摘要

我國眾多煤炭企業(yè)尚處于勞動密集型發(fā)展階段，企業(yè)用工多，尤其是井下作業(yè)人員多，機械化、自動化、信息化水平低。未來，煤炭行業(yè)和企業(yè)應圍繞無人開采、智能管理和高效安全運營這一總體目標，提升兩化深度融合型智能礦山建設水平。但智能礦山建設為系統工程，超越技術層面，還有理念和投入的問題。在當前形勢下，投入會是個大問題。

5月23日，位于陜西省神木縣境內的神東煤炭集團錦界煤礦調度中心，生產調度員對井下109順槽皮帶進行遠程啟動。

“請工作人員注意，皮帶即將啟動。”調度中心實時監(jiān)控畫面切換至該皮帶所在現場，廣播在一遍遍播放安全提示。連續(xù)播放6遍后，皮帶啟動。與此同時，調度中心另一個數據監(jiān)控畫面上，109順槽皮帶數據發(fā)生改變，顯示為運行狀態(tài)。

年產2000萬噸的錦界煤礦只有職工1000人。工作面的“三機”可以遠程啟停；井下的皮帶在運量不均衡時會自動調速，以節(jié)約用電、減少損耗；300臺分散小水泵全部遠程監(jiān)控、無人值守……井上、井下各種數據和監(jiān)控畫面匯集到調度中心，調度員輕點鼠標即可指揮生產作業(yè)。

智能礦山是新一代采礦業(yè)技術競爭的核心，它的科學定義說起來較復雜，錦界煤礦是一個簡明易懂的實例。

現實需要

安全、工效、成本，開展智能礦山建設有迫切性

“煤炭市場形勢不好，煤炭企業(yè)還會投錢搞智能礦山嗎？”在去神木縣參加全國煤炭行業(yè)兩化深度融合型智能礦山現場會的路上，一位記者同行這樣問道。

到了神木縣，記者發(fā)現，原定300人規(guī)模的大會去了400多人，會場爆滿?？磥?，煤炭企業(yè)對智能礦山還是非常關注的。

“我國煤炭行業(yè)安全生產水平和生產效率，之所以與先進國家存在差距，原因之一就是我國眾多煤炭企業(yè)尚處于勞動密集型發(fā)展階段，企業(yè)用工多，尤其是井下作業(yè)人員多，機械化、自動化、信息化水平低。”中國煤炭工業(yè)協會副會長劉峰說。

據了解，美國煤炭年產量約10億噸，產業(yè)工人約10萬人。我國煤炭年產量約37億噸，產業(yè)工人約525萬人，其中井下一線工人304萬人。我國煤炭產量是美國的3.6倍，產業(yè)工人卻是美國的50多倍。

用人多，導致我國煤炭行業(yè)工效和安全生產水平與世界發(fā)達國家相比仍存在較大差距。美國過去10多年來煤礦百萬噸死亡率長期控制在0.1以下，特別是近幾年來，煤礦百萬噸死亡率降到了0.03。澳大利亞煤礦百萬噸死亡率為0.014左右。

同時，用人多、工效低，也使我國煤炭生產的平均成本居高不下，難以與虎視眈眈的進口煤抗衡。成本低，是進口煤得以搶占國內煤炭市場的主要競爭力。

“如何從根本上解決礦工的安全問題？占總儲量20%以上的薄煤層開采面臨艱難的困境，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、危險的工作，怎么辦？如何降低噸煤成本？”中國煤炭科工集團天地瑪珂公司總經理李首濱認為，這就是加快推進智能化開采的重要性和迫切性。

智能礦山建設以信息化、數字化、自動化為手段，以無人化開采為目標，為提高勞動生產率，減少煤礦井下作業(yè)人員，促進我國煤礦安全高效生產提供了新的途徑。

同處神木縣的陜西煤業(yè)化工集團神南公司紅柳林煤礦是全國煤炭行業(yè)兩化深度融合型智能礦山現場會另一個主要參觀點。該礦的綜采成套裝備智能系統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合攻關完成。該系統融合了采煤機智能記憶割煤、液壓支架跟機自動化、運輸系統煤流負荷平衡、智能集成供液、遠程遙控等高新技術，實現了正常連續(xù)生產過程中采場無人操作，工作面作業(yè)人員由過去的14人減少至5人。

據了解，去年產煤1800萬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)一片蕭條的現在，該礦仍然保持著較強的盈利能力。

“實踐證明，推進煤炭行業(yè)兩化融合與智能礦山建設，是促進結構調整、轉變煤炭經濟發(fā)展方式、提高發(fā)展質量的需要，是建設特大型現代化煤礦的必然選擇，是提升煤炭工業(yè)發(fā)展科學化水平的必然要求，代表了煤炭工業(yè)先進生產力的發(fā)展方向。”中國煤炭工業(yè)協會會長王顯政認為，特別是在當前煤炭經濟下行的形勢下，推進兩化深度融合型智能礦山建設，對于切實轉變傳統的煤炭生產經營模式，具有重要意義。

目前水平

大致處于兩化融合中級階段，煤礦之間差別較大

“近年來，煤炭企業(yè)圍繞自身發(fā)展實際，不斷深化和延展智能礦山的內涵。從數字礦山到智慧礦山、感知礦山，均以信息化、數字化和自動化為核心，將智能礦山建設從傳統業(yè)務管理擴展至資源環(huán)境管理、采掘生產、洗選加工、煤礦安全等各個方面。”劉峰說。

另一個事實是，兩化融合和智能礦山在我國煤礦的發(fā)展很不均衡。這種不平衡不僅體現在國有大礦和小煤礦之間，國有大礦和國有大礦之間的差距也很大。例如，有一個企業(yè)的代表將大型煤炭企業(yè)推進信息化建設分成四個階段，他認為我國煤炭企業(yè)當前至少橫跨三個階段，部分企業(yè)處于第二、第三階段，極少數企業(yè)處于第四階段。

在此次智能礦山現場會的技術交流中，有人講智能電網在煤礦的運用，有人講煤礦自動化、信息化的實踐，有人講煤礦電氣傳動系統及節(jié)能技術，有人講煤礦信息集成技術體系與礦山現代化管控模式，有人講薄煤層自動化開采技術，還有人講井下通信解決方案。

可見，目前煤炭企業(yè)對兩化深度融合型智能礦山的理解和實踐的差異很大。

采訪中，沒有一個采訪對象認為自己能清晰地說出它準確的定義，但大家又都有一個較一致的方向，就是信息化、數字化、自動化和智能化。

“智能礦山采用先進的信息感知、數據處理、網絡傳輸、智能控制等技術，使煤礦生產、經營和管理的各個環(huán)節(jié)、各種要素實現數字化和可視化，各項業(yè)務流程程序化，實現采礦過程實時控制、礦山資源實時管理、礦山信息實時處理。”劉峰說，“智能礦山建設涉及采礦科學、信息科學、管理科學、人工智能、虛擬現實、運籌學、網絡技術、軟件技術、監(jiān)測技術和控制技術等，是一個典型的多學科技術交叉領域。”

我國煤礦智能礦山的發(fā)展經歷了三個階段。第一是礦山信息化階段，以實現礦山各業(yè)務的信息化管理和機械化采煤為標志；第二是礦山數字化階段，以數字的形式呈現，實現礦山虛擬現實、自動化采煤；第三是礦山智能化階段，以對礦山自動感知、分析和智能化決策并實現遠程控制的智能化開采為標志。

或許正是因為認識和實踐的差別，以及發(fā)展的不均衡性，專家沒有給出目前我國煤礦處于哪個階段的判斷。

但是，中國煤炭工業(yè)協會給出了另一個判斷。2012年，受工信部委托，中國煤炭工業(yè)協會組織開展了煤炭行業(yè)首次兩化融合發(fā)展水平評估工作。通過對85家煤炭企業(yè)評估樣本數據的整理和分析，確定煤炭行業(yè)兩化融合發(fā)展水平總體處于“中級水平階段”，與機械、電子等先進行業(yè)相比，還有很大的發(fā)展空間和漫長的發(fā)展路程。

發(fā)展方向

全礦區(qū)、全產業(yè)鏈、系統自適應調控的智能礦山

智能礦山建設是一個復雜的系統工程，不僅需要硬件和軟件的配合，更需要科學規(guī)劃并有序實施。

“我國煤炭企業(yè)在智能礦山建設過程中，由于缺乏規(guī)范、前瞻的規(guī)劃，經常出現前期建設和后期建設相沖突的問題。‘信息孤島’現象十分嚴重，未打通煤礦生產全程的數字化鏈條，數據流仍未貫通礦山勘探規(guī)劃、采礦設計、生產管理、安全監(jiān)控、風險分析、應急響應全過程，業(yè)務流與管理模式沒有得到根本改變。”劉峰說，“同時，我國煤炭資源豐富，煤礦數量較多，生產條件差異較大，尤其是一些老礦區(qū)，地質條件復雜，五大災害俱全，巷道系統復雜，智能礦山建設難度非常大。”

因此，推進智能礦山建設，必須結合企業(yè)自身條件，優(yōu)先設計智能礦山建設總體方案，在總體方案的指導下制定專項方案，并按照總體方案和專項方案的要求，有步驟、分階段開展建設工作，實現分散建設向集成化方向跨越。

“未來，煤炭行業(yè)和企業(yè)應該圍繞礦山的無人開采、企業(yè)的智能管理和高效安全運營這一總體目標，從五個方面提升兩化深度融合型智能礦山建設水平。”劉峰說，“在橫向覆蓋范圍方面，將從單個工作面向單個煤礦，再向煤炭企業(yè)集團甚至整個礦區(qū)延伸；在產業(yè)領域延伸方面，將從煤炭生產的信息化向煤礦生產經營的信息化，再向煤化工、煤電、物流等整個產業(yè)鏈的信息化延伸；在應用系統集成程度方面，將從專業(yè)系統集成向部分業(yè)務局部集成應用，再向相關系統全面集成應用拓展；在操作手段方面，將從人工近距離操作向無人遠程遙控，再向系統自適應調控延伸；在發(fā)展層次方面，將從技術應用向更高層次的商業(yè)模式創(chuàng)新提升。”

在實現這個美好前景的過程中，有很多難題需要解決。

“經過多次探索證明，這種基于順槽監(jiān)控中心可視化遠程干預智能化開采模式，能滿足地質條件較好的煤層，尤其在薄及較薄煤層效果最好。”李首濱說，“但真正實現全智能化開采，還需進一步解決煤巖識別、采煤機自主定位以及工作面直線控制等問題。”

專家認為，除此以外，其他智能礦山需要解決的技術難題包括，安全信息分布式傳感與生產過程協同控制、受限異質空間傳感網實時傳輸及動態(tài)組網、多傳感器融合、智能化無人開采專家系統等。

超越技術層面，智能礦山建設還有理念和投入的問題。即使煤炭企業(yè)明白智能礦山是新一代采礦業(yè)技術競爭的核心，但未必會立刻大力投身其間，尤其是對已建成生產煤礦的改造，必定會在龐大的投入、實施的難度與能夠產生的效益之間權衡利弊。同時，以當前煤炭行業(yè)的市場形勢看，對于很多煤礦來說，智能礦山建設，投入會是個大問題。