传统煤炭企业智能化高质量创新发展之路

  宫延明，研究员级高级工程师，现任黑龙江龙煤集团双鸭山矿业有限责任公司董事长、党委书记。

  黑龙江龙煤集团双鸭山矿业有限责任公司（以下简称双鸭山矿业公司）煤田于1914年发现，1922年开始开采，1947年建企，至今已有百年的开采历史，75年的建企历史。现有煤炭资源储量18亿t，可采储量11亿t，公司下属7个煤矿的核定生产能力为1 285万t。自建企以来，累计生产原煤4.98亿t。

  煤矿企业实施“一优三减”和“四化建设”，可以大幅度减少井下作业人员数量、降低工人劳动强度、提高生产效率，是防范和化解安全风险的治本之策，也是实现高水平发展的必由之路。双鸭山矿业公司重点从以下2个方面统一思想、提高认识：

  1）贯彻落实国家、黑龙江省和集团的工作要求。2016年，习视察龙江县时作出“做好改造升级，让老树发新枝；要用信息化、绿色化、服务化改造传统产业”的重要指示。2017年，国务委员王勇，黑龙江省委书记张庆伟、省长王文涛莅临双鸭山矿区时要求全力打造安全生产治理新格局，实现安全、绿色发展。2018年，原国家煤矿安全监察局局长黄玉治到双鸭山调研时，精确指出要提升自动化、信息化、智能化水平，依靠科学技术促进企业安全高效发展。

  2）企业现状的迫切需要。双鸭山矿业公司有近百年的开采史，矿老井深、灾害叠加、装备落后的矛盾一天比一天突出，安全风险加剧，效率效益低下。面对一系列现实难题，双鸭山矿业公司管理层清醒地认识到传统的发展模式已难以为继，只有大力推进“四化建设”，才能更好地落实“少人则安、无人则安”理念；才能实现地质灾害超前治理，将红色“危险区”变成绿色“解放区”；才能有效促进企业提升管理上的水准、技术水准和员工素质，更好地承担起全省“保供”的责任，满足职工对美好生活的向往。

  自2018年起，双鸭山矿业公司和下属煤矿都成立了以“一把手”为组长的智能化建设领导小组，总工程师牵头的“三结合”研究工作室，专业副总工程师为主任的安全生产指挥中心，加大与中国矿业大学、中国煤炭科工集团、黑龙江科技大学等单位合作力度，邀请康红普、何满潮、宋振骐等院士团队，合智合力推进“四化建设”。

  1）大力推进机械化建设。近5年来，双鸭山矿业公司累计投入11.5亿元，购置并投用先进的采掘装备6 600余台套。目前，公司采煤机械化和掘进装载机械化程度分别达到100%和98.38%，特别是在煤炭行业困难时期，集中财力更新采掘装备，为智能化建设奠定了坚实的装备基础。

  2）大力推进自动化建设。双鸭山矿业公司多年来注重系统装备的自动化建设，先后对井上井下供电、提升、排水、主通风、压风系统、主运输系统、辅助运输系统、地面选矸系统来进行自动化升级改造，在系统控制上为智能化建设奠定了基础。

  3）大力推进信息化建设。积极与龙软科技、北京艾可马恩、用友软件等公司合作，在原有OA办公、人力资源、生产调度、电子考勤、财务信息管理系统基础上，开发应用了“三位一体”风险分级管控、物资和设备全生命周期管理、内部市场精细化管理、煤质检测、智能销售、地质信息预测预警等集成化信息管理系统，实现了生产与经营服务所有的环节的紧密衔接，向智慧管理迈出了一大步，依靠信息化技术提升了企业的执行力和控制力。

  4）大力推进智能化建设。虚心学习国内同行的建设经验，2017年在东荣一矿建设投用了东北地区首个智能开采工作面。公司依照《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》以及黑龙江省和集团公司智能化建设文件要求，制定了《双鸭山矿业公司“智能化矿井”建设2020—2022年规划实施方案》和具体的《智能化矿井建设规划明细》，规划投入89 000万元专项资金用于全公司7个生产煤矿、供电公司和公司机关信息化建设。

  虽然国家部门对煤矿智能化建设有要求和指导、标准和规范，但煤炭企业更需要结合自己实际大胆探索，不停地改进革新突破。

  2020年11月，国家能源局、国家矿山安全监察局联合下发了《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》，双鸭山矿业公司东保卫煤矿被选为首批智能化示范煤矿。公司和煤矿层层落实责任，严格对照《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系》确定建设分类、分级等，逐个系统明确建设项目、标准和时限，确保按期完成建设任务，达到示范煤矿建设标准，顺利通过智能化示范煤矿验收。同时，以东荣三矿、集贤煤矿为公司智能化示范煤矿，优先重点建设，并完善东荣一矿、东荣二矿的煤矿智能化建设项目，同步推进双阳煤矿和新安煤矿的智能化建设工作。

  2021年初，双鸭山矿业公司至各矿之间的网络由千兆升级至万兆。东荣矿区3个煤矿万兆环网已建设完成，规划其他4个生产矿井全部将千兆环网升级到万兆自动化专用环网，并选不一样光缆路径铺设，为煤矿智能化建设创造一条可靠的“高速公路”，实现各煤矿传输网络具备环形或双环形网络拓扑结构及冗余功能。

  以东保卫煤矿和东荣矿区3个煤矿的安全生产指挥中心平台为模式，建设以安全生产综合指挥平台、生产集中监控平台和信息化综合管理平台为单元的煤矿智能化综合管控平台。

  1）煤矿安全生产综合指挥平台。集生产数据采集、通信处理、协调控制、地理信息、操作监视、设备正常运行状态监视及管理于一体，涵盖生产调度指挥系统图、人员监测系统图、通风监测系统图、工业视频和广播通信整合图以及安全监测系统数据图表的四图一表，实现生产的全部过程中各单元子系统的实时全方位监测。

  2）煤矿生产集中监控平台。融合采煤、掘进、主副提升、主煤流运输、空气压缩机、主通风机、架空乘人装置、井下变电所、主排水泵等煤矿生产和辅助系统自动化及智能化各单元子系统为一体，实现远程、集中、智能无人值守控制。

  3）煤矿信息化综合管理平台。最重要的包含一站式门户管理、煤矿安全管理系统、煤矿生产管理系统、煤矿经营管理系统和决策支持等系统内容。同时，建立完善煤矿数据中心，实现信息数据的存储、集中、共享和协同，也满足信息化系统的硬件资源需求。

  与煤矿信息化综合管理平台同步，建设煤矿安全生产信息移动智能终端系统，实现煤矿统一的移动终端信息发布平台，通过移动终端设备根据不同权限为有关人员提供安全监测、人员定位、安全风险隐患、预测预警、工业视频、报表管理、调度信息、协同办公、电子邮件、电子传真、生产流程状态、会议通知等实时信息，使各级安全管理人能全面、实时、准确地掌握企业内部的生产运作状况，为管理层及时指挥生产、战略决策提供支持。

  2017年，在黑龙江省煤炭工业管理局和龙煤集团的全力支持下，双鸭山矿业公司克服重重困难，大胆探索前行，在东荣一矿建设投用了东北地区首个人工干预智能化综采工作面，效果非常明显，为龙煤集团和黑龙江省的煤矿智能化开采起到了示范引领作用。双鸭山矿业公司认真总结东荣一矿智能开采的经验，改进不足，2020年开始在东保卫煤矿、双阳煤矿和集贤煤矿继续建设3个智能综采工作面。

  2020年底，双鸭山矿业公司在东荣三矿建设了第1个半煤岩智能化掘进工作面。生产和机电部门积极组织研发智能全岩钻装一体机、全岩智能钻装探一体机、智能装探一体机、智能钻锚一体机等智能化掘进装备；目前，智能全岩钻装一体机、全岩智能钻装探一体机、智能装探一体机已经通过检验并投入生产，并在双鸭山矿业公司东荣二矿安装试用；东荣一矿、二矿、东保卫等煤矿陆续开始建设智能掘进工作面。2021年6月，在东荣一矿安装智能掘进系统，到2021年底，公司已建设了7个智能化综掘工作面，2022年规划分别投用智能化钻装锚一体机、钻装一体机和TBM盾构机等先进的智能化掘进装备，掘进系统减人提效的综合效应已逐步显现。

  自2016年开始，双鸭山矿业公司探索建设煤矿辅助系统智能化建设，在原系统装备自动化的基础上进行智能化升级，目前，已建设井上井下主副提升、主运输带式输送机、空气压缩机、主通风机、主排水泵、井下变电所等固定辅助系统装备283台（处），具备远程操作、集中监控、故障诊断、监测预警、数据处理和无人值守等功能；计划到2022年底全公司7个煤矿的主提升带式输送机、井下主要运输带式输送机、井下中央和采区变电所、主排水泵、空气压缩机等辅助系统智能化无人值守率达到100%，辅助系统远程集中智能控制无人值守率达100%，提升绞车智能化无人值守率达到60%以上。公司7个矿井井下54个变电所全部投用了目前国内最先进、最可靠、具备防越级跳闸和精准选漏等功能的智能无人值守供电系统。

  自2018年开始，公司探索与智能化装备研发公司合作，研发和应用煤矿智能巡检机器人，截至2021年6月，共计研发应用煤矿智能机器人6台：东荣一矿–450 m水平的中央水泵房及中央变电所应用的轮式巡检机器人1台，北一主运系统输送带应用的轨道式巡检机器人1台，副斜井绞车房应用的轨道式巡检机器人1台，在东荣三矿的东一采区3台主运系统输送带应用的固定值守机器人1台，东一采区主运系统输送带巷道应用的轨道式巡检机器人1台，–500 m水平的中央水泵房及中央变电所应用的轮式巡检机器人1台。

  1）轨道式巡检机器人起到了替代输送带巡检人员的功能，巡检的频率和效率大幅度的增加，关键是具备有效检测输送带运行异常声音、跑偏、托辊运行异常、电机异常、驱动装置工作异常等输送带运行中易发生的故障而巡检人没办法完成的功能。

  2）固定值守机器人实现了24 h不间断监视、报警和控制，并实时检测识别输送带上的大块物料，发现异常时，可及时报警或与输送带控制管理系统实现联动等功能，采用智能化识别算法，对输送带接头进行实时监测，从源头上预防了输送带机带面故障。

  3）轮式巡检机器人对中央水泵房和变电所高压开关柜仪表、压力表、电机和水泵轴承温度、水泵运行声音监测，全程对现场环境气体浓度进行监测报警。

  2020年，东荣三矿地面选煤厂手选车间投用了智能选矸系统，该系统使用先进的视觉识别AI分析技术中的卷积神经网络技术，对块煤和矸石进行识别，通过矩阵式高压风喷嘴组合的差异化控制，实现同时分拣多个矸石。智能选矸系统替代了原有的人工手捡选矸工作方式，对矸石进行自动识别、分捡，并进行自动分流处理。智能选矸系统投入到正常的使用中的1年来，消除了原选煤厂手选车间工作环境差、粉尘大、噪声高等问题，避免了同时运行机械设备和电气设备功率较大的问题，改变了工资低、招工难、岗位多为“老弱病”的状态，提高了人工选矸的精度和效率，降低了工人劳动强度。

  选矸车间投用替代人工选矸的智能选矸系统对于煤矿生产经营都是非常必要的。因此，2021—2022年，公司规划在双阳矿、新安矿、东保卫矿、集贤矿、东荣一矿和东荣二矿的选矸系统全部配置智能选矸系统，预计减少选矸工作人员约150人。

  双鸭山矿业公司将集佳公司打造成了煤矿监测、监控，智能化装备研发、生产、制造及培训基地。目前，其研发生产的智能巡检机器人已经在东荣矿区井下提升机、主运系统输送带、中央变电所、水泵房等场所全面应用，实现了装备远程实时监控、故障诊断、各类异常及时预警等功能。研发的智能选矸系统也在东荣三矿投用，运用智能图像识别技术实现了矸石自动分流、故障自检及无人操作。现在东保卫煤矿、集贤煤矿正在安装智能选矸系统，且即将投入运行。双鸭山矿业公司与艾可马恩公司合作，共同研发出的智能销售系统已经在7个生产矿的地面煤场全面使用。同时，双鸭山矿业公司与黑龙江科技大学、哈尔滨工业大学等高校合作，正在研发适合双鸭山地质条件的薄煤层智能采煤技术装备和智能掘进技术装备。

  “十三五”以来，通过大力推进“一优三减”和“四化建设”，双鸭山矿业公司实现了“四减三提两增一稳”。“四减”为水平由15个减至11个，采区由59个减至36个，采面由32个减至16个，在册职工由4.35万人减至2.2万人，其中在岗职工由3万人减至1.7万人；“三提”为全员效率由2.81 t/工提高到5.53 t/工，回采工效由20.4 t/工提高到43.03 t/工，单产由4.33万t提高到7.8万t；“两增”为2021年利润5.83亿元，比2015年减亏增盈12.33亿元，“十三五”期间累计盈利21亿元。在岗职工人均工资达到8.5万元，比2015年增加5.17万元；“一稳”为在关闭退出2个煤矿的情况下，产量稳定在1 100万t以上。

  智能化开采创效的首个亮点是东荣一矿，自2017年建设智能化综采工作面和煤矿辅助系统智能化建设以来，成效显著，主要有以下5点：

  1）人员大幅度减少，工作面用工由97人减至47人，全矿由1 367人减至979人。

  2）安全保障有力，设备运转环境、工人作业环境显著改善，开机率由70%提高到85%以上，实现“人机环”高度和谐、相互包容。

  3）产能得到释放，通过“四化建设”，解放了先进生产力，2019年产能增加到了180万t。

  4）工效显著提升，回采工效由47 t/工提高到117 t/工，单产由7.5万t提高到15万t。

  5）收入明显地增长，全矿人均工资由3 690元提高至8 450元，其中智能化工作面人均工资由5 000元提高至15 000元，切实提高了职工的获得感、幸福感、安全感，使煤矿变成了令人羡慕的行业。

  智能化创效的另一个亮点是东荣三矿选煤厂，选矸车间投用智能选矸系统后，每班减少12个岗位人员，原班共计减少36人，直接和间接地降低了人力成本约180万元/a。选煤厂的选矸工作全面实现自动化、无人化生产模式。

  根据国家部委印发的《关于加快煤矿智能化发展指导意见》《煤矿智能化建设指南（2021年版）》《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系》《智能化采煤工作面分类、分级技术条件与评价指标体系》《煤矿安全专项整治三年行动》等文件要求，按照黑龙江省总体部署和集团《煤矿智能化建设实施方案》要求，双鸭山矿业公司将不断总结经验，秉持 “创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，加强完善、提升“四化建设”，大踏步地向装备智能化、管理智慧化迈进。主要规划目标和任务有以下3点：

  1）到2021年底，在东保卫矿、集贤矿、东荣一矿、二矿、三矿5个煤矿建成智能化采煤工作面，在东荣一矿、二矿、三矿、东保卫矿、新安煤矿共建成7个智能化掘进工作面（已完成）。实现排水系统和采面供电供液自动化，固定岗位70%以上无人值守。同时将东保卫煤矿和东荣三矿建成国家智能化示范矿井。

  2）到2022年底，在东荣二矿建成1个智能化采煤工作面，在东保卫煤矿、集贤煤矿、双阳煤矿和新安煤矿各建成1个智能化掘进工作面。同时，实现采掘、机电、运输、通风、分选等系统智能化协同运行，实现井下危险地点和重点岗位机器人作业。

  3）到“十四五”末期，具备条件的采掘工作面计划全部实现智能化生产，所有煤矿均实现“一矿一面”或“一矿两面”；供电、供水、供气、供热、供液、通风、通信、广播等“五供两通一广播”系统全部实现远程、集中、智能无人值守控制；通过以安全生产综合指挥平台、生产集中监控平台和信息化综合管理平台为单元的煤矿智能化综合管控平台，实现生产经营各系统实时互联、分析决策、动态预测协同控制和智能决策、智慧经营管理。

  我国煤矿智能化建设现处于起步阶段，有关标准、规范还有待制定、完善，建设过程中现场的一些具体难点问题是需要逐步暴露、认识和攻克。基于此，双鸭山矿业公司积极与中国矿业大学、哈尔滨工业大学、黑龙江科技大学和中国煤炭科工集团等单位合作，寻求解决难点问题的途径。经过近几年的自动化、信息化、智能化建设，遇到和要解决的主要难点问题总结为以下5个方面：

  1）智能采煤系统。“三机”运行工况及准确位置监测。采煤机截割记忆与状态实时反馈，大倾角液压支架除了能跟随采煤机位置自动完成伸收护帮、移架、推移刮板输送机、喷雾除尘等各种操作外，还应与上下巷端头支护进行精准匹配并实现协同控制；探讨先进煤层地质监测技术，对煤层走向、倾向和顶板等变化做准确监测预警，将矿压监测等各项监测数据与“三机”运行工况进行融合联动，为采煤机的准确定位截割提供有效的数据支撑；另外，仍需探讨、寻求攻克煤岩识别技术。

  2）智能掘进系统。智能掘进设备实现无线遥控、远程监控和可视化集中或智能控制；具备记忆截割、人员接近识别、故障诊断、环境状态识别及预警功能，实现远程、可视化、智能操作；利用井下高精度惯导系统实现定位切割、定位追溯及实时监控等功能；利用先进的传感器技术及控制分析系统，实现掘进机机姿偏差动态补偿、煤岩特性分析与最佳截割参数匹配建模及掘进机全状态监测，真正的完成掘进机的远程智能控制；研究综掘工作面自动或智能降尘技术，解决在掘进过程中粉尘量过大影响视频可视化远程监控的问题，深入研究智能综掘机携带煤岩识别、截割定位等各类先进传感器自动生成掘进现场实时动态三维模型，为连续截割提供良好的环境，另外，还需进行可透视化监控技术的研究应用。

  3）无线网络通信系统。研究论证井下应用5G技术的可行性和实用性，以及投入产出比；探究应用4G+WiFi6技术取代5G技术是否可行；现场终端设备是不是满足5G技术方面的要求；研究实现井下复杂条件下的无线通信技术，重点解决信号环境干扰问题，实现点对点或多点之间的精准通信；真正的完成井下多系统融合联动，应急预案智能响应。

  4）煤矿智能化平台及灾害治理技术。煤矿智能化建设应打造煤矿智能综合管控平台，如煤矿安全生产综合指挥平台、煤矿自动（智能）化生产集中监控平台和煤矿信息化综合管理平台。

  5）煤矿智能化灾害治理技术。积极研发易发火区智能探测及采空区火灾预警技术，冲击地压精准监测预警技术，智能打钻机器人技术与装备等。

  1）建立机制，落实责任。为确保煤矿智能化建设工作有序推进，成立了由公司董事长和总经理为组长、其他公司主管副总经理、总工程师、总会计师的煤矿智能化建设领导小组，明确分工、落实责任。

  2）技术支撑，指导服务。建立以科研、总工办和专业部门以及合作院校组织的技术指导服务平台，研究分析各单位智能化建设过程中出现的技术难题，为各单位智能化建设提供专业化指导服务。

  3）问责推进，严格考核。公司专业、经营管理等有关部门，把煤矿智能化建设工作列入重点督查内容，强化考核检查，督促各单位严格按照规划进度实施智能化建设，对已纳入规划而不按期实施智能化建设的单位，追究问责。安全生产指挥中心、机电装备部和生产技术部等智能化建设工作推进管理部室，把各单位智能化建设工作情况纳入公司安全高效矿井建设进行考核，并定时进行通报。

  4）政策支持，保障投入。对积极组织推进智能化建设的单位给予相应的政策支持。鼓励和引导各项目单位积极组织推进本单位的智能化建设工作。切实保障已列入智能化建设项目的资产金额的投入，并监督建设资金的正确使用。

  5）重点培训，提高素质。把职工队伍建设摆在智能化发展建设的优先位置，集中培养一批与智能化装备相适应的技术管理人员和熟练操作职工。机电装备部制定培训计划，定期组织有关人员，到公司自动化实训基地进行培训学习，通过理论学习、技术交流、实际模拟操作，提高培训人员业务水平，理论与实践相结合，切实做到学有所用。

  6）定向招生，储备人才。面向社会招收应往届高中及以上学历毕业生，与黑龙江能源职业学院联合开办煤矿自动化、智能化专业培训班，解决煤矿智能化操控及维护专业方面人才匮乏的问题。

  7）质量把关，集中验收。成立煤矿智能化建设考核领导小组，严格按照《煤矿智能化建设实施方案（2020—2022）》和《煤矿智能化建设项目实施明细表》对各矿智能化建设项目每季度进行推进考核验收，对智能化建设等实施工程单位进行通报奖罚。奖罚以《2021年经营考核专项管理办法》和《煤矿智能化建设考核方案》为依据执行。对应用智能化技术成功的项目，公司将召开现场会予以推广，同时对召开现场会的煤矿、建设实施工程单位及公司有功人员给予10万元奖励。

  双鸭山矿业公司在“四化建设”方面取得了一些成效，但与行业领先水平相比还有很大差距。公司虚心学习同行企业先进经验，以更大的决心和力度，更高的标准和要求，扎实做好智能化矿山建设，把煤矿信息化智能化建设作为安全工程、效益工程、民心工程，不断总结建设经验，持续探索智能化新道路。