我國加快推進(jìn)智能化煤礦建設(shè)的路徑分析

崔祖霞

(自然資源部 中央地質(zhì)勘查基金管理中心, 北京 100830)

煤作為一種燃料,早在宋朝就在我國被大量使用。18世紀(jì)60年代第一次工業(yè)革命自英國開始,人類的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本的改變,即由木炭轉(zhuǎn)變成煤炭。時(shí)至今日,煤炭仍是人類重要的能源之一。

1949年解放后,我國煤炭產(chǎn)量只有0.43億t,占世界總產(chǎn)量的2.37%. 經(jīng)過六十多年的發(fā)展,我國已成為世界上第一產(chǎn)煤大國,也是世界煤炭消費(fèi)量最大的國家,年均煤炭產(chǎn)量與消費(fèi)量均占世界的40%以上。煤炭一直是我國的主要能源和重要原料,在我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的比例高達(dá)60%～70%[1]. 隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市化水平不斷提升,國內(nèi)煤炭的需求旺盛,自2010年開始,我國已從煤炭凈出口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M(jìn)口國。近幾年,煤礦人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)技術(shù)的深度融合成為新潮流,煤礦智能化很大程度上決定著煤炭開采利用效率和安全作業(yè)水平。與西方發(fā)達(dá)國家相比,我國的煤礦智能化建設(shè)仍處于初級階段,一些瓶頸問題亟待破解。

1 我國智能化煤礦建設(shè)成效初顯

根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會2023年3月28日發(fā)布的《2022煤炭行業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》顯示,煤炭行業(yè)發(fā)展新動能新優(yōu)勢持續(xù)增強(qiáng)。2022年,全國煤礦智能化采掘工作面從494個(gè)增加到1 019個(gè),全國智能化煤礦由242處增加到572處,很多省份相繼出臺相關(guān)保障措施支持煤礦智能化建設(shè)[2]. 從建井到采煤全流程的智能化建設(shè),有效促進(jìn)煤炭工業(yè)減員增效。重體力勞動工種大量減少,以山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝礦18106智能化綜采工作面為例,未投入智能化設(shè)備時(shí)需要12人完成的工作量,現(xiàn)在只需要7人即可完成。斜溝礦18106智能化綜采工作面采用久益成套智能化綜采控制系統(tǒng),于2022年3月通過山西省能源局驗(yàn)收,成為山西省第一個(gè)被評定為高級的智能化綜采工作面[2]. 自動割煤、記憶割煤等技術(shù)讓采煤工人的勞動強(qiáng)度大幅下降。另一方面,采用智能化工作面后,采煤效率也得到了大幅提升。十年內(nèi),全國煤礦數(shù)量由1.3萬處減少到4 400處以內(nèi),年產(chǎn)千萬噸級的生產(chǎn)煤礦由33處發(fā)展到79處,產(chǎn)能由4.5億t/年提高到12.8億t/年[3].

智能化建設(shè)大幅增加了煤礦建設(shè)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全系數(shù)。以往我國中西部地區(qū)的煤礦井筒建設(shè)主要以鉆眼爆破、機(jī)械施工為主,下井人員多、作業(yè)環(huán)境差、安全事故時(shí)有發(fā)生。各地實(shí)施智能化建設(shè)后,重特大事故發(fā)生率明顯下降。目前,全國智能化煤礦杜絕了較大以上事故,百萬噸死亡率為0.024,低于全國平均數(shù)的50%. 2021年以來,智能化煤礦累計(jì)釋放先進(jìn)產(chǎn)能近6億t,為保障國家能源安全供應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)[2].

2019年,原國家煤礦安全監(jiān)察局制定公布了《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》,列出了需要重點(diǎn)研發(fā)應(yīng)用掘進(jìn)、采煤、運(yùn)輸、安控和救援5類38種煤礦機(jī)器人,目前各類技術(shù)應(yīng)用已有一定程度進(jìn)展[4].

2 推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)面臨諸多限制

2.1 技術(shù)發(fā)展緩慢,缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

1) 煤礦智能化系統(tǒng)復(fù)雜,各項(xiàng)系統(tǒng)匹配度不高。由于煤礦智能化系統(tǒng)多是新裝備、新產(chǎn)品、新技術(shù),不同的設(shè)備采用不同的操作系統(tǒng),煤礦井下同步運(yùn)行著通信、傳感、控制等大小上百個(gè)子系統(tǒng),這些系統(tǒng)需要協(xié)同運(yùn)行,如果不能很好地協(xié)調(diào)配合,存在綜合可靠性保障難度大的問題[5-6]. 現(xiàn)階段,各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)聯(lián)動與共享仍是一個(gè)難點(diǎn)。

2) 我國自主研發(fā)的芯片、軟件、操作系統(tǒng)等在采集信息的精度、準(zhǔn)度、能耗、處理能力等方面遠(yuǎn)不如國外同級產(chǎn)品。在實(shí)際工作中,我國煤礦設(shè)備使用的芯片、操作系統(tǒng)等大多直接采購自國外,面對今美西方國家惡意圍堵,貿(mào)易壁壘日益增高的情況,核心技術(shù)“卡脖子”問題更加凸顯。

3) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等數(shù)字技術(shù)融合能力有待提升。我國現(xiàn)在的井工煤礦煤炭產(chǎn)量已占總產(chǎn)量的85%,最大開采深度已達(dá)1 500 m,因此在煤礦井下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋難度較大。同時(shí),井下還存在強(qiáng)干擾、空間限制、復(fù)雜巷道網(wǎng)絡(luò)輸送延遲等問題。雖然新一代5G技術(shù)在延時(shí)性、連接性上都比此前技術(shù)有了質(zhì)的飛越,理論上可以解決上述問題,但由于5G網(wǎng)絡(luò)廠商搭建的系統(tǒng)構(gòu)架不一致,致使5G應(yīng)用場景還未達(dá)到預(yù)期水平。

4) 煤礦機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)有待突破。當(dāng)前,機(jī)器人技術(shù)已在生產(chǎn)生活方面得到廣泛應(yīng)用,但我國井下機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)尚不成熟。現(xiàn)有井下機(jī)器人存在品種少、靈活度低、信息感知力差、定位不準(zhǔn)確等問題,難以適應(yīng)煤炭深度挖掘工作[7-8].

2.2 專業(yè)人才儲備不足,從業(yè)人員技術(shù)水平偏低

行業(yè)發(fā)展靠人才,人才建設(shè)靠培養(yǎng)。我國現(xiàn)有煤炭從業(yè)人員整體技術(shù)水平偏低,人才培養(yǎng)體系尚不健全,缺少專業(yè)化運(yùn)維團(tuán)隊(duì)。

1) 井下一線礦工年齡普遍偏大,專業(yè)知識匱乏,許多礦工思想認(rèn)識依舊停留在自己是干重體力勞動的人,不需要接受新鮮知識技能,對學(xué)習(xí)新知識、新技能存在抵觸心理,認(rèn)為科學(xué)技術(shù)是留給工程師的任務(wù),自己只需要服從指揮就能勝任,大部分礦工難以通過基本的智能化上崗培訓(xùn)考試,短時(shí)間內(nèi)要求絕大多數(shù)礦工掌握科技含量較高的儀器設(shè)備不切實(shí)際。

2) 行業(yè)高校等培養(yǎng)單位部分專業(yè)招生困難。鑒于近些年煤炭市場不景氣狀況,部分采礦專業(yè)在招生時(shí)出現(xiàn)了空額現(xiàn)象,一些考生認(rèn)為采礦類專業(yè)會存在畢業(yè)即失業(yè)的問題,刻意避開采礦工程。

3) 部分高校為培養(yǎng)復(fù)合型人才,將采礦工程專業(yè)升級為智能采礦專業(yè),涉及人工智能、信息通信、軟件控制、機(jī)器人操控等多個(gè)學(xué)科,但缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室和配套教程,加之部分高校的師資力量薄弱,導(dǎo)致智能化人才的培養(yǎng)進(jìn)度跟不上現(xiàn)有煤炭開采智能化的發(fā)展程度。

2.3 投入產(chǎn)出不成正比,企業(yè)缺乏積極性

1) 企業(yè)對智能化煤礦的認(rèn)識水平參差不齊。中小企業(yè)受資金等方面的影響,普遍對智能化煤礦建設(shè)的積極性不高,而國有大型企業(yè),雖有投資意向,但目前煤礦智能化建設(shè)大都以5G設(shè)備為主,投入較大,即時(shí)產(chǎn)出效益并不理想。有些系統(tǒng)全套買下來需要上億元的投資,但是傳感器等零部件消耗很快,需要不停的持續(xù)投入,很多煤礦已經(jīng)是滿負(fù)荷生產(chǎn)了,持續(xù)增產(chǎn)空間不大。

2) 大部分企業(yè)未能充分利用開采挖掘過程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù),忽略了數(shù)據(jù)資源在未來生產(chǎn)中能夠帶來的長期利益。

3 加快實(shí)施智能化煤礦建設(shè)的對策建議

3.1 統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),打破技術(shù)壁壘

煤礦智能化涉及多領(lǐng)域、多部門,包括地質(zhì)、運(yùn)輸、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器人制造等,深入推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)需要多部門協(xié)同發(fā)力。可由行業(yè)協(xié)會牽頭出臺統(tǒng)一的智能化裝備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),減少各廠商技術(shù)壁壘,統(tǒng)一系統(tǒng)接口及性能指標(biāo)要求,形成模塊化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的智能化系統(tǒng)模式,保證智能化礦山設(shè)備系統(tǒng)的兼容性及可操作性。同時(shí),加大科研創(chuàng)新力度,加強(qiáng)理論基礎(chǔ)性研究,加快關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化應(yīng)用替代工程,占領(lǐng)科技競爭的制高點(diǎn),實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。此外,借鑒其他行業(yè)成熟的智能科技和理論經(jīng)驗(yàn),結(jié)合煤炭自身特點(diǎn)加以運(yùn)用,提高智能化建設(shè)的效率。

3.2 推動校企聯(lián)動,加強(qiáng)人才培養(yǎng)

1) 深化校企合作,通過委托培養(yǎng)等方式,加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng),改變傳統(tǒng)管理理念,確保智能化煤礦的各類新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝“物盡其用”,做到“產(chǎn)學(xué)研用”一體化。

2) 加大一線礦工技術(shù)培養(yǎng),完善基礎(chǔ)培訓(xùn),加強(qiáng)理論和實(shí)踐技能培養(yǎng),修訂、完善、更新一線礦工的操作教材,規(guī)范崗位工作要求。此外,通過用工和薪酬制度改變崗位工資,實(shí)行不同技術(shù),不同薪酬,開展崗位競爭,鼓勵一線礦工向高一級崗位競爭,實(shí)現(xiàn)“培訓(xùn)、考核、實(shí)操、待遇”一體化的激勵機(jī)制。

3.3 加大扶持引導(dǎo),提升企業(yè)積極性

煤礦智能化建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)性工程,需要安全管理、技術(shù)裝備、操作系統(tǒng)、人員素質(zhì)等各方面持續(xù)提升,投入大量人力物力。

1) 加大財(cái)政資金的投入力度,尤其對煤礦設(shè)備更新、重大科技攻關(guān)、裝備智能化改造等提供技術(shù)及資金支持。

2) 加大稅收優(yōu)惠扶持力度,適當(dāng)擴(kuò)大增值稅進(jìn)項(xiàng)稅的抵扣范圍,減免地方政府資源性收費(fèi),對關(guān)鍵零部件等原材料進(jìn)行免稅。

3) 加大金融機(jī)構(gòu)參與力度,提供專項(xiàng)貸款,提高智能化煤礦企業(yè)的信用額度,降低相應(yīng)貸款利率,鼓勵煤礦企業(yè)進(jìn)行智能化改造。

4 結(jié) 語

智能化煤礦建設(shè)是未來煤炭行業(yè)發(fā)展的必由之路,也是煤炭生產(chǎn)方式改革的主攻方向。智能化煤礦建設(shè)的關(guān)鍵是技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、資金規(guī)模性投入,借助煤礦智能化建設(shè)將煤炭行業(yè)從原始的勞動密集型轉(zhuǎn)變?yōu)橹R密集型的高科技行業(yè),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)解放勞動力、增強(qiáng)生產(chǎn)力、提升競爭力,完成開采金山銀山的同時(shí)為子孫后代留下綠水青山的愿景。