啃下煤礦智能開采“硬骨頭”
記者 王軼辰
人們印象中“傻大黑粗”的煤炭行業，正向智能化加速邁進。近日，記者在國家首批智能化示范建設煤礦——徐州礦務集團張雙樓煤礦調度指揮中心看見，操作員鼠標輕點，數百米深井下的采煤機、皮帶機、轉載機等綜采設備相繼運轉，隨著監控屏幕上各類數據變化跳動，滾滾“烏金”奔向地面，整個過程人機分離、安全高效。
煤炭是我國的主體能源之一，煤炭行業高質量發展關乎能源安全和綠色轉型。2020年2月，國家發展改革委等八部門聯合印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》提出，到2035年，各類煤礦基本實現智能化，構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的煤礦智能化體系。3年多來，煤礦智能化建設進度如何？智能化改造給煤企帶來哪些變化？
智能煤礦建設成效顯著
“畢業時選擇這座煤礦，就是沖著現代化程度高來的。這幾年，智能化的確為井下作業環境改善解決了很多問題，像無人值守、AI監測監控、一站式單軌吊運輸等。”山東能源魯西礦業新巨龍公司采煤工區生產班副班長王成福深有感觸地說。
記者發現，新巨龍公司煤炭生產中的重要環節都在邁向智能化。配備的AI智能攝像儀，可監測煤量大小實現節能調速，煤倉安設“物位儀”，檢測倉位高低實現系統聯動；通過基礎設施建設、信息化集成，實現了主運系統無人值守，累計減少崗位人員48人；供電系統搭建一體式智能供電平臺，實時上傳數據，具備防越級跳閘、遠程集控、一鍵漏試等功能，配合智能門禁、高清攝像頭等設施，實現變電所“可視管控、無人值守”。
新一代信息技術與煤炭工業的深度融合，挖掘出煤礦智能化建設的巨大潛能。通過人工智能、5G、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合，按照“1+3+N”的模式建設智能化礦山，建立一個智能調度控制中心，萬兆高速傳輸及5G融合一張網、一朵云（私有云）和一張圖（地理信息系統），以及智能采煤、掘進、防沖等“N”個控制系統的智慧化礦山架構，張雙樓煤礦建成了江蘇省首個智能化綜采工作面，江蘇省首個井下5G工作面。
徐礦集團黨委書記、董事長馮興振告訴記者，不僅張雙樓煤礦啃下了智能開采這塊“硬骨頭”，徐礦年產500萬噸的郭家河煤業公司、年產750萬噸的天山礦業公司，全部實現了“是礦不像礦、產煤不見煤、采煤不用煤”。
煤礦智能化改造給企業帶來了實實在在的效益。隨著礦井服務年限不斷延長，山東能源兗州煤業鮑店煤礦崗點多、戰線長、生產系統復雜，單純依靠管理手段已無法有效保證安全生產。“近年來，我們深化采煤、掘進、機電等8個專業28項智能化項目建設，有力推動了礦井智能生產、高效開采。”山東能源集團兗礦能源鮑店煤礦礦長郭英說，通過智能優化提升、系統集成創新，把職工從繁重的勞動和危險的環境中解放出來，參與現場生產作業人員大幅減少，實現了安全高效生產。
傳統煤礦開采中，近一半成本是人員工資，煤炭企業降本增效的主要路徑就是減少井下作業人員。“寧肯花上百萬元上智能設備，也不多花十萬元請一人。”新巨龍公司副總經理牛永明說，過去煤礦開采在減人方面一直做得不夠，現在通過智能化改造，很多環節實現了無人作業，達到了減員增效的目的。
增強煤炭供給韌性和彈性
煤礦智能化轉型是必須要過的“坎”，越早越主動，越晚越被動。“從長遠看，煤炭在我國能源保供中將持續發揮兜底保障作用，煤礦智能化是煤炭安全增產保供的關鍵舉措。”國家能源局煤炭司副司長任立新說。
煤炭行業屬于典型高危行業，生產過程中始終伴隨著水害、火災、瓦斯、沖擊地壓、粉塵等災害隱患。經驗表明，推進煤礦智能化建設，可減少高危崗位人員一半以上，條件好的還可形成井下工作面無人采煤、少人值守的場景，避免職工直接面對災害事故風險，減少人員誤操作，大幅消除安全生產隱患。
為推動煤礦智能化升級，國家能源局會同有關部門組織遴選了首批71處智能化示范建設煤礦，總產能6.2億噸/年，計劃投資約158億元，已累計建成363個智能化采煤工作面、239個智能化掘進工作面，單面平均生產能力達到500萬噸/年。在示范煤礦的帶動引領下，近年來各產煤省區、煤炭企業大力實施煤礦智能化建設，加快推進機械化換人、自動化減人、智能化少人，全國累計建成1043個智能化采煤工作面、1277個智能化掘進工作面。
在近幾年的煤炭保供中，以智能化煤礦為代表的大型先進礦井，生產運行各系統全面升級，安全高效的優勢充分顯現，既提高了安全生產水平，又有效提升了生產效率，增強了煤炭供給的韌性和彈性，為保障煤炭安全穩定供應奠定了堅實基礎。
數據顯示，國家能源集團、中煤集團等7家重點煤炭企業，已建成智能化產能13.93億噸/年，占其總產能比例的74.7%，綜采工作面平均人員勞動工效提升27.7%，掘進綜合單進平均水平提升32.8%。
同時，煤礦智能化發展有力推動了煤炭上下游產業轉型升級。初步統計，目前全國煤礦智能化建設總投資近2000億元，投資完成率超過50%，智能化市場需求的增加，有效帶動了礦山物聯網、煤機裝備制造、智能控制系統、安全監測預警等新產業新業態的快速發展。
“煤礦智能化是實現行業高質量發展的必由之路。”任立新表示，著力運用5G通信、人工智能等新一代信息技術改造升級傳統煤炭產業，助力煤礦實現減人增安提效，進一步夯實煤炭在能源安全中的兜底保障作用。
穩定性可靠性問題待解決
盡管煤礦智能化轉型已經邁出了一大步，但總體來看仍處于智能化初級階段，與“智能感知、智能決策、自動執行”的目標尚有差距。
煤礦智能化系統性、實效性不夠是突出矛盾。記者發現，一些智能化礦山涉及系統多，建設廠家技術力量參差不齊。由于在項目實施中沒有突出效果導向，接口協議沒有真正打通，系統無法實現融合聯動，更多是簡單的功能堆砌和多維數據的呈現，沒有最終實現“少人化、無人化”，反而增加了大量系統維護技術人員和維護成本。
由于數據積累不足，加上管控平臺、工業環網、視頻系統、信息發布系統、綜合自動化系統等部分建設上體現人工智能或AR技術的應用不夠，導致生產過程自主決策等高階智能化也無法實現。
與此同時，煤礦智能化的“神經病”“心臟病”問題亟需解決。一方面，由于井下環境的復雜性，智能化系統難以長期保持穩定可靠運行狀態。另一方面，當前煤礦智能裝備的可靠性及對復雜條件的適應性不能充分滿足智能化煤礦建設需要，核心元器件、高性能檢測設備、關鍵材料、工業基礎設計軟件等仍存在技術瓶頸。智能化技術裝備對不同地質條件的適應性較差，導致煤礦智能化建設出現常態化運行難度大、系統運維困難等問題。
標準滯后也是困擾企業的一大因素。作為高危行業，煤炭生產各個環節有著一系列嚴格標準規范，智能化條件下的生產流程和特點與傳統煤礦生產相比發生了巨大變化，相關標準也需要隨之改變。“現在智能化系統實用性已經比較強了，但是行業標準還是滯后于智能化發展。”牛永明說。
對于諸多問題，專家建議，今后一個時期，智能化建設必須一礦一策，分層次、分階段、分重點逐步推進，將人工智能與采礦工藝、技術、裝備深度融合，全面激發煤炭企業發展智能化技術與裝備的積極性；組織科研單位及煤炭行業標準化技術委員會等盡快研究形成智能化標準體系，為煤礦智能化建設提供標準支撐；推進科技創新，重點攻關突破一批關鍵核心技術，為煤礦智能化技術躍升提供動力。
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