基于大數(shù)據(jù)的煤質(zhì)預(yù)先管理體系在棗礦集團的構(gòu)建與實施

劉貴霞，劉鐵林，趙 帥，林麗鳳，曹 浩，王曉倩

(棗莊礦業(yè)集團 煤炭質(zhì)量管理處，山東 棗莊 277000)

從19世紀(jì)50年代開始，我國的選煤行業(yè)初步發(fā)展，煤質(zhì)管理的理念隨著選煤行業(yè)的發(fā)展逐步提上日程。傳統(tǒng)的煤質(zhì)管理理念以過程管理為主，重點抓選煤廠生產(chǎn)過程的煤質(zhì)管理，要求選煤廠將給定質(zhì)量的原煤洗選加工成為符合既定質(zhì)量要求的煤炭產(chǎn)品，這種管理體系在很長時間內(nèi)對煤質(zhì)的管控起到了較大作用。但由于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的限制，以及數(shù)據(jù)處理速度和處理能力的限制，傳統(tǒng)煤質(zhì)管控的精度局限性較大，當(dāng)用戶對煤質(zhì)有更高精度的要求時便難以滿足，煤質(zhì)糾紛時有發(fā)生。而且過程管理體系存在滯后性的不足，當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不足或質(zhì)量過剩的問題時，生產(chǎn)過程已經(jīng)結(jié)束，難以重新加工，對下游用戶的生產(chǎn)管理和供煤礦點的效益造成損害。

近年來，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感設(shè)備在煤炭行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，液位計、溫度傳感器、灰分探測器等設(shè)備在選煤廠得到了廣泛應(yīng)用，測量精度也隨著發(fā)展而不斷提高。近年來，大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應(yīng)用突飛猛進，“數(shù)字礦山”被提上日程，數(shù)據(jù)的采集呈現(xiàn)“體量大、類型多、速度快”的特點。數(shù)據(jù)類型包括網(wǎng)絡(luò)日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等，多類型的數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求。數(shù)據(jù)價值密度相對較低。如隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，信息感知無處不在，信息海量，處理速度快、時效性要求高。

煤質(zhì)管控中的預(yù)控制體系需要結(jié)合傳感設(shè)備采集的各類信息進行系統(tǒng)梳理、分析和比較，需要進行大量的數(shù)據(jù)分析與運算，在信息化功能發(fā)展的支持下，利用大數(shù)據(jù)分析使得煤炭質(zhì)量的預(yù)先管理成為可能。

1 大數(shù)據(jù)煤質(zhì)預(yù)先管理體系構(gòu)建的內(nèi)涵

1.1 煤質(zhì)管理的預(yù)見性

煤炭質(zhì)量預(yù)報的主要作用是根據(jù)井下地勘資料、開拓布局等情況，檢測生產(chǎn)源頭的質(zhì)量情況，對后續(xù)工藝的生產(chǎn)和組織提供指導(dǎo)。生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制是對煤炭生產(chǎn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格及質(zhì)量的有效檢驗，并有針對性地采取各種有效措施，以使產(chǎn)品達到相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不斷完善產(chǎn)品質(zhì)量的一個過程。可以說，質(zhì)量預(yù)報對產(chǎn)品質(zhì)量的保障起著關(guān)鍵作用。

1.2 預(yù)報的層級性

在煤炭質(zhì)量預(yù)報過程中，根據(jù)生產(chǎn)礦井、煤層煤種、工作面情況、生產(chǎn)工藝等情況的不同，預(yù)測預(yù)報的層級也不盡相同。根據(jù)組織結(jié)構(gòu)形成的預(yù)測，一般包括工區(qū)預(yù)測、礦預(yù)測、處室預(yù)測、集團預(yù)測；根據(jù)生產(chǎn)時間的預(yù)測，一般包括年度預(yù)測、月度預(yù)測、周預(yù)測和日預(yù)測。這些預(yù)測之間既互相補充又互相驗證，經(jīng)過長時間的數(shù)據(jù)積累后，通過不斷修正預(yù)測模型，預(yù)測準(zhǔn)確率不斷提高，對生產(chǎn)的指導(dǎo)性越來越強。

1.3 預(yù)報的智能性

信息化和智能化技術(shù)發(fā)展以后，對預(yù)測預(yù)報的采集和數(shù)據(jù)處理提供了強有力的支持。在預(yù)先管理體系中，確定質(zhì)量預(yù)報模型是進行有效質(zhì)量預(yù)報工作的必要前提，其需要確定的內(nèi)容較為廣泛，主要包括輸入與輸出節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、隱層節(jié)點以及樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量預(yù)測在實際的應(yīng)用過程中，按照應(yīng)用水平的高低，又可分為建模與應(yīng)用兩個階段。在建模階段，由人工進行數(shù)據(jù)錄入和標(biāo)準(zhǔn)庫的搭建，形成底層數(shù)據(jù)庫；在應(yīng)用階段，根據(jù)預(yù)測指標(biāo)指導(dǎo)生產(chǎn)，同時以實際生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)與預(yù)測指標(biāo)進行反饋，不斷修正預(yù)測模型，實現(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)和循環(huán)優(yōu)化。

2 基于大數(shù)據(jù)的煤質(zhì)預(yù)先管理體系的主要做法

2.1 加強組織領(lǐng)導(dǎo)，建立相應(yīng)文件制度

為進一步加強煤質(zhì)管理，提高管控水平，增強煤炭產(chǎn)品市場競爭力，有針對性地制定營銷策略，取得最佳經(jīng)濟效益，在集團公司層面成立煤質(zhì)預(yù)管理工作領(lǐng)導(dǎo)小組，董事長任組長，總經(jīng)理任副組長，成員由煤質(zhì)管理處、駐地營銷處、生產(chǎn)技術(shù)處、地質(zhì)測量處等部門負(fù)責(zé)人擔(dān)任，領(lǐng)導(dǎo)小組在煤質(zhì)管理處下設(shè)辦公室，辦公室主任由煤質(zhì)管理處處長兼任。為保障煤質(zhì)預(yù)先管理體系運行，煤質(zhì)預(yù)先管理體系領(lǐng)導(dǎo)小組下發(fā)了《關(guān)于進一步加強煤炭質(zhì)量預(yù)測預(yù)報預(yù)警和有效管控工作的通知》、《關(guān)于加強煤質(zhì)和資源回收管理的有關(guān)規(guī)定》等文件，就加強各礦煤質(zhì)預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警和有效管控工作進行了規(guī)定。

2.2 完善體系建設(shè)，落實煤質(zhì)預(yù)測制度

根據(jù)《關(guān)于進一步加強煤炭質(zhì)量預(yù)測預(yù)報預(yù)警和有效管控工作的通知》要求，在集團公司內(nèi)開展煤質(zhì)預(yù)測預(yù)報活動，煤質(zhì)預(yù)測預(yù)報分為4個層次，即年度預(yù)報、月度預(yù)報、周預(yù)報和日報。

(1)年度預(yù)報：每年年底對下一年度的各工作面煤質(zhì)及全礦煤質(zhì)進行系統(tǒng)分析，預(yù)測預(yù)報出下一年度總的及分階段的煤質(zhì)情況，并據(jù)此提出合理的洗選加工方案和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，作為指導(dǎo)下年度煤炭訂貨、經(jīng)營目標(biāo)測算的依據(jù)。在井下開拓準(zhǔn)備過程中，各礦井下煤質(zhì)管理部門按每隔30 m 1個采樣點在兩巷分別采取煤層煤樣化驗分析，并將其結(jié)果標(biāo)注在地質(zhì)圖中。每年年底由礦總工程師組織相關(guān)部門人員，根據(jù)礦井開拓計劃、采掘工作面地質(zhì)資料及煤質(zhì)標(biāo)注圖，全面預(yù)測預(yù)報下年度煤質(zhì)情況，并編寫煤質(zhì)調(diào)查報告(含煤質(zhì)預(yù)測匯總表、兩巷煤質(zhì)標(biāo)注圖)報送集團公司煤質(zhì)管理處。

(2)月度預(yù)報：重點根據(jù)兩巷和開采過程中大的地質(zhì)構(gòu)造，預(yù)測下月度煤質(zhì)趨勢和煤質(zhì)變化。相關(guān)部門根據(jù)月預(yù)報安排精煤、混煤和洗煤副產(chǎn)品等銷售計劃和車運、地銷流向。每月28日前，由礦井煤質(zhì)管理部門會同地質(zhì)、生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)對各采煤工作面質(zhì)量檢測結(jié)果組織一次審核匯總，對比兩巷煤質(zhì)調(diào)查資料，并對下月度煤質(zhì)進行預(yù)測，同時對上月度預(yù)測情況與實際生產(chǎn)煤質(zhì)進行對比，分析差距原因，形成書面材料(含預(yù)測表)，報集團公司地質(zhì)測量處、生產(chǎn)技術(shù)處審核簽字后送煤質(zhì)管理處，月度報表見表1。

(3)周預(yù)報：重點根據(jù)采面內(nèi)部揭露的隱形構(gòu)造、煤厚變化、頂?shù)装迩闆r等較準(zhǔn)確地預(yù)測出各生產(chǎn)工作面煤質(zhì)及全礦1周內(nèi)每天生產(chǎn)的煤質(zhì)，對混煤銷售具有很好的指導(dǎo)意義。每周五由礦井煤質(zhì)管理部門負(fù)責(zé)對各采煤工作面檢測結(jié)果組織一次匯總，對比兩巷煤質(zhì)資料形成下周煤質(zhì)預(yù)測表報煤質(zhì)管理處。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)隱形地質(zhì)構(gòu)造對煤質(zhì)造成較大影響時，隨時形成書面材料匯報。

(4)煤質(zhì)日報：作為集團公司掌握礦井情況和礦井指導(dǎo)生產(chǎn)的重要數(shù)據(jù)，每天下午由化驗部門進行錄入。各礦分品種發(fā)運的煤炭數(shù)量、質(zhì)量，包括、灰分、硫分、水分、揮發(fā)分、發(fā)熱量等指標(biāo)進行ERP系統(tǒng)同步采集，形成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，作為銷售部門安排產(chǎn)品用戶、流向的參考，也能使煤質(zhì)管理部門及時掌握各礦煤質(zhì)變化，便于煤質(zhì)管控，煤質(zhì)日報見表2。

表1 2020年8月煤質(zhì)預(yù)測預(yù)報

表2 煤質(zhì)日報

3 建立標(biāo)準(zhǔn)模型，預(yù)測精度不斷提高

3.1 建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫

為確保煤質(zhì)預(yù)測的準(zhǔn)確性，對系統(tǒng)中需要對比的數(shù)據(jù)統(tǒng)一完善標(biāo)準(zhǔn)庫模型。以國家煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和最低限度，研究相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和棗礦集團企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入系統(tǒng)。當(dāng)煤質(zhì)數(shù)據(jù)生成后主動與數(shù)據(jù)庫進行匹配，當(dāng)指標(biāo)超出設(shè)定指標(biāo)時報出預(yù)警信息。

3.2 數(shù)據(jù)分析與追溯系統(tǒng)

進入煤質(zhì)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的源頭建立數(shù)據(jù)唯一編碼，最終數(shù)據(jù)庫中的信息均帶有唯一的指向性。管理人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫中保存的信息生成相應(yīng)礦井的煤質(zhì)情況折線圖(如圖1所示)，同時能夠顯示所取區(qū)間范圍內(nèi)的最大值、最小值和平均值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異?；蜻_不到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，系統(tǒng)能夠從生產(chǎn)流程中追溯出相應(yīng)的生產(chǎn)部門、采制樣人員以及化驗人員，便于數(shù)據(jù)的分析和處理。

圖1 煤質(zhì)情況折線

3.3 模型自學(xué)習(xí)及完善

全面的數(shù)據(jù)融合與集成，建立選煤大數(shù)據(jù)系統(tǒng)是智能化的基礎(chǔ)，也是避免各部門重復(fù)建設(shè)的有效措施。通過生產(chǎn)部門報出的煤質(zhì)預(yù)測數(shù)據(jù)，在相應(yīng)日期通過后，由煤質(zhì)部門反饋當(dāng)期實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。實際數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)進行比對和分析，經(jīng)過長時間大量數(shù)據(jù)的積累后，不斷修正煤質(zhì)預(yù)測的數(shù)據(jù)模型，最終提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。

目前，集團公司已經(jīng)建設(shè)選煤煤質(zhì)計量系統(tǒng)，系統(tǒng)以煤質(zhì)管控、商品煤質(zhì)量管理、商品煤計量管理、洗選加工數(shù)據(jù)支持為基準(zhǔn)，完善各智能體系建設(shè)，提出基于云服務(wù)技術(shù)的煤炭企業(yè)信息化解決方案，促進集團選煤煤質(zhì)計量管理的精細化、規(guī)范化、信息化，建立煤炭產(chǎn)品產(chǎn)銷一體化信息CMES平臺，完善和錘煉煤炭企業(yè)信息化集成新技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，達到產(chǎn)供銷辦公互聯(lián)化、設(shè)備物聯(lián)化、交流網(wǎng)絡(luò)化、銷售電子化、客服數(shù)字化，實現(xiàn)產(chǎn)供銷自動化、信息化、智能化的深度融合，實現(xiàn)提高發(fā)運效率，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高信息化管理水平，有利于合理組織礦區(qū)內(nèi)外合理配煤、配洗，促進產(chǎn)銷深度協(xié)同，為領(lǐng)導(dǎo)決策、價值倍增、提高效率、了解對手、行業(yè)領(lǐng)軍做出保障和服務(wù)，達到提升產(chǎn)品的核心競爭力的目的。

4 明確業(yè)務(wù)流程，權(quán)責(zé)明晰統(tǒng)一落實

煤質(zhì)管理處分別對各級煤質(zhì)預(yù)報進行了流程梳理。以煤質(zhì)日報為例，礦采制樣人員采取了生產(chǎn)煤樣，進行制樣后交給化驗部門?；灢块T將結(jié)果報出后，由煤質(zhì)主任進行審核，審核通過后報至加工科科員，審核不通過打回化驗員重新錄入。加工科科員審核通過報至加工科科長，審核不通過打回礦井煤質(zhì)部門。加工科審核通過后，化驗數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫。同時，系統(tǒng)自動抓取精煤和煤泥的灰分、硫分、揮發(fā)分等指標(biāo)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進行比對，比對通過后保存至數(shù)據(jù)庫，比對異常時報出預(yù)警信息。系統(tǒng)每天下午根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)自動形成日報報表，作業(yè)流程見圖2。

圖2 煤質(zhì)管理流程

5 制定預(yù)警預(yù)案，緊急情況有條不紊

應(yīng)急體系建立本著銷售圍繞市場轉(zhuǎn)，生產(chǎn)圍繞銷售轉(zhuǎn)的原則，堅持用戶至上、質(zhì)量為本、質(zhì)級相符的原則，完善內(nèi)外部收購制管理應(yīng)急保障體系建設(shè)，成立應(yīng)急管理領(lǐng)導(dǎo)小組，及時應(yīng)對市場變化，銷售困局，做到產(chǎn)、運、銷合理布局。建立圍繞運量、庫存、質(zhì)級的三級預(yù)警體系(見表3)。

表3 三級預(yù)警體系

各生產(chǎn)礦井根據(jù)煤炭收購制度規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和用戶合同的指標(biāo)要求，制定煤炭質(zhì)量指標(biāo)預(yù)警線。當(dāng)實際生產(chǎn)原煤質(zhì)量指標(biāo)達到預(yù)警線時，礦分管領(lǐng)導(dǎo)立即組織有關(guān)人員分析，并啟動煤炭質(zhì)量應(yīng)急預(yù)案，確保商品煤質(zhì)量符合合同要求。煤炭質(zhì)量應(yīng)急預(yù)案根據(jù)煤質(zhì)變化情況，制定不同的處置流程，包括在采面管理、井下選矸、分采、分運、分儲、分提、地面篩分手選機選、粗洗配煤、精煤生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)所要采取的有效質(zhì)量管控措施，煤質(zhì)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組、各相關(guān)部門的人員的責(zé)任分工、原因分析、責(zé)任追究及處理等。

6 基于大數(shù)據(jù)的煤質(zhì)預(yù)先管理體系取得的成效

6.1 經(jīng)濟效益大幅提升

通過實施煤質(zhì)預(yù)先管理體系，礦井生產(chǎn)原煤熱值不斷提高。2019年，集團公司本部11個生產(chǎn)礦井通過落實煤質(zhì)預(yù)先管理措施，發(fā)運混煤熱值較計劃提高0.515 MJ/kg，增收7 810萬元。通過實施煤質(zhì)預(yù)先管理，提高了精煤回收率，2019年精煤回收率(扣矸)完成81.16%，較2018年提高0.3%。精煤回收率提高直接創(chuàng)效約8 000萬元，兩項合計創(chuàng)效1.5億元。

6.2 煤炭產(chǎn)品核心競爭力不斷增強

通過實施煤質(zhì)預(yù)先管理，棗礦集團對煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)中的每一個環(huán)節(jié)都進行質(zhì)量管理，建立了完善的規(guī)章制度和工作流程，使質(zhì)量管理工作的推進做到了有章可循。通過科學(xué)的管理，以及新產(chǎn)品研發(fā)、運輸方式優(yōu)化等手段，改善了煤炭產(chǎn)品的供給狀態(tài)，提升了企業(yè)煤炭產(chǎn)品的有效供給能力。

6.3 客戶滿意度不斷提升

棗礦集團通過實施煤質(zhì)預(yù)先管理制度，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性完全達到甚至超越了客戶的指標(biāo)要求，通過與客戶及時的溝通反饋，實時掌握用戶需求，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，為客戶提供全套的綜合服務(wù)，真正推動了棗礦集團從“單一煤炭生產(chǎn)商”向“煤炭產(chǎn)品綜合服務(wù)提供商”轉(zhuǎn)變，客戶滿意度、美譽度和忠誠度持續(xù)提升，實現(xiàn)了客戶價值和企業(yè)盈利最大化。

7 結(jié) 語

自2018年以來，棗礦集團通過開展實施煤質(zhì)預(yù)先管理體系，企業(yè)煤炭產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，市場競爭力和信譽度明顯提高，資源配置能力和整體盈利水平大幅提升，擴大了煤炭產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)供給，贏得了客戶的廣泛認(rèn)可。