范京道，黃克軍，李 川2,，劉 渭，宋 岳，閆振國(guó)

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065；2.應(yīng)急管理部煤礦智能化開采技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 黃陵 727307；3.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；4.陜西延長(zhǎng)石油礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065)

礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在當(dāng)前人類社會(huì)消耗的自然資源中，占比80%以上[1]，煤炭資源更是我國(guó)的主體能源，預(yù)計(jì)到2030 年，消耗量為35～40 億t。工程是最直接、最現(xiàn)實(shí)的社會(huì)生產(chǎn)力，是人類社會(huì)存在和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。礦業(yè)工程是由科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、人文、管理、經(jīng)濟(jì)等組成的復(fù)雜系統(tǒng)工程，是人類基于對(duì)自然物理世界的認(rèn)識(shí)和現(xiàn)階段掌握的知識(shí)、技術(shù)、裝備等生產(chǎn)資料。在“物質(zhì)、能量、信息”“三位一體”的自然物理世界中，把自然礦產(chǎn)資源轉(zhuǎn)化為社會(huì)用途的產(chǎn)品及生產(chǎn)力，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和國(guó)家能源安全起著重要的支撐作用。

“十四五”時(shí)期是我國(guó)構(gòu)建安全高效智能、清潔低碳現(xiàn)代能源體系及高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵階段[3-5]。然而，傳統(tǒng)的煤炭開發(fā)工程管理模式難以滿足煤炭資源高效開發(fā)與智能化建設(shè)的需求，嚴(yán)重制約著煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。一方面，發(fā)展不充分、不平衡的工程技術(shù)水平與人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的能源與生態(tài)需求不適應(yīng)，特別是智能化時(shí)代的到來(lái)，傳統(tǒng)煤炭行業(yè)與信息技術(shù)深度融合發(fā)展，是決定煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展和擺脫 “傻大黑粗，臟累苦險(xiǎn)”面貌的關(guān)鍵。2021 年我國(guó)原煤產(chǎn)量再創(chuàng)新高，已達(dá)41.3 億t，能源結(jié)構(gòu)中煤炭占比依然高達(dá)56.8%。雖然礦產(chǎn)資源在智能綠色開發(fā)及與循環(huán)經(jīng)濟(jì)取得一定成果[6-7]，但是，傳統(tǒng)礦業(yè)工程開發(fā)建設(shè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工效率低、自動(dòng)化與智能化水平低與自然環(huán)境矛盾突出等問題依然沒有根本解決。另一方面，在人類科學(xué)、技術(shù)、工程進(jìn)入由“物理空間–人類社會(huì)–信息空間”所組成的CPH 三元空間后，傳統(tǒng)工程管理理論與模式難以適應(yīng)工業(yè)4.0 對(duì)多元融合的發(fā)展需求，也制約著工程項(xiàng)目建設(shè)安全、高效、經(jīng)濟(jì)等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。礦業(yè)工程開發(fā)與建設(shè)過(guò)程中復(fù)雜性與危險(xiǎn)性，警示人類在進(jìn)行工程建設(shè)和開發(fā)中要注重多智能體協(xié)同管控[8]，重視多目標(biāo)平衡。特別是當(dāng)今煤炭作為能源和資源的“兜底作用”得到進(jìn)一步強(qiáng)化，大型煤礦、特大型煤礦急劇增多和CPH三元空間融合新時(shí)代背景下，必須按照工程哲學(xué)理念，在總結(jié)分析自然–科學(xué)–技術(shù)–工程–產(chǎn)業(yè)–經(jīng)濟(jì)–社會(huì)知識(shí)、技術(shù)等要素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)、整體、協(xié)同、智能、綠色等思維方式，對(duì)礦業(yè)工程技術(shù)和工程管理的規(guī)律進(jìn)行提煉和歸納，促進(jìn)各工程目標(biāo)、要素之間相互融合、相互協(xié)同，實(shí)現(xiàn)科學(xué)與工程、技術(shù)與工程、技術(shù)與管理、工程與經(jīng)濟(jì)、工程與社會(huì)融合發(fā)展，推動(dòng)人與人、人與工程、工程與自然的可持續(xù)發(fā)展[9]。因此，建立符合新時(shí)代礦業(yè)工程建設(shè)與管理理論和模式是礦業(yè)工程實(shí)現(xiàn)安全高效智能綠色發(fā)展的必然要求。

作者運(yùn)用系統(tǒng)論、協(xié)同論等理論，提出了以價(jià)值最優(yōu)化為目標(biāo)的綠色化、智能化、集成化、專業(yè)化和精細(xì)化等“五化協(xié)同”工程管理模式，該模式應(yīng)用于礦業(yè)工程的多個(gè)重大實(shí)踐中，以期高效解決工程管理多目標(biāo)、多層次協(xié)同不足的難題，整體突破復(fù)雜系統(tǒng)工程安全高效綠色智能建設(shè)與管控，促進(jìn)工程技術(shù)與管理的多元融合發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和國(guó)家能源安全提供重要支撐。

1 “五化協(xié)同”工程管理模式

1.1 “五化協(xié)同”工程管理模式內(nèi)涵

針對(duì)礦業(yè)工程建設(shè)資源賦存條件復(fù)雜，涉及專業(yè)多，作業(yè)環(huán)境差，危險(xiǎn)程度高，影響范圍大，建設(shè)周期長(zhǎng)，集成程度高，制約因素多及管理的復(fù)雜性與非線性等特征。依托重大工程創(chuàng)新與實(shí)踐，融合基礎(chǔ)理論、技術(shù)創(chuàng)新、裝備研發(fā)、工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)、智能控制與決策、組織與管理、建設(shè)與示范、運(yùn)行與評(píng)價(jià)、資源開發(fā)與利用、工程建設(shè)與生態(tài)保護(hù)等要素?；贑PH 熵等理論，創(chuàng)建了以“融合賦能”為理念，以數(shù)字化為支撐，以綠色化、智能化、精細(xì)化、專業(yè)化和集成化等協(xié)同融合為核心的工程管理技術(shù)與方法，構(gòu)建以價(jià)值最優(yōu)化為目標(biāo)的“五化協(xié)同”工程管理新模式。通過(guò)目標(biāo)與要素協(xié)同互促，賦能工程建設(shè)與管理實(shí)踐融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工程全局動(dòng)態(tài)綜合最優(yōu)(圖1)。

圖1 五化協(xié)同工程管理模式Fig.1 Project management mode of Five Modernizations and Cooperation

1.2 “五化”主要內(nèi)容

1.2.1 綠色化?引領(lǐng)方向

工程綠色化是人類利用自然規(guī)律和自然資源，改造自然環(huán)境的有效手段[9]。從2009 年，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2008?2015)》，到2015 年《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》，再到2020 年，自然資源部印發(fā) 《綠色礦山評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)文件出臺(tái)，給礦業(yè)工程綠色化建設(shè)提出了明確要求、戰(zhàn)略目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使我國(guó)礦山綠色化有法可依[10]。

礦業(yè)工程綠色化是將生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展理念貫穿工程建設(shè)與管理全過(guò)程，圍繞安全、高效、智能、綠色的目標(biāo)，借助新一代信息化技術(shù)，開展工程綠色化的技術(shù)創(chuàng)新、裝備研制、管理與運(yùn)營(yíng)及資源綜合利用與節(jié)能減排等方面研究與應(yīng)用，并將綠色化工程建設(shè)與管理理念融入其他“四化”的建設(shè)過(guò)程中，提高工程建設(shè)與生產(chǎn)效率、資源綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)的和諧發(fā)展，如圖2 所示。

圖2 五化協(xié)同?綠色化系統(tǒng)Fig.2 Five Modernizations and Cooperation-greenization system

1.2.2 智能化?技術(shù)創(chuàng)新

煤炭開采的危險(xiǎn)性、環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)機(jī)器替代人有天然的需求?！白寵C(jī)器替代人能做的事，更應(yīng)該讓機(jī)器去做人類做不到的事”，是發(fā)展人工智能技術(shù)的目的。礦業(yè)工程智能化是多學(xué)科、多領(lǐng)域、多系統(tǒng)的協(xié)同耦合，是指通過(guò)采礦技術(shù)與人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等新技術(shù)深度融合。將智能基因植入到規(guī)劃設(shè)計(jì)、技術(shù)創(chuàng)新、裝備研發(fā)、管理運(yùn)營(yíng)等工程全生命周期中，進(jìn)行工程全過(guò)程的信息采集、數(shù)據(jù)共享、分析決策、智能控制、智能監(jiān)測(cè)，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的工程綜合智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)工程的地質(zhì)保障、礦井建設(shè)、煤炭開采、巷道掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電、安全保障、分選、經(jīng)營(yíng)管理等全流程安全高效建設(shè)與運(yùn)行[11-13]。煤炭開采利用作為傳統(tǒng)行業(yè)必須與人工智能等信息技術(shù)深度融合，促使煤炭產(chǎn)業(yè)由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，助推煤炭行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型、安全發(fā)展。智能化技術(shù)已成為傳統(tǒng)煤炭行業(yè)發(fā)展方式的“轉(zhuǎn)換器”和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的“助推器”，如圖3 所示。

圖3 五化協(xié)同?智能化系統(tǒng)Fig.3 Five Modernizations and Cooperation-intelligent system

1.2.3 集成化?多元融合

礦業(yè)工程集成化是針對(duì)多源、多對(duì)象、多系統(tǒng)、多目標(biāo)和多階段的工程特征，將與礦業(yè)工程相關(guān)的知識(shí)、方法、手段、設(shè)備等集成。同時(shí)，結(jié)合資本、資源、勞動(dòng)力等要素，形成有功能、有價(jià)值且滿足工程目的與需求的過(guò)程。以信息網(wǎng)絡(luò)集成為支撐，創(chuàng)建包含規(guī)劃、設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理等階段的工程元素、管理過(guò)程、知識(shí)技術(shù)3 個(gè)維度的整體化集成。進(jìn)行物質(zhì)流、信息流、控制流、知識(shí)流和價(jià)值流統(tǒng)一，發(fā)揮系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)和綜合優(yōu)勢(shì)[9,14]。實(shí)現(xiàn)礦業(yè)工程價(jià)值構(gòu)建和整體主動(dòng)尋優(yōu)，減少投資成本，提高生產(chǎn)建設(shè)效益，保障工程安全運(yùn)行，如圖4 所示。

圖4 五化協(xié)同?集成化系統(tǒng)Fig.4 Five Modernizations and Cooperation-integration system

1.2.4 專業(yè)化?高效協(xié)同

礦業(yè)工程專業(yè)化是針對(duì)工程系統(tǒng)的復(fù)雜性、多目標(biāo)性、多階段性及煤炭開發(fā)的復(fù)雜性與危險(xiǎn)性，對(duì)工程全周期的設(shè)計(jì)、技術(shù)、裝備、施工、安全、管理及人才隊(duì)伍等要素進(jìn)行專業(yè)組織分工實(shí)施，并通過(guò)自我評(píng)估、優(yōu)勢(shì)挖掘、協(xié)同融合、創(chuàng)新發(fā)展，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)差異性、強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)能力、提高生產(chǎn)效率和管理效率，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的價(jià)值最優(yōu)化目標(biāo)，如圖5 所示。

圖5 五化協(xié)同?專業(yè)化系統(tǒng)Fig.5 Five Modernizations and Cooperation-professionalization system

1.2.5 精細(xì)化?精準(zhǔn)管控

精細(xì)化管理的核心是復(fù)雜的事情簡(jiǎn)單化、簡(jiǎn)單的事情流程化、流程化事情定量化、定量的事情信息化。礦業(yè)工程精細(xì)化是以規(guī)范化為前提，以系統(tǒng)化為保證，以數(shù)據(jù)化為標(biāo)準(zhǔn)，以信息化為手段。通過(guò)工程全過(guò)程的實(shí)施精確定位，合理分工，細(xì)化責(zé)任，量化考核，將工程規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新、裝備研發(fā)、工程建設(shè)等分階段的精細(xì)化與人、財(cái)、物、市場(chǎng)、經(jīng)營(yíng)等工程管理的精細(xì)化融合統(tǒng)一。使組織管理各單元精確、高效、協(xié)同和持續(xù)運(yùn)行。創(chuàng)新形成“五精崗位”“五精現(xiàn)場(chǎng)”和崗位自主管理體系，構(gòu)建礦業(yè)工程建設(shè)與管理為一體的綜合管控平臺(tái)，推動(dòng)企業(yè)由粗放型管理向集約化管理轉(zhuǎn)變，由經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)管理轉(zhuǎn)變，賦能企業(yè)安全高效有效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)管理效益最大化目標(biāo)[15]。

1.3 “五化”協(xié)同建設(shè)的主要特性

“五化協(xié)同”工程管理模式是一個(gè)動(dòng)態(tài)復(fù)雜的系統(tǒng)，具有多目標(biāo)、開放、協(xié)同、伺服、交互升級(jí)及動(dòng)態(tài)最優(yōu)等特性?！拔寤敝g既單獨(dú)運(yùn)行，又相互協(xié)同、相互融合、相互促進(jìn)，是一個(gè)有機(jī)的整體。在“五化”內(nèi)部、外部及整體不斷地能量、物質(zhì)、信息的交換中，通過(guò)各“化”自身控熵優(yōu)化及“五化”整體協(xié)同控熵，實(shí)現(xiàn)“五化協(xié)同”工程管理模式的技術(shù)與管理，局部與整體、內(nèi)部與外部的有序協(xié)同統(tǒng)一與低熵化運(yùn)行。

1.3.1 系統(tǒng)的多目標(biāo)性

工程預(yù)期目標(biāo)一般分為進(jìn)度目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)、成本目標(biāo)、安全目標(biāo)、技術(shù)目標(biāo)、生態(tài)目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)等。礦業(yè)工程建設(shè)目標(biāo)具有極強(qiáng)的能源行業(yè)特點(diǎn)，其工程的復(fù)雜性、多層次性，對(duì)于多目標(biāo)的設(shè)定有著天然的需求，綠色是工程建設(shè)與發(fā)展的基本要求，高效是工程建設(shè)與發(fā)展的本質(zhì)需求，智能是工程建設(shè)與發(fā)展的核心技術(shù)手段，安全是工程建設(shè)與發(fā)展的根本保障。建立了以安全、高效、智能、綠色為子目標(biāo)，以價(jià)值最優(yōu)化為最終目標(biāo)的礦業(yè)工程目標(biāo)體系。實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)同融合是實(shí)現(xiàn)礦業(yè)工程高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。

1.3.2 系統(tǒng)的協(xié)同性

基于“五化協(xié)同”發(fā)展的整體性、多層次性、多子系統(tǒng)性，系統(tǒng)形成之初是由各“化”子系統(tǒng)協(xié)同度不足，然而為了工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，各“化”子系統(tǒng)不僅要單獨(dú)運(yùn)行，有著自身的運(yùn)動(dòng)軌跡，又要與其他子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互制約，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)有序化、協(xié)同化的“協(xié)同效應(yīng)”。礦業(yè)工程協(xié)同融合是傳統(tǒng)煤炭工業(yè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.3.3 系統(tǒng)的開放性

礦業(yè)工程是一個(gè)包含經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等的多維度體，其動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，各子系統(tǒng)或要素與外部系統(tǒng)或因素均存在著諸多相互交流與相互影響，與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)的發(fā)展及國(guó)家政策等息息相關(guān)，緊密相連，充分體現(xiàn)了礦業(yè)工程的開放性特征。

1.3.4 系統(tǒng)的伺服性

根據(jù)協(xié)同學(xué)的伺服原理，系統(tǒng)的內(nèi)外部元素均存在信息交流與相互影響，在達(dá)到一定的臨界點(diǎn)后系統(tǒng)某個(gè)或幾個(gè)少數(shù)因素或子系統(tǒng)會(huì)起到主導(dǎo)作用。比如在智能化建井工程的井筒建設(shè)過(guò)程中，將形成以工程精細(xì)化管控和專業(yè)化施工為基礎(chǔ)，以智能化全斷面敞開式掘進(jìn)機(jī)高效掘進(jìn)為主導(dǎo)的工程施工形態(tài)。

1.3.5 系統(tǒng)的自組織性

任何系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中均存在著系統(tǒng)內(nèi)外部不同要素與子系統(tǒng)間的合作與競(jìng)爭(zhēng)的雙重關(guān)系[16]。基于礦業(yè)工程的動(dòng)態(tài)性、時(shí)空性、交互升級(jí)性，系統(tǒng)內(nèi)部與外部在人類社會(huì)?物理空間?信息空間的“三元世界”存在著共生與合作，又存在著博弈或競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)兩種關(guān)系的動(dòng)態(tài)演變及把握工程不同階段的主控因素，礦業(yè)工程系統(tǒng)不斷交互升級(jí)與自我優(yōu)化中實(shí)現(xiàn)有效性控制與不同階段最優(yōu)及整體價(jià)值最優(yōu)。

2 “五化協(xié)同”工程管理體系構(gòu)建

2.1 “五化”協(xié)同的內(nèi)在機(jī)理

礦業(yè)工程“五化”協(xié)同的核心是“五化”互動(dòng)，融合發(fā)展；本質(zhì)是追求工程管理技術(shù)創(chuàng)新與工程高質(zhì)量建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排的和諧統(tǒng)一；目標(biāo)是創(chuàng)建一種結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、功效最大化的工程發(fā)展模式。其中，綠色化是要求，智能化是動(dòng)力，集成化是基礎(chǔ)，專業(yè)化是手段，精細(xì)化是保障。

“五化協(xié)同”工程管理模式的各子目標(biāo)、系統(tǒng)之間是互聯(lián)互促的整體，彼此之間通過(guò)物質(zhì)、能量或者信息不斷交換與迭代升級(jí)。系統(tǒng)在時(shí)間、空間和功能上逐步有序化、結(jié)構(gòu)化，使系統(tǒng)由無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，由熵增狀態(tài)到減緩熵增狀態(tài)，由同一專業(yè)、同一層級(jí)物理反應(yīng)的聯(lián)合，到不同專業(yè)、不同層級(jí)化學(xué)反應(yīng)的整合，最終發(fā)展為產(chǎn)生新元素的耦合。工程管理模式的運(yùn)用耦合度反應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程中各子系統(tǒng)及要素相互融合、相互配合與和諧一致的強(qiáng)度與屬性。但耦合度不能反映協(xié)同建設(shè)與發(fā)展水平，為此又引入?yún)f(xié)調(diào)度的概念，用耦合度與協(xié)調(diào)度來(lái)度量“五化”間的融合關(guān)聯(lián)能力和協(xié)同發(fā)展水平[17]。

系統(tǒng)的復(fù)雜性又決定“五化”協(xié)同不是一蹴而就，“五化”各系統(tǒng)間相互影響、相互適應(yīng)、相互促進(jìn)，每個(gè)子系統(tǒng)都影響其他子系統(tǒng)。同時(shí)，任何子系統(tǒng)的不平衡建設(shè)與發(fā)展均會(huì)影響到整個(gè)工程“五化”的協(xié)同水平?！拔寤奔案鳌盎苯ㄔO(shè)是一個(gè)熵增過(guò)程，如何通過(guò)“五化”協(xié)同融合實(shí)現(xiàn)控熵，是“五化協(xié)同”工程管理模式建設(shè)的核心。因此，在及時(shí)掌握各子系統(tǒng)之間的協(xié)同耦合規(guī)律基礎(chǔ)上，“五化”各子系統(tǒng)唯有充分應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，同步建設(shè)，協(xié)同發(fā)展，互為動(dòng)力、互為支撐、融合共生、優(yōu)化互促，推進(jìn)系統(tǒng)整體形成最大合力，同頻共振，賦能系統(tǒng)的整體效應(yīng)大于各系統(tǒng)疊加的工程價(jià)值最優(yōu)化，即“五化”系統(tǒng)優(yōu)化互促，迭代升級(jí)過(guò)程就為控熵過(guò)程，通過(guò)控熵實(shí)現(xiàn)價(jià)值最優(yōu)化的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)資源、工程、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和人的協(xié)同融合發(fā)展。其協(xié)同機(jī)理如圖6 所示。

圖6 “五化”協(xié)同機(jī)理Fig.6 “Five Modernizations and Cooperation” mechanism

2.2 “五化協(xié)同”的管控模式

礦業(yè)工程建設(shè)可分為規(guī)劃、實(shí)施、運(yùn)行等階段。礦業(yè)工程“五化協(xié)同”管理是一種多層次、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)模型，由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層等組成。目標(biāo)層是以價(jià)值最優(yōu)化為整體目標(biāo)；準(zhǔn)則層是由綠色化、智能化、集成化、專業(yè)化、精細(xì)化等組成；要素層由每 “化”的具體要素組成。

煤礦智能化的實(shí)質(zhì)是新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)煤炭技術(shù)的深度融合，融合賦能是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心方法與手段。本文運(yùn)用“五化”協(xié)同融合技術(shù)，構(gòu)建以數(shù)字化為支撐的工程全生命周期的“五化”協(xié)同工程構(gòu)架體系，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、實(shí)施、管理等全過(guò)程的信息、業(yè)務(wù)流程的綜合管控。工程建設(shè)從科研到設(shè)計(jì)，從裝備研發(fā)或選型到實(shí)施建設(shè)，再到生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，隨著工程不斷推進(jìn)及各種信息的反饋，五化各子系統(tǒng)不斷自適應(yīng)、自調(diào)整、自優(yōu)化、自決策等。在此過(guò)程中各“化”不僅自成體系，優(yōu)化升級(jí)，而且通過(guò)五“化”持續(xù)的反饋迭代，使“五化”協(xié)同管理體系在相互協(xié)同、相互融合、相互促進(jìn)及動(dòng)態(tài)整合中深化升級(jí)并向目標(biāo)邁進(jìn)。五化協(xié)同管理實(shí)現(xiàn)了礦業(yè)工程全過(guò)程因素的集成，創(chuàng)新形成了基于融合賦能的“五化協(xié)同”礦業(yè)工程管理新模式，有效提升工程建設(shè)與生產(chǎn)管理的數(shù)字化、智能化水平和管理效能，如圖7 所示。

圖7 “五化”協(xié)同工程管理架構(gòu)體系Fig.7 Project management framework system of “Five Modernizations and Coordination”

3 工程實(shí)踐

3.1 案例一：黃陵礦業(yè)智能化開采示范工程

黃陵礦區(qū)是西部煤炭基地的典型代表，煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量20 億t，煤油氣共生，水、火、瓦斯、頂板、煤塵五害俱全，工程建設(shè)技術(shù)條件復(fù)雜，急需通過(guò)工程技術(shù)與管理創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)煤炭安全高效開發(fā)[18]。

在黃陵礦業(yè)智能化開采國(guó)家示范工程建設(shè)過(guò)程中，從改變?nèi)伺c煤空間關(guān)系的哲學(xué)思辨出發(fā)，運(yùn)用基于融合賦能的“五化協(xié)同”工程建設(shè)與管理方法，以信息化融合工業(yè)化賦能煤礦地下開采場(chǎng)景。

1) 在綠色化方面

智能化開采工程綠色化不僅是指工程建設(shè)采用智能化技術(shù)、自動(dòng)化裝備、瓦斯高效抽采、環(huán)境監(jiān)控生態(tài)保護(hù)及治理技術(shù)，而且包括建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的節(jié)能減排與資源綜合利用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)智能化程度高、“三廢”排放少、資源利用率高、環(huán)境污染低與破壞小、安全風(fēng)險(xiǎn)低等目標(biāo)。形成了以智能化開采為主體，以電力和煤化工等多元化互補(bǔ)為重點(diǎn)的智能化工程產(chǎn)業(yè)，建成了我國(guó)首個(gè)智能化開采工作面、2 000 MW 燃煤電廠、全國(guó)最大的焦?fàn)t煤氣制甲醇項(xiàng)目、全國(guó)首臺(tái)套汽輪機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)生態(tài)液氮系統(tǒng)(10 萬(wàn)t)等多行業(yè)、多層次、多目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈，為我國(guó)煤炭資源高效開發(fā)與綜合利用提供了工程示范。具體體現(xiàn)在：一是基于綠色、智能發(fā)展的專業(yè)性、前瞻性決策，即提出智能化開采思路與方法；二是基于機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化的開采設(shè)備，即研發(fā)綠色化開采成套技術(shù)裝備體系；三是基于專業(yè)化的節(jié)能、智能的綠色化高效開采，即提出智能化開采與資源循環(huán)利用工藝；四是基于精細(xì)化的高效、精準(zhǔn)管控，即構(gòu)建安全控制、質(zhì)量控制、工期控制、投資控制與企業(yè)增效的綠色化管理模式。在綠色化子系統(tǒng)構(gòu)建的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了綠色化與其他 “四化”的協(xié)同融合。

2) 在智能化方面

智能化無(wú)人綜采技術(shù)是指采用具有感知能力、記憶能力、學(xué)習(xí)能力和決策能力的液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等綜采裝備，以自動(dòng)化控制系統(tǒng)為核心，以可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為手段，實(shí)現(xiàn)綜采工作面采煤全過(guò)程 “無(wú)人跟機(jī)作業(yè)，有人安全巡視”的安全高效開采技術(shù)。

在黃陵礦區(qū)首創(chuàng)地面遠(yuǎn)程智能采煤方法，提出了智能化開采的科學(xué)內(nèi)涵與技術(shù)路徑，開創(chuàng)復(fù)雜條件工作面圍巖智能協(xié)同控制方法、采煤機(jī)端頭割三角煤新工藝；研發(fā)了我國(guó)首套實(shí)現(xiàn)作業(yè)流程自動(dòng)化、地面遠(yuǎn)程可視化協(xié)同控制的智能開采系統(tǒng)，攻克復(fù)雜系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、采煤工藝變革、技術(shù)裝備配套、多元管理協(xié)同等智能化開采的工程技術(shù)難題，主持建成我國(guó)首個(gè)智能化開采工作面，創(chuàng)建了“有人安全巡視，人跟機(jī)作業(yè)”的智能化開采模式，實(shí)現(xiàn)了智能化開采從0 到1的突破[19]。勞動(dòng)生產(chǎn)效率提高了68%，生產(chǎn)班組人員由24 人減少為7 人，“無(wú)人則安，少人則安”，“礦工穿著西裝，打著領(lǐng)帶在地面采煤”的夢(mèng)想成真。把礦工從艱苦危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來(lái)，從超強(qiáng)度體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，改變了千百年來(lái)礦工必須下井采煤的歷史。

針對(duì)黃隴煤田煤與油型氣共生、多種災(zāi)害、厚煤層開采并存的難題，揭示出油型氣儲(chǔ)集層賦存和涌出 “啞鈴型”分布規(guī)律，研發(fā)了油型氣不規(guī)律涌出超前預(yù)測(cè)的煤機(jī)多級(jí)聯(lián)控技術(shù)，提出液壓支架工作阻力、工作面直線度、采煤機(jī)截割高度與速度等參數(shù)自適應(yīng)調(diào)控工藝模型，構(gòu)建高可靠遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，綜采工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)協(xié)同作業(yè)，自動(dòng)化作業(yè)時(shí)間占比超過(guò)95%。建立了采場(chǎng)“精細(xì)探查?超前預(yù)測(cè)?立體抽采?多級(jí)聯(lián)動(dòng)”全時(shí)空一體化精準(zhǔn)防治與智能開采工程協(xié)同技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了較薄、中厚、厚煤層智能化開采技術(shù)的整體突破，解放受威脅煤炭1.2 億t，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)106 億元，增加產(chǎn)量4 000 萬(wàn)t，為我國(guó)不同地質(zhì)賦存與開采條件的煤礦實(shí)現(xiàn)智能開采提供核心技術(shù)支撐與工程示范。

3) 在集約化方面

智能化開采工程創(chuàng)建了以工業(yè)云技術(shù)的綜采工作面移動(dòng)終端管控平臺(tái)為基礎(chǔ)，包括項(xiàng)目決策、開采技術(shù)、生產(chǎn)工藝、成套裝備、控制系統(tǒng)、保障體系、工程管理等整套智能化無(wú)人綜采工程體系。工程在集成過(guò)程中，不僅進(jìn)行了智能化開采工程目標(biāo)、系統(tǒng)、元素等勞動(dòng)資料集成，而且實(shí)現(xiàn)了與其他“四化”的深度融合，為綠色化提供了高效節(jié)約的綠色開采工程建設(shè)方法；為智能化、專業(yè)化、精細(xì)化提供了基礎(chǔ)與平臺(tái)。工程活動(dòng)不僅要實(shí)現(xiàn)工程知識(shí)、工程技術(shù)、工程裝備、工程管理等元素“廣大”處協(xié)同集成，而且要在工程全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管控、專業(yè)化高效協(xié)同等“細(xì)微”處精準(zhǔn)配合。具體表現(xiàn)為：一是開采、自動(dòng)化控制、智能化技術(shù)、裝備制造、傳感、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、安全保障、精細(xì)化管理等方面技術(shù)創(chuàng)新集成；二是割煤、移架、運(yùn)輸?shù)戎悄芑_采工藝集成；三是液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵、噴霧泵、可伸縮膠帶運(yùn)輸機(jī)、超前支架、控制設(shè)備、控制系統(tǒng)平臺(tái)等智能化成套裝備體系集成；四是采煤機(jī)控制、支架電液控制、工作面運(yùn)輸控制、三機(jī)通信控制、泵站控制、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、地面指揮控制中心等控制系統(tǒng)集成；五是通風(fēng)安全、瓦斯防治、綜合防塵、火災(zāi)防治、頂板災(zāi)害防治、水害防治、安全跟蹤分析系統(tǒng)等安全保障技術(shù)集成。

4) 在專業(yè)化方面

創(chuàng)建了以人才隊(duì)伍專業(yè)化為基礎(chǔ)，以職能專業(yè)化為核心，以安全質(zhì)量專業(yè)化為保障，以經(jīng)營(yíng)管理專業(yè)化為手段的專業(yè)化職能元素體系，開展項(xiàng)目決策、實(shí)施、運(yùn)營(yíng)等智能化開采工程全周期的專業(yè)化組織分工，且通過(guò)自身系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整與決策，不僅實(shí)現(xiàn)自身熵減優(yōu)化，而且實(shí)現(xiàn)了與其他各“化”協(xié)同融合，實(shí)現(xiàn)工程多階段、多專業(yè)、多層次的協(xié)同融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與創(chuàng)新升級(jí)發(fā)展。

具體表現(xiàn)為：一是人才隊(duì)伍專業(yè)化，采用人才引進(jìn)、自身培養(yǎng)、與科研院所結(jié)合等方法，打造滿足項(xiàng)目全周期建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的高層次人才隊(duì)伍；二是職能業(yè)務(wù)專業(yè)，基于專業(yè)化人才隊(duì)伍，開展項(xiàng)目規(guī)劃、智能化技術(shù)、智能控制系統(tǒng)、智能裝備制造、安全保障、運(yùn)營(yíng)管理、標(biāo)準(zhǔn)制定等工程專業(yè)化建設(shè)與運(yùn)營(yíng)；三是安全保障專業(yè)，以各設(shè)備、系統(tǒng)、環(huán)節(jié)等信息進(jìn)行采集、傳輸處理的信息化為基礎(chǔ)，建立了網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)和數(shù)據(jù)中心，形成了礦井一體化管控平臺(tái)和關(guān)鍵單項(xiàng)信息化系統(tǒng)等智能化開采綜合保障系統(tǒng)。同時(shí)構(gòu)建了包括水、火、瓦斯、煤塵、頂板等災(zāi)害防治保障專業(yè)化系統(tǒng)；四是管理經(jīng)營(yíng)專業(yè)化，在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，集成了人力資源系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、全面預(yù)算系統(tǒng)、公司門戶網(wǎng)站、OA 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度日周月報(bào)系統(tǒng)、礦井安全生產(chǎn)一體化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的協(xié)同共享，為企業(yè)發(fā)展提供決策支撐。

5) 在精細(xì)化管理方面

管理是企業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力，精細(xì)化管理是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，黃陵礦業(yè)將管理創(chuàng)新作為企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略，提出了打造產(chǎn)量大、裝備優(yōu)、效益佳、管理精細(xì)、環(huán)境優(yōu)美”的礦井工程建設(shè)目標(biāo)。創(chuàng)建了由ABC 三卡考核、推行“三工”轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)階段，到人本精細(xì)化管理六要素的修煉階段，再到“五精”崗位、“五精”現(xiàn)場(chǎng)打造階段的精細(xì)化管理模式，借助礦井一體化管控系統(tǒng)，為智能化開采工程建設(shè)及其他“四化”的順利建設(shè)提供了工程管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“五化”協(xié)同融合與互促發(fā)展及“崗位增值、工程增效、員工增收”的工程建設(shè)目標(biāo)。得到政府與行業(yè)的認(rèn)可并向全國(guó)推廣應(yīng)用，為我國(guó)礦業(yè)工程建設(shè)與生產(chǎn)提供了一條科學(xué)、智能、可借鑒、可復(fù)制的工程管理模式。

基于“五化協(xié)同”工程管理模式，創(chuàng)建了以工作面智能化開采技術(shù)為核心，以災(zāi)害防治為前提，以工程裝備與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系為保障，以精細(xì)化管理為支撐的有人安全巡視，無(wú)人跟機(jī)作業(yè)，具有“五新六高七到位”特點(diǎn)的智能化開采“黃陵模式”[20-21]。建成了首個(gè)國(guó)家煤礦智能化示范基地，組建了應(yīng)急管理部煤礦智能化開采技術(shù)創(chuàng)新中心，推動(dòng)應(yīng)用智能化開采“黃陵模式”，引領(lǐng)了智能化采煤技術(shù)的發(fā)展方向。全國(guó)智能化開采工作面從2014 年建成第1 個(gè)，一直到2021 年建成687 個(gè)；煤礦百萬(wàn)噸死亡率由2014 年的0.257 下降到2021 年的0.044，下降比例達(dá)到82.4%，死亡人數(shù)由2014 年的946 人，下降到2021 年的178 人。

3.2 案例二：可可蓋煤礦智能化建井示范工程

延長(zhǎng)石油在陜北地區(qū)擁有煤炭資源地質(zhì)儲(chǔ)量超210 億t，可采儲(chǔ)量超120 億t，是國(guó)家煤炭開發(fā)戰(zhàn)略西移的“主力軍”。在建的可可蓋煤礦位于陜北煤炭基地榆橫礦區(qū)，是國(guó)家和陜西省“十四五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15 Mt/a。傳統(tǒng)的建井技術(shù)難以滿足安全高效建井需求，亟待進(jìn)行建井技術(shù)裝備突破。同時(shí)，智能化建井技術(shù)是適應(yīng)技術(shù)革命的發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)煤炭資源安全高效開發(fā)的必然選擇。

智能化建井工程建設(shè)過(guò)程中，從工程規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新、裝備研發(fā)、工程管理等項(xiàng)目全周期過(guò)程中運(yùn)用 “五化協(xié)同”工程管理技術(shù)與方法，確定了“綠色化整體規(guī)劃–智能化技術(shù)創(chuàng)新–集成化工藝與裝備融合–專業(yè)化人才隊(duì)伍與施工–精細(xì)化工程全周期管控”的工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式。

1) 在綠色化方面

創(chuàng)建了包含綠色化設(shè)計(jì)，綠色化建井技術(shù)，綠色化全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備制造，綠色化智能管理及水資源、矸石、清潔能源綜合利用等工程全過(guò)程綠色化子系統(tǒng)。具體體現(xiàn)為：一是綠色化技術(shù)，針對(duì)傳統(tǒng)鉆爆法和綜掘法建井技術(shù)存在施工工期長(zhǎng)、機(jī)械化與自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、工序不連續(xù)、圍巖擾動(dòng)強(qiáng)度高、施工質(zhì)量難以控制等諸多難點(diǎn)，創(chuàng)建了基于全斷面掘進(jìn)機(jī)智能掘進(jìn)、自動(dòng)化錨網(wǎng)噴支護(hù)的智能化綠色化建井工法技術(shù)體系；二是綠色化裝備，“綠色制造工程”是“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)實(shí)施的五大工程之一，要求研發(fā)能源清潔低碳和安全高效發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)裝備并開展示范應(yīng)用。針對(duì)傳統(tǒng)建井裝備自動(dòng)化智能化程度低、工序不連續(xù)等，研發(fā)了集探–掘–支–錨–運(yùn)為一體的綠色化成套裝備體系；三是綠色化工程建設(shè)，采用專業(yè)化施工隊(duì)伍，提高了工效，降低了能耗，40 m2超大斷面最高成井速度突破800 m/月，相比傳統(tǒng)鉆爆法、綜掘法掘進(jìn)效率提高3～5 倍，節(jié)約炸藥量1 100 t、雷管140 萬(wàn)發(fā)，減排二氧化碳220 t。對(duì)于我國(guó)綠色高效建井、生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

2) 在智能化方面

自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化是現(xiàn)代工程最典型的特征。基于智能化建井需求，提出了“智能化建井，建智能礦井”的定義與科學(xué)內(nèi)涵，創(chuàng)建了包含智能化建井方法、智能化控制系統(tǒng)、智能化建井成套裝備、綜合保障系統(tǒng)、三維一體管控平臺(tái)的智能化建井系統(tǒng)，將 “智能”基因融合植入智能化建井工程全過(guò)程，有效助推了智能化建井工程“五化”協(xié)同融合，并賦能我國(guó)建井技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色、安全、高效、智能的新突破，創(chuàng)新形成了智能化建井新模式。

“智能”作為智能化建井的核心元素，首創(chuàng)煤礦斜井智能化建井方法，發(fā)明了斜井敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī) “探–掘–支–錨–運(yùn)”智能高效協(xié)同施工工藝；研發(fā)首套斜井敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)，創(chuàng)新了超長(zhǎng)斜井全斷面掘進(jìn)機(jī)始發(fā)關(guān)鍵工藝與技術(shù)，研制了斜井智能掘進(jìn)成套新裝備；研發(fā)斜井敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)智能協(xié)同控制系統(tǒng)，構(gòu)建智能化建井三維一體管控體系；創(chuàng)新了復(fù)雜地層斜井敞開式全斷面智能掘進(jìn)安全保障技術(shù)，開創(chuàng)了我國(guó)煤礦智能化發(fā)展新領(lǐng)域。

3) 在集約化方面

整體上項(xiàng)目以斜井全斷面掘進(jìn)機(jī)智能協(xié)同控制系統(tǒng)與三維一體管控平臺(tái)為基礎(chǔ)，開展了包括建井工藝、成套裝備、控制系統(tǒng)與平臺(tái)、安全保障體系、工程實(shí)踐等整套智能化建井工程體系，形成包含規(guī)劃、設(shè)計(jì)、裝備、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理等階段項(xiàng)目整體化集成。集成作為工程的主要特征，為工程的實(shí)現(xiàn)提供了集成平臺(tái)和重要手段，也為工程“五化”協(xié)同建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。具體體現(xiàn)在：一是超前探放水、智能掘進(jìn)、錨網(wǎng)噴支護(hù)、智能運(yùn)輸、控制系統(tǒng)、監(jiān)控平臺(tái)、智能裝備研制、安全保障、精細(xì)化管理等方面工藝技術(shù)集成；二是全斷面掘進(jìn)機(jī)、自動(dòng)化鋼拱架安裝、錨網(wǎng)噴支護(hù)、自動(dòng)化混噴、長(zhǎng)距離膠帶運(yùn)輸?shù)戎悄芑商籽b備集成；三是由掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)、支護(hù)控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)、巷道防治水系統(tǒng)等組成的斜井掘進(jìn)系統(tǒng)，其中，掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)包括掘進(jìn)環(huán)境智能感知、智能掘進(jìn)控制系統(tǒng)、掘進(jìn)機(jī)智能導(dǎo)向系統(tǒng)等；四是由長(zhǎng)距離多級(jí)排渣智能控制系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸失速智能攔截系統(tǒng)、智能通風(fēng)控制系統(tǒng)、智慧工地三維一體智能管理系統(tǒng)組成的輔機(jī)智能控制系統(tǒng)；五是由超前探測(cè)–識(shí)別–預(yù)處理、特殊不良地質(zhì)段掘進(jìn)安全保障、柔性風(fēng)筒長(zhǎng)距離搭接、有害氣體環(huán)境智能監(jiān)測(cè)、輔助運(yùn)輸防跑車柔性阻攔、多級(jí)自動(dòng)化排水設(shè)備等組成的安全保障技術(shù)。

4) 在專業(yè)化方面

項(xiàng)目整體以人才、職能、安全管理等為專業(yè)化建設(shè)要素，確定了項(xiàng)目立項(xiàng)、技術(shù)創(chuàng)新、裝備研發(fā)、建設(shè)實(shí)施、管理運(yùn)行等工程全周期的專業(yè)化組織分工，創(chuàng)建了以專業(yè)化人才隊(duì)伍為支撐，以專業(yè)化技術(shù)、專業(yè)化裝備研發(fā)、專業(yè)化施工為核心，以基于三維一體管控平臺(tái)的專業(yè)化精準(zhǔn)管控為保障的智能化建井工程專業(yè)化系統(tǒng)。專業(yè)化因素不僅貫穿了工程全過(guò)程，而且實(shí)現(xiàn)了與其他“四化”的協(xié)同互促與融合發(fā)展。具體表現(xiàn)為：一是人才隊(duì)伍專業(yè)化，主要采用人才引進(jìn)與科研院所合作的方法，培養(yǎng)信息化管理人才、智能化工程技術(shù)人才、技能型施工人才，滿足項(xiàng)目全周期建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的人才需求；二是職能業(yè)務(wù)專業(yè)，以專業(yè)化人才隊(duì)伍為基礎(chǔ)，開展項(xiàng)目規(guī)劃、智能化建井技術(shù)、智能控制系統(tǒng)與平臺(tái)、全斷面掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合研制、安全保障、綜合管理等工程專業(yè)化建設(shè)；三是安全保障專業(yè)，以各設(shè)備、系統(tǒng)、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析的信息化為基礎(chǔ)，構(gòu)建了包括水害超前探測(cè)、頂板監(jiān)測(cè)、不良地質(zhì)段掘進(jìn)工藝技術(shù)、柔性風(fēng)筒長(zhǎng)距離搭接、有害氣體環(huán)境智能監(jiān)測(cè)、輔助運(yùn)輸防跑車柔性阻攔、多級(jí)自動(dòng)化排水設(shè)備等災(zāi)害防治保障專業(yè)化系統(tǒng)；四是管理經(jīng)營(yíng)專業(yè)化，建立了5G 網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)，研發(fā)了智能化建井三維一體管控體系，構(gòu)建了視頻、環(huán)境、作業(yè)、運(yùn)輸機(jī)、人員、膠輪車、風(fēng)機(jī)、排水等監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)；五是施工建設(shè)專業(yè)化，基于礦井處于基建期，招聘、培養(yǎng)自己的專業(yè)施工人員周期長(zhǎng)、工程質(zhì)量無(wú)法保障等，采用引進(jìn)中鐵十五局、中煤第三建設(shè)(集團(tuán))、中安監(jiān)理等專業(yè)化施工建設(shè)與管理隊(duì)伍，確保了工程的高質(zhì)量建設(shè)。

5) 在精細(xì)化管理方面

基于智能化建井工程管理需求，針對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境、安全、成本等精細(xì)化管理要素，構(gòu)架了包括基礎(chǔ)層、感知層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和用戶層的三維一體化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)，創(chuàng)建了基于物聯(lián)網(wǎng)、BIM、GIS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、協(xié)同管理、多端運(yùn)行、多系統(tǒng)集成的“智能化建井智慧工地三維一體化管理系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)管理要素的智能監(jiān)控感知識(shí)別、人員智能管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與智能分析。具體為：一是基于智能監(jiān)控感知識(shí)別系統(tǒng)的違章抓拍、畫面調(diào)取和歷史監(jiān)控查看等功能，通過(guò)人員軌跡路徑、分布狀態(tài)、考勤統(tǒng)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)過(guò)程可查可控，確保了安全措施；二是通過(guò)數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、預(yù)警、決策，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、膠輪車、龍門吊、風(fēng)機(jī)、水泵等14 種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和施工實(shí)情，保障施工現(xiàn)場(chǎng)的安全、規(guī)范施工，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)數(shù)字化、智能化、精細(xì)化的全生命周期協(xié)同管控。

工程整體構(gòu)建了智能監(jiān)管和防范體系，變革了傳統(tǒng)“靠人管、靠人看”的工程管理模式，通過(guò)工程全過(guò)程集中化管控、智能化分析和可視化展現(xiàn)，有效提升了工程建設(shè)精準(zhǔn)管控能力與施工質(zhì)量，塑造了智能化建井精準(zhǔn)管理新模式。實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流的有機(jī)結(jié)合與深度融合，確保了工程的安全、高效、科學(xué)、規(guī)范建設(shè)。

智能化建井工程在決策、實(shí)施、管理的過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)“五化”的協(xié)同互促與融合發(fā)展的管理方法，首創(chuàng)煤礦斜井智能化建井方法，發(fā)明了斜井全斷面敞開式掘進(jìn)機(jī)“探?掘?支?錨?運(yùn)”智能高效協(xié)同施工工藝，創(chuàng)造了40 m2斷面月進(jìn)尺812.6 m 的斜井施工吉尼斯世界紀(jì)錄，平均月進(jìn)尺達(dá)509.7 m；研發(fā)首套斜井全斷面敞開式掘進(jìn)機(jī)，創(chuàng)新了超長(zhǎng)斜井全斷面掘進(jìn)機(jī)始發(fā)關(guān)鍵工藝與技術(shù)，研制了斜井智能掘進(jìn)成套新裝備[22]，創(chuàng)造了45 d 完成地面組裝與步進(jìn)的新紀(jì)錄，效率提高了一倍，成功實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)由弱富水軟弱巖層的直接進(jìn)硐與始發(fā)掘進(jìn)；研發(fā)斜井全斷面敞開式掘進(jìn)機(jī)智能協(xié)同控制系統(tǒng)，構(gòu)建智能化建井三維一體管控體系，創(chuàng)建了 “機(jī)器決策為主，人工干預(yù)為輔”的智能化建井新模式。單班作業(yè)人員至8 人，掘進(jìn)工作人員分別較鉆爆法和綜掘法減少了13 人和8 人，實(shí)現(xiàn)工作面“少人則安”[23]。總之，在智能化建井工程實(shí)踐中，各“化”均發(fā)揮了優(yōu)化、提效、增質(zhì)的作用，整體呈現(xiàn)了“1+1>2”的工程效果，提高了工效，降低了能耗，實(shí)現(xiàn)了“打井不下井，本質(zhì)安全建井”，變革了傳統(tǒng)的建井工藝技術(shù)，為我國(guó)煤礦智能化建設(shè)進(jìn)行了有益的探索與實(shí)踐。

4 結(jié)論

a.礦業(yè)工程是人類智慧與社會(huì)發(fā)展的綜合結(jié)晶，是一個(gè)集科學(xué)、技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)等為一體的物質(zhì)構(gòu)建、生產(chǎn)、制造與傳輸活動(dòng)，是能源產(chǎn)業(yè)的重要支撐?；谌诤腺x能的思想，提出了包含綠色化、智能化、集成化、專業(yè)化、精細(xì)化的礦業(yè)工程“五化協(xié)同”工程建設(shè)與管理方法，闡述了“五化協(xié)同”工程管理模式的內(nèi)涵與“五化”協(xié)同的作用機(jī)理，創(chuàng)建了“五化協(xié)同”工程管控模式，形成了新時(shí)代工程管理技術(shù)體系。

b.“五化協(xié)同”工程管理模式，應(yīng)用于黃陵礦業(yè)智能化開采示范工程和可可蓋煤礦智能化建井示范工程，其成功實(shí)踐為礦業(yè)工程決策、建設(shè)與管理提供了一條科學(xué)的可借鑒、可復(fù)制的工程管理模式。

c.“五化協(xié)同”工程管理模式，踐行了工程與經(jīng)濟(jì)、工程與技術(shù)、工程與管理及人與自然和諧統(tǒng)一的工程哲學(xué)思想，實(shí)現(xiàn)了工程以人為本的創(chuàng)造性、功效性和價(jià)值性?！拔寤瘏f(xié)同”工程管理方法為全面地認(rèn)識(shí)工程與哲學(xué)、管理、科學(xué)、技術(shù)相互協(xié)同發(fā)展關(guān)系奠定了基礎(chǔ)，對(duì)促進(jìn)工程與自然資源的高效開發(fā)及與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的協(xié)同持續(xù)發(fā)展具有重要的實(shí)踐意義，也必將為保障國(guó)家能源安全的探索與研究作出了更重要貢獻(xiàn)。