康紅普 ,任世華 ,王保強(qiáng) ,陳佩佩 ,鄭德志 ,龐義輝 ,張亞寧 ,陳茜 ,劉躍東 ,焦小淼
(1. 中國煤炭科工集團(tuán)有限公司,北京 100013;2. 煤炭科學(xué)研究總院有限公司,北京 100013;3. 中國科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院,北京 100038)
全球性的數(shù)字化浪潮正在興起,世界各國進(jìn)入了以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展時期。我國“十四五”規(guī)劃綱要提出,加快數(shù)字化發(fā)展,建設(shè)數(shù)字中國,加速推進(jìn)數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程;31個省份發(fā)布了省級數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃,以全面推進(jìn)信息技術(shù)在經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域的應(yīng)用。2022年,我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模為50.2萬億元,居世界第二位,在國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)中的占比提升至41.5%[1]。
煤炭是我國能源體系的“壓艙石”[2],在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)煤炭需求量將保持在3.5×109~4.5×109t/a[3]。在加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、積極穩(wěn)妥推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的形勢下,搶抓數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇,推進(jìn)煤炭數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型,構(gòu)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)與煤炭工業(yè)深度融合發(fā)展新格局,形成煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展新優(yōu)勢[4],對加快新舊動能轉(zhuǎn)換、推動煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[5]具有重要意義。一方面,數(shù)字化是實現(xiàn)煤炭工業(yè)自身高質(zhì)量發(fā)展的迫切要求。煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻,智能綠色開發(fā)水平不高,對生態(tài)環(huán)境損害嚴(yán)重等問題依然存在,亟需以數(shù)字化為依托,推進(jìn)自身安全綠色高質(zhì)量發(fā)展。另一方面,安全高效、清潔低碳的新型能源體系和智慧能源系統(tǒng)建設(shè),迫切要求煤炭工業(yè)數(shù)字化,完善煤炭數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)并與數(shù)字技術(shù)融合,促進(jìn)煤炭領(lǐng)域與新能源、可再生能源的協(xié)同發(fā)展。
我國煤炭工業(yè)數(shù)字化的相關(guān)研究已有開展,集中在煤炭工業(yè)“兩化”融合、煤炭企業(yè)數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型、煤礦智能化等方面?!皟苫比诤蠟槊禾抗I(yè)數(shù)字化發(fā)展確立了重要基礎(chǔ),在組織管理體系、基礎(chǔ)設(shè)施水平、系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同水平等方面取得了成效[6~8];煤炭工業(yè)“兩化”融合水平達(dá)到我國工業(yè)行業(yè)的平均水平,進(jìn)一步明確了新時期煤炭工業(yè)“兩化”融合的核心任務(wù)[9]。針對煤炭企業(yè),側(cè)重從頂層設(shè)計、體制機(jī)制、數(shù)據(jù)集成、網(wǎng)絡(luò)安全、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用等方面出發(fā),分析數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型的現(xiàn)狀與問題[10,11],探討數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型的方向、任務(wù)及趨勢[12,13]。煤礦智能化建設(shè)是煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的重要內(nèi)容[14],近年來我國相關(guān)研究提速[15],在基礎(chǔ)理論體系、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面取得了重大進(jìn)展[16];但整體處于初級階段或培育示范階段,受到理念、制度、技術(shù)、裝備、人才等因素的制約,面臨多重挑戰(zhàn)。
本文界定煤炭工業(yè)數(shù)字化的內(nèi)涵,測算煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模,進(jìn)而厘清煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀并辨識面臨的瓶頸與挑戰(zhàn);系統(tǒng)提出煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略,深入研判煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的系列關(guān)鍵技術(shù),以期為煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展研究與工程建設(shè)提供借鑒和參考。
面向數(shù)字經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展、“雙碳”目標(biāo)積極穩(wěn)妥推進(jìn)等新形勢,結(jié)合我國煤炭工業(yè)自身特點及實際情況,借鑒國內(nèi)外其他行業(yè)數(shù)字化發(fā)展經(jīng)驗,本研究將煤炭工業(yè)數(shù)字化的內(nèi)涵界定為:以數(shù)據(jù)要素創(chuàng)新驅(qū)動為核心,煤礦信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)為基礎(chǔ),運用新一代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)變革煤炭資源的開發(fā)與利用方式,優(yōu)化重構(gòu)煤炭企業(yè)的業(yè)務(wù)流程與組織管理模式,提升煤炭工業(yè)治理體系和能力;實現(xiàn)煤炭“產(chǎn)、運、儲、銷、用”全產(chǎn)業(yè)鏈,煤炭工業(yè)、企業(yè)、煤礦各層級,煤炭資產(chǎn)、技術(shù)、人才全要素的數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型,構(gòu)建柔性協(xié)同的煤炭生產(chǎn)供應(yīng)體系,推動煤炭工業(yè)“安全高效、智能綠色、清潔低碳”高質(zhì)量發(fā)展[17]。
煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)立足煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化基礎(chǔ)條件,以數(shù)據(jù)資源、現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)、信息通信技術(shù)推動煤炭領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)活動的效率提升和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。依據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的《數(shù)字經(jīng)濟(jì)及其核心產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計分類(2021)》,結(jié)合我國煤炭工業(yè)實際發(fā)展情況,界定煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)范圍,具體分為煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、煤炭數(shù)字產(chǎn)業(yè)化兩部分。① 煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化指在新一代數(shù)字科技的支撐和驅(qū)動下,以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素、價值釋放為核心、數(shù)據(jù)賦能為主線,對煤炭產(chǎn)業(yè)鏈上的全要素進(jìn)行數(shù)字化升級、轉(zhuǎn)型、再造的過程;主要表現(xiàn)為數(shù)字化效率提升,涵蓋數(shù)字采礦、煤機(jī)裝備智能制造、煤炭智慧物流、煤炭智慧倉儲等產(chǎn)業(yè)方向。② 煤炭數(shù)字產(chǎn)業(yè)化指為煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展提供數(shù)字技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施和解決方案,以及完全依賴于數(shù)字技術(shù)、數(shù)據(jù)要素的各類經(jīng)濟(jì)活動。包括數(shù)字產(chǎn)品制造業(yè)、數(shù)字產(chǎn)品服務(wù)業(yè)、數(shù)字技術(shù)應(yīng)用業(yè)、數(shù)字要素驅(qū)動業(yè)4類細(xì)分產(chǎn)業(yè),涵蓋煤炭電商平臺、煤炭應(yīng)用軟件開發(fā)及信息技術(shù)服務(wù)、井下智能設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè)方向。
目前,我國煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模的系統(tǒng)測算研究未見報道。本研究根據(jù)《數(shù)字經(jīng)濟(jì)及其核心產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計分類(2021)》并結(jié)合煤炭工業(yè)發(fā)展實際,將煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模劃分為煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化規(guī)模、煤炭數(shù)字產(chǎn)業(yè)化規(guī)模(見表1):前者以智能化煤礦營收、現(xiàn)代煤化工營收、煤機(jī)裝備智能制造營收之和進(jìn)行測算;后者以煤炭信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)營收進(jìn)行測算。以2021年為研究年,我國煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模的測算值約為7715億元,約占煤炭工業(yè)總產(chǎn)值(以煤炭開采與洗選、煤機(jī)裝備制造、煤化工營收之和估算)的15.2%。其中,煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化規(guī)模占據(jù)著主導(dǎo)地位,在煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模中的占比約為96%。對照2021年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)總體規(guī)模(45.5萬億元、39.8%的GDP占比),煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模及占比整體偏低,煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
表1 煤炭工業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模測算值
近年來,煤炭工業(yè)加速推進(jìn)“兩化”融合,把握“新基建”發(fā)展機(jī)遇,大范圍開展數(shù)據(jù)中心、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、第四代移動通信(4G)網(wǎng)等信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和推廣,初步滿足了信息化發(fā)展需求。各大煤炭集團(tuán)推進(jìn)企業(yè)“一朵云”建設(shè),積極升級新型數(shù)據(jù)中心并提升網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力,網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的國產(chǎn)化率、網(wǎng)絡(luò)安全軟件使用的國產(chǎn)化率分別提升至92%、97%(由20家大型煤炭集團(tuán)總部的統(tǒng)計值平均而得)。各類煤礦普遍將工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的速率從百兆、千兆升級為萬兆甚至十萬兆,滿足了海量數(shù)據(jù)傳輸、存儲、應(yīng)用的新要求。井下無線通信系統(tǒng)由原來的小靈通、第三代移動通信(3G)、4G等網(wǎng)絡(luò)逐步升級到第五代移動通信(5G)、第六代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Wi-Fi 6)、第五代固定網(wǎng)絡(luò)(F5G)等的融合組網(wǎng);井下人員定位系統(tǒng)逐漸從射頻識別區(qū)間定位升級至超寬帶亞米級精準(zhǔn)定位。
5G、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)加速與煤炭工業(yè)各場景的融合應(yīng)用。目前,5G組網(wǎng)應(yīng)用已在全國百余個煤礦實施,采掘工作面遠(yuǎn)程控制、全景視頻拼接、智能巡檢、露天煤礦自動駕駛等場景下的創(chuàng)新應(yīng)用也在持續(xù)深化。礦山領(lǐng)域首個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)“礦鴻”已在各大煤炭集團(tuán)開展推廣應(yīng)用,支持破除數(shù)據(jù)壁壘。自動駕駛技術(shù)在露天煤礦率先實現(xiàn)常態(tài)化應(yīng)用,井工煤礦無人駕駛正在多個礦區(qū)測試運行。人工智能(AI)技術(shù)已在煤礦100多個細(xì)分作業(yè)場景中開展實際應(yīng)用,31種煤礦機(jī)器人在370余處礦井中獲得現(xiàn)場應(yīng)用。
煤炭企業(yè)整合優(yōu)勢資源,加快利用數(shù)字技術(shù)開展全方位、多角度、全鏈條的企業(yè)能力改造,將數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字技術(shù)提升至企業(yè)未來發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)板塊位置。煤炭央企在數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型中發(fā)揮了引領(lǐng)作用,國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司、中國中煤能源集團(tuán)有限公司、中國煤炭科工集團(tuán)有限公司等企業(yè)具備良好的信息化基礎(chǔ)條件,也對數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型有著較為深刻的認(rèn)識;強(qiáng)化頂層設(shè)計、加大創(chuàng)新與應(yīng)用力度,持續(xù)推進(jìn)生產(chǎn)、運營、管理的數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型。此外,山西、河北等省份的地方煤炭企業(yè)也在加快建設(shè)“能源云”“兩地三中心”等數(shù)字化項目,積極推進(jìn)企業(yè)的數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型。
智能化煤礦建設(shè)是煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的重要組成部分?!蛾P(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》(2020年)發(fā)布后,全國煤礦智能化建設(shè)進(jìn)一步加速。數(shù)次召開全國煤礦智能化建設(shè)推進(jìn)會,發(fā)布《煤礦智能化建設(shè)指南(2021年版)》《智能化示范煤礦驗收管理辦法(試行)》(2021年)等管理指南,開展首批國家級智能化示范煤礦建設(shè)。此外,14個省份發(fā)布了有關(guān)煤炭智能化建設(shè)的地方性指導(dǎo)文件。得益于政策、資金、項目的支持,煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系和框架初步建立,國家、行業(yè)、團(tuán)體等層面的標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)頒布,一批核心技術(shù)裝備研發(fā)與應(yīng)用實現(xiàn)重大突破。2023年6月,全國累計建成的智能化采掘工作面超過1300處[18]。薄煤層、中厚煤層、特厚煤層的綜采和綜放開采都有良好的應(yīng)用案例,形成了黃陵智能化煤礦,老礦區(qū)復(fù)雜條件智能煤礦,蒙、陜、晉千萬噸級高強(qiáng)開采智能化煤礦等建設(shè)模式,標(biāo)志著我國煤礦智能化建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期[19]。
新一代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)加速應(yīng)用于煤炭工業(yè)各類場景,煤炭信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)從無到有、逐步壯大,初步形成了包括各類硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、軟件 / 移動應(yīng)用服務(wù)等在內(nèi),較為完整的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。2021年,煤炭信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)營收同比增長30.7%,利潤、研發(fā)投入分別同比增長48.3%、39.15%;煤炭企業(yè)創(chuàng)立的信息技術(shù)企業(yè)也在發(fā)展壯大,年營收過億元的企業(yè)超過30家,過10億元的增至3家[20,21]。隨著煤炭企業(yè)數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型、煤礦智能化建設(shè)加快推進(jìn),煤炭信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍有拓展壯大的空間,未來市場潛力突出。
煤炭工業(yè)數(shù)字化是一項逐步迭代、復(fù)雜艱巨、長期持續(xù)的系統(tǒng)工程,具有投入大、成本高、見效慢的特點。部分煤炭企業(yè)未能充分認(rèn)識到數(shù)字化是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢,也缺乏頂層規(guī)劃以及長期投入的決心和耐心,存在著懷疑態(tài)度、保守思維、畏難情緒、消極心理。當(dāng)前,與大部分傳統(tǒng)能源企業(yè)一樣,煤炭企業(yè)向數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型整體處于起步階段,多數(shù)企業(yè)停留在試點階段;規(guī)模化推廣有待開展,“不會轉(zhuǎn)”“不敢轉(zhuǎn)”的問題較為突出。
數(shù)字化發(fā)展對煤炭工業(yè)提出了超寬帶、安全、大數(shù)據(jù)、AI等方面的數(shù)字化基礎(chǔ)能力要求,而傳統(tǒng)信息化基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)能力、運算能力已很難滿足煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的需求。面向數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)設(shè)施頂層設(shè)計缺乏,各類系統(tǒng)相互隔離,不能滿足生產(chǎn)精益化、柔性化,決策科學(xué)化的發(fā)展需求[22]。網(wǎng)絡(luò)性能、覆蓋及數(shù)據(jù)治理能力不強(qiáng),部分煤礦的帶寬不足,視頻監(jiān)控、瓦斯監(jiān)控等環(huán)境感知設(shè)施不充分;類型繁多的異構(gòu)數(shù)據(jù)導(dǎo)致生產(chǎn)、經(jīng)營等方面的業(yè)務(wù)流程難以貫通,甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)“采而無用”等問題。部分煤炭企業(yè)缺乏必要的網(wǎng)絡(luò)安全管控設(shè)施,未達(dá)到信息安全動態(tài)感知、主動防御、網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)要求。
數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型不只是技術(shù)轉(zhuǎn)型,實質(zhì)上是人才隊伍的轉(zhuǎn)型。人才隊伍是數(shù)字化發(fā)展的第一要素。煤炭工業(yè)不僅缺乏掌握AI、大數(shù)據(jù)等的數(shù)字技術(shù)人才,而且缺乏懂技術(shù)、懂業(yè)務(wù)的高端復(fù)合型人才;企業(yè)高層的認(rèn)識理念、各級管理人員的知識結(jié)構(gòu)、基層生產(chǎn)人員的素養(yǎng)與技能,都與數(shù)字化驅(qū)動的行業(yè)發(fā)展革新趨勢不相匹配。按照煤炭行業(yè)的普遍認(rèn)識,煤礦采掘一線工人80%以上的學(xué)歷在??埔韵拢哂懈呒壖紟?、技師等級證書的工人占比不足3%,一線管理人員中具有高級技術(shù)職務(wù)的比例僅為1.5%。伴隨著全行業(yè)的數(shù)字化推進(jìn),煤炭工業(yè)數(shù)字化人才的缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大,更加廣泛的數(shù)字化人才培養(yǎng)工作迫在眉睫。
煤炭工業(yè)特色關(guān)鍵技術(shù)存在研發(fā)難度大、進(jìn)度滯后、融合應(yīng)用水平偏低的突出問題,尚未真正形成數(shù)字化成套技術(shù)供給能力,制約著數(shù)字技術(shù)與煤炭工業(yè)的深度融合。除了少量的優(yōu)勢煤炭企業(yè),多數(shù)煤炭企業(yè)的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用仍處于初級形態(tài),數(shù)字技術(shù)對關(guān)鍵核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)的賦能作用較弱,應(yīng)用數(shù)字技術(shù)挖掘生產(chǎn)潛力的預(yù)期難以實現(xiàn)。例如,山西省已有24座煤礦實現(xiàn)“5G下井”,多為高清視頻傳輸、遠(yuǎn)程控制等“簡單”場景應(yīng)用,而復(fù)雜且更具生產(chǎn)價值的應(yīng)用場景仍待挖掘。
順應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化發(fā)展的重大趨勢,推動煤炭工業(yè)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)深度融合發(fā)展:煤礦成為安全智能的“煤炭數(shù)字化生產(chǎn)車間”,煤炭企業(yè)成為創(chuàng)新高效的“煤礦數(shù)字化管理平臺”,煤炭工業(yè)成為柔性協(xié)同的“煤炭產(chǎn)品數(shù)字化供應(yīng)系統(tǒng)”,支撐建設(shè)國家新型能源體系。
煤炭工業(yè)加快全方位數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型,不斷壯大煤炭數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模,實現(xiàn)安全高效、智能綠色、清潔低碳發(fā)展,增強(qiáng)能源安全供給能力。以《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》(2023年)、《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》(2022年)等為行動指引,把握能源數(shù)字化、智慧能源系統(tǒng)發(fā)展形勢,筑牢煤炭數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施條件,強(qiáng)化煤炭數(shù)字化人才支撐,增強(qiáng)煤炭數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)能力,優(yōu)化煤炭數(shù)字發(fā)展環(huán)境,賦能煤炭工業(yè)、企業(yè)、煤礦的數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型。
煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展可采取“三步走”。① 煤炭工業(yè)數(shù)字化2.0。到2025年,國家級智能化煤礦(示范煤礦)產(chǎn)能占比達(dá)到20%,煤炭數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模在煤炭工業(yè)總產(chǎn)值中的占比達(dá)到20%,大型煤炭企業(yè)的原煤生產(chǎn)人員效率突破10 t/工,百萬噸死亡率降低至0.05以下。② 煤炭工業(yè)數(shù)字化3.0。到2035年,具有國家級智能化煤礦水平的煤炭產(chǎn)能占比達(dá)到50%,煤炭數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模在煤炭工業(yè)總產(chǎn)值中的占比達(dá)到50%,大型煤炭企業(yè)的原煤生產(chǎn)人員效率超過20 t/工,百萬噸死亡率降低至0.04以下。③ 煤炭工業(yè)數(shù)字化4.0。到2050年,煤炭工業(yè)數(shù)據(jù)資源共享機(jī)制建成,具有國家級智能化煤礦水平的煤炭產(chǎn)能占比達(dá)到100%,煤炭數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模在煤炭工業(yè)總產(chǎn)值中的占比達(dá)到80%,煤礦安全生產(chǎn)實現(xiàn)“零傷亡”。
1. 筑牢煤炭數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施能力
加快煤炭工業(yè)“新基建”發(fā)展,提高數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施保障能力。推進(jìn)智能傳感器、環(huán)境感知終端、視頻監(jiān)控設(shè)備等智能終端在煤炭工業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用,全面提高基礎(chǔ)設(shè)施的感知能力。因地制宜并適度超前,開展煤礦專用數(shù)據(jù)網(wǎng)、高速工業(yè)環(huán)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),提高5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用水平,增強(qiáng)常態(tài)數(shù)據(jù)采集、應(yīng)急通信快速組網(wǎng)能力。針對井下應(yīng)用場景,推動無線公網(wǎng)通信融合應(yīng)用,支撐終端裝備、各類能源數(shù)據(jù)大規(guī)模接入無線公網(wǎng),構(gòu)建煤礦融合泛在的通信網(wǎng)絡(luò)。
2. 強(qiáng)化煤炭數(shù)字化人才支撐
自主培養(yǎng)與外部引進(jìn)并重,擴(kuò)大煤炭與數(shù)字技術(shù)兼具的高技術(shù)人才,懂技術(shù)、懂業(yè)務(wù)的高端管理人才的規(guī)模;配套人才激勵機(jī)制與持續(xù)性培養(yǎng)模式,提升煤炭工業(yè)數(shù)字化發(fā)展的人才支撐能力。支持煤炭企業(yè)與高校、技術(shù)服務(wù)企業(yè)共建培養(yǎng)基地,持續(xù)開展員工分級分類培訓(xùn),整體性提高煤炭行業(yè)的數(shù)字理論知識和應(yīng)用技能水平[23]。鼓勵煤炭相關(guān)的高校、職業(yè)技能學(xué)院優(yōu)化學(xué)科建設(shè)方向,增設(shè)數(shù)字化工科專業(yè),批量化培養(yǎng)復(fù)合型人才、實用技能型人才。
3. 增強(qiáng)煤炭工業(yè)數(shù)字化兩大關(guān)鍵能力
一是加快數(shù)字化技術(shù)融合創(chuàng)新。在煤炭勘查設(shè)計、開發(fā)、轉(zhuǎn)化利用的過程中,凝練并形成數(shù)字化技術(shù)與各類場景的融合應(yīng)用。突破數(shù)字化相關(guān)的共性關(guān)鍵技術(shù),提升煤炭智能裝備的國產(chǎn)化和成套化水平,重點研發(fā)精準(zhǔn)地質(zhì)探測、智能快速掘進(jìn)、復(fù)雜條件智能綜采、重大危險源智能監(jiān)測預(yù)警等技術(shù)裝備。加快煤礦智能化建設(shè),開展開發(fā)工藝和裝備智能化升級,推動固定場所無人值守、危險崗位機(jī)器人替代、各重要環(huán)節(jié)智能化聯(lián)動。建立智能柔性供應(yīng)技術(shù)體系,顯著增強(qiáng)柔性供應(yīng)能力。
二是強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)與信息安全保障。將網(wǎng)絡(luò)與信息安全置于數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型工作中的突出位置,強(qiáng)化信息安全防護(hù)體系,構(gòu)建覆蓋煤礦業(yè)務(wù)全生命周期的“預(yù)警?監(jiān)測?響應(yīng)”動態(tài)防御體系。① 重要信息系統(tǒng)實行安全等級保護(hù),提升重要領(lǐng)域、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、重要系統(tǒng)的安全防護(hù)水平。② 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)與信息安全、安全災(zāi)備等設(shè)施,推廣使用國產(chǎn)軟件,逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化替代,提高核心技術(shù)和核心設(shè)備的自主化水平。③ 應(yīng)用數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)燃夹g(shù),提升能源數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的安全水平。
4. 優(yōu)化煤炭工業(yè)數(shù)字化兩個發(fā)展環(huán)境
一是構(gòu)建數(shù)字產(chǎn)業(yè)生態(tài)。① 加強(qiáng)數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)挖掘,發(fā)展煤炭地質(zhì)災(zāi)害、生產(chǎn)安全、綠色低碳、經(jīng)營管控、風(fēng)險防控等關(guān)鍵領(lǐng)域中的大數(shù)據(jù)算法和模型,解決煤炭企業(yè)數(shù)據(jù)“采而無用”問題;構(gòu)建合作機(jī)制,形成煤炭企業(yè)之間、關(guān)聯(lián)行業(yè)之間的數(shù)據(jù)資源共享機(jī)制。② 建立覆蓋企業(yè)、行業(yè)、跨行業(yè)級的多層次工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,整合和利用各類數(shù)據(jù)中心、平臺資源,建立煤炭工業(yè)數(shù)據(jù)資源共享機(jī)制。
二是構(gòu)建開放共贏的合作格局。① 推動煤炭工業(yè)開放并融合外部資源,打破產(chǎn)業(yè)鏈上不同層級、涉及不同行業(yè)的數(shù)據(jù)壁壘,實現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)、跨區(qū)域的深度融合,形成良好發(fā)展生態(tài);以數(shù)據(jù)流貫通煤炭生產(chǎn)、運輸、儲備、貿(mào)易、利用等環(huán)節(jié),促進(jìn)業(yè)務(wù)流程、管理機(jī)制、商業(yè)模式、應(yīng)用范式的協(xié)同和全面優(yōu)化。② 建立生態(tài)伙伴協(xié)同發(fā)展機(jī)制。組建煤炭工業(yè)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)板塊,推動煤炭企業(yè)集團(tuán)下屬信息技術(shù)企業(yè)與其他領(lǐng)域的信息通信技術(shù)企業(yè)開展靈活且深入的合資及合作,鼓勵優(yōu)勢煤炭企業(yè)將內(nèi)部數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、裝備、軟件等拓展服務(wù)于外部市場;加快區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)的工程應(yīng)用,開展煤炭數(shù)據(jù)交易、征信等服務(wù)。
1. 研發(fā)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)裝備
以集成產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品生命周期管理為依托,優(yōu)化研發(fā)流程,提高技術(shù)裝備研發(fā)效率,實現(xiàn)產(chǎn)品、技術(shù)裝備研發(fā)轉(zhuǎn)向數(shù)字化、平臺化協(xié)同;積極發(fā)展AI、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)與煤炭工業(yè)相結(jié)合的技術(shù)裝備。建設(shè)煤炭洗選、利用、煤機(jī)制造等環(huán)節(jié)的數(shù)字化、智能化車間 / 工廠 / 廠區(qū),提升煤機(jī)裝備的智能制造水平。
通過對武當(dāng)山旅游景區(qū)自媒體營銷的實際運用的觀察,發(fā)現(xiàn)自媒體對于公眾的吸引力仍然不太強(qiáng),游客的關(guān)注度還有待提高,可供游客參與互動的營銷、促銷活動更是少之又少。
2. 推進(jìn)設(shè)計建設(shè)與運行數(shù)字化
應(yīng)用建筑信息模型(BIM)+地理信息系統(tǒng)(GIS)、5G、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術(shù),建立三維礦山信息模型、三維協(xié)同設(shè)計平臺,提升勘察、設(shè)計、建設(shè)、運營等環(huán)節(jié)的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同能力;推動工程數(shù)字化管理、數(shù)字化交付,實現(xiàn)運行管理的數(shù)字化和智能化。在開采運營階段,應(yīng)用5G+萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)等技術(shù),實現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)的高效采集和傳輸;基于虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行開采模擬,提高礦井的抗災(zāi)和防災(zāi)能力;采用數(shù)字控制、大數(shù)據(jù)分析、云計算等技術(shù),增強(qiáng)相關(guān)設(shè)備的自主學(xué)習(xí)和決策支持能力,實現(xiàn)智能化、無人或少人化開采。通過數(shù)字化、信息化技術(shù)運用,實現(xiàn)煤礦全生命周期的生產(chǎn)運營管理。
3. 構(gòu)建行業(yè)數(shù)字化發(fā)展生態(tài)
聚集煤炭行業(yè)協(xié)會、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、高校的優(yōu)勢資源,按照平等互利、合作共贏的理念建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用共同體,形成聯(lián)合攻關(guān)、協(xié)同創(chuàng)新的應(yīng)用生態(tài)。共建共享以信息與通信技術(shù)為基礎(chǔ)的煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、行業(yè)大數(shù)據(jù)中心,形成煤炭工業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn),引導(dǎo)行業(yè)規(guī)范化發(fā)展。構(gòu)建研發(fā)、營銷、交付、服務(wù)等環(huán)節(jié)的煤炭工業(yè)數(shù)字化生態(tài),推動產(chǎn)業(yè)內(nèi)上、下游的數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型。
1. 煤炭勘查設(shè)計數(shù)字化技術(shù)
研究煤礦地質(zhì)高精度地震探測、井下復(fù)雜環(huán)境自動化掃描重構(gòu)、圍巖穩(wěn)定性動態(tài)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù),開發(fā)礦井多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、信息動態(tài)關(guān)聯(lián)、復(fù)雜條件地質(zhì)幾何建模、煤礦全空間地學(xué)信息等系統(tǒng)。研發(fā)井下復(fù)雜環(huán)境多物理場(含復(fù)合動力災(zāi)害、地下水、巖體、瓦斯、粉塵、溫度、有害氣體)自適應(yīng)感知技術(shù),發(fā)展地質(zhì)屬性信息時空演化的實時融合分析、隱蔽災(zāi)害可視化能力。開發(fā)面向智能開采的“透明礦井”核心軟件平臺,實現(xiàn)煤炭資源動態(tài)管理、開發(fā)過程追溯、災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急輔助決策等功能?;诰G色智能煤礦標(biāo)準(zhǔn),研發(fā)礦井?dāng)?shù)字化勘察設(shè)計技術(shù),采用BIM、GIS等技術(shù)并融合虛擬現(xiàn)實方法進(jìn)行礦井設(shè)計,將以往獨立設(shè)計的礦井各系統(tǒng)進(jìn)行集成,實現(xiàn)礦井勘查設(shè)計的數(shù)字化。
2. 煤炭安全智能開采數(shù)字化技術(shù)
深化沖擊地壓、強(qiáng)礦壓、水、火、瓦斯、有毒有害氣體監(jiān)測預(yù)警與綜合防治技術(shù)研究,發(fā)展覆巖破壞及頂板來壓預(yù)警分析技術(shù),建立覆巖運移破壞可視化監(jiān)測系統(tǒng)。開發(fā)工作面頂板災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警平臺,構(gòu)建“一通三防”系統(tǒng)監(jiān)測、智能預(yù)警及診斷系統(tǒng)。研制供電系統(tǒng)電能大數(shù)據(jù)分析與遠(yuǎn)程監(jiān)測集控、災(zāi)害風(fēng)險智能分級預(yù)警管控等技術(shù)裝備,提升礦井生產(chǎn)安全保障能力。研制適應(yīng)不同賦存條件的智能化開采技術(shù)裝備,具有精確定位、自適應(yīng)截割能力的快速掘進(jìn)與全自動支護(hù)技術(shù)及裝備。研發(fā)智能化臨時支護(hù)裝置,開展多功能掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,運用運輸系統(tǒng)集群分布式協(xié)同聯(lián)動控制技術(shù),建立運輸全流程無人化協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)。集成露天無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、電(氫)能源驅(qū)動、車輛自導(dǎo)航及定位等技術(shù),開發(fā)智能化調(diào)度分配系統(tǒng),提高煤礦智能化裝備應(yīng)用水平。
3. 煤炭柔性靈活供給數(shù)字化技術(shù)
4. 煤機(jī)裝備智能制造數(shù)字化技術(shù)
加快煤機(jī)裝備智能制造工藝創(chuàng)新和系統(tǒng)優(yōu)化,推進(jìn)智能車間、工廠、廠區(qū)建設(shè)[24]。研發(fā)智能制造數(shù)字化系統(tǒng),同步推動基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè),為煤機(jī)智能制造提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)保障。利用數(shù)字技術(shù)驅(qū)動服務(wù)業(yè)、煤機(jī)裝備制造業(yè)的深度融合,催生煤炭工業(yè)發(fā)展的新模式、新業(yè)態(tài),推動煤炭工業(yè)裝備制造由單純提供產(chǎn)品轉(zhuǎn)向提供包括產(chǎn)品、服務(wù)在內(nèi)的一體化解決方案,系統(tǒng)集成總承包能力。
5. 煤炭清潔高效利用數(shù)字化技術(shù)
發(fā)展煤炭洗選全流程智能控制、數(shù)字孿生運維等技術(shù),形成相應(yīng)技術(shù)工藝及裝備[25]。研發(fā)基于數(shù)字化的高效率、低排放煤基發(fā)電技術(shù),提高先進(jìn)高參數(shù)燃煤發(fā)電技術(shù)水平?;跀?shù)字化手段改進(jìn)地下原位煤氣化、氣化熱解 / 氣化燃燒一體化、低階煤分質(zhì)利用、煤基產(chǎn)品新工藝等技術(shù),提升煤化工數(shù)字化水平。
1. 數(shù)字地質(zhì)勘查與勘探技術(shù)
發(fā)展數(shù)字地質(zhì)遙感、高速無線數(shù)據(jù)傳輸航空電磁、智能化地震采集、智能化地震處理及解釋等技術(shù),支持實現(xiàn)礦產(chǎn)資源勘查區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境及其演化過程的可視化、透明化,以及勘查數(shù)據(jù)采集、管理、處理、傳輸、模型構(gòu)建、預(yù)測評價、決策分析、服務(wù)應(yīng)用的全過程數(shù)字化、可視化、智能化。
2. 智能開采技術(shù)與裝備
發(fā)展快速智能掘進(jìn)成套技術(shù)裝備,復(fù)雜困難地質(zhì)條件下的綜采、綜放智能自適應(yīng)協(xié)同開采關(guān)鍵技術(shù)與裝備[26],提升綜采設(shè)備精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航、智能自適應(yīng)液壓支架、智能采煤機(jī)、煤礦井下機(jī)器人等的智能化水平。部署智能化煤機(jī)裝備智能制造技術(shù)、煤礦生產(chǎn)決策智能化管控系統(tǒng)應(yīng)用,實現(xiàn)煤機(jī)裝備制造過程與應(yīng)用場景的智能化。
3. 安全高效開采地質(zhì)保障技術(shù)
構(gòu)建綜采(掘)工作面探測信息大數(shù)據(jù)分析平臺,發(fā)展綜采(掘)工作面采動應(yīng)力定量探測技術(shù)與裝備、煤礦井下智能鉆探技術(shù)與裝備、礦井四維GIS綜合探測與應(yīng)用系統(tǒng)、礦井地質(zhì)信息時空狀態(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、綜采(掘)工作面地質(zhì)信息綜合管理系統(tǒng)、透明綜采(掘)工作面三維地質(zhì)動態(tài)模型技術(shù)等,實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)的融合共享,為采掘機(jī)運通各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的資源地圖支撐。
4. 煤炭精準(zhǔn)智能洗選加工技術(shù)
發(fā)展煤炭精準(zhǔn)分選技術(shù)工藝及裝備,旋流場重介質(zhì)精準(zhǔn)分選、智能干選技術(shù)與裝備,工藝參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量高精度在線檢測預(yù)測技術(shù),精細(xì)化、智能化煤炭分選加工共性關(guān)鍵技術(shù)等,實現(xiàn)煤炭洗選過程的常態(tài)化無人值守作業(yè)。
5. 燃煤與可再生能源耦合發(fā)電技術(shù)
研究基于數(shù)字化的煤炭與風(fēng)、光等可再生能源深度耦合發(fā)電、制氫、化工轉(zhuǎn)化技術(shù),推廣應(yīng)用煤礦區(qū)煤電與光伏發(fā)電、風(fēng)電、水電智能協(xié)同,采煤沉陷區(qū)治理與光伏發(fā)電融合等技術(shù),推動煤炭、煤電與新能源的優(yōu)化組合,全面提升能源供給的柔性與韌性。
6. 井下流態(tài)化開采與轉(zhuǎn)化一體化技術(shù)
發(fā)展基于數(shù)字化的深部原位流態(tài)化開采的地質(zhì)保障、精準(zhǔn)導(dǎo)航、智能開拓布局、智能化分選等技術(shù),構(gòu)建深部原位一體化流態(tài)化開采、無人化智能輸送與提升等技術(shù)裝備體系[27]。突破深部原位能量誘導(dǎo)物理破碎流態(tài)化開采、化學(xué)轉(zhuǎn)化流態(tài)化開采、生物降解流態(tài)化開采、富油煤原位熱解發(fā)電、煤粉爆燃發(fā)電等前沿技術(shù),革新固體資源開采模式,實現(xiàn)井下無人智能化采、選、充以及熱、電、氣轉(zhuǎn)化的流態(tài)化開采。
7. 基于數(shù)字化的煤礦區(qū)碳減排技術(shù)
發(fā)展基于數(shù)字化的煤礦區(qū)碳排放監(jiān)測技術(shù),開發(fā)適用于商業(yè)規(guī)模的高效率、高通量、緊湊型大型CO2分離數(shù)控設(shè)備。研發(fā)CO2礦化封存及配方信息化仿真應(yīng)用技術(shù)、CO2礦化發(fā)電顛覆性技術(shù)、數(shù)字化的CO2驅(qū)替煤層氣技術(shù),以數(shù)字化技術(shù)賦能煤炭開發(fā)利用過程中的碳補(bǔ)集、利用與封存。
8. 煤炭及共伴生資源智能協(xié)同開發(fā)技術(shù)
研發(fā)煤炭與典型共伴生資源一體化智能開發(fā)的成套工藝與裝備,構(gòu)建煤系共伴生金屬 / 非金屬固體礦產(chǎn)資源智能協(xié)調(diào)開采方法與技術(shù)體系,突破深部煤系“三氣”綜合智能開發(fā)、礦區(qū)煤層氣分布式智能高效利用等技術(shù),推進(jìn)煤炭與共伴生能源資源一體化智能開發(fā)。
建議設(shè)立煤炭數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu),統(tǒng)籌煤炭工業(yè)數(shù)據(jù)管理工作,協(xié)調(diào)推進(jìn)煤炭工業(yè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)制度建設(shè),研究制定煤炭工業(yè)數(shù)字化頂層設(shè)計,組織建設(shè)煤炭工業(yè)數(shù)字化平臺等。建立煤炭工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺,積累和挖掘煤炭勘探、開發(fā)、運輸、儲備、銷售、利用等產(chǎn)業(yè)鏈上全要素、全生命周期的數(shù)據(jù)信息,應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展分析以賦能行業(yè)發(fā)展。近實時化地掌握煤炭供需態(tài)勢,精準(zhǔn)響應(yīng)煤炭消費需求變化并開展柔性供給,構(gòu)建兼具穩(wěn)定性和靈活度的煤炭供應(yīng)鏈。
發(fā)揮優(yōu)勢煤炭企業(yè)的骨干和帶動作用,建設(shè)國家級煤炭數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新實驗室。保障科技資源投入,深化煤炭數(shù)字化基礎(chǔ)理論與技術(shù)應(yīng)用研究,側(cè)重技術(shù)突破與融合應(yīng)用,創(chuàng)新煤炭特色場景下的共性技術(shù)。著力解決“卡脖子”技術(shù)環(huán)節(jié),在AI、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、工業(yè)控制安全、機(jī)器人、數(shù)字孿生等方向開展特色化、定制化研發(fā),提升煤炭工業(yè)專用的單機(jī)裝備、電子元器件、基礎(chǔ)軟件的國產(chǎn)化水平。
按照國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的整體部署,支持企業(yè)健全和完善煤炭數(shù)據(jù)采集的管理機(jī)制及標(biāo)準(zhǔn)體系,以煤炭數(shù)據(jù)資源高質(zhì)量共享來提升煤炭商業(yè)數(shù)據(jù)開發(fā)利用水平。強(qiáng)化煤炭企業(yè)數(shù)字治理體系和能力建設(shè),形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄,提升煤炭數(shù)據(jù)資源規(guī)模和質(zhì)量;支持市場主體依法合規(guī)采集煤炭流通、交易、監(jiān)測診斷等的數(shù)據(jù),培育和壯大煤炭數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)。
加強(qiáng)傳統(tǒng)礦業(yè)學(xué)科與現(xiàn)代信息技術(shù)學(xué)科的交叉融合,探索煤炭工業(yè)數(shù)字化管理和技術(shù)人才的分級體系建設(shè),規(guī)?;囵B(yǎng)煤炭工業(yè)高素質(zhì)人才,建成國家級煤炭數(shù)字化人才培養(yǎng)基地。分領(lǐng)域、分層級開展煤炭工業(yè)數(shù)字技能提升專項培訓(xùn),提高廣泛運用數(shù)字技術(shù)的能力水平。將數(shù)字人才培養(yǎng)與煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級計劃、國家中長期煤炭科技發(fā)展規(guī)劃、有關(guān)重大工程項目實施相結(jié)合,壯大“數(shù)字采礦”高端復(fù)合型專業(yè)人才隊伍。
利益沖突聲明
本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財務(wù)沖突。
Received date:October 24, 2023;Revised date:December 16, 2023
Corresponding author:Ren Shihua is a research fellow from China Coal Research Institute Co., Ltd. His major research fields include the economic evaluation of coal technologies and energy strategies. E-mail: ren@cct.org.cn
Funding project:Chinese Academy of Engineering project“Research on the Integrated Green Development Strategy of Coal and Coassociated Energy Resources” (2023-XZ-19), “Research on the Digital Development Strategy of Coal Industry” (2022-XZ-28),“Coal and New Energy Integration Development Strategy and Path”(2023-XZ-22)