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中煤协会副会长刘峰|煤矿“新基建”:夯实基础 迎接挑战

发布时间:2020-04-09

中煤协会副会长刘峰|煤矿“新基建”:夯实基础 迎接挑战



煤矿“新基建”:夯实基础 迎接挑战





刘峰






煤矿新型基础设施建设是煤矿智能化的“地基”,智能技术与系统是煤矿智能化的“内核”,夯实“地基”和增强“内核”是煤矿智能化发展的两大根本任务,其中煤矿“新基建”更为迫切





  3月4日,中央政治局常务委员会召开会议,强调要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新型基础设施建设是指以网络化、数字化、智能化为核心的基础设施建设,是发力于科技端的基础设施建设,将为我国传统产业的转型升级带来重大机遇。2月25日,八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(以下简称《指导意见》),明确了我国煤炭工业智能化发展的方向,吹响了我国煤矿智能化建设的号角。煤矿新型基础设施建设(以下简称煤矿“新基建”),将有力助推煤矿智能化进程,促进煤炭工业高质量发展。



煤矿智能化的“地基”









“新基建”不仅仅是指传统意义上的先进通信网络、数据中心等信息基础设施,还应拓展包括大数据服务、云计算服务、物联网及工业互联网平台,以及智能传感器、煤矿机器人等各类智能装备





  煤矿“新基建”是指以5G、数据中心、人工智能、工业互联网等新技术在煤矿应用所必需进行的数字基础设施建设。煤矿“新基建”不仅仅是指传统意义上的先进通信网络、数据中心等信息基础设施,还应拓展包括大数据服务、云计算服务、物联网及工业互联网平台,以及智能传感器、煤矿机器人等各类智能装备,为煤矿智能化建设奠定基础。


  煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,代表着煤炭先进生产力的发展方向,目前煤矿智能化建设已成为行业广泛共识。煤矿智能化正是以煤矿“新基建”为基础,形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统,实现煤矿开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行。可以说,煤矿“新基建”是煤矿智能化的“地基”。


  我国煤矿数字基础设施的建设经历了不同阶段。第一阶段是以实现煤矿各类业务的信息化管理和采煤的机械化为标志。第二阶段把真实矿山的整体及与它相关的现象整合起来,以数字的形式呈现,以实现矿山数字化和采煤的自动化为标志。第三阶段是实现对矿山的智能感知、自动分析和智能决策,以远程控制的无人或少人智能化开采为标志。由于我国煤矿数量众多,分布地域广阔,煤层地质条件差异较大,使得数字基础设施建设水平参差不齐。


  煤矿“新基建”是煤矿智能化的“地基”,智能技术与系统是煤矿智能化的“内核”。夯实“地基”和增强“内核”是煤矿智能化发展的两大根本任务,其中煤矿“新基建”更为迫切。


  我国煤矿智能化建设先在采煤工作面上取得突破,胶带主运输系统、井下变电所、井下排供水泵房、地面主通风机房等主要生产系统实现了远程监控和无人值守。2014年,陕煤集团黄陵矿业公司在一号煤矿率先实现“工作面有人巡视、无人操作”的智能开采工作模式。


  目前,全国已建成200多个智能化工作面,实现了减人提效的示范目标,取得了良好的应用效果。兖矿集团鲍店煤矿7302综放工作面智能化改造后,每班作业人员由23人减少至7人,且职工劳动强度降低40%至50%,工作面始终维持在2万吨的安全高效水平。山西焦煤西山煤电东曲煤矿架空乘人装置实现了远程监控和无人值守功能。同煤集团塔山煤矿主井皮带实现机器人巡检。3D激光无人盘煤机器人在国家能源集团东胜热电公司投用。这些进步离不开煤矿数字设施的建设和智能设备的研发。




为产业基础再造提供机遇









煤炭产业基础薄弱,“新基建”势必推动产业的质量变革、效率变革、动力变革,极大地改写煤炭产业发展格局





  我国煤炭产业基础相对薄弱,产业链仍然脆弱。行业关键装备、核心技术、软件系统等原创性突破不足,高端产品远未能满足需求。大功率、重载柴油单轨吊车全部是进口产品,以德国沙尔夫、德国贝克、捷克芬瑞特公司为主。薄煤层国产综采设备与国外如波兰“黑龙”产品性能差距较大。1000千瓦以上超大功率矿用减速机、机电设备液压传动与控制系统所用的高压泵、马达、液控阀等关键零部件仍需进口。采煤装备的高精度传感器和控制系统芯片、电动胶轮车断电用直流开关等严重依赖国外。采煤机关键传动件、高强高耐磨钢板、高硬截齿、高端刮板链、高端钢丝绳等由于国产金属材料及加工工艺问题,仍依赖进口。煤炭行业自主技术装备配套软件自主开发困难大,进口依赖严重。反井钻机的导孔定向旋转导向系统依靠德国MICON公司。可以说,我国煤炭开发利用产业链大而不强、宽而不深,缺乏对全球资源的整合和控制能力,整体处于价值链中低端。


  煤炭产业基础薄弱,与我国工业四基——核心基础零部件(元器件)、关键基础材料、先进基础工艺、产业技术基础自主化程度低不无关系。但煤炭行业的技术创新投入偏低,技术创新能力弱,试验验证、计量、标准、检验检测等技术服务体系不完善,也是主要原因。根据国家统计局发布的第四次全国经济普查结果,2018年煤炭开采和洗选业规模以上工业企业法人单位研究与试验发展(R&D)经费支出146.5亿元,R&D经费支出占营业收入比率为0.58%,与当前全社会R&D经费支出占GDP比率2.18%有明显差距。


  新一轮科技革命和产业变革正在推动煤炭产业发展方式和发展路径的变革,云计算、5G、大数据、物联网、人工智能、虚拟现实、区块链等新技术的发展,为煤炭行业未来技术创新带来了无限可能。


  2019年1月,国家煤矿监察局发布 《煤矿机器人重点研发目录》,明确重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援五大类、38种煤矿机器人,为我国煤矿机器人研发明确了方向。目前,井下巡检、钻孔、喷浆、选矸等一批机器人已研发成功并逐步开始应用。煤矿“新基建”将带动煤炭行业5G、大数据中心、智能传感器、基站等数字基础设施的建设,必将带动煤矿机器人、智能装备、矿用软件系统、工业互联网平台的发展,带动煤炭大数据开发、数据征信等数据服务业的发展。煤矿“新基建”势必推动煤炭产业的质量变革、效率变革、动力变革,极大地改写煤炭产业发展格局,为煤炭产业基础再造和产业基础能力提升提供有利的条件。




能拓展矿井资源利用空间









关闭矿井具有完善的供电系统和通风系统,采动稳定后发生各种地质灾害的可能性也较小,这为数据中心的建设提供了基础条件





  我国矿井资源丰富,大量关闭与废弃矿井的资源化开发利用已势在必行。中国工程院院士袁亮指出,目前,我国已关闭矿井中仍赋存煤炭资源量约420亿吨、非常规天然气近5000亿立方米,而且地下空间、矿井水、地热与旅游开发等资源也非常丰富。根据中国工程院重点咨询项目 《我国煤炭资源高效回收及节能战略研究》 预测,到2030年,我国去产能矿井数量将达到1.5万处,如果以单个煤矿地下空间60万立方米计算,地下空间约为90亿立方米。我国煤炭企业的关闭矿井开发利用意识淡薄,多数矿井直接废弃,不仅造成资源的巨大浪费,还有可能诱发后续的安全、环境以及社会问题。


  针对关闭矿井开发利用,国内学者们提出了一系列开发利用方向和方案,如建设分布式抽水蓄能电站,开发地下空间工业旅游资源,建设地下油气库、CO2库和核废料储存库,建设地下空间国家级科研平台等。国内煤炭企业也在关闭矿井利用方面进行了探索。河北开滦国家矿山公园在原唐山煤矿的基础上建成,是我国首批国家矿山公园,其中利用井下巷道建设地下景观游览区,能够体验从原始采煤到现代化采煤的演进历程。同煤集团正在利用云冈煤矿9000米长的北大巷废弃巷道建设总规模100兆瓦的压缩空气储能电站。该项目利用废弃煤矿巷道作为储气库,建设基于煤矿巷道的压缩空气储能系统,目前项目已开工。


  煤矿“新基建”将拓展关闭矿井资源的开发利用空间。关闭矿井具有完善的供电系统和通风系统,采动稳定后发生各种地质灾害的可能性也较小,这为数据中心的建设提供了基础条件。另外,在关闭矿井中建设数据中心,既充分地利用了矿井资源,为地面节省了空间,又可充分利用已有供电、通风等系统,大幅节省建设成本。



做好迎接挑战的准备









煤炭行业应进一步更新观念,把握好“新基建”的节奏与力度,提升科技供给能力,培养大批复合型人才





  2015年,中央一季度经济工作会议指出,目前正在压缩煤炭比例,但国情还是以煤为主,在相当长一段时间内,甚至从长远来讲,还是以煤为主的格局,只不过比例会下降,对煤的注意力不要分散;我国煤炭资源丰富,在发展新能源、可再生能源的同时,还要做好煤炭这篇文章。2019年,全国原煤产量完成38.5亿吨,同比增长4.0%;煤炭消费量占能源消费总量的57.7%,同比下降1.5%。新时代煤炭行业高质量发展更多依靠科技创新,更多依靠劳动力素质提高,更多依靠内生动力的激发。面对滚滚而来的智能化发展浪潮,全行业应科学谋划、坚定信心、汇聚合力,做好迎接煤矿“新基建”挑战的准备。


  一是煤炭行业应进一步更新观念。2019年12月16日,全国能源工作会议在京召开。会议指出,要稳基础、优产能,切实抓好煤炭兜底保障,深刻认识我国能源资源禀赋和煤炭的基础性保障作用,持续做好煤炭清洁高效利用这篇大文章,不轻易转移对煤炭的注意力,不轻言“去煤化”。此次会议进一步明确了煤炭的兜底保障和基础性保障地位。


  2017年7月,国务院印发《新一代人工智能发展规划》。这是党中央、国务院在新一轮科技革命下对抢抓人工智能重大发展机遇,构筑我国人工智能发展优势的重大部署。2019年11月,工业和信息化部印发《5G 工业互联网512工程推进方案》,大力推进5G与工业互联网的融合创新及在重点行业的应用。面对人工智能的发展浪潮,我们要深刻认识到新一轮科技革命具有数据密集型科学发现的主要特征,主要是通过大数据分析来理解万物之间的联系进而得出结论,更要认识到煤矿“新基建”和煤矿智能化是煤炭革命的必由之路,是煤炭行业从劳动密集型向人才技术密集型转变的重要机遇,数据将成为企业最为宝贵的战略资源。


  二是煤矿“新基建”应把握好节奏与力度。煤矿智能化发展具有明显的阶段性特征,煤矿“新基建”也不是一蹴而就的。《指导意见》明确提出了煤矿智能化发展的三个阶段目标。近期,山东省出台了《山东省煤矿智能化建设实施方案》,贵州省出台了《深入推进贵州省煤矿智能化、机械化升级改造攻坚方案(2019年—2020年)》,山西省启动了智能煤矿和智能综采工作面建设试点工作。2019年5月,中国煤炭工业协会在山东枣庄组织召开全国煤矿薄煤层智能开采现场推进会。9月,河南省在平顶山组织召开煤矿智能化建设现场推进会。目前,国内大多数煤炭企业已启动了煤矿智能化建设。


  我国现有煤矿5000余座,分布地域广泛,不同地区煤矿的开采地质条件差别较大,导致矿井规模和复杂程度的不同。尤其是老矿井的智能化改造,由于矿井基础条件的不同,改造的难度和资金投入有明显差别。2019年,兖矿集团对其在山东省内的7个矿井进行了智能化改造,单采掘智能化方面的投入就高达10亿多元,以核定产能600万吨/年的鲍店煤矿为例,7302智能综放工作面包括液压支架改造和电气设备升级,总投资7370余万元(仅为改造费用,不含基础设备投资),对该矿的主干网络、巡检岗位监测的投资在2000万元至3000万元。可见,煤矿智能化建设需要大量的资金投入,故应结合企业情况总体把握,科学推进,在效率和效益之间获得平衡。煤炭企业集团应充分认识煤矿“新基建”的难度和阶段性特征,把握好节奏和力度。在矿区层面,煤矿“新基建”尤其是数据中心等基础设施应统一规划、统一建设;在煤矿层面,应充分考虑具体煤矿的条件特点,坚持“一矿一策”,科学有序推动煤矿“新基建”。


  三是煤矿“新基建”需提升科技供给能力。煤矿智能化必将引发煤炭开采新的研究方向,甚至有可能突破已有或成熟的理论框架。由于煤矿地下空间存在易燃易爆气体、巷道狭长和机电设备众多等,多数地面成熟技术必须加以改进或重新开发才能在煤矿井下应用。以井下5G应用为例,具有井下频点资源不受限制,可开发余地大和空间封闭设备布置覆盖相对集中的优点,但必须考虑与地面不同的上行带宽和下行带宽均衡甚至上行略大的应用需求,并在现有地面设备基础上开发本安型基站和终端。因此,无论是煤矿“新基建”,还是煤矿智能化发展,必须加强煤矿智能相关基础理论研究,注重突破支撑一个技术群或多个技术群的基础技术,并在技术装备关键零部件、关键材料、基础工艺、软件系统等方面下大功夫,解决技术软肋和制约发展的技术瓶颈问题。


  国内煤炭企业和高等学校已成立相关研发机构开展技术攻关。2016年,黄陵矿业公司创建首家“煤矿智能化开采技术创新中心”。2019年,中国煤炭科工集团成立中央研究院,旨在集聚顶尖人才建设具有全球竞争力的世界一流科研机构;安徽理工大学获批筹建“煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心”;中国矿业大学获批“地下空间智能控制教育部工程研究中心”和“矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心”;中国矿业大学(北京)成立“智慧矿山与机器人研究院”,并与中国联通与中国煤炭科工集团签署协议共建“地下空间5G技术创新应用联合实验室”;辽宁工程技术大学牵头组建“煤矿机器人协同创新中心”;河南理工大学成立“智能开采研究院”;山东能源获批“山东省煤矿智能开采工程实验室”;淮北矿业集团与四川航天电液控制公司共建“智能化开采技术研发联合中心”。


  四是培养大批复合型人才。我国原煤产量从1949年的3243万吨增长到2019年的38.5亿吨,累计生产煤炭884亿吨,开采方式从建国初期的人力落煤发展至综合机械化采煤,到目前的自动化、智能化采煤,正是广大的煤炭工人和技术人员砥砺奋进、开拓进取的结果。第四次全国经济普查结果显示,2018年末煤炭开采和洗选业从业人员仍有347.3万人。然而,近几年,煤炭企业人才流失严重,煤炭院校部分专业招生困难,煤矿采掘一线招工接替问题凸显。尤其是面对煤矿智能化发展的趋势,更加迫切需要具备煤炭开采、信息技术、管理知识的复合型技术人才,需要技术过硬、富有创新精神的技能型队伍。


  目前,国内煤炭相关高等学校已着手进行智能专业的人才培养,并和煤炭企业合作共同培养急需人才。中国矿业大学(北京)设立了机器人工程专业和智能采矿工程专业方向,启动了本科生和研究生的招生和培养;西安科技大学从全校理工科专业选拔优秀学生成立的智能开采特色班开班;龙煤集团与黑龙江科技大学已开展煤矿急需高水平应用型人才定向联合培养;兖矿集团与中国石油大学(华东)正在共建新能源学院,推动能源领域高端人才合作培养。


  五是应构建开放型生态。70年煤炭工业发展的实践证明,开放合作是技术创新的必由之路。开放带来进步,合作走向共赢。煤矿“新基建”应作为一个开放系统,广泛聚合行业内外各方面的力量,拓展合作空间,加大合作力度,在开放合作中打造更强创新力、更高附加值的产业生态。煤炭企业、高等学校、科研院所和高技术企业应加大产学研深度融合力度,结成平等互利、合作共赢的技术创新共同体,以自主可控、安全高效为目标,发挥各自优势形成合力,共同解决煤矿“新基建”中面临的重大难题。


  可喜的是,在中国煤炭工业协会的积极推动下,行业内部分企业已闻风先动。去年7月,由国家能源局、国家煤监局、中国煤炭工业协会指导,中国煤炭学会、中国煤炭科工集团发起,联合大型煤炭生产企业、高等院校、高技术企业等27家单位组建成立了煤矿智能化创新联盟。去年,中国煤炭科工集团与中国移动、华为公司、百度公司、中国电科集团启动战略合作,加速突破智慧矿山关键核心技术;阳煤集团与中国移动、华为公司签署5G业务框架合作协议;开滦集团与中国电信签订5G技术应用战略合作框架协议;兖矿集团与山东联通、中兴通讯联合签署战略协议,加快5G矿山应用进程。


  我们相信,在党中央、国务院的正确领导下,在全行业广大企业和职工的共同努力下,煤炭行业一定能够抓住此次“新基建”的重大机遇,建设好现代化煤炭经济体系,实现煤炭工业高质量发展。


(作者系中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长、煤矿智能化创新联盟理事长)



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