選煤廠智能化發(fā)展階段思考

周娟華

(中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì) 煤炭行業(yè)智能選煤工程研究中心，北京 100013)

習(xí)總書(shū)記榆林講話(huà)，明確了煤炭在我國(guó)能源格局中的主體地位不可動(dòng)搖。2021中國(guó)國(guó)際煤炭發(fā)展高峰論壇——“雙碳”目標(biāo)下煤炭工業(yè)的發(fā)展路徑與展望主論壇上，謝和平院士的主題報(bào)告強(qiáng)調(diào)，將“雙控”的重點(diǎn)落在控制能源利用的碳排放和控制能源利用效率上。

隨著煤炭清潔高效利用工作的不斷推進(jìn)，我國(guó)原煤洗選加工能力超過(guò)33億t，2020年原煤入選量超過(guò)29億t、入選率達(dá)到74.6%，在役大型現(xiàn)代化選煤廠2 400多座，能力超過(guò)千萬(wàn)噸的特大型選煤廠有82座。尤其是干法選煤工藝技術(shù)和大型裝備取得重大進(jìn)展，總洗選能力已經(jīng)突破1.50億t。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)煉焦和其它特殊用煤應(yīng)選盡選，普通動(dòng)力煤入選率超過(guò)60%。在提高能源的利用效率上，煤炭洗選是首當(dāng)其沖的第一個(gè)排頭兵，應(yīng)進(jìn)一步提高選煤效率，為能源高效利用奠定基礎(chǔ)。

1 國(guó)家產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，代表著煤炭先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展方向。國(guó)家層面，2020年2月，國(guó)家發(fā)展改革委等八部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》(發(fā)改能源 〔2020〕283號(hào))，明確提出煤礦智能化發(fā)展原則、目標(biāo)、任務(wù)和保障措施。根據(jù)指導(dǎo)意見(jiàn)，到2035年，各類(lèi)煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，指導(dǎo)意見(jiàn)同時(shí)提出兩個(gè)分階段目標(biāo)。2020年7月，國(guó)家能源局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展首批智能化示范煤礦建設(shè)推薦工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》，正式從國(guó)家層面組織相關(guān)單位開(kāi)展首批智能化示范煤礦建設(shè)工作。11月，國(guó)家能源局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展首批智能化示范煤礦建設(shè)的通知》，確定我國(guó)首批71處智能化示范建設(shè)煤礦。

地方和企業(yè)層面，山東、河南、山西、安徽、貴州、河北、內(nèi)蒙古等省(區(qū))已出臺(tái)政策措施和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)家能源集團(tuán)、中煤集團(tuán)、山東能源集團(tuán)、陜煤化集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、陽(yáng)煤集團(tuán)等大型骨干企業(yè)，或獨(dú)立、或結(jié)合安全生產(chǎn)專(zhuān)項(xiàng)整治三年行動(dòng)，擬定了實(shí)施方案，大力推動(dòng)智能化建設(shè)和機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用。

礦井附屬選煤廠51個(gè)，礦井沒(méi)有配套選煤廠需進(jìn)入中央選煤廠入洗3個(gè)選煤廠，新(改擴(kuò))建選煤廠8個(gè)，涉及62個(gè)正在運(yùn)營(yíng)的選煤廠。

2 行業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

智能化選煤廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)提出，正式列入中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)2019年第一批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為T(mén)/CCT5—2019，項(xiàng)目名稱(chēng)為《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》，2020年10月10日發(fā)布，2021年1月1日實(shí)施。

建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中，得到了業(yè)內(nèi)眾多單位的踴躍支持，很多單位都不同程度地參與了標(biāo)準(zhǔn)的起草或提出了寶貴的修改意見(jiàn)。在征求意見(jiàn)期間，多家單位積極參與，提出修改意見(jiàn)，使標(biāo)準(zhǔn)具有了相當(dāng)?shù)膶?shí)踐基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)智能化選煤廠建設(shè)具有較高的參考價(jià)值。

中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)將《智能化選煤廠建設(shè) 第2部分 等級(jí)評(píng)價(jià)方法》正式列入2020年度團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為2020013。準(zhǔn)備立項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)有：《煤炭洗選工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》、《智能化選煤廠建設(shè) 重介系統(tǒng)》、《智能化選煤廠建設(shè) 浮選系統(tǒng)》、《智能化選煤廠建設(shè) 裝車(chē)系統(tǒng)》、《智能化選煤廠建設(shè) 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口技術(shù)規(guī)范》和《智能化選煤廠標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 通用技術(shù)規(guī)范》。

國(guó)家能源局制定了《智能化煤礦驗(yàn)收管理辦法(試行)》，參照《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》制定了其中的第三部分智能化選煤廠。

國(guó)家能源集團(tuán)、中煤能源集團(tuán)有限公司、山東能源集團(tuán)有限公司、山西焦煤能源集團(tuán)參照《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》，制定了自己的智能化建設(shè)企業(yè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

各單位制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》各個(gè)部分的量化考核，整體方向上與行業(yè)要求一致。

3 智能化技術(shù)及裝備征集情況

中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)于2021年4月組織開(kāi)展煤礦智能化技裝備征集和編制 《煤礦智能化技術(shù)裝備指引》(中煤協(xié)會(huì)科技函〔2021〕39號(hào))，根據(jù)文件要求，中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)面向智能洗選、煤質(zhì)檢測(cè)、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能與綜合利用領(lǐng)域的智能化技術(shù)裝備開(kāi)展征集工作。

按照《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》的建設(shè)內(nèi)容，按基礎(chǔ)平臺(tái)、基礎(chǔ)自動(dòng)化、智能控制、智能管理、綜合分析智能決策和智能化效果6個(gè)板塊，對(duì)征集的關(guān)于選煤的技術(shù)裝備進(jìn)行分類(lèi)。基礎(chǔ)平臺(tái)和智能化效果2個(gè)板塊空白，其余的板塊統(tǒng)計(jì)情況如表1～表4。

2021年雖然受疫情持續(xù)的影響，但這一年智能化選煤廠已經(jīng)從一個(gè)熱議的話(huà)題、概念，進(jìn)入到實(shí)質(zhì)性的建設(shè)階段，很多選煤企業(yè)開(kāi)始了不同程度的智能化項(xiàng)目建設(shè)，高校、研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備制造廠家也分別從各自的角度切入到選煤智能化這塊“巨大的蛋糕”中，單環(huán)節(jié)智能化數(shù)不勝數(shù)，重介系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、安全管理、設(shè)備單機(jī)、環(huán)境衛(wèi)生等，每個(gè)研發(fā)單位、設(shè)備制造企業(yè)、選煤生產(chǎn)單位都在使出渾身解數(shù)，為選煤智能化的發(fā)展助力。

征集的各項(xiàng)智能技術(shù)共65項(xiàng)，基礎(chǔ)自動(dòng)化30項(xiàng)(占比46.15%)、智能控制24項(xiàng)(占比36.92%)、智能管理8項(xiàng)(占比12.31%)、綜合分析智能決策3項(xiàng)(占比4.62%)。

基礎(chǔ)平臺(tái)和智能化效果2個(gè)板塊沒(méi)有申報(bào)單位，說(shuō)明基礎(chǔ)平臺(tái)主要沿用市場(chǎng)現(xiàn)有的技術(shù)，基本沒(méi)有選煤的原創(chuàng)；智能化效果板塊空白，說(shuō)明行業(yè)處于初期的發(fā)展階段，未達(dá)到評(píng)價(jià)階段。

表1 基礎(chǔ)自動(dòng)化板塊統(tǒng)計(jì)

表2 智能管理板塊統(tǒng)計(jì)

由表1～表4數(shù)據(jù)可知，本次共征集了12家設(shè)備研發(fā)企業(yè)、6家生產(chǎn)企業(yè)，行業(yè)的研發(fā)集中度比較高，生產(chǎn)企業(yè)是行業(yè)的國(guó)有大型頭部單位。技術(shù)裝備集中在基礎(chǔ)自動(dòng)化和智能控制板塊，占總量的83.07%。除兩大板塊完全空白外，其余4個(gè)板塊的細(xì)分項(xiàng)目中共39項(xiàng)，空白項(xiàng)有14項(xiàng)(35.90%)。非空白項(xiàng)目中，只有1家制造企業(yè)的項(xiàng)目有10個(gè)(占已有項(xiàng)目的比例40%)。

表3 智能控制板塊統(tǒng)計(jì)

表4 綜合分析智能決策板塊統(tǒng)計(jì)

由于征集以建設(shè)單位和企業(yè)自愿為原則，不是全行業(yè)智能化技術(shù)裝備的完全反映，但從側(cè)面也可以體現(xiàn)行業(yè)智能技術(shù)裝備的發(fā)展?fàn)顩r。

以上數(shù)據(jù)充分說(shuō)明，我國(guó)的智能化選煤建設(shè)處于初級(jí)階段，大量行業(yè)空白需要填補(bǔ)。

4 對(duì)選煤廠智能化的思考(以煉焦煤選煤廠為主)

4.1 選煤智能化的核心問(wèn)題必須由選煤專(zhuān)業(yè)人員自己解決

隨著科技的進(jìn)步，各種在線(xiàn)測(cè)灰技術(shù)在選煤行業(yè)取得突破性進(jìn)展，但選煤生產(chǎn)控制依然不是精確的“點(diǎn)控”問(wèn)題。原煤龐大的入洗量，即使細(xì)分到“秒”來(lái)計(jì)量，分選點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物料量也會(huì)達(dá)到幾十千克以上，甚至高達(dá)幾噸；生產(chǎn)過(guò)程選煤的控制對(duì)象不是直接控制灰分，重選是通過(guò)對(duì)影響密度的因素、浮選是影響藥劑與煤粒結(jié)合的因素來(lái)控制分選。

在線(xiàn)灰分檢測(cè)解決之后，要解決每一個(gè)最小控制時(shí)間單元處理物料的影響灰分的各種因素，重介質(zhì)分選密度和浮選加藥量是最直觀、最便捷控制的影響因素，也是簡(jiǎn)化問(wèn)題的控制策略，灰分與設(shè)定值有差距，設(shè)定密度或藥劑相應(yīng)的增減幅度。

按照最大回收率原則(或最大效益原則)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的灰分控制最佳配合，必須結(jié)合煤質(zhì)，制定精煤各個(gè)部分的精煤灰分控制區(qū)間，即需判斷出物料的密度和粒度組成，根據(jù)設(shè)備的分選下限，推算出可選性曲線(xiàn)，由設(shè)備的分選性能(經(jīng)驗(yàn)分選曲線(xiàn))反算出分配曲線(xiàn)，然后，才能制定對(duì)應(yīng)的分選策略；浮選須檢測(cè)入料濃度和粒度組成，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值預(yù)測(cè)浮選分選情況，制定對(duì)應(yīng)的分選策略。

這一過(guò)程，需要嚴(yán)密的理論推導(dǎo)，建立對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，也需要有生產(chǎn)值進(jìn)行校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)尋優(yōu)。目前，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)給定精煤灰分，是簡(jiǎn)化問(wèn)題的控制策略，即不判斷煤質(zhì)，將灰分與重介密度(或浮選的加藥制度)進(jìn)行強(qiáng)相關(guān)控制，只調(diào)整重選密度或浮選藥劑制度，但忽略理論尋優(yōu)過(guò)程，在煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，錯(cuò)配率難于控制，產(chǎn)率和效率的雙向最優(yōu)得不到保證，導(dǎo)致《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》要求的最終目標(biāo)——綜合分析、智能決策無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)中小型選煤廠數(shù)量多、分布廣、管理水平差距大。選煤廠基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但生產(chǎn)管理需要人工全過(guò)程參與，高度依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)，在信息化、智能化建設(shè)方面比較滯后。

選煤原理雖然簡(jiǎn)單，但實(shí)際分選過(guò)程很復(fù)雜，產(chǎn)品是區(qū)間控制，難于做到精確控制。與相關(guān)的焦化、鋼鐵、電力行業(yè)相比，入門(mén)難度低，選煤是典型的“易學(xué)難精”。入洗的效果，除了產(chǎn)品的數(shù)質(zhì)量是直觀的，選煤效率、重介、浮選的效果評(píng)價(jià)，需要通過(guò)采集煤樣，進(jìn)行大量試驗(yàn)化驗(yàn)，通過(guò)繁瑣的計(jì)算才能取得。評(píng)價(jià)結(jié)果與試驗(yàn)條件時(shí)的入選煤煤質(zhì)、設(shè)備狀況及操作人員水平息息相關(guān)，評(píng)價(jià)結(jié)果受影響因素較多。

李曉榕教授說(shuō)：“精確與單純?yōu)槲?、與復(fù)雜為敵；硬科學(xué)以數(shù)學(xué)和量化為基礎(chǔ)，其概念都很單純簡(jiǎn)單，便于精確定義。所以精確定義在硬科學(xué)中居功甚偉，碩果累累。具體說(shuō)到精確和智能的關(guān)系，對(duì)付簡(jiǎn)單精確無(wú)需真正的智能，特別是高級(jí)智能，亦非智能所長(zhǎng)，對(duì)付復(fù)雜因而不精確才需要智能，才是智能所長(zhǎng)，高級(jí)智能面對(duì)高度不精確也必能游刃有余。”

原料數(shù)量和質(zhì)量不穩(wěn)定，難于標(biāo)準(zhǔn)化管理。煤質(zhì)特性決定了其基本沒(méi)有簡(jiǎn)單系統(tǒng)(不能單純依靠頂層設(shè)計(jì)的向下推導(dǎo)的方式)，各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)料性質(zhì)不可能完全控制的復(fù)雜系統(tǒng)(自下而上生長(zhǎng)的演進(jìn)式發(fā)展，跟人類(lèi)進(jìn)化路徑相似的見(jiàn)招拆招)居多，模糊趨勢(shì)控制而非精準(zhǔn)控制，但恰恰是智能化可以大顯身手的領(lǐng)域。選煤專(zhuān)業(yè)人員必須首先探索出具體的實(shí)施路徑，才可能實(shí)現(xiàn)真正的選煤智能化，能夠根據(jù)煤質(zhì)確定最佳的分選指標(biāo)，達(dá)到產(chǎn)率和效率的雙向最優(yōu)，這個(gè)過(guò)程不可能依賴(lài)其它行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)。

4.2 企業(yè)要摒棄“摘桃子”心理

《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》在第四部分第二小節(jié)，將先進(jìn)性定義為：“按照‘共性先立、急用先行’的原則，引入和貫徹MES現(xiàn)代生產(chǎn)理念，建立計(jì)劃、管理、控制為一體的智能化生產(chǎn)體系，以核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化為基礎(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能控制技術(shù)與選煤行業(yè)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)選煤廠全流程智能化生產(chǎn)，最終建成安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的智能化選煤廠?！?/p>

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)管理者而言，不能心存幻想，認(rèn)為只要進(jìn)行智能化改造，管理自然就會(huì)上水平。

選煤具有典型的“易學(xué)難精”的特點(diǎn)，選煤效果評(píng)價(jià)不直觀，現(xiàn)場(chǎng)的管理模式五花八門(mén)，未真正的引入和貫徹過(guò)MES現(xiàn)代生產(chǎn)理念。智能化不僅不能代替基礎(chǔ)管理，甚至對(duì)基礎(chǔ)管理提出了更高的要求。低水平的現(xiàn)場(chǎng)管理，頻繁的生產(chǎn)事故可以讓智能化無(wú)用。智能化對(duì)選煤企業(yè)是“錦上添花”、更是“雪中送炭”。如果希望通過(guò)借助智能化實(shí)現(xiàn)選煤廠的“專(zhuān)業(yè)化高人運(yùn)營(yíng)”，以提高效率和效益，必須重新梳理現(xiàn)有的管理模式，建立計(jì)劃、管理、控制為一體的生產(chǎn)體系，為智能化建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的管理基礎(chǔ)。

智能化是一個(gè)伴隨社會(huì)整體技術(shù)逐漸演變的過(guò)程，早投入一定早受益，不會(huì)有明確的界線(xiàn)，待技術(shù)完全成熟了，再開(kāi)始進(jìn)行智能化建設(shè)。

智能化與集控有某種意義上的相似，同樣的技術(shù)需要企業(yè)的量身定制。在智能化的過(guò)程中，會(huì)反向要求夯實(shí)基礎(chǔ)管理，而不是單純地坐等。否則，真想智能化時(shí)，自身也不具備條件。只有在現(xiàn)場(chǎng)管理扎實(shí)推進(jìn)的基礎(chǔ)上，才能完全實(shí)現(xiàn)智能化。

4.3 減人不是智能化的唯一目標(biāo)

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的匡亞莉老師在《智能化選煤廠建設(shè)的內(nèi)涵與框架》中進(jìn)行選煤廠的成本分析，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料與原煤和精煤價(jià)格相比，加工成本占整個(gè)選煤廠效益不足5%，即選煤廠如果過(guò)分追求低成本而影響了選煤效率，是不合理的管理方向。但過(guò)高的管理成本往往對(duì)應(yīng)著“差”的管理，因此，“適度”就需要一個(gè)客觀和實(shí)事求是的分析。

很多國(guó)有企業(yè)選煤廠都感受到來(lái)自上級(jí)部門(mén)的減少用工的壓力，這種要求，既來(lái)自于對(duì)于用工成本的要求，也是與其它企業(yè)對(duì)標(biāo)，尤其是民企對(duì)標(biāo)的壓力。國(guó)有企業(yè)的人員管理，相對(duì)民企而言，管理更規(guī)范，1周5 d的工作制度，嚴(yán)格的“五險(xiǎn)一金”的薪酬制度，且用工招工制度并不靈活，所謂的“難進(jìn)難出”，而民企“易進(jìn)易出”，因此，民企有更好的人員篩選機(jī)制。幾乎所有的國(guó)有企業(yè)都反映，員工構(gòu)成年齡老化，構(gòu)成維修主力的青壯年男員工比例偏低。選煤廠的用工人數(shù)，不是單純的數(shù)量對(duì)標(biāo)，更要客觀的看待。智能化選煤廠的目標(biāo)也不是無(wú)人工廠。

智能化建設(shè)的過(guò)程，可能伴隨一些“臟險(xiǎn)苦累差”崗位的減員，但整體員工水平必須同步提高，以維護(hù)新增的智能化裝備，對(duì)大數(shù)據(jù)的分析，調(diào)整智能系統(tǒng)的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)水平。龐大的原料需要處理，生產(chǎn)過(guò)程不可能完全受控，無(wú)人也不是選煤廠智能的目標(biāo)，某種程度而言，選煤降耗的空間遠(yuǎn)沒(méi)有增效的意義重大，當(dāng)然，這也是指在一定消耗的基礎(chǔ)上，過(guò)高的成本消耗對(duì)應(yīng)的一定是管理的不到位，也就談不上好的效益。

隨著智能化程度的提高，用人會(huì)減少，但人工薪酬未必會(huì)減少，甚至可能會(huì)增加，因?yàn)樾枰呒夹g(shù)人才方能適應(yīng)智能化選煤廠的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

知易行難。越深入分析，越覺(jué)得選煤廠智能化“知不易，行也不易”。原理看似很簡(jiǎn)單，但越深入分析，又什么也不在掌控中。人工智能發(fā)展的三大階段：①基于邏輯的推理規(guī)則；②基于知識(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)；③基于信息的數(shù)據(jù)培訓(xùn)。選煤的核心環(huán)節(jié)還未完成第一個(gè)階段：基于邏輯的推理規(guī)則，任何一個(gè)單位、部門(mén)，都很難呑下選煤智能化這個(gè)“刺猬”，需要協(xié)調(diào)整合多方力量。我國(guó)的選煤智能化處于起步階段，需要全行業(yè)共同努力，也需要各行業(yè)先進(jìn)技術(shù)的支持。