我国煤矿智能化建设现状与发展建议
2024-05-30
来源：煤炭工业
煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，代表着煤炭先进生产力的发展方向，是发展煤炭新质生产力的重要载体。2021年2月，国家发展改革委、应急管理部、国家能源局等八部门联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（以下简称《指导意见》），明确了我国煤炭工业智能化发展的方向，吹响了我国煤矿智能化建设的号角。《指导意见》明确提出：到2021年建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，到2025年大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，到2035年各类煤矿基本实现智能化。2024年4月，国家矿山安监局、应急管理部、国家发展改革委、工业和信息化部、科技部、财政部、教育部七部门联合印发《关于深入推进矿山智能化建设促进矿山安全发展的指导意见》，明确提出：到2026年，全国煤矿智能化产能占比不低于60%，智能化工作面数量占比不低于30%，智能化工作面常态化运行率不低于80%，煤矿危险繁重岗位作业智能装备或机器人替代率不低于30%。经过数年来的发展，全国已建成一批多种类型、不同模式的智能化煤矿，煤矿智能化发展进入由示范建设转向规模推广的关键阶段。然而，目前我国煤矿智能化仍面临着建设进展不平衡、基础不稳固、常态化运行水平低、相关人才短缺和标准体系不健全等一系列问题，实现2025年煤矿智能化发展目标即大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化的任务非常艰巨。因此，在当前发展阶段，如何更加有效地推进煤矿智能化建设并保障下一阶段发展目标实现成为必须思考的问题。目前，我国煤炭工业正在向数字化、智能化、绿色化（三化）协同的发展模式转变。煤矿智能化是新一代信息技术与煤炭开发利用的深度融合 ，煤矿智能化发展仍处于初级阶段。本文在分析我国煤矿智能化建设进展的基础上，结合煤矿智能化发展现存问题，从效益和效率、局部和全局、示范和全面等方面进行分析，并就下一步科学有序推进煤矿智能化发展提出相关建议。2020年12月，国家能源局、国家煤矿安全监察局启动了首批71处智能化示范煤矿的建设工作。首批国家智能化示范建设煤矿涵盖内蒙古、山西、陕西、新疆、贵州、山东、河南、安徽、宁夏、黑龙江、四川、河北、甘肃、辽宁、江苏重庆15个产煤省（区 、市）。在国家智能化示范煤矿建设的带动下，各省开展了省级智能化示范煤矿建设 ，大型煤炭企业集团也开展了自己的智能化示范煤矿建设，建成了一批智能化示范煤矿，由此可见智能化示范煤矿建设成效显著、引领带动作用突出，初步形成示范煤矿引领带动、其他煤矿跟进建设的煤矿智能化建设格局。在国家智能化示范煤矿建设过程中，重庆能源打通一矿和济宁能源安居煤矿因其他原因退出，智能化示范建设煤矿剩余共69处，其中，升级改造煤矿61处、新（改扩）建煤矿8处 ；按照所属企业集团类型分类，中央企业所属煤矿21处 、地方所属煤矿48处 ；按照煤矿类型分类，井工煤矿64处 、露天煤矿5处。2024年1月，国家能源局、国家矿山安全监察局公布首批建成的国家智能化示范煤矿名单，共47处煤矿（含36处选煤厂）。其中，智能化井工煤矿Ⅰ类中级14处、Ⅱ类中级26处、Ⅱ类初级2处 ；智能化露天煤矿中级8处 ；智能化选煤厂中级30处 、初级6处。经过几年来的智能化建设实践探索，目前初步形成了以下3种不同类型煤矿的建设模式。1）包括采掘机运通以及主业辅业、经营管理、井下地面全环节智能化的大矿大井智能化建设模式 。如国家能源集团黑岱沟露天煤矿核定生产能力3400万t/a ，从基础设施、穿爆、采剥、安全管理、智能辅助、智能洗选等环节全面开展智能化建设，取得了良好的效果 。陕西陕煤曹家滩矿业有限公司核定产能2500万t／a，在册员工不超过千人，建设了井上下采掘运洗等智能生产系统、通风、排水、供电等智能生产辅助系统以及地面经营管理系统与智慧园区。2）“智能防灾系统优先、其他系统同步建设”的灾害严重煤矿智能化建设模式。如山东能源唐口煤业公司为高瓦斯和冲击地压矿井，建设了煤矿安全监控系统、水害与降雨量监测系统、火灾监测与灭火控制系统、冲击地压大数据监测综合预警平台等，同步开展采掘运洗等智能化系统建设。中国中煤刘庄煤矿为煤与瓦斯突出矿井，建设有完善的瓦斯、水、火、顶板等灾害防治系统，实现灾害实时监测分析与预警、风险隐患超前防治、灾害事故应急救援指挥等功能，提高了矿井安全管理水平。3）“ 重实用 、求实效 ”的地质条件复杂中小型煤矿智能化建设模式 。河南能源集团贵州豫能公 司新田煤矿矿井设计规模120万t／a ，开展智能化建设以来，固定岗位、采煤工作面、机掘工作面减少现场作业人员130余人 ，有效提升了安全生产水 平 。龙煤集团东保卫煤矿核定生产能力为105万t／a，属于高瓦斯、冲击地压矿井 ， 以实用实效为原则，整合各管理子系统、自动化子系统、监测监控信息子系统，推进固定岗位无人值守，在岗职工大幅减少。近年来，各省（区）或大型煤炭企业在组织开展煤矿智能化建设过程中，逐步形成了具有区域或企业特色的煤矿智能化建设经验。1）注重顶层设计，建立了煤矿智能化建设组织机构，制定相应的管理办法和实施方案。山西省成立了由常务副省长牵头的煤矿智能化建设工作专班 ，制定印发了《全面推进煤矿智能化和煤炭工业互联网平台建设实施方案》，全省上下联动、形成合力。陕西省制定印发了《陕西省煤矿智能化建设实施方案》和《陕西省煤矿智能化建设指南（试行）》。内蒙古制定了《内蒙古自治区智能化煤矿验收管理办法》。河南省制定了《河南省煤矿智能化建设三年行动方案(2021—2023年）》《河南省加快推进煤矿数字化智能化高质量发展三年行动方案 (2024—2026》。国家能源集团发布了《煤矿智 能化建设指南》，构建了“1套体系全面统筹、2种模式激发创新、3类煤矿示范引领、5位一体高效推进”的“1235”煤矿智能化建设模式。山东能源集团成立了智能化建设领导小组，设立智能开采研究中心，二级公司和三级煤矿均组建智能化管理专职机构。2)结合具体情况形成了“先易后难、注重实效、分类施策、有序推进”的煤矿智能化建设推进方法。陕西省结合本省煤矿地质条件分类推进，先从国有大矿着手，从智能采掘工作面入手，逐步向地方小矿推进。山西省在明确《智能化煤矿评定管理办法》的基础上，要求智能化建设按照现有标准达标，同时强调要更加重视后续迭代升级能力的建设。内蒙古严格验收标准和程序，加快组织对已完成智能化建设煤矿的验收评估，以验收促建设、以验收促提高；对未完成建设任务的煤矿，逐矿签订军令状。山东省采取“冲击地压矿井率先开展、省属煤矿全面铺开、市县煤矿不断延伸”的做法加速推进智能化建设。3)加大政府财政投入，带动企业智能化建设资金投入 ，企业建立智能化建设验收评价及奖励机制，保障煤矿智能化建设顺利推进。河南省对2021—2023年建设完成的煤矿智能化项目按照投入资金比例进行奖补；山东省通过政府投入带动企业资金投入，积极打造鲍店煤矿等一批示范矿井，引导和带动智能化建设纵深突破。国家能源集团2023年对新增验收通过的智能化矿井、选煤厂等进行奖励，奖励金额达1.3亿多元。中国中煤投入8亿元设立井工煤矿智能化、露天煤矿智能化、矿鸿3个重大科技专项，开展关键技术攻关。4)制定地方标准或企业标准，形成适合区域或企业的煤矿智能化标准体系。山西省制定了《山西省煤矿智能化建设指导手册》，印发了《山西省煤矿智能化标准体系建设指南》，通过召开现场推进会、智能化论坛、智能化培训会、发布典型案例等方式推进煤矿智能化建设。河南省组织人员赴山东、内蒙古等先进省份学习，开展线上授课培训达万人次，指导平顶山工业职业技术学院建成全国首个煤矿智能化开采技术人才培养基地。中国中煤推进智能化培训常态化，组织召开专题培训班百余期，培训各层级人员超过1万余人次。5)地方政府高度重视，积极打造市（县）域煤矿智能化建设示范区，带动周边区域煤矿智能化建设。陕西省将煤矿灾害比较集中的咸阳市列为首批煤矿智能化建设重点区域，咸阳市90万 t/a 以上正常生产矿井全部实现智能化开采。山西省寿阳县政府联合中国煤炭科工集团、华为公司等高技术企业，积极打造智能化煤矿建设示范县，整体推进全县煤矿的智能化建设。我国煤矿分布区域广泛，地质条件差异较大，煤矿智能化建设难度不一，发展水平极不均衡，推进煤矿智能化发展应处理好以下3个方面的关系。1)效益与效率。目前来看，智能化建设能够有效减少煤矿现场作业人员，改善矿工工作条件，尤其是在安全生产方面给煤矿带来了明显效益。以国家能源集团为例，已建成9处国家首批智能化示范煤矿、14处集团级智能化示范煤矿，近三年，煤矿各岗位用工减少5300多人，单进、单产水平、全员工效分别达到全国平均水平的2倍、3.5倍和5倍。已完成智能化建设的煤矿，其智能采掘、智能运输、智能管控平台等常态化运行水平都较低。究其原因主要是由于智能化系统建成时间短、煤矿智能系统考核制度导向不明确、智能系统运维标准缺乏、智能系统运维人才不足等原因所造成。尽管目前智能化建设在生产效率提升方面效果还不明显，但智能化建设是一个长期的过程，我国煤矿智能化建设启动时间还不长，因此需要持续建设和不断完善，效率方面的效果才会逐步显现。2)局部与全局。全国90%以上的智能化工作面集中在晋蒙陕鲁豫皖，其他区域煤矿智能化建设进展相对滞后，从分布空间看智能化发展极不平衡。按照建设进展与成效来看 ，国内省（区）基本形成晋蒙陕鲁豫皖煤矿智能化建设走在前面，其他区域跟进建设的局面。尤其是西南贵州、云南、四川等地区煤矿地质条件复杂、中小煤矿密集、生产力条件不均匀，智能化建设难度较大。从煤炭生产企业来看，基本形成国家能源、中国中煤、山东能源、陕煤集团为第一梯队带头，华电、华能、山西焦煤、河南能源、中国平煤神马、淮河能源、淮北矿业等国有企业为第二梯队紧跟，民营煤矿为第三梯队刚启动建设的格局。当前的煤矿智能化建设仍以大型煤矿为主，智能化技术装备对于中小型煤矿和条件复杂煤矿的适应性较差，此为部分区域智能化建设进展慢的主要原因之一。因此，应研究完善智能化相关标准规范，不断提升智能化技术装备的现场适应性，大力推动中小型煤矿和条件复杂煤矿的智能化建设。3)示范与全面。智能化示范煤矿的建设为全国煤矿智能化建设的全面铺开提供了经验 、奠定了基础。因此，应总结包括技术装备、组织体系、人才队伍等的不同类型智能化建设模式与经验，加快先进建设经验和技术成果的复制应用。地质保障、智能掘进 、智能防灾、智能辅运、辅助作业机器人、无人驾驶、分选控制等领域智能化技术装备仍处在探索研究中，尚不成熟。例如掘进作业仿形截割、自动化截割等技术仍不成熟，掘进机记忆截割巷道成形差，采取窄打宽刷、小循环作业等针对性措施仍无法实现常态化高效运行；采掘系统的智能成套化水平和协同控制能力仍然不够高；生产系统与生产辅助系统的厂家多，数据接口不统一，煤矿智能管控难度大。因此，应围绕这些智能化难题和系统开展示范建设，着力推动关键难题攻关突破。煤矿智能化建设是一项长期任务，其内涵也随着建设的推进不断深化。科学有序推进煤矿智能化建设，保障煤矿智能化发展的下一阶段性目标实现，需要在以下6个方面持续推进。1)加强分类建设。考虑全国煤矿分布及条件差异性，Ⅰ类建设条件的井工煤矿应按照中级以上标准开展智能化建设，Ⅱ、Ⅲ类建设条件的井工煤矿按初级以上标准开展建设，露天煤矿和选煤厂应按照规模及工艺进行分类建设。原《智能化示范煤矿验收管理办法（试行）》存在着功能性要求为主、性能要求少，部分条款较为模糊、露天煤矿及选煤厂分类不够细等问题，应尽快修订，作为下一 阶段井工 、露天煤矿和选煤厂智能化建设的指导性 文件。2)继续推进智能化示范煤矿建设。考虑到智能化示范煤矿示范效果明显、带动作用突出，除推进原有示范煤矿开展升级建设外，应继续遴选一批煤矿，联合相关科研院所 、技术厂家，围绕智能开采、智能掘进、地质保障、辅助运输、灾害预警、无人驾驶 、分选控制等智能化建设亟需突破的关键难题，分别开展攻关突破和应用示范，为实现煤矿全系统智能化奠定基础。3)持续提升智能系统的常态化运行水平。行业应加快构建智能运维标准体系，煤矿企业应加快制定智能系统常态化运行考核办法。通过搭建现场一线技术人员的交流学习平台，开展培训、竞赛等活动推进智能系统常态化运行。另外，应加快研发智能单兵装备、智能工器具等现场运维作业工具，不断提升煤矿智能运维能力和水平。4)加快煤矿智能化标准体系建设。以国家能源局发布的《煤矿智能化标准体系建设指南》和国家矿山局发布的《矿山智能化标准体系框架》为指导，在数据编码、通讯协议、网络融合、数字化平台、智能感知、新型装备、新能源应用、人机协作、功能安全、信息安全、管理运维等方面加快制定一批智能化标准，固化已成熟的技术装备及建设模式。加大力度开展智能化标准宣贯工作，并按煤矿类型、从业者层次进行分类宣贯。5)夯实基础并深化人工智能创新应用。加强高精度传感器、控制器以及工业软件的研发应用，提升煤矿设备的智能运维和健康管理水平，进一步夯实煤矿智能化建设基础；推进完善智能化综合管控平台大数据分析、安全生产经营管理智能决策和生产协同控制，深化AI识别、大模型等人工智能技术在煤矿的创新应用。6)加强煤矿智能化人才培养。鼓励高校、职业院校开展煤矿智能化相关学科建设，煤炭生产企业和技术装备供应商共建煤矿智能化实训基地，加大智能化人才尤其是一线技能人才的培养力度。推动在煤矿设立智能化相关专职岗位，建立专职机构，健全智能化从业人员职业发展通道，完善管理机制。我国煤矿正在向数字化、智能化与绿色化协同的方向发展。数字化强调煤矿生产、管理等数据的横向和纵向自由流动，为生产全流程 、管控全环节的智能化奠定基础，数据将成为生产要素；智能化强调煤炭资源开发过程中减少对人的依赖，实现“减人、增安、提效”；绿色化强调降低煤炭资源开发对生态的扰动，减少煤矿碳排放和污染物排放量，提高能源利用效率。煤矿的数字化、智能化和绿色化，目前已从被动建设走向主动建设。数据中心、高速通信网络等煤矿数字基础设施日臻完善，采煤、掘进、运输等生产环节正从机械化迈向智能化，数字监测与智能控制等手段的应用加速了绿色煤矿的建设步伐。随着云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术与煤炭开发利用的不断融合，绿色智能开采、能耗管理、能源调度、碳排放管理系统等将在煤矿普遍应用，多能互补、清洁绿色、智慧互联的绿色智能低碳运行将成为矿区常态。煤矿的数字化、智能化和绿色化协同，无论是政策标准，还是技术层面已具备基础条件，但仍需要自然资源、能源、矿山安全等主管部门加大协调力度，做好政策衔接；需要对相关建设、运行与评价等标准进行研究，捋清相关内容的逻辑和因果关系；需要开展示范煤矿或矿区建设来引领带动，推动形成新型煤矿形态。未来新型煤矿应具备自主感知、泛在联接、数据驱动、智能开采、绿色共生的特征。自主感知是指能够通过智能传感设备实现对人、机、环的多维主动感知；泛在联结是指能够通过高速网络实现人与人、人与物、物与物的广泛联接；数据驱动是指能够通过数据采集、汇聚与智能分析实现数据驱动的决策；智能开采是指能够通过智能生产管控实现煤炭资源的智能化开采；绿色共生是指最终达到地下与地上共绿、人与自然共生的煤矿新形态。煤矿智能化建设是一项久久为功的长期任务需要相关政策引导、技术装备支撑和人才标准保障。以煤矿智能化建设为抓手和手段，推动智能化技术与煤炭绿色低碳开发利用深度融合，并向全产业链延伸，加强新一代信息技术与煤炭勘查、设计、建设、开采、洗选、运输、利用等全产业链融合共进，是煤炭现代化转型升级和高质量发展的必由之路。
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