准制定的重点领域。

此外，煤炭领域国际标准研制在当前和今后一段时期有较大的国际市场需求，发展前景广阔。国内智慧矿山标准可转化为国际标准选择策略的研究一是有利于煤炭企业从宏观层面直观地了解企业智慧矿山领域标准的构成现状(已有的、空缺的、未来应发展的)和更好地考虑国际标准研制、修订工作提供决策依据；二是有利于实现我国在煤矿领域国际标准的参与和突破，逐步形成懂标准、用标准的良好氛围，聚集一批有国际标准化工作实际经验的专家，为以后大量参与研制国际标准工作创造好的基础条件；三是有利于促进煤炭产业先进技术研发与标准研制相互融合与推广，通过技术标准加速技术创新和产品市场化进程，提高我国煤炭产业的国际竞争力。