大型煤炭企业煤矿智能化建设进展、问题和对策研究
时间：2023-07-25 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 经济管理 ★
大型煤炭企业煤矿智能化建设进展、问题和对策研究
我国能源禀赋呈现“富煤、贫油、少气”的特点，以煤为主的能源结构短期内难以发生根本改变[1]。过去10年，煤炭消费量占一次能源消费比重下降了12.5个百分点，2022年煤炭消费量仍占能源消费总量的54.1%。煤炭行业需要按照绿色低碳的发展方向，对标实现碳达峰、碳中和目标任务，立足国情、控制总量、兜住底线，有序减量替代，推进产业转型升级。
近年来，我国煤矿智能化建设呈现加速推进的态势，但部分企业、部分煤矿智能化建设面临推进难、推进慢等局面。因此，笔者客观分析了煤矿智能化建设现状，找出煤矿智能化建设中存在的问题，制定推进煤矿智能化建设高质量发展的措施建议，对于实现煤炭产业转型升级具有重要意义。
1 大型煤炭企业煤矿智能化建设进展
截至2023年4月，煤矿智能化建设总投资规模近2 000亿元，其中首批71处智能化示范建设煤矿投资规模超150亿元。全国已累计建成智能化采煤工作面1 043个、掘进工作面1 277个，其中全国首批示范煤矿累计建成智能化采煤工作面363个、掘进工作面239个，涵盖产能6.2亿t，单面平均能力达到500万t，有力推动煤炭生产方式加快实现根本性变革，煤炭行业高质量发展迈上新台阶。智能化采掘工作面正逐步实现“少人巡视、无人操作”的智能化常态开采，“减人、增安、提效”效果日益显现，国家能源集团、中煤集团等7家重点煤炭企业已建成智能化产能13.93亿t/a，占其总产能比例的74.7%。大型煤企原煤生产人员效率由2012年的6.437 t/工提升至2022年的8.921 t/工；全国煤矿平均百万吨死亡率由2012年的0.374降至2022年的0.025[2]。
总体来看，国家能源集团、中煤集团、陕煤集团、山东能源集团等国有大型煤炭企业煤矿智能化建设走在了行业的前列，分别有9处、6处、7处、9处煤矿入选国家首批智能化示范煤矿，合计占国家首批智能化示范煤矿总数的43.7%。上述4家大型煤炭企业在煤矿智能化建设管理体系、资金投入、技术研发等不同的方面均取得了一定的成效。
1.1 国家能源集团
2022年，国家能源集团全面实现了5个100%智能化目标，即：85个采煤工作面100%智能化，143个掘进工作面100%智能化，632个固定岗位100%无人值守，45处选煤厂100%智能化，智能化技术及建设覆盖率100%。到2025年实现“双百”目标，即：16座示范煤矿100%达到高级智能化，其他煤矿100%达到中级智能化；2035年，建成3个智能矿区[3-6]。“十四五”期间，国家能源集团计划投资300多亿元用于煤矿智能化建设。
国家能源集团与中国煤炭科工集团有限公司联合成立煤矿智能化协同创新中心，建设了9个国家智能化示范煤矿，配套建设了10个生产类、4个安全类集团智能化示范煤矿。近3年，累计减少各岗位用工5 000多人，55座煤矿安全生产1 000天以上，单进、单产、全员工效分别是全国平均水平的2、3.5、5倍。
1.2 中煤集团
近年来，中煤集团制定了《加快煤矿智能化建设指导意见》和《煤矿智能化发展专项规划》；发布9项企业标准，牵头编制全国首个《智能化露天煤矿建设规范》和4项行业标准。成立中煤装备研究院、中煤地下工程智能研究院等智能化专业研发机构，设立中煤集团重大科技专项，实施透明地质、灾害智能预警等煤矿智能化关键核心技术攻关[7]。
截至2022年底，中煤集团已建成6处国家首批智能化示范煤矿，纳林河二号井等6处煤矿已通过省级智能化煤矿验收，建成了9个智能化选煤厂，煤矿智能化技术及建设覆盖率达到78%，智能化开采产量超过60%。42处煤矿初步建成智能一体化管控平台、煤矿数据中心，11处煤矿开展“5G+”智能化煤矿建设，25处煤矿应用56台(套)智能机器人。通过机械化换人、自动化减人、智能化无人，累计减少井下作业人员2 314人，303处固定岗位实现无人值守和远程监控。
1.3 陕煤集团
陕煤集团建立了每年投入20亿元以上+1亿元科技引导资金+100亿元转型基金的资金保障机制，截至2022年底，所有煤矿全部实现智能化开采，井下危险繁重岗位基本实现机器人作业。
陕煤集团高标准打造黄陵矿业、榆北煤业、彬长矿业等“5G+智慧矿区”，建成了曹家滩煤矿、黄陵一号煤矿等多个标杆煤矿，目前36座生产矿井中已建成智能煤矿28座，智能化采煤工作面50个，智能化产能占比达到99%，建成5大类81套快速掘进系统，快掘工作面占比达到50%，13类792个生产辅助系统全面实现智能集控，累计完成5大类102个机器人应用实践，减少井下用工1.4万人；建成全国首家 NOSA 五星煤矿，有效促进了矿井安全生产[8-9]。
1.4 山东能源集团
“十四五”期间，山东能源集团规划智能化项目近1 700项，计划投入150余亿元用于煤矿智能化建设，实现所有矿井智能化建设全覆盖。
山东能源集团设立了智能开采研究中心，建成9处国家首批智能化示范煤矿，符合国家示范煤矿标准的煤矿达到15处，133个采掘工作面实现智能化；单班下井100人以下矿井3处，100～200人17处，200～300人19处；13处矿井取消夜班生产[10-11]，累计减少井下作业人员1.2万人；应用各类机器人72台(套)，主通风、排水、压风和供配电场所实现无人值守。
2 煤矿智能化建设存在的主要问题
2.1 缺乏全面统筹和顶层设计
目前，我国煤矿智能化建设仍然处于初步发展阶段，多数煤矿的智能化建设工作仅仅是局部的、不全面的。由于缺乏高视角的全面统筹和顶层设计，煤矿智能化在设计、建设、验收、设备采购等缺少统一的标准和要求，基层企业对煤矿智能化建设的理解千差万别，造成各企业煤矿智能化建设路径不一致，设备和系统重复建设、相互不兼容，各系统数据没有深度融合，形成“数据壁垒”和“信息烟囱”，不能达到应有效果。
2.2 煤矿智能化发展不平衡
(1)不同企业间开展煤矿智能化建设重视程度和积极性不平衡。总体来讲，相比于民营和基础较差的企业，大型国有煤炭企业对开展煤矿智能化建设的认同度较高，企业负责人对煤矿智能化建设工作较为重视，推进煤矿智能化较为积极。
(2)不同地区煤矿智能化建设水平不平衡。我国内蒙古鄂尔多斯盆地煤矿井型大、地质条件优越、矿井投产时间短、企业效益好、技术装备先进，煤矿智能化建设水平相对较高；而云南、四川等西南地区煤矿井型小，井下机电装备水平尚处于自动化升级阶段，煤矿智能化发展相对滞后。
(3)煤矿各生产系统的智能化程度不平衡。井下部分辅助工种仍未实现机械化，掘进等系统尚未完全实现全流程自动化，部分煤矿在采煤、主运输、排水、供电等系统智能化方面做了有益的探索，在部分系统、局部环节实现了智能控制。
(4)智能化技术需求与技术发展现状不平衡。为实现“减人、增安、提效”，基层企业迫切需要在矿用机器人、煤岩识别、井下无轨胶轮车无人驾驶等“卡脖子”技术方面取得实质性突破，但目前这些技术的突破难度较大，无法满足现场实际应用。
(5)软件和硬件的投入不平衡。大型煤炭企业在煤矿智能化建设过程中存在“重硬件、轻软件”的现象，软件维护和迭代更新不及时，影响使用效果。
(6)煤矿智能化投入与产出比不平衡。部分煤矿智能化建设投入较大，虽然在减人、增安、提效方面取得了一定效果，但总体上看，煤矿智能化建设尚处于初级阶段，减少井下作业人数不多，部分系统生产作业效率不升反降。
2.3 关键核心技术装备有待突破
支撑智能化开采的透明地质、矿山岩体力学与岩层控制、致灾机理与灾害防治等基础理论体系尚未形成；受制于煤矸识别技术不够成熟，综采工作面采煤机自适应截割和综放工作面智能化放顶煤技术一直未能有效突破；综采工作面设备机群在复杂地质条件下的智能协同控制效果差，智能化开采技术和装备对煤层条件的适应性有待提升；煤机装备及其配套的各类传感器、摄像头等传感器的可靠性和灵敏度与智能化开采还有差距，智能感知信息的有效利用率较低，综采工作面集控中心智能决策能力有待提升。
2.4 煤矿智能化管理与人才储备不足
煤矿智能化急需具备采矿、机电、计算机等专业知识的复合型高技能人才，而目前煤炭企业职工学历、职称、技能等整体不高。以中煤集团为例，2021年底，中煤集团共有在岗从业人员140 649人，其中专业技术人员占比12%(不含管理人员)；技能人才占比39.3%；本科及以上学历人员占比26.3%，技师和高级技师占比3.9%，中级和高级职称占比12.5%。煤炭企业存在缺少能够满足煤矿智能化建设需要的专业技术人才或一专多能的复合型人才、从业人员素质整体不高和结构性失衡、一线职工招工难与高层次人才引进难等问题。同时，由于生产装备智能化在一定程度上增加了检修工作量，因此对检修人员的数量、素质提出更高的要求。根据目前人才引进形势预测，今后煤炭行业的人才瓶颈将进一步放大。
2.5 煤矿智能化建设投入保障不够
煤矿智能化建设投入资金较大，从短期看，主要表现为安全效益，同时，通过智能化建设可以大幅降低工人的劳动强度，提高了职工的幸福感、获得感和安全感。但从经济效益来看，智能化建设对提高生产效率、增加企业效益的效果不够显著，这也导致部分煤炭企业对煤矿智能化建设的持续投入不足，开展煤矿智能化建设往往只是为了满足地方政府和上级企业煤矿智能化建设要求，存在“为智能化而智能化”的问题。
3 推进大型煤炭企业智能化高质量发展的对策
科技的发展为煤矿智能化建设提供了技术支持，安全生产倒逼煤炭企业开展智能化建设降低安全风险。人工成本上升叠加招工难，促使煤炭企业推进煤矿智能化建设，以持续优化劳动组织实现精干高效。结合国家发改委等八部委《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(发改能源〔2020〕283号)文件要求，从煤矿生产总体发展趋势来看，煤矿智能化建设是今后大型煤炭企业需要推进的重点工作之一。为推动大型煤炭企业智能化高质量发展，提出如下对策建议。
3.1 强化顶层设计
(1)强化规划引领。大型煤炭企业要组织编制煤矿智能化建设中长期规划和年度计划，制定智能化煤矿、选煤厂及各子系统专项建设方案，明确所属二级企业及煤矿智能化建设目标和路径。形成层次分明、相互衔接、规范有效的实施体系，形成集团统筹、条块管理、分工示范、总结评价、分步推进、全面建成的工作机制。按照智能化建设标准体系及规范细则，参照不同条件示范项目模式，分类、分步、分级推进煤矿智能化建设。
(2)强化标准建设。坚持以标准建设为抓手，总结凝练示范工程建设成果，明确煤矿智能化建设技术路径，加快煤矿智能化系列标准研制，包括智能化专业术语、勘探程度、验收标准、数据规范、通信协议、井下作业机器人等相关技术规范、产品标准和检测检验规范的制、修订，持续完善煤矿智能化相关标准，建立不同条件煤矿分类分级智能化建设标准体系。
(3)强化管理保障。建立健全大型煤炭企业总部、二级企业、煤矿三级煤矿智能化管理体系，明确专门管理部门和人员，专职推进煤矿智能化工作。围绕“智能、少人、高效”目标，打破传统煤矿管理模式和体制机制，建立与智能化开采相配套的管理制度、工作流程、考核办法、劳动组织模式等管理体系，探索建立与煤矿智能化相适应的管理理念和生产管理模式，驱动大型煤炭企业组织架构和管理制度变革。
3.2 分类分级推进
按照“示范引领、差异推进”思路，鼓励先行先试，针对不同地质条件矿井，采取“一企一策、一矿一策”，研究制定各矿井的整体智能化建设实施方案。加快推进智能化示范煤矿建设，加强与高校、科研院所、装备厂商、高科技企业深度合作，加快矿山智能化新技术和新装备的示范应用与迭代升级。选择若干处拟建煤矿，从勘探设计开始，采用颠覆性思维和现代管理理念，打破传统煤矿设计、建设、生产和管理模式，打破理念、规程等约束，打破关键核心技术瓶颈，新建一处智能化少人试验煤矿，形成一批可复制推广的智能化建设模式、技术装备和人员组织优化经验，在类似条件煤矿推广应用。组织开展标杆企业、示范应用、典型场景等遴选，通过举办现场经验交流会等手段，加大宣传力度，发挥引领作用，引导煤矿智能化技术由先进矿山向落后矿山辐射，形成“比学赶超”的良好发展氛围。
3.3 加大科技创新
大型煤炭企业要和高校、科研院所、装备制造企业组建科研创新联合体，推动工业互联网、人工智能、大数据、云计算等新技术与煤矿生产技术的深度融合，加快突破透明地质、数字孪生、煤岩识别、掘支锚运自主作业、盾构掘进、智能穿爆、井下作业机器人、智能化长距离带式输送机运输、高精度导航定位、装备群协同控制、灾害大数据分析与预警等煤矿智能化关键核心理论和技术瓶颈，加大国产零部件、国产芯片、国产操作系统及工业软件在煤矿智能装备研发中的推广应用力度，提升煤矿智能化建设自主可控能力，加快科研成果转化，扩展产学研用合作的深度和广度。
3.4 强化队伍建设
加大与科研院所联合培养本科生、研究生的力度，培育一批理论基础扎实、实践能力强、具有创新精神的煤矿智能化人才。对于煤矿智能化建设关键岗位人才，有计划引进或重点培养，持续提升职工专业技能，努力培养一批智能化技术专家，形成专业技术带头人效应，用“人员素质”换取“人员数量”。大型煤炭企业要根据智能化建设程度的不同，区别劳动密集型与高度智能化条件下的用工薪酬激励政策，实现智能化建设与优化劳动组织的双促进。特别是可以利用大型煤炭企业装备板块资源，与国内先进通信厂商、设备厂商合作，丰富大型煤炭企业在煤矿智能化建设上的技术储备，在研究探索过程中完成技术人才储备。建立健全煤矿智能化专业人才培育与考核评价机制，构建线上线下相结合的煤矿智能化培训及考核体系，探索设立智能装备工程师、智能装备运维技师等专业型、技能型人才晋升通道，建立高水平矿山智能化运维队伍。
3.5 构建智能化生态系统
系统推进大型煤炭企业智能化建设，制定强制性与鼓励性政策，解决煤矿智能化发展面临的区域和企业发展不平衡的问题。统筹规划矿山智能化技术研发与装备制造产业布局，创建煤矿智能化装备产业集聚区和生态圈。依托产业集群，积极发展服务型制造新模式新业态，培育一批矿山智能化服务提供商，促进装备租赁运维、数据资产交易、人工智能和大数据技术服务等矿山智能化服务新模式的良性发展。以煤矿智能化技术为支撑，统筹推进矿区绿色发展，推动资源开发与生态环境协调发展，努力构建绿色环保、低碳高效的现代矿业体系。
4 结语
煤矿智能化是煤炭生产方式和生产力革命的新阶段，将成为煤炭开采第4次重大技术变革。煤矿智能化建设将有力支撑大型煤炭企业高质量发展。近年来，国家能源集团、中煤集团、陕煤集团、山东能源集团等国内大型煤炭企业在煤矿智能化建设方面取得了一定成效，但仍然存在缺乏全面统筹和顶层设计、煤矿智能化发展不平衡、关键核心技术装备有待突破、管理与人才储备不足、建设投入保障不够等问题。下一步，大型煤炭企业应进一步强化顶层设计、分类分级推进、加大科技创新、强化队伍建设、构建智能化生态系统，推动煤矿智能化实现高质量发展，支撑煤炭行业转型升级。
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Research on the progress, problems, and countermeasures of intelligent construction in large coal enterprises' coal mines
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CAI Feng, KONG Linghua, CHENG Zhiheng.Research on the progress, problems, and countermeasures of intelligent construction in large coal enterprises' coal mines[J].China Coal,2023,49(6):14-18.DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.06.003
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