張良：拓智慧礦山發(fā)展空間 促煤炭安全高效開采
最核心、最急需、最難實(shí)現(xiàn)自動化和智能化的煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)有兩個，一是采煤，二是掘進(jìn)。僅僅智能化采煤控制系統(tǒng)這一塊，每個綜采工作面就要投資2000萬元。按照2021年基本實(shí)現(xiàn)少人化和無人化這個目標(biāo)測算，將產(chǎn)生400多億元的市場空間。
簡單估測，未來幾年，全國每年有300套到500套綜采成套設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化、智能化改造。
不是上了智能化系統(tǒng)，就一定能實(shí)現(xiàn)智能化采煤。實(shí)現(xiàn)智能化采煤，需要智能化控制系統(tǒng)作技術(shù)支撐、設(shè)備的可靠性保障，還需要管理者的管理水平和操作使用人員的能力相配套。
近日，八部委印發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)，明確了煤礦智能化發(fā)展的目標(biāo)、主要任務(wù)和保障措施，對采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、供電、選煤等環(huán)節(jié)的智能化發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。
盡管煤礦實(shí)現(xiàn)智能化的難度很大，但這是歷史發(fā)展的必然方向，《指導(dǎo)意見》的出臺將加快煤礦智能化的進(jìn)程，在未來的5年到10年將會有上萬億元的市場空間。
單礦建成智能化礦山的投入與產(chǎn)多少煤、有多少綜采設(shè)備、每一套綜采設(shè)備的規(guī)模有關(guān)。建設(shè)一個智能化礦山，大概要5億元到10億元的投資。目前，最核心、最急需、最難實(shí)現(xiàn)自動化和智能化的煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)有兩個，一是采煤，二是掘進(jìn)。這兩個環(huán)節(jié)面對的地質(zhì)條件和作業(yè)環(huán)境很復(fù)雜，牽扯的技術(shù)難題多，危險系數(shù)高。僅僅智能化采煤控制系統(tǒng)這一塊，每個綜采工作面就要投資2000萬元。按照2021年基本實(shí)現(xiàn)少人化和無人化這個目標(biāo)測算，將產(chǎn)生400多億元的市場空間。
近年來，智能化煤礦的市場機(jī)會和潛力逐漸顯現(xiàn)，不少企業(yè)開始參與到煤礦智能化中來。一些民營企業(yè)，比如百度公司等也在向煤礦智能化和智慧礦山方向投資和攻關(guān)。這對煤炭行業(yè)來說，尤其是對技術(shù)進(jìn)步而言，是個好事情，可以以不同的視角和技術(shù)路線推動智能化開采技術(shù)的進(jìn)步。
在技術(shù)方面，煤礦智能化的概念和標(biāo)準(zhǔn)還在逐漸形成階段。在比較好的地質(zhì)條件下，國內(nèi)有的煤礦可以階段性實(shí)現(xiàn)采煤工作面內(nèi)無人生產(chǎn)，但是建設(shè)長期連續(xù)的無人化工作面，現(xiàn)在還有一些技術(shù)問題需要解決。
以中國煤炭科工集團(tuán)天瑪公司2014年成功研發(fā)的我國第一套智能化綜采工作面控制系統(tǒng)為例。該系統(tǒng)基本能滿足少人化采煤工作面的應(yīng)用需要，但完全的無人化還沒有達(dá)到常態(tài)化應(yīng)用的程度。實(shí)現(xiàn)真正的無人化采煤在技術(shù)路線上基本有兩個方向，一是基于自動化控制系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)的遠(yuǎn)程干預(yù)式的智能無人化，二是基于GIS系統(tǒng)、透明工作面技術(shù)的智能無人化。實(shí)現(xiàn)采煤無人化的兩條路子都有需要攻關(guān)的核心技術(shù)，目前都有機(jī)構(gòu)在研發(fā)，中國煤炭科工集團(tuán)采用兩條腿走路的方法，在其中央研究院專門分別設(shè)立研發(fā)機(jī)構(gòu)，按兩條路線同步開展研發(fā)工作。
技術(shù)升級必然會讓一些老的設(shè)備進(jìn)行更新。智能開采最關(guān)鍵的就是對設(shè)備進(jìn)行自動控制。傳統(tǒng)的采煤是用人工操作支架和采煤機(jī)的，現(xiàn)在要用智能控制系統(tǒng)來進(jìn)行控制和操作，這些控制系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備跟技術(shù)，包括軟件、傳感器技術(shù)都要進(jìn)行升級。簡單估測，未來幾年，全國每年有300套到500套綜采成套設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化、智能化改造。
要實(shí)現(xiàn)自動化開采，設(shè)備之間的配套、協(xié)調(diào)非常關(guān)鍵。人工操作時，采煤機(jī)和支架、刮板運(yùn)輸機(jī)之間的相互干涉或互相影響可以由操作人實(shí)地調(diào)整;智能無人化，要求設(shè)備在研發(fā)之初就按無人現(xiàn)場調(diào)整的思路設(shè)計(jì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、配合協(xié)調(diào)關(guān)系。所以，智能采煤成套設(shè)備如智能化控制系統(tǒng)、液壓支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)打包由同一供應(yīng)商統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、配套、集成交付，以達(dá)到產(chǎn)能為目標(biāo)的整套解決方案將成為煤礦用戶的需求和方向。
另外，《指導(dǎo)意見》明確在2021年基本實(shí)現(xiàn)少人化和無人化，而當(dāng)前全國智能工作面供應(yīng)商的產(chǎn)能尚存距離。對于煤炭企業(yè)而言，不是說上了智能化系統(tǒng)，就一定能實(shí)現(xiàn)智能化采煤。實(shí)現(xiàn)智能化采煤，需要智能化控制系統(tǒng)作技術(shù)支撐，需要設(shè)備的可靠性保障，還需要管理者的管理水平和操作使用人員的能力相配套。
因此，要落實(shí)好《指導(dǎo)意見》，加快煤礦智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)煤礦安全、高效、綠色開采，需要國家部委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)和政策支持;需要技術(shù)、裝備研發(fā)生產(chǎn)廠商切合煤礦實(shí)際下大力氣攻關(guān)核心技術(shù)、提高產(chǎn)品的可靠程度和質(zhì)量;需要廣大煤礦增加人才儲備，加強(qiáng)操作使用者、維護(hù)管理者的培訓(xùn)，提高管理水平。
(作者系中國煤炭科工集團(tuán)天瑪公司董事長)
王留根：建一個網(wǎng)，制一張圖
煤炭企業(yè)可以先從示范礦井入手，分門別類推進(jìn)。
智能化不會特別明顯地增加企業(yè)短期成本，長期來看成本是下降的。智能化可以實(shí)現(xiàn)取消夜班和周六日上班，還直接帶來生產(chǎn)效率的提高。
建議煤炭企業(yè)有一個智能化運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)行維護(hù)。
《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》的印發(fā)，堅(jiān)定了煤炭企業(yè)智能化發(fā)展的信心。
不少企業(yè)在剛接觸智能化時，止步于高投入和高門檻，望而生畏。煤礦智能化到底是干什么的?煤炭企業(yè)應(yīng)該怎么干?
其實(shí)理解起來很簡單，要搞煤礦智能化，就要建一個網(wǎng)，制一張圖。所謂的建一個網(wǎng)，就是在井下建萬兆網(wǎng)絡(luò)，原來網(wǎng)絡(luò)一般都是千兆網(wǎng)，要升級成萬兆網(wǎng)，還要建5G的無線網(wǎng)。所謂的一張圖，就是井下采、掘、機(jī)、運(yùn)、通所有的系統(tǒng)在一張數(shù)字化圖紙中。這就需要煤炭企業(yè)有一個集成平臺。
目前，中國平煤神馬集團(tuán)集成了六大平臺。一是綜采工作面和綜掘工作面平臺。以平煤神馬集團(tuán)十礦為例，該礦綜采工作面24130工作面，從轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)、皮帶機(jī)和集中控制系統(tǒng)全部更新。二是井下所有可視化項(xiàng)目平臺，實(shí)現(xiàn)了整個礦井可視化。三是集成所有自動化系統(tǒng)平臺。四是集成安全六大系統(tǒng)平臺，比如瓦斯監(jiān)測、人員定位等。五是集成大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺，為集團(tuán)決策提供數(shù)據(jù)支撐。六是移動信息平臺，讓決策者通過手機(jī)、平板電腦隨時掌控整個礦井。
煤炭企業(yè)可以先從示范礦井入手，分門別類推進(jìn)。2019年，平煤神馬集團(tuán)搞了3個智能化示范礦，分別是中煤層煤礦、薄煤層煤礦和厚煤層煤礦。
在投資方面，十礦為全投資，2019年投資了2億元。平煤神馬集團(tuán)計(jì)劃于2019年至2021年讓15個礦井全部實(shí)現(xiàn)智能化，總預(yù)算大概為25億元。
關(guān)于設(shè)備的投資，在整個投資中的比率分為三部分：基礎(chǔ)設(shè)施投資占10%，集成平臺投資占10%，運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備類投資占80%。關(guān)于供應(yīng)商的選擇問題，主要是兩類：一是設(shè)備供應(yīng)商，二是集成商。
在收益方面，從目前來看，智能化不會特別明顯地增加企業(yè)短期成本，長期來看成本是下降的。首先說減人，十礦24130工作面上了智能化工作面以后，現(xiàn)在每班9人，原來每班需要25人至30人。綜采隊(duì)由原來的160人減到現(xiàn)在的59人，減少的101人被安排到平煤神馬集團(tuán)其他產(chǎn)業(yè)。通過智能化改造，十礦做到了“兩個取消”，一是取消夜班，原來三班倒，現(xiàn)在晚上的班不用上;二是取消周六、周日上班。
另外，智能化直接帶來了生產(chǎn)效率的提高。目前，十礦每個月新增產(chǎn)量3萬噸，一年可增加30多萬噸，噸煤成本顯著降低。平煤神馬集團(tuán)人工成本占噸煤成本的一半左右，人員的減少對成本增加有正向作用。更重要的是，井下的人少了就安全了，安全是更大的事，這是最好的社會效益。
我建議，煤炭企業(yè)一定要有一個自己的智能化運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)行維護(hù)。讓專業(yè)人員滿足智能化改造升級的需求不是一蹴而就的，需要煤炭企業(yè)在項(xiàng)目的建設(shè)中鍛煉團(tuán)隊(duì)，在學(xué)習(xí)中掌握技術(shù)，這需要一個過程。
(作者系中國平煤神馬集團(tuán)信息技術(shù)公司副總經(jīng)理)
陳曉晶：持續(xù)深耕智能化技術(shù)
到底什么樣的煤礦才是智能化煤礦?如何評價煤礦智能化程度?行業(yè)內(nèi)仍然存在較大的分歧。建議盡快形成能達(dá)成行業(yè)共識的煤礦智能化頂層架構(gòu)和評價體系，以此具體指導(dǎo)煤礦在各階段的智能化建設(shè)。
煤礦的掘進(jìn)工作面、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)離智能化的目標(biāo)還比較遠(yuǎn)?，F(xiàn)階段煤礦智能化技術(shù)和建設(shè)重點(diǎn)應(yīng)是將現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人控制、機(jī)器視覺、人工智能、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)應(yīng)用到井下受限空間的各底層系統(tǒng)中，真正實(shí)現(xiàn)井下固定崗位無人化和移動崗位少人化。
從業(yè)20年來，我一直從事煤礦自動化、數(shù)字化、智能化研發(fā)和工程實(shí)踐?，F(xiàn)結(jié)合工作實(shí)踐，對照八部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)，對今后煤礦智能化建設(shè)提出以下建議。
首先，在頂層設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)方面，與煤礦智能化相關(guān)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)很少，發(fā)布的僅有《煤炭工業(yè)智能化礦井設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》。雖然，一些礦業(yè)集團(tuán)制定了本集團(tuán)的智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并以重點(diǎn)煤礦為示范建成了智能化礦山、智慧礦山，但是由于我國煤炭賦存條件差異較大，且各煤炭企業(yè)的管理模式不同，到底什么樣的煤礦才是智能化煤礦?如何評價煤礦智能化程度?行業(yè)內(nèi)仍然存在較大的分歧。
《指導(dǎo)意見》的發(fā)布表明了國家對煤礦智能化建設(shè)的高度重視。去年，中國煤炭學(xué)會和中國煤炭科工集團(tuán)發(fā)起成立了煤礦智能化技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，在行業(yè)內(nèi)開啟了煤礦智能化的新篇章。我建議，在《指導(dǎo)意見》的指引下，借鑒中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等機(jī)構(gòu)的成功經(jīng)驗(yàn)，在中國煤炭學(xué)會和中國煤炭科工集團(tuán)的牽頭下，盡快形成能達(dá)成行業(yè)共識的煤礦智能化頂層架構(gòu)和評價體系，以此來具體指導(dǎo)煤礦在各階段的智能化建設(shè)。
其次，煤礦智能化建設(shè)的目標(biāo)仍是保障煤礦安全生產(chǎn)、減人提效。在推進(jìn)科技創(chuàng)新、加快煤礦智能化改造以及推廣新一代信息技術(shù)方面，應(yīng)該從煤礦自動化的現(xiàn)狀和迫切需求來分析。煤礦自動化經(jīng)歷了單機(jī)自動化、綜合自動化、數(shù)字化到目前的局部智能化的發(fā)展歷程。在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，綜采、主運(yùn)輸、供排水、供配電的自動化程度相對較高，并逐步向局部智能化方向發(fā)展。如，北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司的綜采工作面自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在順槽或地面遠(yuǎn)程控制井下工作面自動化采煤，天地(常州)自動化股份有限公司在傳統(tǒng)主運(yùn)輸煤流集控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上率先應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)、多傳感融合分析技術(shù)，建立了煤流協(xié)同經(jīng)濟(jì)運(yùn)行新模式，并在山東能源臨礦集團(tuán)魯西煤礦、甘肅華亭煤業(yè)集團(tuán)東峽煤礦成功應(yīng)用。但是，要看到的是，煤礦的掘進(jìn)工作面、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的自動化程度和協(xié)同控制能力仍然相對較低，離智能化的目標(biāo)還比較遠(yuǎn)。
同時，煤礦安全監(jiān)控和人員精確定位已全面實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，如天地(常州)自動化股份有限公司研制的KJ95X安全監(jiān)控系統(tǒng)在山東兗礦集團(tuán)興隆莊煤礦成功應(yīng)用并通過驗(yàn)收，大幅延長了系統(tǒng)巡檢周期，杜絕了傳感器冒大數(shù)的問題。2019年底，該公司研制的UWB精確定位系統(tǒng)在山東兗礦集團(tuán)趙樓煤礦成功應(yīng)用并通過驗(yàn)收。但是，安全系統(tǒng)的智能化程度還有待提高，尤其是利用信息化和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來進(jìn)行煤礦災(zāi)害預(yù)測預(yù)判還沒有實(shí)現(xiàn)。
因此，現(xiàn)階段煤礦智能化技術(shù)和建設(shè)重點(diǎn)應(yīng)考慮在煤礦井下受限空間的特殊工況條件下，將現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人控制、機(jī)器視覺、人工智能、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)應(yīng)用到上述的煤礦安全生產(chǎn)的各底層系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，讓上述新技術(shù)能適應(yīng)煤礦、服務(wù)煤礦、為煤礦賦能，真正實(shí)現(xiàn)煤礦井下固定崗位的無人化和移動崗位的少人化，保障煤礦安全生產(chǎn)，提升煤礦安全生產(chǎn)效率。
目前，我們應(yīng)通過煤礦智能化技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟聚合煤礦、設(shè)計(jì)院、研究院、高校、裝備供應(yīng)商等形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，達(dá)成行業(yè)共識，腳踏實(shí)地，通過不斷持續(xù)研究和技術(shù)深耕，共同規(guī)劃、分步實(shí)施、由點(diǎn)及面、突出重點(diǎn)、示范先行，逐步實(shí)現(xiàn)煤礦由傳統(tǒng)自動化向智能化的穩(wěn)步邁進(jìn)。
(作者系中國煤炭科工集團(tuán)天地(常州)自動化股份有限公司工業(yè)控制分院院長、高級工程師、輔助運(yùn)輸產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理)
王進(jìn)軍：給煤炭企業(yè)帶來三大利好
一是市場利好。智能化為煤機(jī)裝備帶來新的更大需求。二是技術(shù)利好。智能化的市場需求有利于煤礦企業(yè)技術(shù)成果的市場轉(zhuǎn)化。三是政策利好。各級政府和行業(yè)政策將在資金、項(xiàng)目上給予更大更多支持。
《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)的發(fā)布，與煤炭市場對先進(jìn)裝備、技術(shù)及成套解決方案的需求相契合，與國家、行業(yè)對安全、高效、綠色、智能的高質(zhì)量發(fā)展要求相契合。
對于煤炭企業(yè)而言，有三方面利好：一是市場利好。煤礦智能化全面加速發(fā)展為煤機(jī)裝備帶來新的、更大的需求。二是技術(shù)利好。一些煤炭企業(yè)近年來在智能化技術(shù)開發(fā)方面做了大量工作，智能化的市場需求有利于技術(shù)成果市場轉(zhuǎn)化。三是政策利好。各級政府和行業(yè)會隨著《指導(dǎo)意見》的發(fā)布出臺一系列引導(dǎo)政策，將在資金、項(xiàng)目上給予更大更多支持。
《指導(dǎo)意見》對智能化礦山投資水平及未來投資趨勢的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面。
從煤炭行業(yè)層面來看，《指導(dǎo)意見》的覆蓋面非常廣。既要加快現(xiàn)有煤礦的智能化改造，又要提升新建煤礦智能化水平，以2035年各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化為最終目標(biāo)，涉及所有生產(chǎn)礦井和新建礦井。
具體到煤礦層面來看，《指導(dǎo)意見》提出要實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選以及安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運(yùn)行。從煤礦垂直角度分析，煤礦智能化既需要覆蓋現(xiàn)有礦井及新建礦井，又要覆蓋煤礦的各個環(huán)節(jié)。從設(shè)備角度分析，寧夏天地奔牛公司的刮板輸送機(jī)只是井下工作面生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種裝備，還需要其他的設(shè)備、系統(tǒng)在智能化方面得以提升改進(jìn)，如液壓支架、采煤機(jī)、皮帶機(jī)、安全系統(tǒng)等。智能化將從工作面擴(kuò)展到礦井，從礦井?dāng)U展到智慧礦山。
從煤礦智能化發(fā)展層面來看，一是需要智能系統(tǒng)基站、遠(yuǎn)端控制平臺等基礎(chǔ)建設(shè);二是需要煤機(jī)等裝備智能化改造或購置;三是需要交互式信息平臺、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺等軟硬件建設(shè);四是需要各子(分)控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的相互銜接與融合，如綜采的子系統(tǒng)、綜掘的子系統(tǒng)、安全的子系統(tǒng)、提升的子系統(tǒng)等融合形成整個礦山的智能化成套控制系統(tǒng)。
我認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)《指導(dǎo)意見》提出的煤礦智能化目標(biāo)，投入和投資是巨大的。
關(guān)于煤礦智能化建設(shè)，煤炭企業(yè)的內(nèi)生動力主要體現(xiàn)在四方面：一是智能化可促進(jìn)煤礦安全保障能力不斷提高;二是智能化建設(shè)可使設(shè)備故障停機(jī)率降低，如采煤高度自動化、自主化以及超前預(yù)知的主動性故障診斷等，可增強(qiáng)設(shè)備可靠性和故障維護(hù)便利性;三是可通過機(jī)械化、電氣化和信息化等手段提高人均工效;四是可提高回采率和資源利用率。基于煤層賦存條件的自適應(yīng)感知控制等智能化技術(shù)將使煤炭開采更精準(zhǔn)，資源浪費(fèi)更少。
(作者系寧夏天地奔牛公司總經(jīng)理)
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