引言

貴州煤炭資源非常豐富,相當于我國南方l2個省的總和,在全國排名第五。貴州省的煤炭不僅要滿足本省的煤炭需求,還負責向重慶、四川和廣西等地供應。

自20l6年2月實施煤炭減產政策以來,貴州省一直響應政策大力度去產能。20l7年去產能l749萬t,2018年去產能1038萬t,位居全國前列。雖然貴州各級政府相繼出臺了多項政策措施,但貴州煤炭產業(yè)的發(fā)展仍受資源條件、安全等多方面的因素影響。

當前貴州煤炭工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀如下:

(1)開采條件差,產能難以完全釋放。

貴州是典型的喀斯特洞穴區(qū),其喀斯特地貌在世界上分布最廣,這一地貌也導致了煤層條件復雜,以及煤與瓦斯突出和透水等嚴重災害。

貴州的采礦條件比北方煤炭省更為復雜,同時也很難建設比較大型的煤礦。2016年初,貴州省實施了一批新產能的技術改造項目,更容易釋放新產能,縮短礦山建設周期。

(2)采掘智能機械化率相對較低。

貴州煤層賦存以薄及中厚煤層為主,且地質構造條件復雜,受資源稟賦和地質條件影響,貴州以中小型煤礦為主,中小型煤礦是貴州省煤炭產量的主力。

據統(tǒng)計,貴州超過一半的煤炭企業(yè)都是民營企業(yè),這些客觀條件限制了煤炭工業(yè)的規(guī)?；图s化發(fā)展,這也是造成國內外部分成熟的、先進的智能機械化設備在貴州無用武之地的重要原因。進一步加快"產、學、研、教、用"深度融合,一方面要加強新技術、新工藝的推廣,另一方面,研究適合貴州煤礦條件的智能機械化采礦技術和設備對于提高貴州工業(yè)的整體效率具有重要意義。

(3)信息化管理水平低,缺乏復合型專業(yè)技術人員。

在煤炭生產企業(yè)中,沒有單獨的信息管理組織,多數(shù)計算機房掛在企業(yè)管理或技術部門下面。

大多數(shù)企業(yè)都有通信計算中心,其主要職責是承擔整個企業(yè)的有線通信的維護和相關技術工作,而不是行使信息管理職能。計算機專業(yè)人員很少,信息管理專業(yè)人員更加稀缺。

(4)中小型煤礦資金短缺,復工復產緩慢。

由于2016年前煤炭市場不景氣,價格持續(xù)低迷,融資困難,煤炭企業(yè)沒有資金投入,許多煤炭開采投入不足,導致了嚴重的礦業(yè)失衡。

其后煤炭企業(yè)想復工需要時間,且存在資金不足的困難,這就導致大量煤礦在市場復蘇后恢復生產緩慢。

1貴州煤炭工業(yè)轉型升級存在的問題

去產能仍然是當前煤炭行業(yè)的首要任務。目前,煤炭價格處于合理范圍甚至超出了綠色范圍,煤炭企業(yè)的盈利能力正在逐步提高。

然而,雖然煤炭行業(yè)暫時擺脫了危機,但這并不意味著煤炭行業(yè)固有的結構性矛盾已經從根本上得到解決[2],繼續(xù)轉型升級、減產仍是貴州省煤炭工業(yè)發(fā)展的雙重任務。

通過上述分析可知,貴州煤礦智能化水平普遍偏低,煤炭工業(yè)轉型升級涉及點多面廣,消除過時的生產能力和實施煤炭工業(yè)的轉型升級存在以下問題:

(1)轉型升級資金投入大,煤炭企業(yè)融資困難。

貴州煤礦轉型升級涉及的煤炭企業(yè)眾多,機械化、智能化改造又以民營企業(yè)為主,其機械化、智能化水平普遍較低,完成轉型升級還涉及許多項目,一次性投資金額很大。

前幾年煤炭市場萎靡時,部分礦井投入不足,導致在市場回暖時礦井采掘嚴重失調,而且部分礦井在資本市場出現(xiàn)了信用危機,造成信用不良或融資困難。

(2)信息標準化不規(guī)范,信息資源共享和集成水平低。

在各煤炭企業(yè)的信息化建設中,缺乏統(tǒng)一的數(shù)據標準規(guī)范,導致集團公司層面沒有統(tǒng)一的信息標準和規(guī)范。各礦山信息化程度的差異加大,使得集團公司及其下屬礦山無法及時、完整、準確地實現(xiàn)信息交互,會出現(xiàn)信息孤島不通融等問題。另外,在現(xiàn)有系統(tǒng)中,各部門選擇的系統(tǒng)適用于部門業(yè)務,但很少考慮與其他系統(tǒng)共享信息資源。

因此,各系統(tǒng)之間的信息交換不暢通,集成困難,缺乏統(tǒng)一的信息集成平臺,部門之間的業(yè)務整合無法實現(xiàn),信息利用率低,信息價值無法反映,"信息孤島"和"信息煙囪"現(xiàn)象嚴重。信息共享平臺不能滿足各部門之間的職能分工,信息統(tǒng)計扭曲,信息質量降低,同時造成了人力、物力和財力資源的浪費,導致工作效率低下,無法在信息共享的基礎上實現(xiàn)數(shù)據挖掘和群體決策,減弱了對市場的反應,即信息反饋滯后。

(3)當?shù)赜泻芏嘧詣踊椖?缺乏總體規(guī)劃。

煤炭生產自動化主要包括生產、采礦、運輸、通風、給排水、供電、清潔和裝車外運等環(huán)節(jié)。

本地實施的自動化項目很多,如運輸系統(tǒng)監(jiān)控、安全系統(tǒng)監(jiān)控、洗煤控制和主要設備的自動化,但大多數(shù)煤炭公司缺乏計劃生產過程的整體自動化,這也是導致煤炭企業(yè)信息化與自動化脫鉤的主要原因之一。煤炭企業(yè)也還遠未實現(xiàn)設備的在線管理,不能及時指導生產,協(xié)助決策。

(4)智能信息系統(tǒng)監(jiān)測較多,控制較少,可靠性低。

由于煤炭行業(yè)的特殊性,國家對煤炭企業(yè)的安全監(jiān)管有嚴格的規(guī)定,幾乎所有煤礦都有安全監(jiān)控系統(tǒng)。然而,由于礦山生產環(huán)境和采礦設備的復雜性,實現(xiàn)礦山生產過程信息化、智能化對技術研發(fā)能力要求很高,許多企業(yè)在生產過程中仍處于安全監(jiān)測階段。

與此同時,煤炭行業(yè)是一個事故多發(fā)的高風險行業(yè),必須確保每個系統(tǒng)都高度可靠,才能保障礦井的安全生產。此外,煤礦實現(xiàn)智能化生產的難點在于移動設備眾多,在采掘、運輸、監(jiān)測監(jiān)控等環(huán)節(jié)設備都不是固定不動的。生產過程中設備處于移動的狀態(tài),對應的控制設備也在移動,這就對智能控制系統(tǒng)的設計和可靠性提出了更高的要求。

(5)資源和環(huán)境約束繼續(xù)加強,煤炭企業(yè)存在潛在風險。

從國際環(huán)境的角度出發(fā),加快能源和技術創(chuàng)新,促進新能源和可再生能源的發(fā)展,鼓勵煤炭的清潔利用,增加能源利用,加大節(jié)能減排力度,構筑清潔高效、綠色低碳的多元能源保障體系是國際能源發(fā)展戰(zhàn)略:從國內環(huán)境來看,中國煤炭工業(yè)已進入新的發(fā)展階段,國內經濟發(fā)展已進入新常態(tài),資源環(huán)境約束不斷強化,持續(xù)去產能政策將給部分擬改擴建礦井帶來潛在風險。

(6)安全、穩(wěn)定壓力不斷加大。

貴州煤礦煤層和地質條件十分復雜,煤礦災害嚴重。隨著礦山開采深度的不斷增加,一些非突煤層已經升級為突出煤層,防治各種自然災害的難度也在增加。同時,部分國有企業(yè)存在人員老齡化、內退人員安置等問題,有些缺乏政策依據,不穩(wěn)定因素極易擴散蔓延,出現(xiàn)非正常上訪、纏訪等問題。不過,隨著煤炭市場供求關系的改善,目前工業(yè)經濟形勢趨于改善。

隨著政策不斷改革,煤炭市場供求關系有所緩解,煤炭工業(yè)形式也趨于穩(wěn)定。

(7)煤炭企業(yè)人才流動性強,缺乏專業(yè)技術人才。

煤炭企業(yè)既具有一般企業(yè)的特點,同時由于受"煤炭"這一環(huán)境因素的影響又具有不同于其他行業(yè)的獨有的特點,這就使得人才流失成為煤炭企業(yè)的普遍現(xiàn)象,導致煤礦一線工人知識水平普遍較低。

"引不來、留不住"一直是困擾煤炭企業(yè)人才發(fā)展的難題,也成為了煤炭工業(yè)轉型升級的瓶頸。

2貴州煤炭工業(yè)轉型升級的路徑

2.1總體思路

從應對氣候變化,節(jié)約能源,保護生態(tài)環(huán)境出發(fā),全省將全面實施生產煤礦的綜合機械化改造和智能化升級。在參考國內外先進煤礦智能機械化技術和全省智能機械化礦井試驗煤礦的基礎上,開展了關鍵工藝參數(shù)技術研究。

加快煤礦機械化與智能化相結合,構建適合貴州實際情況的智能型煤炭工業(yè)發(fā)展道路,做到"機械化減人,自動化換人",大大提高煤炭工業(yè)的安全性和生產效率。將煤礦機械化、智能化信息實時上傳至煤礦信息采集平臺,實現(xiàn)煤礦智能化設備遠程診斷及遠程服務,加強政府監(jiān)管能力,全面推進煤炭產業(yè)轉型升級。

2.2發(fā)展目標

重點推進并購,保持煤礦機械化改造和智能化升級勢頭。實施煤礦生產機械化改造、礦山綜合治理和智能控制,實現(xiàn)智能煤礦一體化、地下礦山機械化:實施政府監(jiān)督與生產經營數(shù)字化整合,智能化管理,固定站點自動控制,地下固定裝置和運輸系統(tǒng)實現(xiàn)無人或少人操作:討論適合貴州煤礦地質構造條件和煤層條件的無人或少人采煤工作面技術支持系統(tǒng)。

2.3技術路徑

根據煤炭工業(yè)轉型升級的總體思路和發(fā)展目標,現(xiàn)階段實現(xiàn)礦井轉型升級的主要途徑分為機械化改造、智能化改造和信息化改造三個方面。

2.3.1機械化改造技術路徑

煤礦的機械化改造包括采煤機械化、挖掘機械化和運輸機械化。

煤礦機械化是指在采煤工作面采用滾筒式采煤機或刨煤機:挖掘機械化意味著掘進面由挖掘設備操作:運輸機械化是指在該區(qū)內或整個礦山中連續(xù)運輸煤炭。

要求實現(xiàn)煤礦機械化升級工作"減頭、減面、減人、提效",不斷推進煤礦生產系統(tǒng)的優(yōu)化,提高生產效率和安全性。煤礦的機械化改造主要從以下方向進行:

(1)采煤機械化。

鼓勵礦山采用綜采工藝,但礦山現(xiàn)有儲量必須與機械改造后礦山的生產能力相適應。根據現(xiàn)有成熟的技術條件,適宜的煤層厚度不小于0.6m,煤層傾角不大于55o(特殊情況除外)。煤層傾角大于55o,受現(xiàn)有設備和管理水平的限制,不能采用機械化采礦,可以采用柔性掩護支架采煤法,但采礦高度不應小于1m。煤與瓦斯突出煤層的機械化開采應確保提取合格并防止瓦斯突出。根據礦山的地質條件,應在安全保障、技術可行性和經濟合理性方面充分論證采用刨煤機開采工藝的機械化。

煤礦機械化包括采煤機、轉移機、破碎機、液壓支架、破碎機、刮板輸送機、乳化泵站系統(tǒng)、噴淋泵站系統(tǒng)、換流器開關、控制系統(tǒng)等成套設備,用于實現(xiàn)煤礦綜合機械化開采。

(2)掘進機械化。

根據煤巖性條件,巖石普氏系數(shù)和煤礦巖層穩(wěn)定煤礦應實現(xiàn)機械化采掘工藝,鼓勵企業(yè)采用綜采工藝。不能實現(xiàn)機械化掘進的礦井應采用機械裝載(自溜和特殊規(guī)定除外)。

掘進機械化包括綜合開挖機械、機載錨桿鉆機、連續(xù)傳送帶式輸送機等成套設備,用于提高煤巷和半煤巖巷道的開采效率。例如通過使用鑿巖機、鑿巖鉆機和連續(xù)運輸機等設備,實現(xiàn)機械化開采。

(3)運輸機械化。

利用機械化采煤技術實現(xiàn)礦區(qū)連續(xù)采煤,鼓勵、支持有條件的礦山實現(xiàn)連續(xù)的運煤和運研系統(tǒng)。

運輸機械化需連續(xù)不斷地將煤從工作面輸送到地面,可以使用鐵路運輸設備和高架客運設備等來提高煤礦運輸機械化水平。

2.3.2智能化改造技術路徑

(1)建設煤礦和企業(yè)集團之間的管控平臺。

由工業(yè)以太網配置的工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、固定位置無人值守系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和工作臺設備監(jiān)控系統(tǒng)人員定位系統(tǒng)、監(jiān)測和控制系統(tǒng)、地面生產系統(tǒng)、緊急訓練鉆井系統(tǒng)、緊急救援指揮系統(tǒng)、緊急呼叫系統(tǒng)、地面生產系統(tǒng)等子系統(tǒng)的數(shù)據實時傳輸?shù)矫旱V信息管理控制平臺。

要實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的集中控制、統(tǒng)一運行、集中調度,并根據煤炭企業(yè)管理規(guī)章制度,按時準確地傳輸有效數(shù)據[6]。利用移動終端平臺加強信息管理和控制。

(2)構建貴州"能源云"數(shù)據資源中心和統(tǒng)一集成地服務平臺。

以實施省"大數(shù)據"戰(zhàn)略決策為契機,使用云計算和大數(shù)據管理等新技術,在"云上貴州"建立貴州"能源云"數(shù)據資源中心和煤炭統(tǒng)一綜合服務平臺。

電力、新能源、石油、天然氣等能源項目及其生產經營是貴州能源產業(yè)的主要線路,省、市(州)、縣(市、區(qū)、特區(qū))和企業(yè)要建立四級信息"能源云"平臺(包括移動終端),構建統(tǒng)一的集成服務平臺和數(shù)據采集系統(tǒng),實現(xiàn)遠程服務,打造貴州煤炭行業(yè)的"互聯(lián)網＋"智能化大數(shù)據服務平臺。

(3)建立運輸系統(tǒng)遠程控制系統(tǒng)。

煤礦運輸系統(tǒng)主要是通過自動控制、集中控制、視頻監(jiān)控和智能化保護來實現(xiàn)無人值守:應用遠程集中控制,通過視頻監(jiān)控、順序控制,減少設備閑置情況。

(8)建立井下設備運行狀態(tài)控制和故障預警系統(tǒng)。

通過煤礦智能化監(jiān)控、視頻傳輸監(jiān)控、煤礦信息管理控制平臺和自動控制系統(tǒng),可實現(xiàn)煤礦壓力風機房、絞車房、通風機房、加油站、變電站[11]、泵房的集中控制。

主要運輸系統(tǒng)和高架客運設備等場所要實現(xiàn)無人值守和集中操控。

(5)建立礦區(qū)工作面遠程控制系統(tǒng)。

綜采工作面智能控制技術與可視化遠程干預控制技術相匹配,適用于采煤工作面。

合理應用液壓支架電液控制系統(tǒng),智能集成供液系統(tǒng),圖像和視頻遠程跟蹤系統(tǒng),采煤機、刮板輸送機和液壓支架協(xié)調控制系統(tǒng),遙控平臺等智能化采礦設備,實現(xiàn)智能化升級。

2.3.3信息化改造技術路徑

煤礦信息系統(tǒng)的建立主要包括以下內容:三個層次,即企業(yè)信息門戶和決策支持層,企業(yè)管理,生產現(xiàn)場管理:三個應用子系統(tǒng),即企業(yè)信息門戶和決策支持系統(tǒng),企業(yè)管理信息子系統(tǒng),生產管理子系統(tǒng):兩個支持環(huán)境,即計算機網絡支持環(huán)境和數(shù)據庫管理環(huán)境。

(1)自動化整個生產過程。

礦山生產的整個過程完全自動化,即實現(xiàn)煤炭開采、掘進、運輸、通風、給排水、供電、清潔和裝車外運+個生產流程的全面自動化。

其中,煤礦開采環(huán)節(jié)實現(xiàn)工作面的自動生產控制和地面集中監(jiān)控,運輸、原煤加工及裝車外運環(huán)節(jié)實現(xiàn)地面集中控制,三遙控制在通風、給排水、供電環(huán)節(jié)實現(xiàn)。

(2)實現(xiàn)管理信息化和辦公自動化。

利用現(xiàn)代信息技術構建敏感、準確的信息系統(tǒng),在網絡層面整合企業(yè)生產并實現(xiàn)集成管理。

在企業(yè)的規(guī)劃、生產、調度、安全監(jiān)督、設備、財務、材料、運輸和銷售、基礎設施、人力資源、黨組織、檔案等方面實現(xiàn)網絡和信息管理,在業(yè)務中,利用信息技術實現(xiàn)信息的自動收集、處理和管理。

(3)建設"能源云",實現(xiàn)管理與控制一體化。

對生產信息系統(tǒng)的實時數(shù)據庫與管理信息系統(tǒng)的關系數(shù)據庫之間的數(shù)據進行管理和控制集成,提高管理信息系統(tǒng)中與生產和設備操作相關的原始數(shù)據的準確性和實時性,全面提高政府和企業(yè)協(xié)作決策的能力。

3結論

(1)貴州省煤炭工業(yè)轉型升級主要存在投入大、企業(yè)融資困難、信息化不規(guī)范、自動化缺乏總體規(guī)劃、監(jiān)控系統(tǒng)可靠性低、專業(yè)技術人員匱乏等問題和困難。

(2)根據貴州煤炭工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,主要通過煤礦的機械化和智能化實現(xiàn)升級改造,提出了建設智能化管控平臺、構建數(shù)據資源中心、建立遠程控制系統(tǒng)等主要技術路徑和方法。

(3)通過貴州省煤礦基本信息采集平臺實時信息(設備運行數(shù)據)采集渠道,使智能化信息實時上傳至"云上貴州",為實現(xiàn)煤礦設備遠程診斷及數(shù)據分析提供必要的數(shù)據支撐,為推動貴州煤炭工業(yè)升級改造提供了必要的條件。