山東能源集團(tuán)智能礦山建設(shè)實踐

李希勇

(山東能源集團(tuán)，山東省濟(jì)南市，250014)

1 煤炭行業(yè)智能化建設(shè)現(xiàn)狀

近年來，在國家層面大力支持引導(dǎo)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(shè)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。回顧我國智能礦山建設(shè)之路，以下3點必須關(guān)注和肯定[1-6]。

一是國家層面高度重視頂層設(shè)計，為智能礦山建設(shè)提供了遵循指引。近年來，國家相關(guān)部門先后出臺《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)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(shè)提出一系列發(fā)展思路和具體要求。同時，有關(guān)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(dǎo)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(yīng)具有重要的戰(zhàn)略引領(lǐng)和現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

二是煤礦智能化技術(shù)創(chuàng)新深入推進(jìn)，為智能礦山建設(shè)提供了核心支撐。為高效推動煤礦智能化技術(shù)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(shè)立了煤礦機器人方向，著力破解煤礦井下機器人應(yīng)用關(guān)鍵核心技術(shù)。許多高等院校積極響應(yīng)國家加快煤礦智能化建設(shè)的號召，更加注重煤礦智能化人才培養(yǎng)，構(gòu)建多學(xué)科交叉、產(chǎn)學(xué)研融合的人才培養(yǎng)模式。相關(guān)行業(yè)部門積極推動科研院所、煤炭行業(yè)大型集團(tuán)之間戰(zhàn)略合作，開展智能化技術(shù)攻關(guān)和智能裝備的應(yīng)用推廣。煤炭行業(yè)的智能礦山建設(shè)已經(jīng)具備了相對充分的人才儲備和技術(shù)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(shè)提供了實踐基礎(chǔ)和借鑒經(jīng)驗。目前智能化采煤已在多種類型的礦井中進(jìn)行了實踐，全國智能化采掘工作面2019年底達(dá)到275個，2020年底超過500個。智能化建設(shè)已經(jīng)在選煤廠和井下掘進(jìn)、輔助運輸?shù)认到y(tǒng)開展了應(yīng)用，呈現(xiàn)全面縱深推進(jìn)的良好發(fā)展局面。我國智能礦山建設(shè)起步快速、推進(jìn)有力，未來大有可為。

山東能源集團(tuán)作為一個新集團(tuán)、老企業(yè)，礦井?dāng)?shù)量多、生產(chǎn)條件復(fù)雜、井下戰(zhàn)線長、勞動用工多、安全風(fēng)險點多面廣，智能礦山建設(shè)意義重大。近年來，通過認(rèn)真貫徹習(xí)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(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)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(yīng)商和世界一流能源企業(yè)為目標(biāo)，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(shù)在全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈中深度融合應(yīng)用，闖出了一條智能礦山建設(shè)新路子，在諸多領(lǐng)域走在了行業(yè)前列。2020年9月份，全國煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)會在山東能源集團(tuán)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(jìn)行總結(jié)。

2 山東能源集團(tuán)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(shè)的動力引擎

發(fā)揮創(chuàng)新引領(lǐng)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(tuán)煤炭產(chǎn)業(yè)比重大、轉(zhuǎn)型升級任務(wù)重，倒逼集團(tuán)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(shè)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，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(lǐng)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(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)試驗、標(biāo)準(zhǔn)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(shè)及5G創(chuàng)新場景應(yīng)用快速開局起勢。

(2)聚力攻克一批智能開采關(guān)鍵技術(shù)。堅持自主創(chuàng)新與引進(jìn)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(guān)了5G礦用、災(zāi)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(shù)等一批國內(nèi)領(lǐng)先的關(guān)鍵技術(shù)，較好破解了智能礦山建設(shè)的技術(shù)掣肘。

(3)聚力研發(fā)一批先進(jìn)可靠智能裝備。先進(jìn)可靠的裝備是智能礦山建設(shè)的基礎(chǔ)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(jìn)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(dá)到美國(康壽)標(biāo)準(zhǔn)，成為卡特彼勒液壓支架產(chǎn)品全球供應(yīng)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(jìn)行全方位、全系統(tǒng)裝備換代。金雞灘煤礦應(yīng)用世界首套8.2 m超大采高綜采裝備，產(chǎn)能水平達(dá)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(lǐng)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(tuán)堅定不移實施人才強企戰(zhàn)略，柔性引進(jìn)院士15人和國家“千人計劃”專家團(tuán)隊、散煤高效清潔燃燒技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊、工業(yè)級清潔煤技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊。引進(jìn)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(shù)隊伍，承擔(dān)信息化咨詢設(shè)計、系統(tǒng)集成、軟件開發(fā)、服務(wù)運營等業(yè)務(wù)。

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

通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造低成本、低時延、高可靠、廣覆蓋的信息網(wǎng)絡(luò)，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(shè)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(luò)建設(shè)工程。建成煤炭行業(yè)首家洲際信息通信網(wǎng)絡(luò)，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(luò)，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(wù)器承載ERP、安全生產(chǎn)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，集團(tuán)工業(yè)系統(tǒng)上云率達(dá)100%，礦井系統(tǒng)上云普及率90%以上。

(2)5G新基建應(yīng)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(biāo)志證書。將礦用5G技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下復(fù)雜環(huán)境，在多個礦井開展5G成套裝備規(guī)?；瘧?yīng)用，成為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在煤炭行業(yè)應(yīng)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(shè)、系統(tǒng)運維服務(wù)等方面為行業(yè)用戶提供賦能服務(wù)，已與多家礦業(yè)集團(tuán)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(wù)，累計在線交易額超過2 000余億元，推動了平臺經(jīng)濟(jì)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(shè)的數(shù)字生態(tài)

智能礦山建設(shè)是極為復(fù)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(yīng)。前瞻布局、適新應(yīng)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(wù)數(shù)據(jù)化、一切數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(shè)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(wù)管控平臺。推進(jìn)業(yè)務(wù)數(shù)字化建設(shè)，完成財務(wù)管控、銷售業(yè)務(wù)、人事管理、生產(chǎn)控制、貿(mào)易管理“五個體系”建設(shè)，建成財務(wù)共享、資金管理、稅務(wù)管理、物資共享、設(shè)備共享、營銷共享等十大共享平臺；其中，財務(wù)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(wù)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(yù)算模型為核心、以業(yè)務(wù)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(yù)測的業(yè)財聯(lián)動預(yù)算管理。自主研發(fā)“智礦云網(wǎng)”數(shù)字化平臺，應(yīng)用了50多個可復(fù)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(yīng)用，為煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供了“山能方案”。

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

數(shù)字技術(shù)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(jì)效益，推動煤炭產(chǎn)業(yè)由勞動密集型向技術(shù)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(jìn)智能裝備、智能系統(tǒng)研發(fā)，持續(xù)拓展智能應(yīng)用場景，累計建成80個智能采煤工作面、71個智能掘進(jìn)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(lǐng)域智能進(jìn)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(yuǎn)程下達(dá)工作面設(shè)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(shè)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(yuǎn)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(dá)煤礦長壁遠(yuǎn)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(jìn)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(dǎo)航定位 + 三維動態(tài)地質(zhì)模型自適應(yīng)割煤的“透明化”智能開采模式。郭屯煤礦以數(shù)字孿生技術(shù)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(dá)煤礦長壁遠(yuǎn)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(dǎo)技術(shù)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(dá)到260 t/工，具備2 000萬t/a產(chǎn)能的世界領(lǐng)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(shù)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(jìn)排水、提升、運輸、通風(fēng)、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(yīng)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(tuán)骨干礦井實現(xiàn)調(diào)度指揮、監(jiān)測監(jiān)控和遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)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(zāi)害智能監(jiān)測分級預(yù)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(jìn)技術(shù)，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(yù)、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(dá)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(dǎo)、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(zhǔn)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(lǐng)未來。智能化建設(shè)是我國煤炭工業(yè)的第4次技術(shù)革命，是300余萬名煤礦工人最大的福利，對于提升技術(shù)裝備水平、增強安全生產(chǎn)能力、保障職工生命健康、促進(jìn)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(tuán)將認(rèn)真落實全國煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)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(jìn)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(shè)，智能化開采煤炭產(chǎn)量達(dá)到90%以上；大力推動人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)技術(shù)與煤礦智能化深度融合，推動5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(lǐng)，實行裝備換人、技術(shù)換人、管理換人，強化關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)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(shè)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(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。