摘要

我國(guó)眾多煤炭企業(yè)尚處于勞動(dòng)密集型發(fā)展階段，企業(yè)用工多，尤其是井下作業(yè)人員多，機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化水平低。未來(lái)，煤炭行業(yè)和企業(yè)應(yīng)圍繞無(wú)人開(kāi)采、智能管理和高效安全運(yùn)營(yíng)這一總體目標(biāo)，提升兩化深度融合型智能礦山建設(shè)水平。但智能礦山建設(shè)為系統(tǒng)工程，超越技術(shù)層面，還有理念和投入的問(wèn)題。在當(dāng)前形勢(shì)下，投入會(huì)是個(gè)大問(wèn)題。

5月23日，位于陜西省神木縣境內(nèi)的神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦調(diào)度中心，生產(chǎn)調(diào)度員對(duì)井下109順槽皮帶進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)。

“請(qǐng)工作人員注意，皮帶即將啟動(dòng)。”調(diào)度中心實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面切換至該皮帶所在現(xiàn)場(chǎng)，廣播在一遍遍播放安全提示。連續(xù)播放6遍后，皮帶啟動(dòng)。與此同時(shí)，調(diào)度中心另一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫(huà)面上，109順槽皮帶數(shù)據(jù)發(fā)生改變，顯示為運(yùn)行狀態(tài)。

年產(chǎn)2000萬(wàn)噸的錦界煤礦只有職工1000人。工作面的“三機(jī)”可以遠(yuǎn)程啟停；井下的皮帶在運(yùn)量不均衡時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)速，以節(jié)約用電、減少損耗；300臺(tái)分散小水泵全部遠(yuǎn)程監(jiān)控、無(wú)人值守……井上、井下各種數(shù)據(jù)和監(jiān)控畫(huà)面匯集到調(diào)度中心，調(diào)度員輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可指揮生產(chǎn)作業(yè)。

智能礦山是新一代采礦業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的核心，它的科學(xué)定義說(shuō)起來(lái)較復(fù)雜，錦界煤礦是一個(gè)簡(jiǎn)明易懂的實(shí)例。

現(xiàn)實(shí)需要

安全、工效、成本，開(kāi)展智能礦山建設(shè)有迫切性

“煤炭市場(chǎng)形勢(shì)不好，煤炭企業(yè)還會(huì)投錢搞智能礦山嗎？”在去神木縣參加全國(guó)煤炭行業(yè)兩化深度融合型智能礦山現(xiàn)場(chǎng)會(huì)的路上，一位記者同行這樣問(wèn)道。

到了神木縣，記者發(fā)現(xiàn)，原定300人規(guī)模的大會(huì)去了400多人，會(huì)場(chǎng)爆滿。看來(lái)，煤炭企業(yè)對(duì)智能礦山還是非常關(guān)注的。

“我國(guó)煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率，之所以與先進(jìn)國(guó)家存在差距，原因之一就是我國(guó)眾多煤炭企業(yè)尚處于勞動(dòng)密集型發(fā)展階段，企業(yè)用工多，尤其是井下作業(yè)人員多，機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化水平低。”中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)劉峰說(shuō)。

據(jù)了解，美國(guó)煤炭年產(chǎn)量約10億噸，產(chǎn)業(yè)工人約10萬(wàn)人。我國(guó)煤炭年產(chǎn)量約37億噸，產(chǎn)業(yè)工人約525萬(wàn)人，其中井下一線工人304萬(wàn)人。我國(guó)煤炭產(chǎn)量是美國(guó)的3.6倍，產(chǎn)業(yè)工人卻是美國(guó)的50多倍。

用人多，導(dǎo)致我國(guó)煤炭行業(yè)工效和安全生產(chǎn)水平與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距。美國(guó)過(guò)去10多年來(lái)煤礦百萬(wàn)噸死亡率長(zhǎng)期控制在0.1以下，特別是近幾年來(lái)，煤礦百萬(wàn)噸死亡率降到了0.03。澳大利亞煤礦百萬(wàn)噸死亡率為0.014左右。

同時(shí)，用人多、工效低，也使我國(guó)煤炭生產(chǎn)的平均成本居高不下，難以與虎視眈眈的進(jìn)口煤抗衡。成本低，是進(jìn)口煤得以搶占國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)的主要競(jìng)爭(zhēng)力。

“如何從根本上解決礦工的安全問(wèn)題？占總儲(chǔ)量20%以上的薄煤層開(kāi)采面臨艱難的困境，怎么辦？隨著人們生活水平的提高，人們要想不在惡劣環(huán)境下從事繁重、危險(xiǎn)的工作，怎么辦？如何降低噸煤成本？”中國(guó)煤炭科工集團(tuán)天地瑪珂公司總經(jīng)理李首濱認(rèn)為，這就是加快推進(jìn)智能化開(kāi)采的重要性和迫切性。

智能礦山建設(shè)以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化為手段，以無(wú)人化開(kāi)采為目標(biāo)，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少煤礦井下作業(yè)人員，促進(jìn)我國(guó)煤礦安全高效生產(chǎn)提供了新的途徑。

同處神木縣的陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神南公司紅柳林煤礦是全國(guó)煤炭行業(yè)兩化深度融合型智能礦山現(xiàn)場(chǎng)會(huì)另一個(gè)主要參觀點(diǎn)。該礦的綜采成套裝備智能系統(tǒng)由天地科技股份有限公司作為制造商、紅柳林煤礦作為示范用戶聯(lián)合攻關(guān)完成。該系統(tǒng)融合了采煤機(jī)智能記憶割煤、液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化、運(yùn)輸系統(tǒng)煤流負(fù)荷平衡、智能集成供液、遠(yuǎn)程遙控等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了正常連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中采場(chǎng)無(wú)人操作，工作面作業(yè)人員由過(guò)去的14人減少至5人。

據(jù)了解，去年產(chǎn)煤1800萬(wàn)噸的紅柳林煤礦職工僅有915人，2013年噸煤完全成本108元。即便在全行業(yè)一片蕭條的現(xiàn)在，該礦仍然保持著較強(qiáng)的盈利能力。

“實(shí)踐證明，推進(jìn)煤炭行業(yè)兩化融合與智能礦山建設(shè)，是促進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、提高發(fā)展質(zhì)量的需要，是建設(shè)特大型現(xiàn)代化煤礦的必然選擇，是提升煤炭工業(yè)發(fā)展科學(xué)化水平的必然要求，代表了煤炭工業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展方向。”中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)王顯政認(rèn)為，特別是在當(dāng)前煤炭經(jīng)濟(jì)下行的形勢(shì)下，推進(jìn)兩化深度融合型智能礦山建設(shè)，對(duì)于切實(shí)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，具有重要意義。

目前水平

大致處于兩化融合中級(jí)階段，煤礦之間差別較大

“近年來(lái)，煤炭企業(yè)圍繞自身發(fā)展實(shí)際，不斷深化和延展智能礦山的內(nèi)涵。從數(shù)字礦山到智慧礦山、感知礦山，均以信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化為核心，將智能礦山建設(shè)從傳統(tǒng)業(yè)務(wù)管理擴(kuò)展至資源環(huán)境管理、采掘生產(chǎn)、洗選加工、煤礦安全等各個(gè)方面。”劉峰說(shuō)。

另一個(gè)事實(shí)是，兩化融合和智能礦山在我國(guó)煤礦的發(fā)展很不均衡。這種不平衡不僅體現(xiàn)在國(guó)有大礦和小煤礦之間，國(guó)有大礦和國(guó)有大礦之間的差距也很大。例如，有一個(gè)企業(yè)的代表將大型煤炭企業(yè)推進(jìn)信息化建設(shè)分成四個(gè)階段，他認(rèn)為我國(guó)煤炭企業(yè)當(dāng)前至少橫跨三個(gè)階段，部分企業(yè)處于第二、第三階段，極少數(shù)企業(yè)處于第四階段。

在此次智能礦山現(xiàn)場(chǎng)會(huì)的技術(shù)交流中，有人講智能電網(wǎng)在煤礦的運(yùn)用，有人講煤礦自動(dòng)化、信息化的實(shí)踐，有人講煤礦電氣傳動(dòng)系統(tǒng)及節(jié)能技術(shù)，有人講煤礦信息集成技術(shù)體系與礦山現(xiàn)代化管控模式，有人講薄煤層自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)，還有人講井下通信解決方案。

可見(jiàn)，目前煤炭企業(yè)對(duì)兩化深度融合型智能礦山的理解和實(shí)踐的差異很大。

采訪中，沒(méi)有一個(gè)采訪對(duì)象認(rèn)為自己能清晰地說(shuō)出它準(zhǔn)確的定義，但大家又都有一個(gè)較一致的方向，就是信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化。

“智能礦山采用先進(jìn)的信息感知、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能控制等技術(shù)，使煤礦生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理的各個(gè)環(huán)節(jié)、各種要素實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和可視化，各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程程序化，實(shí)現(xiàn)采礦過(guò)程實(shí)時(shí)控制、礦山資源實(shí)時(shí)管理、礦山信息實(shí)時(shí)處理。”劉峰說(shuō)，“智能礦山建設(shè)涉及采礦科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、運(yùn)籌學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)和控制技術(shù)等，是一個(gè)典型的多學(xué)科技術(shù)交叉領(lǐng)域。”

我國(guó)煤礦智能礦山的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一是礦山信息化階段，以實(shí)現(xiàn)礦山各業(yè)務(wù)的信息化管理和機(jī)械化采煤為標(biāo)志；第二是礦山數(shù)字化階段，以數(shù)字的形式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)礦山虛擬現(xiàn)實(shí)、自動(dòng)化采煤；第三是礦山智能化階段，以對(duì)礦山自動(dòng)感知、分析和智能化決策并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的智能化開(kāi)采為標(biāo)志。

或許正是因?yàn)檎J(rèn)識(shí)和實(shí)踐的差別，以及發(fā)展的不均衡性，專家沒(méi)有給出目前我國(guó)煤礦處于哪個(gè)階段的判斷。

但是，中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)給出了另一個(gè)判斷。2012年，受工信部委托，中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織開(kāi)展了煤炭行業(yè)首次兩化融合發(fā)展水平評(píng)估工作。通過(guò)對(duì)85家煤炭企業(yè)評(píng)估樣本數(shù)據(jù)的整理和分析，確定煤炭行業(yè)兩化融合發(fā)展水平總體處于“中級(jí)水平階段”，與機(jī)械、電子等先進(jìn)行業(yè)相比，還有很大的發(fā)展空間和漫長(zhǎng)的發(fā)展路程。

發(fā)展方向

全礦區(qū)、全產(chǎn)業(yè)鏈、系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)控的智能礦山

智能礦山建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅需要硬件和軟件的配合，更需要科學(xué)規(guī)劃并有序?qū)嵤?/p>

“我國(guó)煤炭企業(yè)在智能礦山建設(shè)過(guò)程中，由于缺乏規(guī)范、前瞻的規(guī)劃，經(jīng)常出現(xiàn)前期建設(shè)和后期建設(shè)相沖突的問(wèn)題。‘信息孤島’現(xiàn)象十分嚴(yán)重，未打通煤礦生產(chǎn)全程的數(shù)字化鏈條，數(shù)據(jù)流仍未貫通礦山勘探規(guī)劃、采礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、安全監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)分析、應(yīng)急響應(yīng)全過(guò)程，業(yè)務(wù)流與管理模式?jīng)]有得到根本改變。”劉峰說(shuō)，“同時(shí)，我國(guó)煤炭資源豐富，煤礦數(shù)量較多，生產(chǎn)條件差異較大，尤其是一些老礦區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，五大災(zāi)害俱全，巷道系統(tǒng)復(fù)雜，智能礦山建設(shè)難度非常大。”

因此，推進(jìn)智能礦山建設(shè)，必須結(jié)合企業(yè)自身?xiàng)l件，優(yōu)先設(shè)計(jì)智能礦山建設(shè)總體方案，在總體方案的指導(dǎo)下制定專項(xiàng)方案，并按照總體方案和專項(xiàng)方案的要求，有步驟、分階段開(kāi)展建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)分散建設(shè)向集成化方向跨越。

“未來(lái)，煤炭行業(yè)和企業(yè)應(yīng)該圍繞礦山的無(wú)人開(kāi)采、企業(yè)的智能管理和高效安全運(yùn)營(yíng)這一總體目標(biāo)，從五個(gè)方面提升兩化深度融合型智能礦山建設(shè)水平。”劉峰說(shuō)，“在橫向覆蓋范圍方面，將從單個(gè)工作面向單個(gè)煤礦，再向煤炭企業(yè)集團(tuán)甚至整個(gè)礦區(qū)延伸；在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域延伸方面，將從煤炭生產(chǎn)的信息化向煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的信息化，再向煤化工、煤電、物流等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的信息化延伸；在應(yīng)用系統(tǒng)集成程度方面，將從專業(yè)系統(tǒng)集成向部分業(yè)務(wù)局部集成應(yīng)用，再向相關(guān)系統(tǒng)全面集成應(yīng)用拓展；在操作手段方面，將從人工近距離操作向無(wú)人遠(yuǎn)程遙控，再向系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)控延伸；在發(fā)展層次方面，將從技術(shù)應(yīng)用向更高層次的商業(yè)模式創(chuàng)新提升。”

在實(shí)現(xiàn)這個(gè)美好前景的過(guò)程中，有很多難題需要解決。

“經(jīng)過(guò)多次探索證明，這種基于順槽監(jiān)控中心可視化遠(yuǎn)程干預(yù)智能化開(kāi)采模式，能滿足地質(zhì)條件較好的煤層，尤其在薄及較薄煤層效果最好。”李首濱說(shuō)，“但真正實(shí)現(xiàn)全智能化開(kāi)采，還需進(jìn)一步解決煤巖識(shí)別、采煤機(jī)自主定位以及工作面直線控制等問(wèn)題。”

專家認(rèn)為，除此以外，其他智能礦山需要解決的技術(shù)難題包括，安全信息分布式傳感與生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同控制、受限異質(zhì)空間傳感網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸及動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、多傳感器融合、智能化無(wú)人開(kāi)采專家系統(tǒng)等。

超越技術(shù)層面，智能礦山建設(shè)還有理念和投入的問(wèn)題。即使煤炭企業(yè)明白智能礦山是新一代采礦業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的核心，但未必會(huì)立刻大力投身其間，尤其是對(duì)已建成生產(chǎn)煤礦的改造，必定會(huì)在龐大的投入、實(shí)施的難度與能夠產(chǎn)生的效益之間權(quán)衡利弊。同時(shí)，以當(dāng)前煤炭行業(yè)的市場(chǎng)形勢(shì)看，對(duì)于很多煤礦來(lái)說(shuō)，智能礦山建設(shè)，投入會(huì)是個(gè)大問(wèn)題。