大型煤炭企業(yè)煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)狀、問題和對策研究
蔡峰
中國中煤能源集團有限公司
摘要：煤炭在較長時期內(nèi)依然是我國的主體能源。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，煤礦開采向智能化開采階段邁進已經(jīng)成為大勢所趨，煤礦智能化是推進大型煤炭企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。本文在系統(tǒng)總結(jié)國家能源集團、中煤集團、陜煤集團、山東能源集團等國內(nèi)大型煤炭企業(yè)煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了目前大型煤炭企業(yè)煤礦智能化建設(shè)中存在的技術(shù)、管理、人才、投入等方面主要問題，提出了推進大型煤炭企業(yè)煤礦智能化高質(zhì)量發(fā)展的措施建議。
關(guān)鍵詞：大型煤炭企業(yè) 智能化 高質(zhì)量發(fā)展 對策建議
我國能源稟賦呈現(xiàn)“富煤、貧油、少氣”的特點，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)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(fā)展方向，對標實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標任務(wù)，立足國情、控制總量、兜住底線，有序減量替代，推進煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。煤礦智能化是實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。近年來，我國煤礦智能化建設(shè)呈現(xiàn)加速推進的態(tài)勢，但部分企業(yè)、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(shè)現(xiàn)狀，找出煤礦智能化建設(shè)中存在的問題,制定推進煤礦智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的措施建議,對于實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。
一、大型煤炭企業(yè)煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)狀
據(jù)統(tǒng)計，截至2021年底，大型煤炭企業(yè)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(shè)，總投資規(guī)模已超過1000億元，其中首批71處智能化示范建設(shè)煤礦投資規(guī)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(shè)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(xiàn)場應(yīng)用。智能化采掘工作面正逐步實現(xiàn)“少人巡視、無人操作”的智能化常態(tài)開采，減人、增安、提效的效果日益顯現(xiàn)，大型煤企原煤生產(chǎn)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(yè)煤礦智能化建設(shè)走在了行業(yè)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(shù)的41.4%。上述4家大型煤炭企業(yè)在煤礦智能化建設(shè)管理體系、資金投入、技術(shù)研發(fā)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(shè)，到2022年實現(xiàn)煤礦智能化技術(shù)及建設(shè)、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(xiàn)無人駕駛；到2025年各煤礦全部實現(xiàn)智能化；2035年，建成三個智能礦區(qū)[4-7]。
國家能源集團與中國煤科聯(lián)合成立煤礦智能化協(xié)同創(chuàng)新中心，建設(shè)9個國家智能化示范煤礦，配套建設(shè)了10個生產(chǎn)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(xiàn)無人值守，累計減人860人；煤礦智能化技術(shù)及建設(shè)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(shè)指導意見》和《煤礦智能化發(fā)展專項規(guī)劃》；發(fā)布9項企業(yè)標準，牽頭編制全國首個《智能化露天煤礦建設(shè)規(guī)范》和4項行業(yè)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(yè)研發(fā)機構(gòu)，設(shè)立中煤集團重大科技專項，實施透明地質(zhì)、災(zāi)害智能預(yù)警等煤礦智能化關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)[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(shù)及建設(shè)覆蓋率達到78%，智能化開采產(chǎn)量超過60%。42處煤礦初步建成智能一體化管控平臺、煤礦數(shù)據(jù)中心，11處煤礦開展“5G+”智能化煤礦建設(shè)，25處煤礦應(yīng)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(yè)人員2314人，303處固定崗位實現(xiàn)無人值守和遠程監(jiān)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(zhuǎn)型基金的資金保障機制，計劃到2022年底，所有煤礦全部實現(xiàn)智能化開采，井下危險繁重崗位基本實現(xiàn)機器人作業(yè)。
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(tǒng)30套，13類792個生產(chǎn)輔助系統(tǒng)全面實現(xiàn)智能集控，累計完成5大類102個機器人應(yīng)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(chǎn)[9-10]。
（四）山東能源集團
山東能源集團規(guī)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(shè)，實現(xiàn)所有礦井智能化建設(shè)全覆蓋。
山東能源集團設(shè)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(chǎn)[11-12]。
二、煤礦智能化建設(shè)存在的主要問題
（一）缺乏全面統(tǒng)籌和頂層設(shè)計
目前，我國煤礦智能化建設(shè)仍然處于初步發(fā)展階段，多數(shù)煤礦的智能化建設(shè)工作僅僅是局部的、不全面的。由于缺乏高視角的全面統(tǒng)籌和頂層設(shè)計，煤礦智能化設(shè)計、建設(shè)、驗收、設(shè)備采購等缺少統(tǒng)一的標準和要求，基層企業(yè)對煤礦智能化建設(shè)的理解千差萬別，造成各企業(yè)煤礦智能化建設(shè)路徑不一致，設(shè)備和系統(tǒng)重復建設(shè)、相互不兼容，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有深度融合，形成“數(shù)據(jù)壁壘”和“信息煙囪”，不能達到應(yīng)有效果。
（二）煤礦智能化發(fā)展不平衡
主要體現(xiàn)在“六個不平衡”上：一是不同企業(yè)間開展煤礦智能化建設(shè)重視程度和積極性不平衡?？傮w來講，相比于民營和基礎(chǔ)較差的企業(yè)，大型國有煤炭企業(yè)對開展煤礦智能化建設(shè)的認同度較高，企業(yè)負責人對煤礦智能化建設(shè)工作較為重視，推進煤礦智能化較為積極。二是不同地區(qū)煤礦智能化建設(shè)水平不平衡。我國鄂爾多斯盆地煤礦井型大，地質(zhì)條件優(yōu)越，礦井投產(chǎn)時間短，企業(yè)經(jīng)營效益好，技術(shù)裝備先進，煤礦智能化建設(shè)水平相對較高；而云南、四川等西南地區(qū)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(fā)展相對滯后。三是煤礦各生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化程度不平衡。井下部分輔助工種仍未實現(xiàn)機械化，掘進等系統(tǒng)尚未完全實現(xiàn)全流程自動化，部分煤礦在采煤、主運輸、排水、供電等系統(tǒng)智能化方面做了有益的探索，在部分系統(tǒng)、局部環(huán)節(jié)實現(xiàn)了智能控制。四是智能化技術(shù)需求與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀不平衡。為實現(xiàn)“減人、增安、提效”，基層企業(yè)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(shù)方面取得實質(zhì)性突破，但目前這些技術(shù)的突破難度較大，無法滿足現(xiàn)場實際應(yīng)用；五是軟件和硬件的投入不平衡。大型煤炭企業(yè)在煤礦智能化建設(shè)過程中存在“重硬件、輕軟件”的現(xiàn)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(chǎn)出比不平衡。部分煤礦智能化建設(shè)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(shè)尚處于初級階段，減少井下作業(yè)人數(shù)不多，部分系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)效率不升反降。
（三）關(guān)鍵核心技術(shù)裝備有待突破
支撐智能化開采的透明地質(zhì)、礦山巖體力學與巖層控制、致災(zāi)機理與災(zāi)害防治等基礎(chǔ)理論體系尚未形成；受制于煤矸識別技術(shù)不夠成熟，綜采工作面采煤機自適應(yīng)截割和綜放工作面智能化放頂煤技術(shù)一直未能有效突破；綜采工作面設(shè)備機群在復雜地質(zhì)條件下的智能協(xié)同控制效果差，智能化開采技術(shù)和裝備對煤層條件的適應(yīng)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(yè)知識的復合型高技能人才，而煤炭企業(yè)能夠滿足煤礦智能化建設(shè)需要的專業(yè)技術(shù)人才或一專多能的復合型人才匱乏，從業(yè)人員素質(zhì)整體不高和結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shù)量、素質(zhì)提出更高的要求。根據(jù)目前人才引進形勢預(yù)測，今后煤炭行業(yè)的人才瓶頸將進一步放大。
（五）煤礦智能化建設(shè)投入保障不夠
煤礦智能化建設(shè)投入資金較大，從短期看，主要表現(xiàn)為安全效益，同時，通過智能化建設(shè)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(jīng)濟效益來看，智能化建設(shè)對提高生產(chǎn)效率、增加企業(yè)效益的效果不夠顯著，這也導致部分煤炭企業(yè)對煤礦智能化建設(shè)的持續(xù)投入不足，開展煤礦智能化建設(shè)往往只是為了滿足地方政府和上級企業(yè)煤礦智能化建設(shè)要求，存在“為智能化而智能化”的問題。
三、推進大型煤炭企業(yè)智能化高質(zhì)量發(fā)展的對策
科技的發(fā)展為煤礦智能化建設(shè)提供了技術(shù)支持，安全生產(chǎn)倒逼煤炭企業(yè)開展智能化建設(shè)降低安全風險。人工成本上升疊加招工難，促使煤炭企業(yè)推進煤礦智能化建設(shè)，以持續(xù)優(yōu)化勞動組織實現(xiàn)精干高效。結(jié)合國家發(fā)改委等八部委《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源〔2020〕283號）文件要求，從煤礦生產(chǎn)總體發(fā)展趨勢來看，煤礦智能化建設(shè)是今后大型煤炭企業(yè)需要推進的重點工作之一。為推動大型煤炭企業(yè)智能化高質(zhì)量發(fā)展，提出如下對策建議：
（一）強化頂層設(shè)計
1.強化規(guī)劃引領(lǐng)
大型煤炭企業(yè)要組織編制煤礦智能化建設(shè)中長期規(guī)劃和年度計劃，明確所屬二級企業(yè)及煤礦智能化建設(shè)目標和路徑。
2.強化標準建設(shè)
堅持以標準建設(shè)為抓手，明確煤礦智能化建設(shè)技術(shù)路徑，加快煤礦智能化系列標準研制，包括智能化專業(yè)術(shù)語、勘探程度、驗收標準、數(shù)據(jù)規(guī)范、通信協(xié)議、井下作業(yè)機器人等相關(guān)技術(shù)規(guī)范、產(chǎn)品標準和檢測檢驗規(guī)范的制、修訂，持續(xù)完善煤礦智能化相關(guān)標準。
3.強化管理保障
建立健全大型煤炭企業(yè)總部、二級企業(yè)、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(tǒng)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(yīng)的管理理念和生產(chǎn)管理模式，驅(qū)動大型煤炭企業(yè)組織架構(gòu)和管理制度變革。
（二）分類分級推進
按照“示范引領(lǐng)、差異推進”思路，鼓勵先行先試，針對不同地質(zhì)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(shè)實施方案。加快推進智能化示范煤礦建設(shè)，加強與高校、科研院所、裝備廠商、高科技企業(yè)深度合作，加快礦山智能化新技術(shù)和新裝備的示范應(yīng)用與迭代升級。選擇若干處擬建煤礦，從勘探設(shè)計開始，采用顛覆性思維和現(xiàn)代管理理念，打破傳統(tǒng)煤礦設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)和管理模式，打破理念、規(guī)程等條條框框的約束，打破關(guān)鍵核心技術(shù)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(shè)模式、技術(shù)裝備和人員組織優(yōu)化經(jīng)驗，在類似條件煤礦推廣應(yīng)用。組織開展標桿企業(yè)、示范應(yīng)用、典型場景等遴選，通過舉辦現(xiàn)場經(jīng)驗交流會等手段，加大宣傳力度，發(fā)揮引領(lǐng)作用，引導煤礦智能化技術(shù)由先進礦山向落后礦山輻射，形成比學趕超的良好發(fā)展氛圍。
（三）加大科技創(chuàng)新
大型煤炭企業(yè)要和高校、科研院所、裝備制造企業(yè)組建科研創(chuàng)新聯(lián)合體，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)與煤礦生產(chǎn)技術(shù)的深度融合，加快突破透明地質(zhì)、數(shù)字孿生、煤巖識別、掘支錨運自主作業(yè)、盾構(gòu)掘進、智能穿爆、井下作業(yè)機器人、智能化長距離皮帶運輸、高精度導航定位、裝備群協(xié)同控制、災(zāi)害大數(shù)據(jù)分析與預(yù)警等煤礦智能化關(guān)鍵核心理論和技術(shù)瓶頸，加大國產(chǎn)零部件、國產(chǎn)芯片、國產(chǎn)操作系統(tǒng)及工業(yè)軟件在煤礦智能裝備研發(fā)中的推廣應(yīng)用力度，提升煤礦智能化建設(shè)自主可控能力，加快科研成果轉(zhuǎn)化，擴展產(chǎn)學研用合作的深度和廣度。
（四）強化隊伍建設(shè)
加大與科研院所聯(lián)合培養(yǎng)本科生、研究生的力度，培育一批理論基礎(chǔ)扎實，實踐能力強，具有創(chuàng)新精神的煤礦智能化人才。對于煤礦智能化建設(shè)關(guān)鍵崗位人才，有計劃引進或重點培養(yǎng)，持續(xù)提升職工專業(yè)技能，努力培養(yǎng)一批智能化技術(shù)專家，形成專業(yè)技術(shù)帶頭人效應(yīng)，用“人員素質(zhì)”換取“人員數(shù)量”。大型煤炭企業(yè)要根據(jù)智能化建設(shè)程度的不同，區(qū)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(xiàn)智能化建設(shè)與優(yōu)化勞動組織的雙促進。特別是可以利用大型煤炭企業(yè)裝備板塊資源，與國內(nèi)先進通信廠商、設(shè)備廠商合作，豐富大型煤炭企業(yè)在煤礦智能化建設(shè)上的技術(shù)儲備，在研究探索過程中完成技術(shù)人才儲備。建立健全煤礦智能化專業(yè)人才培育與考核評價機制，構(gòu)建線上線下相結(jié)合的煤礦智能化培訓及考核體系，探索設(shè)立智能裝備工程師、智能裝備運維技師等專業(yè)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(gòu)建智能化生態(tài)系統(tǒng)
系統(tǒng)推進大型煤炭企業(yè)智能化建設(shè)，制定強制性與鼓勵性政策，解決煤礦智能化發(fā)展面臨的區(qū)域和企業(yè)發(fā)展不平衡的問題。統(tǒng)籌規(guī)劃礦山智能化技術(shù)研發(fā)與裝備制造產(chǎn)業(yè)布局，創(chuàng)建煤礦智能化裝備產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和生態(tài)圈。依托產(chǎn)業(yè)集群，積極發(fā)展服務(wù)型制造新模式新業(yè)態(tài)，培育一批礦山智能化服務(wù)提供商，促進裝備租賃運維、數(shù)據(jù)資產(chǎn)交易、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)服務(wù)等礦山智能化服務(wù)新模式的良性發(fā)展。以煤礦智能化技術(shù)為支撐，統(tǒng)籌推進礦區(qū)綠色發(fā)展，推動資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，努力構(gòu)建綠色環(huán)保、低碳高效的現(xiàn)代礦業(yè)體系。
四、結(jié)論
隨著近年來自動化、信息化技術(shù)迅猛發(fā)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(fā)展，是煤炭生產(chǎn)方式和生產(chǎn)力革命的新階段，將成為煤炭開采第四次重大技術(shù)變革。煤礦智能化建設(shè)將有力支撐大型煤炭企業(yè)高質(zhì)量發(fā)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(nèi)大型煤炭企業(yè)在煤礦智能化建設(shè)方面取得了一定成效，但仍然存在缺乏全面統(tǒng)籌和頂層設(shè)計、煤礦智能化發(fā)展不平衡、關(guān)鍵核心技術(shù)裝備有待突破、管理與人才儲備不足、建設(shè)投入保障不夠等問題。下一步，大型煤炭企業(yè)應(yīng)進一步強化頂層設(shè)計、分類分級推進、加大科技創(chuàng)新、強化隊伍建設(shè)、構(gòu)建智能化生態(tài)系統(tǒng)，推動煤礦智能化實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，支撐煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
參考文獻
[1]楊英明，孫建東，李全生.我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀及展望[J].煤炭工程,2019,51(2):149-153.
[2]孫博超.新發(fā)展格局下我國煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展對策研究[J]. 煤炭經(jīng)濟研究,2021.
[3]張佩.煤礦安全生產(chǎn)事故分析及控制策略研究[J].煤炭與化工, 2022,45(2):5.
[4]李浩蕩,趙永峰,尤文順等.新發(fā)展格局下國家能源集團煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展研究[J].中國煤炭,2021.
[5]尤文順.國家能源集團打造"1235"煤礦智能化建設(shè)模式 加快推進煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[J].智能礦山,2022,3(2):8.
[6]潘濤,邱爽,趙永峰等.國家能源集團智能礦山建設(shè)實踐與探索[J].中國煤炭,2020,46(5):11.
[7]丁震,趙永峰,尤文順等.國家能源集團煤礦智能化建設(shè)路徑研究[J].中國煤炭,2020,46(10):5.
[8]李志強,李根.煤礦智能化建設(shè)探索與實踐[J].中國煤炭, 2022,48(1):7.
[9]張愛玲.陜煤集團:積極推進煤礦"四化"建設(shè)[J].中國安全生產(chǎn), 2018(9):4.
[10]王世斌,于水,劉長來.以系統(tǒng)化思維打造智能化開采建設(shè)新模式[J].煤炭科學技術(shù),2021,49(S01):7.
[11]孟祥軍,李偉.山東能源集團煤炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)[J]. 煤炭科學技術(shù),2022,50(4):41.
[12]李志勇,范興馳.實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略加快推進"三化"建設(shè)——山東能源集團以智能化建設(shè)推進企業(yè)轉(zhuǎn)型升級工作紀實[J].中國煤炭工業(yè).
來源：中國煤炭經(jīng)濟研究會
