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。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年基本實現(xiàn)少人化和無人化這個目標測算，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套綜采成套設備進行數(shù)字化、智能化改造。
不是上了智能化系統(tǒng)，就一定能實現(xiàn)智能化采煤。實現(xiàn)智能化采煤，需要智能化控制系統(tǒng)作技術支撐、設備的可靠性保障，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《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》)，明確了煤礦智能化發(fā)展的目標、主要任務和保障措施，對采煤、掘進、運輸、通風、供電、選煤等環(huán)節(jié)的智能化發(fā)展具有重要的指導意義。
盡管煤礦實現(xiàn)智能化的難度很大，但這是歷史發(fā)展的必然方向，《指導意見》的出臺將加快煤礦智能化的進程，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、有多少綜采設備、每一套綜采設備的規(guī)模有關。建設一個智能化礦山，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。這兩個環(huán)節(jié)面對的地質條件和作業(yè)環(huán)境很復雜，牽扯的技術難題多，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年基本實現(xiàn)少人化和無人化這個目標測算，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。這對煤炭行業(yè)來說，尤其是對技術進步而言，是個好事情，可以以不同的視角和技術路線推動智能化開采技術的進步。
在技術方面，煤礦智能化的概念和標準還在逐漸形成階段。在比較好的地質條件下，國內有的煤礦可以階段性實現(xiàn)采煤工作面內無人生產(chǎn)，但是建設長期連續(xù)的無人化工作面，現(xiàn)在還有一些技術問題需要解決。
以中國煤炭科工集團天瑪公司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用需要，但完全的無人化還沒有達到常態(tài)化應用的程度。實現(xiàn)真正的無人化采煤在技術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)的遠程干預式的智能無人化，二是基于GIS系統(tǒng)、透明工作面技術的智能無人化。實現(xiàn)采煤無人化的兩條路子都有需要攻關的核心技術，目前都有機構在研發(fā)，中國煤炭科工集團采用兩條腿走路的方法，在其中央研究院專門分別設立研發(fā)機構，按兩條路線同步開展研發(fā)工作。
技術升級必然會讓一些老的設備進行更新。智能開采最關鍵的就是對設備進行自動控制。傳統(tǒng)的采煤是用人工操作支架和采煤機的，現(xiàn)在要用智能控制系統(tǒng)來進行控制和操作，這些控制系統(tǒng)相關的設備跟技術，包括軟件、傳感器技術都要進行升級。簡單估測，未來幾年，全國每年有300套到500套綜采成套設備進行數(shù)字化、智能化改造。
要實現(xiàn)自動化開采，設備之間的配套、協(xié)調非常關鍵。人工操作時，采煤機和支架、刮板運輸機之間的相互干涉或互相影響可以由操作人實地調整;智能無人化，要求設備在研發(fā)之初就按無人現(xiàn)場調整的思路設計設備的結構、配合協(xié)調關系。所以，智能采煤成套設備如智能化控制系統(tǒng)、液壓支架、采煤機、刮板運輸機打包由同一供應商統(tǒng)籌設計、配套、集成交付，以達到產(chǎn)能為目標的整套解決方案將成為煤礦用戶的需求和方向。
另外，《指導意見》明確在2021年基本實現(xiàn)少人化和無人化，而當前全國智能工作面供應商的產(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)，就一定能實現(xiàn)智能化采煤。實現(xiàn)智能化采煤，需要智能化控制系統(tǒng)作技術支撐，需要設備的可靠性保障，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，要落實好《指導意見》，加快煤礦智能化建設，實現(xiàn)煤礦安全、高效、綠色開采，需要國家部委的統(tǒng)一領導、協(xié)調和政策支持;需要技術、裝備研發(fā)生產(chǎn)廠商切合煤礦實際下大力氣攻關核心技術、提高產(chǎn)品的可靠程度和質量;需要廣大煤礦增加人才儲備，加強操作使用者、維護管理者的培訓，提高管理水平。
(作者系中國煤炭科工集團天瑪公司董事長)
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。
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)有一個智能化運行維護團隊，實現(xiàn)統(tǒng)一運行維護。
《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》的印發(fā)，堅定了煤炭企業(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)應該怎么干?
其實理解起來很簡單，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，原來網(wǎng)絡一般都是千兆網(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、運、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。以平煤神馬集團十礦為例，該礦綜采工作面24130工作面，從轉載機、刮板機、皮帶機和集中控制系統(tǒng)全部更新。二是井下所有可視化項目平臺，實現(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、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。2019年，平煤神馬集團搞了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。平煤神馬集團計劃于2019年至2021年讓15個礦井全部實現(xiàn)智能化，總預算大概為25億元。
關于設備的投資，在整個投資中的比率分為三部分：基礎設施投資占10%，集成平臺投資占10%，運輸?shù)仍O備類投資占80%。關于供應商的選擇問題，主要是兩類：一是設備供應商，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行維護團隊，實現(xiàn)統(tǒng)一運行維護。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)在項目的建設中鍛煉團隊，在學習中掌握技術，這需要一個過程。
(作者系中國平煤神馬集團信息技術公司副總經(jīng)理)
陳曉晶：持續(xù)深耕智能化技術
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)內仍然存在較大的分歧。建議盡快形成能達成行業(yè)共識的煤礦智能化頂層架構和評價體系，以此具體指導煤礦在各階段的智能化建設。
煤礦的掘進工作面、輔助運輸系統(tǒng)離智能化的目標還比較遠?，F(xiàn)階段煤礦智能化技術和建設重點應是將現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)、機器人控制、機器視覺、人工智能、邊緣計算、大數(shù)據(jù)分析等技術應用到井下受限空間的各底層系統(tǒng)中，真正實現(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)和工程實踐?，F(xiàn)結合工作實踐，對照八部委聯(lián)合發(fā)布的《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》)，對今后煤礦智能化建設提出以下建議。
首先，在頂層設計和標準引領方面，與煤礦智能化相關的國家或行業(yè)標準很少，發(fā)布的僅有《煤炭工業(yè)智能化礦井設計標準》和《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術規(guī)范》。雖然，一些礦業(yè)集團制定了本集團的智能化建設標準，并以重點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)內仍然存在較大的分歧。
《指導意見》的發(fā)布表明了國家對煤礦智能化建設的高度重視。去年，中國煤炭學會和中國煤炭科工集團發(fā)起成立了煤礦智能化技術創(chuàng)新聯(lián)盟，在行業(yè)內開啟了煤礦智能化的新篇章。我建議，在《指導意見》的指引下，借鑒中關村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等機構的成功經(jīng)驗，在中國煤炭學會和中國煤炭科工集團的牽頭下，盡快形成能達成行業(yè)共識的煤礦智能化頂層架構和評價體系，以此來具體指導煤礦在各階段的智能化建設。
其次，煤礦智能化建設的目標仍是保障煤礦安全生產(chǎn)、減人提效。在推進科技創(chuàng)新、加快煤礦智能化改造以及推廣新一代信息技術方面，應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)實現(xiàn)了在順槽或地面遠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)主運輸煤流集控系統(tǒng)的基礎上率先應用機器視覺技術、多傳感融合分析技術，建立了煤流協(xié)同經(jīng)濟運行新模式，并在山東能源臨礦集團魯西煤礦、甘肅華亭煤業(yè)集團東峽煤礦成功應用。但是，要看到的是，煤礦的掘進工作面、輔助運輸系統(tǒng)的自動化程度和協(xié)同控制能力仍然相對較低，離智能化的目標還比較遠。
同時，煤礦安全監(jiān)控和人員精確定位已全面實現(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)在山東兗礦集團興隆莊煤礦成功應用并通過驗收，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)在山東兗礦集團趙樓煤礦成功應用并通過驗收。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)分析技術來進行煤礦災害預測預判還沒有實現(xiàn)。
因此，現(xiàn)階段煤礦智能化技術和建設重點應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)、機器人控制、機器視覺、人工智能、邊緣計算、大數(shù)據(jù)分析等技術應用到上述的煤礦安全生產(chǎn)的各底層系統(tǒng)中去，實現(xiàn)互聯(lián)互通，讓上述新技術能適應煤礦、服務煤礦、為煤礦賦能，真正實現(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，我們應通過煤礦智能化技術創(chuàng)新聯(lián)盟聚合煤礦、設計院、研究院、高校、裝備供應商等形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，達成行業(yè)共識，腳踏實地，通過不斷持續(xù)研究和技術深耕，共同規(guī)劃、分步實施、由點及面、突出重點、示范先行，逐步實現(xiàn)煤礦由傳統(tǒng)自動化向智能化的穩(wěn)步邁進。
(作者系中國煤炭科工集團天地(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、輔助運輸產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理)
王進軍：給煤炭企業(yè)帶來三大利好
一是市場利好。智能化為煤機裝備帶來新的更大需求。二是技術利好。智能化的市場需求有利于煤礦企業(yè)技術成果的市場轉化。三是政策利好。各級政府和行業(yè)政策將在資金、項目上給予更大更多支持。
《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》)的發(fā)布，與煤炭市場對先進裝備、技術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)展為煤機裝備帶來新的、更大的需求。二是技術利好。一些煤炭企業(yè)近年來在智能化技術開發(fā)方面做了大量工作，智能化的市場需求有利于技術成果市場轉化。三是政策利好。各級政府和行業(yè)會隨著《指導意見》的發(fā)布出臺一系列引導政策，將在資金、項目上給予更大更多支持。
《指導意見》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年各類煤礦基本實現(xiàn)智能化為最終目標，涉及所有生產(chǎn)礦井和新建礦井。
具體到煤礦層面來看，《指導意見》提出要實現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運輸、通風、洗選以及安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行。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)。從設備角度分析，寧夏天地奔牛公司的刮板輸送機只是井下工作面生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種裝備，還需要其他的設備、系統(tǒng)在智能化方面得以提升改進，如液壓支架、采煤機、皮帶機、安全系統(tǒng)等。智能化將從工作面擴展到礦井，從礦井擴展到智慧礦山。
從煤礦智能化發(fā)展層面來看，一是需要智能系統(tǒng)基站、遠端控制平臺等基礎建設;二是需要煤機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;四是需要各子(分)控制系統(tǒng)和控制技術的相互銜接與融合，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)。
我認為，實現(xiàn)《指導意見》提出的煤礦智能化目標，投入和投資是巨大的。
關于煤礦智能化建設，煤炭企業(yè)的內生動力主要體現(xiàn)在四方面：一是智能化可促進煤礦安全保障能力不斷提高;二是智能化建設可使設備故障停機率降低，如采煤高度自動化、自主化以及超前預知的主動性故障診斷等，可增強設備可靠性和故障維護便利性;三是可通過機械化、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感知控制等智能化技術將使煤炭開采更精準，資源浪費更少。
(作者系寧夏天地奔牛公司總經(jīng)理)
評論