李希勇

(山東能源集團，山東省濟南市，250014)

1 煤炭行業(yè)智能化建設現(xiàn)狀

近年來，在國家層面大力支持引導下，在地方部門和煤炭企業(yè)、社會各界的共同努力下，煤礦智能化建設取得顯著成效，有力推動了煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展?；仡櫸覈悄艿V山建設之路，以下3點必須關注和肯定[1-6]。

一是國家層面高度重視頂層設計，為智能礦山建設提供了遵循指引。近年來，國家相關部門先后出臺《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》等政策文件，對煤礦智能化建設提出一系列發(fā)展思路和具體要求。同時，有關部委在安全改造資金、產(chǎn)能核增、產(chǎn)量置換等方面，專門出臺了更具針對性、指導性的支持政策和工作舉措。這些對于提升我國煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應具有重要的戰(zhàn)略引領和現(xiàn)實指導意義。

二是煤礦智能化技術創(chuàng)新深入推進，為智能礦山建設提供了核心支撐。為高效推動煤礦智能化技術研發(fā)創(chuàng)新，國家科技部在國家重點研發(fā)專項的“智能機器人”中設立了煤礦機器人方向，著力破解煤礦井下機器人應用關鍵核心技術。許多高等院校積極響應國家加快煤礦智能化建設的號召，更加注重煤礦智能化人才培養(yǎng)，構(gòu)建多學科交叉、產(chǎn)學研融合的人才培養(yǎng)模式。相關行業(yè)部門積極推動科研院所、煤炭行業(yè)大型集團之間戰(zhàn)略合作，開展智能化技術攻關和智能裝備的應用推廣。煤炭行業(yè)的智能礦山建設已經(jīng)具備了相對充分的人才儲備和技術支持。

三是煤炭開采智能化水平穩(wěn)步提升，為智能礦山建設提供了實踐基礎和借鑒經(jīng)驗。目前智能化采煤已在多種類型的礦井中進行了實踐，全國智能化采掘工作面2019年底達到275個，2020年底超過500個。智能化建設已經(jīng)在選煤廠和井下掘進、輔助運輸?shù)认到y(tǒng)開展了應用，呈現(xiàn)全面縱深推進的良好發(fā)展局面。我國智能礦山建設起步快速、推進有力，未來大有可為。

山東能源集團作為一個新集團、老企業(yè)，礦井數(shù)量多、生產(chǎn)條件復雜、井下戰(zhàn)線長、勞動用工多、安全風險點多面廣，智能礦山建設意義重大。近年來，通過認真貫徹習近平總書記“四個革命、一個合作”能源安全戰(zhàn)略和安全生產(chǎn)重要論述，貫徹國家八部委聯(lián)合印發(fā)的《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，樹牢以礦工為中心的發(fā)展理念，以打造全球清潔能源供應商和世界一流能源企業(yè)為目標，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為主線，積極推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代信息技術在全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈中深度融合應用，闖出了一條智能礦山建設新路子，在諸多領域走在了行業(yè)前列。2020年9月份，全國煤礦智能化建設現(xiàn)場推進會在山東能源集團召開，全球首套礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)順利發(fā)布，在行業(yè)內(nèi)外產(chǎn)生了強烈反響。在此，對企業(yè)創(chuàng)建智能礦山的具體實踐進行總結(jié)。

2 山東能源集團創(chuàng)建智能礦山具體實踐

2.1 實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，激活智能礦山建設的動力引擎

發(fā)揮創(chuàng)新引領作用是傳統(tǒng)能源企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。山東能源集團煤炭產(chǎn)業(yè)比重大、轉(zhuǎn)型升級任務重，倒逼集團必須走創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展之路，必須堅持把科技創(chuàng)新作為重中之重，必須靠創(chuàng)新創(chuàng)效跳出煤炭產(chǎn)業(yè)興衰周期?！笆濉逼陂g企業(yè)共投入科研經(jīng)費177億元，強化煤礦智能化建設等關鍵技術攻關，340項成果獲得國家級和省部級科技獎勵。

(1)聚力建立一批大型高端研發(fā)平臺。堅持自主創(chuàng)新、重點跨越、支撐發(fā)展、引領未來的方針，建成8個國家級研發(fā)平臺，建立以企業(yè)為主體、以市場為導向、產(chǎn)學研深度融合的技術創(chuàng)新體系。建成煤炭行業(yè)首家煤礦智能開采工程研究中心，在智能開采關鍵技術與裝備研發(fā)試驗、標準創(chuàng)新、成果推廣等方面取得顯著成效。成立首家國家級煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心，組建大數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心、5G+智慧礦山研究中心，煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設及5G創(chuàng)新場景應用快速開局起勢。

(2)聚力攻克一批智能開采關鍵技術。堅持自主創(chuàng)新與引進消化吸收相結(jié)合，以智能開采為重點，集中力量研發(fā)攻關了5G礦用、災害超前治理、電液控制傳感器、采煤機智能截割、工作面自動找直、三維地質(zhì)模型構(gòu)建技術等一批國內(nèi)領先的關鍵技術，較好破解了智能礦山建設的技術掣肘。

(3)聚力研發(fā)一批先進可靠智能裝備。先進可靠的裝備是智能礦山建設的基礎支撐。企業(yè)加強了與美國卡特彼勒、日本小松礦業(yè)、德國沙爾夫等國際先進裝備制造企業(yè)合作，“十三五”以來累計裝備投入200多億元，建成高端液壓支架制造基地，達到美國(康壽)標準，成為卡特彼勒液壓支架產(chǎn)品全球供應商。加快智能化裝備升級換代，優(yōu)化提升智能采掘、智能選煤、智能交通等系統(tǒng)裝備，對礦井進行全方位、全系統(tǒng)裝備換代。金雞灘煤礦應用世界首套8.2 m超大采高綜采裝備，產(chǎn)能水平達到1 500萬t/a，運行以來累計開采煤炭超過2 800萬t。

(4)聚力培育一批科技創(chuàng)新領軍人才。人才是企業(yè)的第一資源，高端人才是企業(yè)的核心競爭力。山東能源集團堅定不移實施人才強企戰(zhàn)略，柔性引進院士15人和國家“千人計劃”專家團隊、散煤高效清潔燃燒技術研發(fā)團隊、工業(yè)級清潔煤技術研發(fā)團隊。引進一批高端互聯(lián)網(wǎng)人才，打造了一支近千人的數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術隊伍，承擔信息化咨詢設計、系統(tǒng)集成、軟件開發(fā)、服務運營等業(yè)務。

2.2 搭建互聯(lián)互通信息網(wǎng)絡，夯實智能礦山建設的基礎支撐

通過網(wǎng)絡基礎設施建設，打造低成本、低時延、高可靠、廣覆蓋的信息網(wǎng)絡，為產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的泛在互聯(lián)與數(shù)據(jù)順暢流通提供保障，這是智能礦山建設的必由之路。為此著力啟動和實施了三大工程。

(1)信息網(wǎng)絡建設工程。建成煤炭行業(yè)首家洲際信息通信網(wǎng)絡，與300多家分支機構(gòu)實現(xiàn)互聯(lián)互通。礦井全部建成骨干萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，80%礦井建成井下高速無線寬帶網(wǎng)絡，滿足安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理各類信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。建成混合多云架構(gòu)云計算中心，千余臺虛擬服務器承載ERP、安全生產(chǎn)等業(yè)務系統(tǒng)，集團工業(yè)系統(tǒng)上云率達100%，礦井系統(tǒng)上云普及率90%以上。

(2)5G新基建應用工程。聯(lián)合成立國內(nèi)首家5G+智慧礦山聯(lián)合實驗室，自主研發(fā)全球首套高可靠礦用5G專網(wǎng)系統(tǒng)，獲得國家礦用產(chǎn)品安全標志證書。將礦用5G技術應用于煤礦井下復雜環(huán)境，在多個礦井開展5G成套裝備規(guī)?；瘧茫蔀樾滦突A設施建設在煤炭行業(yè)應用的重要里程碑。

(3)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)工程。依托成熟經(jīng)驗及解決方案，在礦山智能化建設、系統(tǒng)運維服務等方面為行業(yè)用戶提供賦能服務，已與多家礦業(yè)集團洽談合作意向。創(chuàng)建國內(nèi)首個礦用物資網(wǎng)，建成齊魯云商、魯北商城、中國能源礦產(chǎn)交易中心、海南國際能源交易中心等物資交易平臺，融合線上線下業(yè)務，累計在線交易額超過2 000余億元，推動了平臺經(jīng)濟等新業(yè)態(tài)新模式創(chuàng)新發(fā)展。

2.3 打造數(shù)據(jù)集成共享平臺，構(gòu)建智能礦山建設的數(shù)字生態(tài)

智能礦山建設是極為復雜的系統(tǒng)工程，生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)眾多，只有將零散、孤立的數(shù)據(jù)信息集中收集、集約整合，打通生產(chǎn)、經(jīng)營、安全監(jiān)控三大數(shù)據(jù)鏈，才能帶來“互聯(lián)網(wǎng)+”的倍增效應。前瞻布局、適新應變，組建信息化管理委員會，構(gòu)建IT組織架構(gòu)，2015年以來啟動大數(shù)據(jù)工程，著力推動“一切業(yè)務數(shù)據(jù)化、一切數(shù)據(jù)業(yè)務化”，實現(xiàn)由定性分析向定量分析、由制度管理向流程管理、由機制運營向數(shù)字運營“三個轉(zhuǎn)變”。

(1)率先打造大數(shù)據(jù)決策平臺。相繼與SAP、IBM、阿里巴巴、華為等企業(yè)合作，累計投資20多億元，成為煤炭行業(yè)首家實施SAP第4代ERP系統(tǒng)全覆蓋的企業(yè)。建成大數(shù)據(jù)中心，匯聚集成煤礦環(huán)境、人員、設備、安全、管理、經(jīng)營、視頻等上百類數(shù)據(jù)資源，系統(tǒng)日均處理超過2億條信息。

(2)持續(xù)打造業(yè)務管控平臺。推進業(yè)務數(shù)字化建設，完成財務管控、銷售業(yè)務、人事管理、生產(chǎn)控制、貿(mào)易管理“五個體系”建設，建成財務共享、資金管理、稅務管理、物資共享、設備共享、營銷共享等十大共享平臺；其中，財務共享中心為全國能源行業(yè)首家，實施后工作效率提升50%，業(yè)務人員精簡80%。構(gòu)建一體化人事管理體系，實現(xiàn)20余萬職工信息檔案、人資薪酬云端管理。

(3)傾力打造數(shù)字礦山平臺。在煤炭行業(yè)首家建立以地質(zhì)模型為起點、以預算模型為核心、以業(yè)務為驅(qū)動的采礦運營平臺，實現(xiàn)從采掘生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)到成本費用預測的業(yè)財聯(lián)動預算管理。自主研發(fā)“智礦云網(wǎng)”數(shù)字化平臺，應用了50多個可復制、可推廣的工業(yè)APP，實現(xiàn)信息共享、流程互通、智能融合，東灘煤礦、鮑店煤礦、金雞灘煤礦等礦井實現(xiàn)成功應用，為煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設提供了“山能方案”。

2.4 創(chuàng)新智能礦山應用場景，提升智能礦山建設的質(zhì)量水平

數(shù)字技術與煤炭工業(yè)深度融合，構(gòu)建全新的組織形式和生產(chǎn)模式，能夠最大限度改善工作環(huán)境，降低勞動強度，提升經(jīng)濟效益，推動煤炭產(chǎn)業(yè)由勞動密集型向技術密集型轉(zhuǎn)型，這是未來煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本方向和核心路徑。大力推進智能裝備、智能系統(tǒng)研發(fā)，持續(xù)拓展智能應用場景，累計建成80個智能采煤工作面、71個智能掘進工作面、10個智能礦山示范點，山東本部沖擊地壓礦井全部實現(xiàn)智能化開采，省內(nèi)36對礦井取消夜班采掘作業(yè)，礦井生產(chǎn)效率與安全系數(shù)大幅提高，職工幸福感、獲得感顯著增強。重點推動5個領域智能進程。

2.4.1智能開采

山東能源智能化采煤流程如下：通過地面集控中心遠程下達工作面設備運行指令；地面配液中心將乳化液輸送至采區(qū)集中供液中心，為工作面設備提供液壓動力；采煤機割落的煤炭通過刮板輸送機、帶式輸送機運出，再經(jīng)主井提升至地面，實現(xiàn)全流程智能化生產(chǎn)。智能開采工作面系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能開采工作面系統(tǒng)圖

兗煤澳洲公司礦井通過集控中心遠程遙控生產(chǎn)系統(tǒng)，一般礦井定員在180～280人，綜采工作面每班僅6人。兗煤澳洲莫拉本井工礦自動化采煤工作面和澳斯達煤礦長壁遠程自動化控制工作面分別見圖2和圖3。

圖2 兗煤澳洲莫拉本井工礦自動化采煤工作面

兗州煤業(yè)鮑店煤礦建成國內(nèi)一流、國際先進低延時、高可靠、常態(tài)化運行的智能化綜放工作面，生產(chǎn)作業(yè)人員由16人減至7人。鮑店煤礦智能化綜放工作面常態(tài)化運行如圖4所示。

郭屯煤礦形成高精度導航定位 + 三維動態(tài)地質(zhì)模型自適應割煤的“透明化”智能開采模式。郭屯煤礦以數(shù)字孿生技術構(gòu)建透明化智能工作面和基于地理信息系統(tǒng)的“一張網(wǎng)”智能管控平臺，分別如圖5和圖6所示。

圖3 兗煤澳洲澳斯達煤礦長壁遠程自動化控制工作面

轉(zhuǎn)龍灣煤礦建成國內(nèi)首個使用LASC慣導技術的千萬噸級自動化工作面。金雞灘煤礦建成世界首個7 m超大采高智能綜放工作面、工效達到260 t/工，具備2 000萬t/a產(chǎn)能的世界領先水平。

圖4 兗州煤業(yè)鮑店煤礦智能化綜放工作面常態(tài)化運行

圖5 郭屯煤礦以數(shù)字孿生技術構(gòu)建透明化智能工作面

圖6 郭屯煤礦基于地理信息系統(tǒng)的“一張網(wǎng)”智能管控平臺

2.4.2智能機電

推進排水、提升、運輸、通風、供電等“五大系統(tǒng)”智能化運行，礦井全面實現(xiàn)中央變電所、井下水泵房重要場所和選煤廠部分崗點無人值守。應用井筒安全智能巡檢機器人、帶式輸送機巡檢機器人取代人工巡檢。4對礦井建成井下數(shù)字化交通系統(tǒng)，省內(nèi)礦井實現(xiàn)井下半小時運輸圈。兗州煤業(yè)鮑店煤礦智能巡檢機器人如圖7所示。

2.4.3智能監(jiān)控

山東能源集團骨干礦井實現(xiàn)調(diào)度指揮、監(jiān)測監(jiān)控和遠程集控“三大中心”協(xié)同運行。完成監(jiān)控系統(tǒng)改造升級融合，成為國內(nèi)首批實現(xiàn)安全監(jiān)控、人員位置監(jiān)測、應急廣播系統(tǒng)在井下融合聯(lián)動，視頻監(jiān)控、調(diào)度通訊在地面融合的煤礦企業(yè)。建立安全生產(chǎn)一體化平臺，自主開發(fā)建設安全生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、重大災害智能監(jiān)測分級預警系統(tǒng)。唐口煤礦智能控制中心如圖8所示，轉(zhuǎn)龍灣煤礦膠輪車運輸調(diào)度管理平臺如圖9所示。

圖7 兗州煤業(yè)鮑店煤礦泵站智能巡檢機器人

圖8 唐口煤礦智能控制中心

2.4.4智能選煤

運用物聯(lián)網(wǎng)、智能感知等先進技術，推動選煤全工藝流程生產(chǎn)自動化、管理信息化。率先在煤炭行業(yè)構(gòu)建商品煤智能檢驗管控體系，實現(xiàn)檢驗過程無人干預、質(zhì)量數(shù)據(jù)實時采集。實施智能升級后，選煤廠入選能力提升15%，精煤產(chǎn)品穩(wěn)定率達到98%以上，煤炭產(chǎn)品供給質(zhì)量得到較大改善。高煤公司智能化選煤廠集中控制中心如圖10所示。

圖9 轉(zhuǎn)龍灣煤礦膠輪車運輸調(diào)度管理平臺

圖10 高煤公司智能化選煤廠集中控制中心

2.4.5智能人員管理

山東省內(nèi)51對礦井全部建成人員精確定位系統(tǒng)，靜態(tài)定位精確至300 mm。研發(fā)具有井下作業(yè)人員生命體征、救援引導、信息推送功能的礦用智能手表，實時采集生命體征信息，數(shù)據(jù)異常自動報警。整合人力資源主數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測監(jiān)控和職業(yè)健康等系統(tǒng)，構(gòu)建健康大數(shù)據(jù)，為人員精準化精益化管理提供依據(jù)。付村煤礦井下AI智能視頻識別如圖11所示。

圖11 付村煤礦井下AI智能視頻識別

3 結(jié)語

創(chuàng)新永無止境,智能引領未來。智能化建設是我國煤炭工業(yè)的第4次技術革命，是300余萬名煤礦工人最大的福利，對于提升技術裝備水平、增強安全生產(chǎn)能力、保障職工生命健康、促進煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級意義重大。

作為國有煤炭企業(yè)，山東能源集團將認真落實全國煤礦智能化建設現(xiàn)場推進會精神，堅定不移發(fā)揮表率作用，集中優(yōu)勢資源力量，借鑒先進經(jīng)驗，“十四五”規(guī)劃投資280億元，確保2021年年底前建成一批高水平、系統(tǒng)集成的智能化示范礦井，“十四五”期間全面完成智能化建設，智能化開采煤炭產(chǎn)量達到90%以上；大力推動人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術與煤礦智能化深度融合，推動5G無線網(wǎng)絡建設覆蓋井下主要工作地點，打造煤炭行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和5G+智能礦山解決方案，做大做強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)；以減頭減面減系統(tǒng)、提質(zhì)提速提效益“三減三提”為統(tǒng)領，實行裝備換人、技術換人、管理換人，強化關鍵技術裝備攻關突破，推動高端采掘裝備智能化升級換代，提升煤礦智能化建設水平，真正讓煤礦工人成為社會尊重、人人向往的職業(yè)，為我國煤炭行業(yè)智能化建設做出應有的貢獻。