大型煤炭企業煤礦智能化建設現狀、問題和對策研究

欄目:行業動態 發布時間:2023-03-15 作者: 蔡峰 來源: 中國煤炭經濟研究會 瀏覽量: 1056
煤炭在較長時期內依然是我國的主體能源。隨著物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術蓬勃發展,煤礦開采向智能化開采階段邁進已經成為大勢所趨,煤礦智能化是推進大型煤炭企業高質量發展的核心技術支撐。本文在系統總結國家能源集團、中煤集團、陜煤集團、山東能源集團等國內大型煤炭企業煤礦智能化建設現狀的基礎上,分析了目前大型煤炭企業煤礦智能化建設中存在的技術、管理、人才、投入等方面主要問題,提出了推進大型煤炭企業煤礦智能化高質量發展的措施建議。

蔡峰

中國中煤能源集團有限公司

 

摘要:煤炭在較長時期內依然是我國的主體能源。隨著物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術蓬勃發展,煤礦開采向智能化開采階段邁進已經成為大勢所趨,煤礦智能化是推進大型煤炭企業高質量發展的核心技術支撐。本文在系統總結國家能源集團、中煤集團、陜煤集團、山東能源集團等國內大型煤炭企業煤礦智能化建設現狀的基礎上,分析了目前大型煤炭企業煤礦智能化建設中存在的技術、管理、人才、投入等方面主要問題,提出了推進大型煤炭企業煤礦智能化高質量發展的措施建議。

關鍵詞:大型煤炭企業 智能化 高質量發展 對策建議

 


引言

我國能源稟賦呈現“富煤、貧油、少氣”的特點,以煤為主的能源結構短期內難以根本改變[1]。過去10年,煤炭消費量占一次能源消費比重下降了12.5個百分點,但2021年煤炭消費量仍占能源消費總量的56%(見圖1)。煤炭作為我國主體能源,需要按照綠色低碳的發展方向,對標實現碳達峰、碳中和目標任務,立足國情、控制總量、兜住底線,有序減量替代,推進煤炭產業轉型升級。煤礦智能化是實現煤炭產業轉型升級和高質量發展的核心技術支撐。近年來,我國煤礦智能化建設呈現加速推進的態勢,但部分企業、部分煤礦智能化面臨推進難、推進慢等局面。因此,客觀分析煤礦智能化建設現狀,找出煤礦智能化建設中存在的問題,制定推進煤礦智能化建設高質量發展的措施建議,對于實現煤炭產業轉型升級具有重要意義。

一、大型煤炭企業煤礦智能化建設現狀

據統計,截至2021年底,大型煤炭企業采煤機械化程度提高至98.95%,比2012年提高約17個百分點,全國有近400處煤礦正在全面開展煤礦智能化建設,總投資規模已超過1000億元,其中首批71處智能化示范建設煤礦投資規模超150億元;全國已建成智能化采掘工作面813個,采煤面477個,掘進面336個。其中首批71處智能化示范建設煤礦建成智能化采掘工作面156個,已有29種煤礦機器人在370余處礦井現場應用。智能化采掘工作面正逐步實現“少人巡視、無人操作”的智能化常態開采,減人、增安、提效的效果日益顯現,大型煤企原煤生產人員效率由2012年的6.437噸/工提升至2021年8.786噸/工;全國煤礦平均百萬噸死亡率由2012年的0.374降至2021年的0.044[2-3]。

總體來看,國家能源集團、中煤集團、陜煤集團、山東能源集團等國有大型煤炭企業煤礦智能化建設走在了行業的前列,分別有9處、6處、7處、7處煤礦入選國家首批智能化示范煤礦,合計占國家首批智能化示范煤礦總數的41.4%。上述4家大型煤炭企業在煤礦智能化建設管理體系、資金投入、技術研發等不同的方面取得了一定的成效。

(一)國家能源集團

國家能源集團“十四五”期間計劃投資300多億元用于煤礦智能化建設,到2022年實現煤礦智能化技術及建設、采煤工作面、掘進工作面、選煤廠、固定崗位五個100%智能化目標,同時建成10個國家級智能化示范煤礦,5個露天煤礦實現無人駕駛;到2025年各煤礦全部實現智能化;2035年,建成三個智能礦區[4-7]。

國家能源集團與中國煤科聯合成立煤礦智能化協同創新中心,建設9個國家智能化示范煤礦,配套建設了10個生產類、4個安全類集團智能化示范煤礦。截至2022年一季度,已建成智能采煤工作面67處,智能掘進工作面46處,智能選煤廠18處;468個固定崗位實現無人值守,累計減人860人;煤礦智能化技術及建設覆蓋率達87%。

(二)中煤集團

中煤集團制定了《加快煤礦智能化建設指導意見》和《煤礦智能化發展專項規劃》;發布9項企業標準,牽頭編制全國首個《智能化露天煤礦建設規范》和4項行業標準。成立中煤裝備研究院、中煤地下工程智能研究院等智能化專業研發機構,設立中煤集團重大科技專項,實施透明地質、災害智能預警等煤礦智能化關鍵核心技術攻關[8]。

截至目前,中煤集團已建成6處國家首批智能化示范煤礦,納林河二號井等6處煤礦已通過省級智能化煤礦驗收,建成了9個智能化選煤廠,煤礦智能化技術及建設覆蓋率達到78%,智能化開采產量超過60%。42處煤礦初步建成智能一體化管控平臺、煤礦數據中心,11處煤礦開展“5G+”智能化煤礦建設,25處煤礦應用56臺(套)智能機器人。通過機械化換人、自動化減人、智能化無人,累計減少井下作業人員2314人,303處固定崗位實現無人值守和遠程監控。

(三)陜煤集團

陜煤集團建立了每年投入20億元以上+ 1億元科技引導資金+100億元轉型基金的資金保障機制,計劃到2022年底,所有煤礦全部實現智能化開采,井下危險繁重崗位基本實現機器人作業。

陜煤集團累計建成智能化采煤工作面超過50個,建成4大類快速掘進系統30套,13類792個生產輔助系統全面實現智能集控,累計完成5大類102個機器人應用實踐;建成全國首家NOSA 四星煤礦,有效促進了礦井安全生產[9-10]。

(四)山東能源集團

山東能源集團規劃“十四五”期間智能化項目近1700項,計劃投入150余億元用于煤礦智能化建設,實現所有礦井智能化建設全覆蓋。

山東能源集團設立了智能開采研究中心,建成133個智能化采掘工作面;單班下井100人以下礦井3處,100-200人17處,200-300人19處;13處礦井取消夜班生產[11-12]。

二、煤礦智能化建設存在的主要問題

(一)缺乏全面統籌和頂層設計

目前,我國煤礦智能化建設仍然處于初步發展階段,多數煤礦的智能化建設工作僅僅是局部的、不全面的。由于缺乏高視角的全面統籌和頂層設計,煤礦智能化設計、建設、驗收、設備采購等缺少統一的標準和要求,基層企業對煤礦智能化建設的理解千差萬別,造成各企業煤礦智能化建設路徑不一致,設備和系統重復建設、相互不兼容,各系統數據沒有深度融合,形成“數據壁壘”和“信息煙囪”,不能達到應有效果。

(二)煤礦智能化發展不平衡

主要體現在“六個不平衡”上:一是不同企業間開展煤礦智能化建設重視程度和積極性不平衡??傮w來講,相比于民營和基礎較差的企業,大型國有煤炭企業對開展煤礦智能化建設的認同度較高,企業負責人對煤礦智能化建設工作較為重視,推進煤礦智能化較為積極。二是不同地區煤礦智能化建設水平不平衡。我國鄂爾多斯盆地煤礦井型大,地質條件優越,礦井投產時間短,企業經營效益好,技術裝備先進,煤礦智能化建設水平相對較高;而云南、四川等西南地區煤礦井型小,井下機電裝備水平尚處于自動化升級階段,煤礦智能化發展相對滯后。三是煤礦各生產系統的智能化程度不平衡。井下部分輔助工種仍未實現機械化,掘進等系統尚未完全實現全流程自動化,部分煤礦在采煤、主運輸、排水、供電等系統智能化方面做了有益的探索,在部分系統、局部環節實現了智能控制。四是智能化技術需求與技術發展現狀不平衡。為實現“減人、增安、提效”,基層企業迫切需要在礦用機器人、煤巖識別、井下無軌膠輪車無人駕駛等“卡脖子”技術方面取得實質性突破,但目前這些技術的突破難度較大,無法滿足現場實際應用;五是軟件和硬件的投入不平衡。大型煤炭企業在煤礦智能化建設過程中存在“重硬件、輕軟件”的現象,軟件維護和迭代更新不及時,影響使用效果;六是煤礦智能化投入與產出比不平衡。部分煤礦智能化建設投入較大,雖然在減人、增安、提效方面取得了一定效果,但總體上看,煤礦智能化建設尚處于初級階段,減少井下作業人數不多,部分系統生產作業效率不升反降。

(三)關鍵核心技術裝備有待突破

支撐智能化開采的透明地質、礦山巖體力學與巖層控制、致災機理與災害防治等基礎理論體系尚未形成;受制于煤矸識別技術不夠成熟,綜采工作面采煤機自適應截割和綜放工作面智能化放頂煤技術一直未能有效突破;綜采工作面設備機群在復雜地質條件下的智能協同控制效果差,智能化開采技術和裝備對煤層條件的適應性有待提升;煤機裝備及其配套的各類傳感器、攝像頭等傳感器的可靠性和靈敏度與智能化開采還有差距,智能感知信息的有效利用率較低,工作面集控中心智能決策能力有待提升。

(四)煤礦智能化管理與人才儲備不足

煤礦智能化急需具備采礦、機電、計算機等專業知識的復合型高技能人才,而煤炭企業能夠滿足煤礦智能化建設需要的專業技術人才或一專多能的復合型人才匱乏,從業人員素質整體不高和結構性失衡交織,一線職工招工難與高層次人才引進難并存。同時,由于生產裝備智能化在一定程度上增加了檢修工作量,因此對檢修人員的數量、素質提出更高的要求。根據目前人才引進形勢預測,今后煤炭行業的人才瓶頸將進一步放大。

(五)煤礦智能化建設投入保障不夠

煤礦智能化建設投入資金較大,從短期看,主要表現為安全效益,同時,通過智能化建設可以大幅降低工人的勞動強度,提高了職工的幸福感、獲得感和安全感,但從經濟效益來看,智能化建設對提高生產效率、增加企業效益的效果不夠顯著,這也導致部分煤炭企業對煤礦智能化建設的持續投入不足,開展煤礦智能化建設往往只是為了滿足地方政府和上級企業煤礦智能化建設要求,存在“為智能化而智能化”的問題。

三、推進大型煤炭企業智能化高質量發展的對策

科技的發展為煤礦智能化建設提供了技術支持,安全生產倒逼煤炭企業開展智能化建設降低安全風險。人工成本上升疊加招工難,促使煤炭企業推進煤礦智能化建設,以持續優化勞動組織實現精干高效。結合國家發改委等八部委《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》(發改能源〔2020〕283號)文件要求,從煤礦生產總體發展趨勢來看,煤礦智能化建設是今后大型煤炭企業需要推進的重點工作之一。為推動大型煤炭企業智能化高質量發展,提出如下對策建議:

(一)強化頂層設計

1.強化規劃引領

大型煤炭企業要組織編制煤礦智能化建設中長期規劃和年度計劃,明確所屬二級企業及煤礦智能化建設目標和路徑。

2.強化標準建設

堅持以標準建設為抓手,明確煤礦智能化建設技術路徑,加快煤礦智能化系列標準研制,包括智能化專業術語、勘探程度、驗收標準、數據規范、通信協議、井下作業機器人等相關技術規范、產品標準和檢測檢驗規范的制、修訂,持續完善煤礦智能化相關標準。

3.強化管理保障

建立健全大型煤炭企業總部、二級企業、煤礦三級煤礦智能化管理體系,明確專門管理部門和人員,專職推進煤礦智能化工作。圍繞“智能、少人、高效”目標,打破傳統煤礦管理模式和體制機制,建立與智能化開采相配套的管理制度、工作流程、考核辦法、勞動組織模式等管理體系,探索建立與煤礦智能化相適應的管理理念和生產管理模式,驅動大型煤炭企業組織架構和管理制度變革。

(二)分類分級推進

按照“示范引領、差異推進”思路,鼓勵先行先試,針對不同地質條件礦井,采取“一企一策、一礦一策”,研究制定各礦井的整體智能化建設實施方案。加快推進智能化示范煤礦建設,加強與高校、科研院所、裝備廠商、高科技企業深度合作,加快礦山智能化新技術和新裝備的示范應用與迭代升級。選擇若干處擬建煤礦,從勘探設計開始,采用顛覆性思維和現代管理理念,打破傳統煤礦設計、建設、生產和管理模式,打破理念、規程等條條框框的約束,打破關鍵核心技術瓶頸,新建1處智能化少人試驗煤礦,形成一批可復制推廣的智能化建設模式、技術裝備和人員組織優化經驗,在類似條件煤礦推廣應用。組織開展標桿企業、示范應用、典型場景等遴選,通過舉辦現場經驗交流會等手段,加大宣傳力度,發揮引領作用,引導煤礦智能化技術由先進礦山向落后礦山輻射,形成比學趕超的良好發展氛圍。

(三)加大科技創新

大型煤炭企業要和高校、科研院所、裝備制造企業組建科研創新聯合體,推動工業互聯網、人工智能、大數據、云計算等新技術與煤礦生產技術的深度融合,加快突破透明地質、數字孿生、煤巖識別、掘支錨運自主作業、盾構掘進、智能穿爆、井下作業機器人、智能化長距離皮帶運輸、高精度導航定位、裝備群協同控制、災害大數據分析與預警等煤礦智能化關鍵核心理論和技術瓶頸,加大國產零部件、國產芯片、國產操作系統及工業軟件在煤礦智能裝備研發中的推廣應用力度,提升煤礦智能化建設自主可控能力,加快科研成果轉化,擴展產學研用合作的深度和廣度。

(四)強化隊伍建設

加大與科研院所聯合培養本科生、研究生的力度,培育一批理論基礎扎實,實踐能力強,具有創新精神的煤礦智能化人才。對于煤礦智能化建設關鍵崗位人才,有計劃引進或重點培養,持續提升職工專業技能,努力培養一批智能化技術專家,形成專業技術帶頭人效應,用“人員素質”換取“人員數量”。大型煤炭企業要根據智能化建設程度的不同,區別勞動密集型與高度智能化條件下的用工薪酬激勵政策,實現智能化建設與優化勞動組織的雙促進。特別是可以利用大型煤炭企業裝備板塊資源,與國內先進通信廠商、設備廠商合作,豐富大型煤炭企業在煤礦智能化建設上的技術儲備,在研究探索過程中完成技術人才儲備。建立健全煤礦智能化專業人才培育與考核評價機制,構建線上線下相結合的煤礦智能化培訓及考核體系,探索設立智能裝備工程師、智能裝備運維技師等專業型、技能型人才晉升通道,建立高水平礦山智能化運維隊伍。

(五)構建智能化生態系統

系統推進大型煤炭企業智能化建設,制定強制性與鼓勵性政策,解決煤礦智能化發展面臨的區域和企業發展不平衡的問題。統籌規劃礦山智能化技術研發與裝備制造產業布局,創建煤礦智能化裝備產業集聚區和生態圈。依托產業集群,積極發展服務型制造新模式新業態,培育一批礦山智能化服務提供商,促進裝備租賃運維、數據資產交易、人工智能和大數據技術服務等礦山智能化服務新模式的良性發展。以煤礦智能化技術為支撐,統籌推進礦區綠色發展,推動資源開發與生態環境協調發展,努力構建綠色環保、低碳高效的現代礦業體系。

四、結論

隨著近年來自動化、信息化技術迅猛發展,煤礦開采向智能化開采階段邁進是大勢所趨。煤礦智能化是煤礦綜合機械化、自動化的升級和發展,是煤炭生產方式和生產力革命的新階段,將成為煤炭開采第四次重大技術變革。煤礦智能化建設將有力支撐大型煤炭企業高質量發展。近年來,國家能源集團、中煤集團、陜煤集團、山東能源集團等國內大型煤炭企業在煤礦智能化建設方面取得了一定成效,但仍然存在缺乏全面統籌和頂層設計、煤礦智能化發展不平衡、關鍵核心技術裝備有待突破、管理與人才儲備不足、建設投入保障不夠等問題。下一步,大型煤炭企業應進一步強化頂層設計、分類分級推進、加大科技創新、強化隊伍建設、構建智能化生態系統,推動煤礦智能化實現高質量發展,支撐煤炭行業轉型升級。

 
 

 

 

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