陶志達(dá)

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

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷加速，產(chǎn)業(yè)逐步升級(jí)，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(guó)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(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開(kāi)發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采、煤炭洗選全過(guò)程的智能化運(yùn)行，對(duì)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(guó)家發(fā)改委、國(guó)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(jiàn)》(發(fā)改能源〔2020〕283號(hào))，意見(jiàn)中指出：目前我國(guó)一些煤礦正在開(kāi)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(tái)支撐作用不夠、技術(shù)裝備保障不足、高端人才匱乏等問(wèn)題[1]。同年，國(guó)家能源局、國(guó)家礦山安全監(jiān)察局印發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展首批智能化示范煤礦建設(shè)的通知》(國(guó)能發(fā)煤炭〔2020〕63號(hào))，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(guó)家首批智能化示范建設(shè)煤礦，并向社會(huì)公布[2]。

2021年，中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)、煤炭行業(yè)智能選煤工程研究中心對(duì)國(guó)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(kāi)展了智能化建設(shè)情況調(diào)查。調(diào)查方式有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和問(wèn)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(tái)、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(dòng)力煤選煤廠，10家為煉焦煤選煤廠。從入選類型來(lái)看，16家選煤廠為全部入洗，15家為部分入洗。選煤廠設(shè)計(jì)處理能力從1.20 Mt/a到34.00 Mt/a不等，投產(chǎn)時(shí)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(tái)數(shù)從95臺(tái)到1 535臺(tái)不等，中位數(shù)為349臺(tái)。

選煤工藝方面，國(guó)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(tuán)有限公司趙固二礦選煤廠采用的“原煤不分級(jí)跳汰+塊精煤淺槽再選+粗煤泥TBS分選+浮選，浮選精煤加壓過(guò)濾機(jī)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(tuán)臨渙選煤廠采用了“全原煤無(wú)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(guó)家能源集團(tuán)國(guó)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(hào)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(guò)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(jìn)而達(dá)到全流程智能一體化[3]。本次智能化情況調(diào)查參考了國(guó)家能源局、國(guó)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(guó)煤炭加工利用發(fā)布實(shí)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。其內(nèi)容分為3個(gè)環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)平臺(tái)、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(tái)

本次調(diào)查中的選煤廠基礎(chǔ)平臺(tái)智能化建設(shè)包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、云平臺(tái)、集控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、監(jiān)測(cè)與保護(hù)、調(diào)度通信系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)、在線測(cè)灰系統(tǒng)、產(chǎn)量計(jì)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(tái)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(tuán)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(tái)；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(cè)設(shè)備；93.5%配備有電話、廣播或者無(wú)線對(duì)講機(jī)通訊系統(tǒng)；80.6%按照標(biāo)準(zhǔn)配備了電壓、電流、過(guò)載保護(hù)等裝置，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控能力；71.0%已配置在線測(cè)灰系統(tǒng)；所有受調(diào)查選煤廠均在生產(chǎn)過(guò)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(cāng)儲(chǔ)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(dòng)控制系統(tǒng)、浮選藥劑自動(dòng)控制系統(tǒng)的選煤廠分別占比19.4%、29.0%、32.3%。其中國(guó)家能源集團(tuán)新疆能源公司洗選中心烏東選煤廠同時(shí)配備了這三種工藝的控制系統(tǒng)。

倉(cāng)儲(chǔ)與配煤方面，83.9%的選煤廠配有煤倉(cāng)倉(cāng)位儀，67.7%的選煤廠其原煤倉(cāng)下給煤機(jī)均配有變頻器。67.7%的選煤廠配備了火車或汽車自動(dòng)裝車設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝車過(guò)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(guò)PC端及移動(dòng)端等多平臺(tái)查看視頻信息，并且具備視頻聯(lián)動(dòng)功能；38.7%的選煤廠可以利用智能終端，實(shí)現(xiàn)停送電業(yè)務(wù)的流程化管理，實(shí)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(yùn)銷管理、計(jì)劃管理、成本管理、物資管理、經(jīng)營(yíng)情況分析、人力資源管理、機(jī)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(bào)當(dāng)班生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，形成日志等，并具有完善的電子版生產(chǎn)報(bào)表記錄；51.6%的選煤廠具有生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表和報(bào)告，可及時(shí)分析產(chǎn)量和質(zhì)量波動(dòng)、設(shè)備狀況等，并生成分析圖表，可以自動(dòng)形成調(diào)度日志、日?qǐng)?bào)、停送電、報(bào)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(bào)的方式進(jìn)行煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和保存，具有完善的煤質(zhì)報(bào)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(kāi)展日常生產(chǎn)檢查、單機(jī)和設(shè)備系統(tǒng)分選情況試驗(yàn)；54.8%的選煤廠能夠?qū)Ψ诌x效果與變化進(jìn)行趨勢(shì)分析；58.1%的選煤廠定期進(jìn)行關(guān)鍵分選設(shè)備的工藝效果評(píng)價(jià)；僅有51.6%的選煤廠能夠結(jié)合原煤資料、產(chǎn)品市場(chǎng)售價(jià)等數(shù)據(jù)，定期估算產(chǎn)品指標(biāo)及預(yù)測(cè)效益情況。

企業(yè)管理中，71.0%的選煤廠具有完善的運(yùn)銷系統(tǒng)電子報(bào)表；74.2%的選煤廠擁有計(jì)劃管理系統(tǒng)，可以根據(jù)年度生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，分解下達(dá)月計(jì)劃、日計(jì)劃，制定每班生產(chǎn)計(jì)劃，并通過(guò)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(jìn)行成本統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)成本構(gòu)成要素，進(jìn)行原料煤成本、制造費(fèi)用、銷售費(fèi)用及管理費(fèi)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(jì)劃、采購(gòu)、進(jìn)出庫(kù)、庫(kù)存與消耗信息，并進(jìn)行選煤廠物資信息分析；51.6%的選煤廠對(duì)指定時(shí)間段內(nèi)的原料、產(chǎn)品、成本、消耗、財(cái)務(wù)等指標(biāo)進(jìn)行全面分析，形成經(jīng)營(yíng)情況分析報(bào)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(jī)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(jì)劃、到貨入庫(kù)、領(lǐng)用出庫(kù)等管理流程，與設(shè)備出庫(kù)后使用、日常維護(hù)保養(yǎng)、維修、調(diào)撥、移交、報(bào)廢、處置等流程銜接起來(lái)，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(guò)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(duì)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)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(xiǎn)源管理的記錄，并對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)源、安全隱患點(diǎn)、人員不安全行為等有明確的安全等級(jí)劃分，已建立危險(xiǎn)源辨識(shí)庫(kù)，有權(quán)限的管理人員可以進(jìn)行維護(hù)；61.3%的選煤廠設(shè)置了計(jì)量電表以及抄表系統(tǒng)，對(duì)電表數(shù)據(jù)形成全廠設(shè)備用電臺(tái)賬、高低設(shè)備耗電記錄，并形成分月、分年的統(tǒng)計(jì)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(tái)，包括即時(shí)通訊、公告、審批等，上下級(jí)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(dòng)端或web端簽字、審核，自動(dòng)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(wèn)題

智能化建設(shè)必定需要大量的資金投入，且考慮到實(shí)際經(jīng)濟(jì)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(dòng)化、單機(jī)智能化入手，分環(huán)節(jié)、分層次逐步實(shí)現(xiàn)智能化[4]。但對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，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(lái)的幫助，能否有效解決生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題、提高工作效率等。項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施完成后又將會(huì)面臨應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)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(yíng)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(wàn)元到2 億元不等，平均可承受的投資規(guī)模約為2 631 萬(wàn)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(guó)家及各大集團(tuán)政策要求，繼續(xù)開(kāi)展局部的、關(guān)鍵性的智能化優(yōu)化提升工作，通過(guò)應(yīng)用跨行業(yè)先進(jìn)技術(shù)、開(kāi)展提高軟實(shí)力研究課題，逐步加大資金投入，不斷豐富、推進(jìn)我國(guó)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(gè)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(guò)裝備升級(jí)從源頭解決部分選煤裝備工藝技術(shù)水平低，自動(dòng)化、智能化程度低的問(wèn)題，迫切需要通過(guò)更換新設(shè)備，引進(jìn)新技術(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，選煤廠推進(jìn)智能化建設(shè)最迫切需要解決的問(wèn)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(jìn)和人才培養(yǎng)。智能化設(shè)備設(shè)施及軟件后期維護(hù)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(shí)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(cè)系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步提升。目前重介系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)的自動(dòng)控制仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)控制。倉(cāng)位、液位的檢測(cè)準(zhǔn)確性，灰分儀、帶式輸送機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確性仍需提升。原煤質(zhì)量監(jiān)測(cè)精度有待提升，但中子活化煤質(zhì)監(jiān)測(cè)儀投入費(fèi)用大；

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

(5)需實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中浮沉試驗(yàn)的自動(dòng)檢測(cè)，智能停送電，火車裝車系統(tǒng)無(wú)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(jí)，提升設(shè)備單機(jī)智能化水平，網(wǎng)絡(luò)及云平臺(tái)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(shí)施智能化改造，現(xiàn)有的儀器、儀表、在線監(jiān)測(cè)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(yǔ)

參與本次調(diào)查的31家選煤廠均來(lái)自71處國(guó)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(jì)資料，截至2019年末，全國(guó)煤礦數(shù)量共有5 300處，國(guó)有和大型民企的選煤廠約2 500家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，具備一定入洗能力的選煤廠數(shù)量約為2萬(wàn)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(chǎng)充斥了大量的低級(jí)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(diǎn)。

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(duì)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(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)。智能化建設(shè)涉及到選煤廠生產(chǎn)管理的每一個(gè)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(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程有效檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)和浮選生產(chǎn)過(guò)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(jìng)爭(zhēng)力；在選煤企業(yè)資產(chǎn)管理方面，需要建立設(shè)備動(dòng)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)感知預(yù)警，對(duì)人員、設(shè)備、設(shè)施、環(huán)境、操作等全方位、無(wú)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(yíng)管理方面，構(gòu)建生產(chǎn)全過(guò)程的物資計(jì)劃、消耗分析、成本管理等，降低能源消費(fèi)，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(shí)改善職工的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

我國(guó)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(kāi)智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的新篇章。