選煤廠智能化建設(shè)現(xiàn)狀調(diào)查與分析

陶志達

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

隨著我國工業(yè)化進程不斷加速，產(chǎn)業(yè)逐步升級，選煤技術(shù)也在逐步提升。煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展將成為我國煤炭行業(yè)的主旋律，目標(biāo)是構(gòu)建智能、高效、綠色、安全、和諧的現(xiàn)代化煤炭工業(yè)體系。其核心的技術(shù)支撐在于煤礦智能化。將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開采、煤炭洗選全過程的智能化運行，對于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義。

2020年，國家發(fā)改委、國家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》(發(fā)改能源〔2020〕283號)，意見中指出：目前我國一些煤礦正在開展智能化建設(shè)工作，但存在基礎(chǔ)理論研發(fā)滯后、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范不健全、平臺支撐作用不夠、技術(shù)裝備保障不足、高端人才匱乏等問題[1]。同年，國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局印發(fā)了《關(guān)于開展首批智能化示范煤礦建設(shè)的通知》(國能發(fā)煤炭〔2020〕63號)，審核確定了內(nèi)蒙古雙欣礦業(yè)有限公司楊家村煤礦等71處煤礦，作為國家首批智能化示范建設(shè)煤礦，并向社會公布[2]。

2021年，中國煤炭加工利用協(xié)會、煤炭行業(yè)智能選煤工程研究中心對國家首批智能化示范建設(shè)煤礦中所涵蓋選煤廠之中的31家選煤廠開展了智能化建設(shè)情況調(diào)查。調(diào)查方式有現(xiàn)場調(diào)研和問卷調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括選煤廠基本情況及工藝、智能化基礎(chǔ)平臺、生產(chǎn)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)管理的智能化情況、智能化投資意向等。

1 基本情況調(diào)查

本次調(diào)查涵蓋的31家選煤廠中，包含21家礦井型選煤廠、8家礦區(qū)型選煤廠及2家露天煤礦選煤廠，其中21家選煤廠為動力煤選煤廠，10家為煉焦煤選煤廠。從入選類型來看，16家選煤廠為全部入洗，15家為部分入洗。選煤廠設(shè)計處理能力從1.20 Mt/a到34.00 Mt/a不等，投產(chǎn)時間最久的22座選煤廠為1981年投產(chǎn)。選煤廠年平均在籍人數(shù)最少為74人，最高為2 086人；在線生產(chǎn)設(shè)備臺數(shù)從95臺到1 535臺不等，中位數(shù)為349臺。

選煤工藝方面，國家首批智能化示范建設(shè)煤礦中的選煤廠大多采用重介質(zhì)選礦，少數(shù)采用跳汰、智能干選、粗煤泥分選等技術(shù)。如河南能源化工集團有限公司趙固二礦選煤廠采用的“原煤不分級跳汰+塊精煤淺槽再選+粗煤泥TBS分選+浮選，浮選精煤加壓過濾機回收和浮選尾煤濃縮壓濾回收”聯(lián)合工藝；淮北礦業(yè)集團臨渙選煤廠采用了“全原煤無壓三產(chǎn)品重介旋流分選+粗煤泥煤泥重介分選+煤泥濃縮浮選+尾煤壓濾”聯(lián)合工藝；國家能源集團國源電力有限責(zé)任公司將于2022年投產(chǎn)的準(zhǔn)東煤田大井礦區(qū)二號礦井選煤廠則采用了智能干法選煤技術(shù)。

2 智能化情況調(diào)查

智能化選煤廠得益于其智能化的選煤生產(chǎn)過程，利用眾多有用可以信賴的新技術(shù)，在生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)中融入智能化技術(shù)，進而達到全流程智能一體化[3]。本次智能化情況調(diào)查參考了國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局發(fā)布的《煤礦智能化建設(shè)指南(2021年版)》和中國煤炭加工利用發(fā)布實施的T/CCT 005.1-2020《智能化選煤廠建設(shè) 通用技術(shù)規(guī)范》團體標(biāo)準(zhǔn)。其內(nèi)容分為3個環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)平臺、生產(chǎn)環(huán)節(jié)及企業(yè)生產(chǎn)管理。

參與本次調(diào)查的31家選煤廠中，27家已擁有選煤廠智能化相關(guān)建設(shè)規(guī)劃，而其中的5家選煤廠已經(jīng)完成了智能化建設(shè)。

2.1 基礎(chǔ)平臺

本次調(diào)查中的選煤廠基礎(chǔ)平臺智能化建設(shè)包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、云平臺、集控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、監(jiān)測與保護、調(diào)度通信系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)、在線測灰系統(tǒng)、產(chǎn)量計量系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等部分的建成情況。調(diào)查情況如圖1所示。

圖1 選煤廠基礎(chǔ)平臺智能化建設(shè)調(diào)查情況

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面，參與本次調(diào)查的31家選煤廠中，93.5%已建成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，74.2%已建成管理信息網(wǎng)絡(luò)，96.8%已建成生產(chǎn)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，67.7%已設(shè)置防火墻，64.5%已建成傳輸速率大于1 000 Mbps的主干網(wǎng)絡(luò)，64.5%已建成與集團管理信息網(wǎng)連接的控制網(wǎng)絡(luò)，45.2%已建成與Internet外網(wǎng)連接的控制網(wǎng)絡(luò)。

其他方面，48.4%的受調(diào)查選煤廠已經(jīng)建立云平臺；93.5%已有工業(yè)集中控制系統(tǒng)；51.6%已經(jīng)建立了數(shù)據(jù)中心；67.7%擁有在線監(jiān)測設(shè)備；93.5%配備有電話、廣播或者無線對講機通訊系統(tǒng)；80.6%按照標(biāo)準(zhǔn)配備了電壓、電流、過載保護等裝置，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控能力；71.0%已配置在線測灰系統(tǒng)；所有受調(diào)查選煤廠均在生產(chǎn)過程中配備了原煤和精煤膠帶秤；93.5%已配置人員定位系統(tǒng)。

2.2 生產(chǎn)環(huán)節(jié)

本次調(diào)查中的選煤廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化建設(shè)包括：重介系統(tǒng)、跳汰系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、倉儲與配煤、裝車系統(tǒng)、智能視頻、智能停送電等部分的建成情況。調(diào)查情況如圖2所示。

圖2 選煤廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化建設(shè)調(diào)查情況

在選煤廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化建設(shè)調(diào)查中，擁有重介密度控制系統(tǒng)、跳汰自動控制系統(tǒng)、浮選藥劑自動控制系統(tǒng)的選煤廠分別占比19.4%、29.0%、32.3%。其中國家能源集團新疆能源公司洗選中心烏東選煤廠同時配備了這三種工藝的控制系統(tǒng)。

倉儲與配煤方面，83.9%的選煤廠配有煤倉倉位儀，67.7%的選煤廠其原煤倉下給煤機均配有變頻器。67.7%的選煤廠配備了火車或汽車自動裝車設(shè)施，實現(xiàn)了整個裝車過程的集中控制；61.3%的選煤廠在關(guān)鍵生產(chǎn)區(qū)域和設(shè)備均配置有高清晰的攝像頭，且可通過PC端及移動端等多平臺查看視頻信息，并且具備視頻聯(lián)動功能；38.7%的選煤廠可以利用智能終端，實現(xiàn)停送電業(yè)務(wù)的流程化管理，實現(xiàn)電子停電牌、電子記錄數(shù)字化審批，并遠(yuǎn)程控制配電室停送電。

2.3 企業(yè)生產(chǎn)管理

本次調(diào)查中的選煤廠生產(chǎn)管理智能化建設(shè)包括：調(diào)度管理、煤質(zhì)管理、生產(chǎn)分選情況分析、運銷管理、計劃管理、成本管理、物資管理、經(jīng)營情況分析、人力資源管理、機電管理、安全與職業(yè)健康管理、節(jié)能與環(huán)保管理、協(xié)同管理等環(huán)節(jié)。調(diào)查情況如圖3所示。

圖3 選煤廠生產(chǎn)管理智能化建設(shè)調(diào)查情況

在調(diào)度管理方面，80.6%受調(diào)查的選煤廠有調(diào)度員記錄填報當(dāng)班生產(chǎn)運轉(zhuǎn)情況，形成日志等，并具有完善的電子版生產(chǎn)報表記錄；51.6%的選煤廠具有生產(chǎn)運行報表和報告，可及時分析產(chǎn)量和質(zhì)量波動、設(shè)備狀況等，并生成分析圖表，可以自動形成調(diào)度日志、日報、停送電、報警處理等內(nèi)容的文檔。煤質(zhì)管理方面，80.6%的選煤廠采用電子填報的方式進行煤質(zhì)化驗數(shù)據(jù)的記錄和保存，具有完善的煤質(zhì)報表。

生產(chǎn)分選情況分析是選煤廠管理中重要的一環(huán)，74.2%的選煤廠有完備的采制化設(shè)備設(shè)施及專職人員，開展日常生產(chǎn)檢查、單機和設(shè)備系統(tǒng)分選情況試驗；54.8%的選煤廠能夠?qū)Ψ诌x效果與變化進行趨勢分析；58.1%的選煤廠定期進行關(guān)鍵分選設(shè)備的工藝效果評價；僅有51.6%的選煤廠能夠結(jié)合原煤資料、產(chǎn)品市場售價等數(shù)據(jù)，定期估算產(chǎn)品指標(biāo)及預(yù)測效益情況。

企業(yè)管理中，71.0%的選煤廠具有完善的運銷系統(tǒng)電子報表；74.2%的選煤廠擁有計劃管理系統(tǒng)，可以根據(jù)年度生產(chǎn)和經(jīng)營計劃，分解下達月計劃、日計劃，制定每班生產(chǎn)計劃，并通過微信群或紙質(zhì)文件方式下發(fā)；54.8%的選煤廠可按原料煤、產(chǎn)品品種、生產(chǎn)車間班組等不同分類分別進行成本統(tǒng)計分析，針對成本構(gòu)成要素，進行原料煤成本、制造費用、銷售費用及管理費用的成本分析，提出降低成本的途徑；71.0%的選煤廠可提供物資計劃、采購、進出庫、庫存與消耗信息，并進行選煤廠物資信息分析；51.6%的選煤廠對指定時間段內(nèi)的原料、產(chǎn)品、成本、消耗、財務(wù)等指標(biāo)進行全面分析，形成經(jīng)營情況分析報告；58.1%的選煤廠已建立人力資源管理系統(tǒng)，可查閱人員檔案等信息，為選煤廠其它業(yè)務(wù)模塊提供基礎(chǔ)信息支撐。

機電管理方面，71.0%的選煤廠已建成基礎(chǔ)管理，即把設(shè)備需求計劃、到貨入庫、領(lǐng)用出庫等管理流程，與設(shè)備出庫后使用、日常維護保養(yǎng)、維修、調(diào)撥、移交、報廢、處置等流程銜接起來，建立了完善的設(shè)備檔案管理系統(tǒng)；80.6%的選煤廠已建成維修保養(yǎng)管理，通過分配維修和保養(yǎng)任務(wù)，檢查任務(wù)的執(zhí)行完成情況，并形成完整的記錄；71.0%的選煤廠已建成故障健康管理，對設(shè)備生產(chǎn)過程中出現(xiàn)過的故障具有完整的歷史記錄。

在企業(yè)生產(chǎn)管理的其他方面，74.2%的受調(diào)查選煤廠具有安全管理與危險源管理的記錄，并對各種風(fēng)險、危險源、安全隱患點、人員不安全行為等有明確的安全等級劃分，已建立危險源辨識庫，有權(quán)限的管理人員可以進行維護；61.3%的選煤廠設(shè)置了計量電表以及抄表系統(tǒng)，對電表數(shù)據(jù)形成全廠設(shè)備用電臺賬、高低設(shè)備耗電記錄，并形成分月、分年的統(tǒng)計圖表；64.5%的選煤廠已建成廠內(nèi)的統(tǒng)一協(xié)同管理平臺，包括即時通訊、公告、審批等，上下級之間、部門之間的工作任務(wù)在線上流轉(zhuǎn)，選煤廠不同部門間利用移動端或web端簽字、審核，自動完成各種審批的記錄，便于追溯。

3 投資意向調(diào)查與待解決的問題

智能化建設(shè)必定需要大量的資金投入，且考慮到實際經(jīng)濟效益，建議結(jié)合各選煤廠自身情況及新技術(shù)的適用性，從局部自動化、單機智能化入手，分環(huán)節(jié)、分層次逐步實現(xiàn)智能化[4]。但對于企業(yè)來說，比起可承受投資規(guī)模，更重要的是分析投資智能化建設(shè)所能帶來的幫助，能否有效解決生產(chǎn)瓶頸問題、提高工作效率等。項目建設(shè)實施完成后又將會面臨應(yīng)用過程中產(chǎn)生的問題和新的技術(shù)難題。

3.1 投資規(guī)模意向調(diào)查

參與本次調(diào)查的31家選煤廠因經(jīng)營狀況與工藝類型不同，所能接受的投資規(guī)模也不同。投資意向從180 萬元到2 億元不等，平均可承受的投資規(guī)模約為2 631 萬元。

各選煤廠的智能化建設(shè)投資也需要根據(jù)行業(yè)技術(shù)成熟發(fā)展程度和國家及各大集團政策要求，繼續(xù)開展局部的、關(guān)鍵性的智能化優(yōu)化提升工作，通過應(yīng)用跨行業(yè)先進技術(shù)、開展提高軟實力研究課題，逐步加大資金投入，不斷豐富、推進我國煤炭洗選行業(yè)的智能化水平。

3.2 智能化需解決的企業(yè)難題

智能化的方式在不斷演變，相同的技術(shù)也許并不能在所有選煤廠中起到相同的作用。因此，構(gòu)建符合每個選煤廠現(xiàn)狀的智能化改造方向，為企業(yè)量身定制智能化發(fā)展路線才是重中之重。更多的選煤廠需要通過裝備升級從源頭解決部分選煤裝備工藝技術(shù)水平低，自動化、智能化程度低的問題，迫切需要通過更換新設(shè)備，引進新技術(shù)，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，選煤廠推進智能化建設(shè)最迫切需要解決的問題有：

(1)智能化建設(shè)缺少相應(yīng)人才，亟需相關(guān)人才引進和人才培養(yǎng)。智能化設(shè)備設(shè)施及軟件后期維護保養(yǎng)人員缺失的情況在各大煤炭企業(yè)均有出現(xiàn)。智能化相關(guān)人才的技術(shù)要求較高，人員組織方面，更要優(yōu)化人員結(jié)構(gòu)，使資源配置更加合理；

(2)需要實現(xiàn)智能管理分析、智能決策系統(tǒng)等功能；

(3)選煤生產(chǎn)工藝中關(guān)鍵部分的質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)、計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性需要進一步提升。目前重介系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)的自動控制仍無法實現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)控制。倉位、液位的檢測準(zhǔn)確性，灰分儀、帶式輸送機計量準(zhǔn)確性仍需提升。原煤質(zhì)量監(jiān)測精度有待提升，但中子活化煤質(zhì)監(jiān)測儀投入費用大；

(4)現(xiàn)場多數(shù)傳感器可靠性低，易產(chǎn)生誤報警，缺少傳感器的自檢設(shè)施；

(5)需實現(xiàn)生產(chǎn)中浮沉試驗的自動檢測，智能停送電，火車裝車系統(tǒng)無人化、智能化等；

(6)部分基礎(chǔ)設(shè)備、設(shè)施陳舊，需要更換升級，提升設(shè)備單機智能化水平，網(wǎng)絡(luò)及云平臺基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)水平。若在已投產(chǎn)的生產(chǎn)系統(tǒng)中實施智能化改造，現(xiàn)有的儀器、儀表、在線監(jiān)測設(shè)備不具備安裝條件或條件較差，提升研發(fā)、改造難度大。

4 結(jié) 語

參與本次調(diào)查的31家選煤廠均來自71處國家首批智能化示范建設(shè)煤礦。這些煤礦多數(shù)為大型煤炭企業(yè)所屬，其技術(shù)裝備及管理能力均處于行業(yè)內(nèi)較高水平，因此，本次調(diào)查樣本不是行業(yè)整體水平的反映，僅代表本批智能化示范建設(shè)水平。

據(jù)統(tǒng)計資料，截至2019年末，全國煤礦數(shù)量共有5 300處，國有和大型民企的選煤廠約2 500家。據(jù)不完全統(tǒng)計，具備一定入洗能力的選煤廠數(shù)量約為2萬家以上。選煤廠投資不大，入門門檻低，由于產(chǎn)品質(zhì)量的區(qū)間控制特性，其管理模式是典型的“易學(xué)難精”，但“上手”快，因而現(xiàn)場充斥了大量的低級別小型選煤廠。規(guī)范行業(yè)管理，提升企業(yè)管理水平，采用智能化建設(shè)是很好的切入點。

煤炭洗選加工是一門富有活力的學(xué)科，而選煤廠智能化則是融合了各大行業(yè)的新銳力量共同走上的艱難之路。選煤廠智能化改造對各煤炭企業(yè)的管理能力提出了更高挑戰(zhàn)，因此我們更需要學(xué)習(xí)各行業(yè)的先進管理經(jīng)驗。智能化建設(shè)涉及到選煤廠生產(chǎn)管理的每一個環(huán)節(jié)，需要整體規(guī)劃布局，隨著新技術(shù)的產(chǎn)生，才能逐步做出決策。

在選煤廠生產(chǎn)管理方面，通過對生產(chǎn)工藝過程有效檢測，實現(xiàn)重介質(zhì)和浮選生產(chǎn)過程的智能化控制，提高精煤產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的穩(wěn)定性，提升產(chǎn)品競爭力；在選煤企業(yè)資產(chǎn)管理方面，需要建立設(shè)備動態(tài)管理、分析和輔助決策系統(tǒng)，提高資源利用率；安全管理方面，需實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場實時感知預(yù)警，對人員、設(shè)備、設(shè)施、環(huán)境、操作等全方位、無死角、不間斷地安全管控，有效防范安全事故發(fā)生；企業(yè)經(jīng)營管理方面，構(gòu)建生產(chǎn)全過程的物資計劃、消耗分析、成本管理等，降低能源消費，減少碳排放；人員組織方面，優(yōu)化人員結(jié)構(gòu)，合理資源配置，讓人員更加精干、高效，同時改善職工的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

我國煤炭行業(yè)的智能化建設(shè)尚處于初步階段，需要各煤炭企業(yè)、設(shè)備廠商、科研院校共同努力，方可翻開智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的新篇章。