我国加快推进智能化煤矿建设的路径分析

崔祖霞

(自然资源部 中央地质勘查基金管理中心, 北京 100830)

煤作为一种燃料,早在宋朝就在我国被大量使用。18世纪60年代第一次工业革命自英国开始,人类的能源结构发生了根本的改变,即由木炭转变成煤炭。时至今日,煤炭仍是人类重要的能源之一。

1949年解放后,我国煤炭产量只有0.43亿t,占世界总产量的2.37%. 经过六十多年的发展,我国已成为世界上第一产煤大国,也是世界煤炭消费量最大的国家,年均煤炭产量与消费量均占世界的40%以上。煤炭一直是我国的主要能源和重要原料,在我国能源生产和消费中的比例高达60%～70%[1]. 随着基础设施建设、城市化水平不断提升,国内煤炭的需求旺盛,自2010年开始,我国已从煤炭净出口国转变为净进口国。近几年,煤矿人工智能、大数据、云计算等与现代煤炭开发技术的深度融合成为新潮流,煤矿智能化很大程度上决定着煤炭开采利用效率和安全作业水平。与西方发达国家相比,我国的煤矿智能化建设仍处于初级阶段,一些瓶颈问题亟待破解。

1 我国智能化煤矿建设成效初显

根据中国煤炭工业协会2023年3月28日发布的《2022煤炭行业发展年度报告》显示,煤炭行业发展新动能新优势持续增强。2022年,全国煤矿智能化采掘工作面从494个增加到1 019个,全国智能化煤矿由242处增加到572处,很多省份相继出台相关保障措施支持煤矿智能化建设[2]. 从建井到采煤全流程的智能化建设,有效促进煤炭工业减员增效。重体力劳动工种大量减少,以山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟矿18106智能化综采工作面为例,未投入智能化设备时需要12人完成的工作量,现在只需要7人即可完成。斜沟矿18106智能化综采工作面采用久益成套智能化综采控制系统,于2022年3月通过山西省能源局验收,成为山西省第一个被评定为高级的智能化综采工作面[2]. 自动割煤、记忆割煤等技术让采煤工人的劳动强度大幅下降。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。十年内,全国煤矿数量由1.3万处减少到4 400处以内,年产千万吨级的生产煤矿由33处发展到79处,产能由4.5亿t/年提高到12.8亿t/年[3].

智能化建设大幅增加了煤矿建设和生产环节的安全系数。以往我国中西部地区的煤矿井筒建设主要以钻眼爆破、机械施工为主,下井人员多、作业环境差、安全事故时有发生。各地实施智能化建设后,重特大事故发生率明显下降。目前,全国智能化煤矿杜绝了较大以上事故,百万吨死亡率为0.024,低于全国平均数的50%. 2021年以来,智能化煤矿累计释放先进产能近6亿t,为保障国家能源安全供应作出了重要贡献[2].

2019年,原国家煤矿安全监察局制定公布了《煤矿机器人重点研发目录》,列出了需要重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援5类38种煤矿机器人,目前各类技术应用已有一定程度进展[4].

2 推进煤矿智能化建设面临诸多限制

2.1 技术发展缓慢,缺乏统一标准及规范

1) 煤矿智能化系统复杂,各项系统匹配度不高。由于煤矿智能化系统多是新装备、新产品、新技术,不同的设备采用不同的操作系统,煤矿井下同步运行着通信、传感、控制等大小上百个子系统,这些系统需要协同运行,如果不能很好地协调配合,存在综合可靠性保障难度大的问题[5-6]. 现阶段,各系统间数据联动与共享仍是一个难点。

2) 我国自主研发的芯片、软件、操作系统等在采集信息的精度、准度、能耗、处理能力等方面远不如国外同级产品。在实际工作中,我国煤矿设备使用的芯片、操作系统等大多直接采购自国外,面对今美西方国家恶意围堵,贸易壁垒日益增高的情况,核心技术“卡脖子”问题更加凸显。

3) 物联网技术与大数据、云计算等数字技术融合能力有待提升。我国现在的井工煤矿煤炭产量已占总产量的85%,最大开采深度已达1 500 m,因此在煤矿井下进行网络覆盖难度较大。同时,井下还存在强干扰、空间限制、复杂巷道网络输送延迟等问题。虽然新一代5G技术在延时性、连接性上都比此前技术有了质的飞越,理论上可以解决上述问题,但由于5G网络厂商搭建的系统构架不一致,致使5G应用场景还未达到预期水平。

4) 煤矿机器人应用技术有待突破。当前,机器人技术已在生产生活方面得到广泛应用,但我国井下机器人运用技术尚不成熟。现有井下机器人存在品种少、灵活度低、信息感知力差、定位不准确等问题,难以适应煤炭深度挖掘工作[7-8].

2.2 专业人才储备不足,从业人员技术水平偏低

行业发展靠人才,人才建设靠培养。我国现有煤炭从业人员整体技术水平偏低,人才培养体系尚不健全,缺少专业化运维团队。

1) 井下一线矿工年龄普遍偏大,专业知识匮乏,许多矿工思想认识依旧停留在自己是干重体力劳动的人,不需要接受新鲜知识技能,对学习新知识、新技能存在抵触心理,认为科学技术是留给工程师的任务,自己只需要服从指挥就能胜任,大部分矿工难以通过基本的智能化上岗培训考试,短时间内要求绝大多数矿工掌握科技含量较高的仪器设备不切实际。

2) 行业高校等培养单位部分专业招生困难。鉴于近些年煤炭市场不景气状况,部分采矿专业在招生时出现了空额现象,一些考生认为采矿类专业会存在毕业即失业的问题,刻意避开采矿工程。

3) 部分高校为培养复合型人才,将采矿工程专业升级为智能采矿专业,涉及人工智能、信息通信、软件控制、机器人操控等多个学科,但缺乏相应的实验室和配套教程,加之部分高校的师资力量薄弱,导致智能化人才的培养进度跟不上现有煤炭开采智能化的发展程度。

2.3 投入产出不成正比,企业缺乏积极性

1) 企业对智能化煤矿的认识水平参差不齐。中小企业受资金等方面的影响,普遍对智能化煤矿建设的积极性不高,而国有大型企业,虽有投资意向,但目前煤矿智能化建设大都以5G设备为主,投入较大,即时产出效益并不理想。有些系统全套买下来需要上亿元的投资,但是传感器等零部件消耗很快,需要不停的持续投入,很多煤矿已经是满负荷生产了,持续增产空间不大。

2) 大部分企业未能充分利用开采挖掘过程中产生的信息数据,忽略了数据资源在未来生产中能够带来的长期利益。

3 加快实施智能化煤矿建设的对策建议

3.1 统一技术标准,打破技术壁垒

煤矿智能化涉及多领域、多部门,包括地质、运输、人工智能、物联网、大数据、云计算、机器人制造等,深入推进煤矿智能化建设需要多部门协同发力。可由行业协会牵头出台统一的智能化装备技术标准,减少各厂商技术壁垒,统一系统接口及性能指标要求,形成模块化、系统化、标准化的智能化系统模式,保证智能化矿山设备系统的兼容性及可操作性。同时,加大科研创新力度,加强理论基础性研究,加快关键技术和设备的国产化应用替代工程,占领科技竞争的制高点,实现关键核心技术自主可控。此外,借鉴其他行业成熟的智能科技和理论经验,结合煤炭自身特点加以运用,提高智能化建设的效率。

3.2 推动校企联动,加强人才培养

1) 深化校企合作,通过委托培养等方式,加强专业技术人才培养,改变传统管理理念,确保智能化煤矿的各类新技术、新设备、新工艺“物尽其用”,做到“产学研用”一体化。

2) 加大一线矿工技术培养,完善基础培训,加强理论和实践技能培养,修订、完善、更新一线矿工的操作教材,规范岗位工作要求。此外,通过用工和薪酬制度改变岗位工资,实行不同技术,不同薪酬,开展岗位竞争,鼓励一线矿工向高一级岗位竞争,实现“培训、考核、实操、待遇”一体化的激励机制。

3.3 加大扶持引导,提升企业积极性

煤矿智能化建设是一个系统性工程,需要安全管理、技术装备、操作系统、人员素质等各方面持续提升,投入大量人力物力。

1) 加大财政资金的投入力度,尤其对煤矿设备更新、重大科技攻关、装备智能化改造等提供技术及资金支持。

2) 加大税收优惠扶持力度,适当扩大增值税进项税的抵扣范围,减免地方政府资源性收费,对关键零部件等原材料进行免税。

3) 加大金融机构参与力度,提供专项贷款,提高智能化煤矿企业的信用额度,降低相应贷款利率,鼓励煤矿企业进行智能化改造。

4 结 语

智能化煤矿建设是未来煤炭行业发展的必由之路,也是煤炭生产方式改革的主攻方向。智能化煤矿建设的关键是技术创新、人才培养、资金规模性投入,借助煤矿智能化建设将煤炭行业从原始的劳动密集型转变为知识密集型的高科技行业,进一步实现解放劳动力、增强生产力、提升竞争力,完成开采金山银山的同时为子孙后代留下绿水青山的愿景。