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我国煤矿智能化建设模式研究

2023-06-05 14:37:12 2023年能源思考3月刊   作者: 徐亮  
(中国煤炭建设协会)
 
我国正处于全面建设社会主义现代化国家的新时期,新型工业化和城镇化建设将持续推进。国家稳步推进大型煤炭基地建设,加快资源整合和转型升级步伐,为煤炭建设创造了市场空间。同时,煤炭开发和利用方式的深刻变革,资源、环境、安全和科技约束不断强化,煤矿智能化建设和绿色化改造的需求日益加大。科学判断和准确把握煤炭建设发展趋势,充分利用各种有利条件,加快解决突出矛盾和问题,实现煤炭建设可持续发展,对保障煤炭工业健康稳定发展和国家能源安全,具有重要的现实意义。
 
一、煤矿智能化建设背景概述
 
智能化、绿色化煤矿建设,就是要坚持生态优先,树立绿色发展的理念,将智能开采技术与绿色开发利用深度融合,实现资源开采、洗选加工等过程的智能化运行,形成矿产资源智能开发与生态环境协调发展的新格局,为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供支撑。
 
(一)政策措施大力支持
 
煤矿智能化建设是煤炭工业高质量发展的技术基础,代表着煤炭工业先进的发展方向。2020年2月,国家发展改革委等八部门联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(以下简称《意见》),明确了我国煤矿智能化的发展方向,吹响了我国煤矿智能化建设的号角。同年,启动了71处全国首批智能化示范煤矿建设工作。2021年6月,国家能源局、国家矿山安全监察局印发了《煤矿智能化建设指南(2021年版)》,提出科学规范有序开展煤矿智能化建设,加快建成一批多种类型、不同模式的智能化煤矿。目前,国家矿山安全监察局制定了煤矿机器人研发目录,山东、贵州、山西、内蒙、河南、河北等重点产煤省区先后制定了时间表、路线图、任务书,以点带面大力推进煤矿智能化建设。在支持政策方面,对建成的智能化煤矿给予产能置换、矿井产能核增等方面的优先支持;对积极推广应用井下智能装备、机器人岗位替代的煤矿,在煤矿安全改造中央预算内投资安排上予以重点支持;将煤矿相关智能化改造纳入煤矿安全技术改造范围,探索研究将相关投入列入安全费用使用范围。
 
(二)法规体系不断完善
 
在法规制度方面,将智能化发展写入《煤炭法》修订草案,纳入国家煤炭"十四五"规划,制定了示范煤矿建设、专家库管理、建设指南、验收办法等制度文件,建立了智能化发展协调机制,为智能化发展提供了依据和保障。在标准体系方面,2021年在智能化综采工作面、煤矿5G通信、煤矿机器人、露天煤矿无人驾驶等多方面启动了标准制定工作,目前已初步搭建了智能化煤矿建设技术标准体系。
 
(三)示范建设大力推进
 
为加强示范引领,国家能源局组织遴选了71处国家首批智能化示范建设煤矿,总产能近6亿吨,计划投资156亿元左右。据统计,全国已建成1000余个采掘智能化工作面。2022年12月29日,全国矿山智能化建设和安全发展推进视频会在国家能源集团召开,为进一步加快推进煤矿智能化建设工作提出了示范模式。目前,各省区煤炭管理部门印发了煤矿智能化建设实施方案,一些大型煤炭企业的智能化煤矿建设已经初见成效,各大煤炭集团均在积极开展智能化矿井升级改造,这将为煤炭工业发展带来新的机遇。
 
二、智能化煤矿建设方案探讨
 
我国煤炭资源分布范围广,资源禀赋状态各异,不同地区煤矿的开采地质条件和复杂程度有着显著差别,不同煤炭生产企业的智能化建设基础也参差不齐,所以煤矿智能化难以一蹴而就。因此,因矿施策、示范先行成为现阶段煤矿智能化的建设方法。
 
(一)智能化煤矿建设目标
 
未来一段时期,新基建技术将与煤炭开采技术、装备深度融合,从而为煤矿智能化建设提供技术与装备保障。根据《意见》,到2025年,大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化,形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系,实现开拓设计、地质保障、采掘(剥)、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行,井下重点岗位机器人作业,露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。到2035年,各类煤矿基本实现智能化,构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统,建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系,围绕煤矿高效掘进(剥离)-智能回采-回填-生态复垦一体化智能绿色开采技术,进行煤矿从开发规划-设计-生产-闭坑全生命周期的环境污染控制,实现煤矿开采与矿区固体环境、水体环境、气体环境及生态环境的协调绿色发展。
 
(二)智能化煤矿建设阶段
 
根据煤矿的地质条件与建设目标,按照"基础系统全兼容-业务系统全关联-装备系统高可靠-数据应用多场景"的思路,结合煤矿实际需求、基础条件等因素制定煤矿智能化建设方案,明确任务目标、预期成果及详细规划内容,按照高起点、高标准、高水平进行智能化煤矿建设,应涵盖信息基础设施、智能化生产系统、智能化安全管控系统、智能化综合管理系统等,明确阶段任务目标及验收指标,分步骤分阶段开展智能化煤矿建设。
 
基建阶段:完成网络、信息化基础设施等建设,构建煤矿信息传输、处理、存储平台和集中管控体系。
 
基建后期到投产期内:同步开展煤矿智能生产系统建设,实现煤矿资源数字化、采选生产过程智能控制、智能生产管理与执行等,实现矿山全流程的少人化、无人化生产。
 
投产后:逐步建设工业大数据分析平台,充分挖掘数据潜在价值,实现过程参数优化、生产流程优化、数字仿真优化、设备故障智能诊断、经营决策优化等。
 
(三)智能化煤矿建设内容
 
智能化煤矿建设是一个复杂的系统工程,要借鉴他山之石,将其他行业现有成熟的智能技术在煤炭生产领域进行转化与应用。各行业参与煤矿智能化建设应当以促进煤矿安全、减人、提效为目标,以完善利益联结机制和提高煤矿智能化水平为核心,以制度、技术和商业模式创新为动力,着力推进煤炭生产全流程的智能化建设。建设一批智能化示范矿井,通过示范带动作用,促进煤矿智能化建设向纵深发展。
 
1.全面建设领先的信息化基础设施。高标准建设智能化综合管控平台、大数据中心、5G网络,建设地面智能综合调度指挥中心,集成智能化指挥、调度、管控、办公、培训、展示等功能,实现对矿井上下各系统的统一协调管控。建设工业设施智能保障系统,具有智能安防、智能车辆管理、智能道路管理、智能门禁闸机管理、智能供热、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息发布、智能食堂管理、智能园区灌溉、对讲及个人移动终端管理,实现工业设施保障系统的智能决策和数据共享。
 
2.建设主动感知、智能决策、自动执行的高效生产系统。建设实现掘进机位姿检测与导航、巷道三维建模与成形质量智能监测、掘进设备远程集中监控功能的智能化掘进系统;实现工作面设备群的智能联控和基于数字孪生技术的无人开采。主煤流运输系统全面推广应用基于AI视频的煤量智能识别技术,实现主煤流运输系统的智能调速。进一步提升智能巡检机器人的检测功能与精度。辅助运输系统实现井下车辆的精准定位和井下车辆无人驾驶。
 
3.建设主动安全的智能一体化管控平台。第一,建设矿井通风环境参数智能监测系统,建设风门远程智能监控系统,建设智能局部通风系统,建设通风系统智能分析决策软件模块,主动调节通风系统参数;第二,建设完善的供排水系统,排水系统与矿井水文监测系统能够实现智能联动,固定排水作业点能够根据水压、水位进行智能抽排,实现与各采区排水系统的智能联动,排水系统实现无人值守作业;第三,建设矿井安全监测数据中心,将水灾、火灾与顶板灾害等相关数据与人员定位数据、地理信息系统等数据进行深度挖掘与有效融合,实现灾害的智能预测、预警与避灾路线的智能规划;第四,建设矿井安全管控模块,根据事故或隐患的级别、类别和处置方式,建立分级优先、分类派送、智能联动的报警机制,并根据相关灾害类型与相关设备进行智能联动控制。
 
三、政策建议
 
科学规划智能化煤矿顶层设计,由国家有关部门牵头,强化智能化煤矿建设的规划部署,建立智能化矿山建设协同推进机制,研究制定促进智能化煤矿建设的相关产业政策,加大资金和财税支持力度,为智能化煤矿建设营造良好的发展环境。
 
(一)优化项目建设办理程序
 
对新建的智能化煤矿,在规划和年度计划中优先考虑,对项目用地、环评、安全准入等环节优化办理流程,加快办理进度。对验收通过的智能化示范煤矿,给予产能置换、矿井产能核增、释放先进产能等方面的优先支持,发挥示范作用,带动其他煤矿智能化改造。
 
(二)加大财税金融支持力度
 
一是积极争取现有渠道的财政支持,依据《煤矿安全改造专项管理办法》,积极争取中央预算内资金支持。对积极推广应用井下智能装备、机器人岗位替代、推进煤矿开采减人提效的煤矿,在煤矿安全改造中央预算内投资安排上给予重点支持。对新建的智能化煤矿,将相关煤矿智能化改造纳入煤矿安全技术改造范围。对使用中长期贷款的煤矿智能化改造项目积极争取财政贴息支持。二是对智能化煤矿加大税收优惠力度,研究下调增值税税率,扩大增值税进项税的抵扣范围,减免地方政府资源性收费,以及对重大技术装备关键原材料及零部件进口免税等。三是鼓励金融机构加大对智能化煤矿的支持力度,协调引导金融机构提高授信额度、提供专项贷款,鼓励企业发起设立相关市场化基金,促进企业煤矿智能化改造。
 
(三)加快制定相关标准
 
加紧煤矿智能化标准体系设计,确定煤矿智能化标准体系的范围、边界及标准层级,以及产品、工艺、管理等标准的层次。在一些新型技术应用的重点领域,如5G、工业互联网等领域,可以开展专项的标准体系研究工作。坚持标准化与智能化技术创新、工程示范一体化推进,促进技术创新、标准研制和产业化协同发展。鼓励将拥有自主知识产权的关键技术纳入企业标准或团体标准,发挥团体标准快速反映市场和创新需要的优势,增加智能化标准的有效供给,同时加强煤矿智能化相关国家标准、行业标准和团体标准的有机衔接,推动实施效果良好的团体标准上升转化为行业标准或国家标准。
 
(四)加强产学研联合
 
目前,我国煤矿智能化建设面临着众多亟待解决的技术问题,迫切需要科学技术解决方案。充分发挥企业技术创新主体作用,加速产学研深度融合,深入探索其科学基础理论,加强原始创新,不断夯实煤矿智能化基础。加强关键核心技术攻关,以智能装备和机器人研发为基础,以数据和算法为核心,全面提升矿井感知、数据处理、装备系统、智能控制等能力,突破煤矿智能化共性关键技术。打造多种形式的煤矿智能化人才培养平台,发挥企业聚集人才的作用,加大对高端科学家和高层次人才的吸引力度,加强煤炭开采、信息技术、软件管理、人工智能等相关知识的复合型技术人才储备。



责任编辑: 江晓蓓

标签:煤矿