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以智能矿井智慧矿区助推企业高质量发展

时间:2023-10-27 来源:中国煤炭经济研究会 分享:

黄陵矿业是陕煤集团所属核心骨干企业之一,成立于1989年。经过33年的发展,现已成为煤炭、电力、铁路、建筑建材等产业多元互补、循环发展的大型现代能源企业。近年来,黄陵矿业以新发展理念为引领,聚焦煤炭行业高危低效、高污高排、市场和资源依赖性强等痛点,结合矿区开采条件复杂、地质灾害严重、产业结构不均衡等实际,以建设智能矿井、智慧矿区为目标,集成吸纳第四次科技革命的新技术、新装备,突破了国产综采装备智能化和采掘工作面无人化技术应用,并把智能化全方位拓展、多触角延伸,实现了由“点”的突破向“面”的全覆盖,由单个系统智能化向全矿区智能化的跨越发展,趟出了一条依靠科技创新、智能赋能的传统能源企业高质量转型发展之路。

一、智能化建设的背景

智能化代表着煤炭工业先进生产力的发展方向,也是破解当前煤炭行业发展难题的重要手段。推进智能化建设是黄陵矿业落实国家战略、顺应时代潮流、回应职工期盼的现实需要和具体实践。

1.煤矿智能化建设是落实国家重大战略部署的具体行动。党的十九大提出发展数字经济,建设数字中国,为我国煤炭工业转型发展指明了方向。国家八部委联合下发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,吹响了煤矿智能化建设的冲锋号。煤炭行业作为我国的能源支柱产业,积极推进智能化与煤炭工业深度融合,让数字经济成为驱动煤炭高质量发展的新引擎。

2.煤矿智能化建设是助推煤炭行业转型升级的内在需求。“双碳”任务目标的背景下,煤炭作为我国主体能源,面临着安全生产、生态保护、低碳消费、数字转型等一系列新挑战,走智能绿色开发、清洁高效利用发展之路,发展先进产能、淘汰落后产能是煤炭行业高质量发展的必要条件。建设智能矿区可以有力促进煤炭工业产、学、研、用深度融合,推进生产模式变革,倒逼煤炭工业技术链、产业链、供应链、生态链全面升级,向数字化、智能化新产业和新业态的转型。

3.煤矿智能化建设是煤炭企业高质量发展的迫切需要。煤炭企业大多数分布在偏远地区,工作环境恶劣、生产条件复杂,作业人员密集,职工劳动强度大,普遍面临招工难、留人难的问题。推进智能化建设,把矿工从艰苦危险的环境和高强度的体力劳动中解放出来,让职工体面工作、幸福生活,这既是贯彻以人民为中心思想的具体体现,也是打造本质安全型企业的根本途径,更是300万煤矿职工的殷切期盼。

二、主要做法

2014年12月,国家安监总局发文在全国推广黄陵矿业智能化无人开采技术经验。作为煤矿智能化建设的最早发起者、推动者和受益者。近年来,黄陵矿业按照“巩固提升再创新”的思路,围绕“减人增安提效”的目标,采取“合纵连横、融合延展”的方法,着力打造智能矿井、智慧矿区。

(一)合纵:生产过程智能化

黄陵矿业以首个薄煤层智能化采煤工作面为原点,在纵深上三维立体延展,实现了煤炭生产全过程的智能化。

1.深度迭代“智能采煤”,实现采煤技术新跨越。2014年黄陵矿业首创1.0版本的智能化采煤技术,每次作业前,由人工采一刀“示范刀”,随时根据视频监控进行远程干预,实现了“记忆截割,远程干预”。为推动技术迭代,黄陵矿业综合利用地质写实、钻孔雷达探测、槽波地震勘探的数据,构建综采工作面静态地质模型,并与动态地质信息、惯性导航和激光雷达等实时监测数据融合迭代,研发了一套可“预测、预判、预控”的综采大数据智能决策平台,对截割参数实时修正,通过基于地质模型“CT”切片技术的精准控制方法,实现了采煤机的智能化自主决策、规划截割、精准定位、自动找直,完成了由传统的记忆截割1.0向三维空间感知和自主截割3.0的技术跨越,变采煤为采数据,实现了智能化采煤的“二次革命”,经中国煤炭工业协会鉴定,该技术达到国际领先水平。

2.纵向突破“智能掘进”,开创智能快掘新模式。为解决采煤与掘进的匹配问题,提高生产效率,黄陵矿业联合中煤科工集团,开展了“复杂地质条件下煤矿智能快速掘进技术及装备研究”,开发了快速掘进地面远程控制系统,突破了自动截割与自主行走、远程辅助锚护、全自动锚索机器人智能钻进等关键技术,实现地面一键启停,掘、支、运平行连续作业、一次成巷,形成了“无人跟机作业,有人安全巡视”的掘进新模式,掘进效率实现翻倍。该技术经中国煤炭工业协会鉴定,达到国际领先水平。针对黄陵矿区煤层厚度变化大、半煤岩巷道掘进多等问题,黄陵矿业自主选型配套了“迈步支架+双锚掘进机+带式转载机+跨骑四臂锚索钻车+除尘系统+自移机尾+自移设备列车”,掘进效率提高60%以上。

3.横向拓展“薄厚通吃”,推广智能化生产新实践。面对煤层薄厚不一的情况,黄陵矿业积极攻关单向割煤工艺和LASC惯性导航技术,厚煤层煤壁片帮控制难、底软拉架难等技术问题,2018年实现大采高智能化开采,使所属4个煤矿6个采煤工作面全部实现智能化无人开采,拓展形成了薄中厚煤层全系列的智能化生产。针对辅助系统的智能化,建成了涵盖10大类、101项生产辅助系统的“智能辅助”远程集控,60套机器人巡检系统“望闻问切”、主动报警、紧急制动。选煤厂和装车系统实现全流程无人化装运,使单车装运时间缩短至2分钟内,效率提高54%。产业链全过程、生产全周期的智能化延展扩散,实现了智能化投入与产出的正向倍增效应。

(二)连横:安全管控智能化

安全智能化是煤矿智能化的重要组成部分。黄陵矿业通过开发智能安全监控系统,弥补了人工管控的盲区和漏洞,突破了传统安全管理“人盯人”的方式,实现人工与智能双重管控安全,在全面提升安全治理水平的同时,实现了精准识别、记录、监管井下人员的违章情况。

1.智能化“减人”,实现“少人则安”。通过智能化手段,推动煤矿生产、组织、管理方式变革,使劳动密集型产业向技术密集型转变,使高危行业实现本质安全。通过推广应用智能装备技术,有效减少了岗位用工,采煤工作面由20人减少至3人,掘进工作面由13人减少至5人,智能辅助减少用工358人,实现了“少人则安,无人则安”。

2.智能化“治灾”,实现环境安全。建立了智能排水系统、智能防灭火系统、智能喷淋降尘装置、智能可视化打钻瓦斯抽采系统。围绕矿井18个业务系统902个功能点、21个生产重要场景、18000多个信息采点,建立远程诊断、矿压分析等340个场景模型,实现了调度指挥全息可视,重大危险智能预警,安全管理动态诊断,精准防控,有效保障环境安全。

3.智能化“管控”,实现行为安全。引入NOSA安健环管理体系,涵盖安全生产、职业健康、环境保护三方面21个系统类、367项作业任务。2020年,与华为团队合作,融合AI识别、物联网、云计算等多项前沿尖端技术,首创AI+NOSA智能风险管控系统,对井下“三违”、非标准作业进行实时监管、智能预警、后台记录、现场制止和联动闭锁,实现了“人工和AI智能系统双重管控风险”的安全管理方式变革。

(三)融合:管理系统智能化

在推动煤炭生产智能化的同时,黄陵矿业集合各类信息技术要素,稳步推进系统智能化。

1.打造智慧大脑。与北京大学龙软公司合作,开发全矿区的“智慧大脑”,先后搭建了“4G+5G+WIFI+万兆工业环网”高速通道,建成基于4DGIS的公司决策和矿井管控“两朵云”平台,集成“产、供、销”系统,集合矿区安全生产、经营管理、生态环保、智慧民生等管理全要素,通过共享分析、智慧决策、生产过程的协同控制,经营管理的智能分析,业务流程的高效协同,形成了“可视、可控、可算”的智慧大脑,为建设智慧矿区奠定了坚实基础。

2.融合智能平台。将岗位价值精细管理系统导入管理系统智能化平台,以岗位为最小核算单元,引入内部市场化结算机制,通过“以量计分、以分计资”的分配模式,实现考核实时显示、薪资日清日结,打破了平均主义、“大锅饭”收入分配方式,使同岗位员工之间的工资差距达到2.4倍以上,激发了全员创新创业创效的活力,有效解决了智能化装备与传统工人的岗位匹配问题,为企业落实国有企业三项制度改革做出了有益探索。

3.开发智能系统。建成智能人力资源管理和教育培训管理系统,既可以分析各岗位所需知识、技能素质,还能提醒、敦促、考核职工的在岗在线学习情况。建成智慧纪检系统,实现对关键岗位、关键人员的事前提醒预警,事中跟踪监督,事后评价和结果运用。同时,创新建设智慧党建系统、智慧工会系统、数字化档案室、智能物业管理平台、智能安防系统,进一步降低管理成本和企业运行成本,推动“系统智能化”向“智能系统化”跨越。

(四)延展:循环经济智能化

构建循环经济是煤炭企业实现绿色低碳发展的有效途径。黄陵矿业以智能化赋能循环经济,形成了智能推动循环、循环推动低碳的互动模式,建成了“煤—焦—化”和“煤—电—建材”两条循环经济产业链,让企业得以永续发展。

1.打造智慧电厂。实施现役700MW矸石电厂智能化升级改造,建成国内首套“采制输存化”全过程物料智能化系统,实现制水全自动控制,通过智能化调节物料和电量达到最优匹配。按照智慧电厂的建设思路,建设2×660MW燃煤电厂,并同步策划2×1000MW特高压配套电源点。电厂之间通过智能系统构建联动机制,实时调节各机组发电负荷,实时调整煤炭和电力的生产调度,煤价高时多出煤少发电,煤价低时多发电少出煤,有效对冲市场波动带来的风险,使企业效益最大化。积极发展新能源,开工建设安塞300MW光伏发电,争取“十四五”末新能源装机达到2000MW,形成“矸电、煤电、绿电”三位一体、多能互补的发展格局。

2.构建智能工厂。引进全自动化托辊、锚杆生产线,实施变电站智能化改造,无人机巡视架空线路,采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,达到集中控制、减人提效目的。利用炼焦产生的焦炉煤气,建成30万吨/年甲醇装置,通过建设智能化工厂,构建煤炭生产与煤化工物料、能量、人工的协调平衡,将循环经济产业向现代煤化工和煤基新材料方向延伸,形成了独有核心竞争力。

3.实现低碳运行。建设智能选矸系统,将大块矸石粉碎制浆,填充采空区;小块矸石经洗选后,发热量1000大卡/吨以上的与煤泥一起输送至煤矸石电厂发电、供热,发电产生的灰渣用来制砖、制建材。没有燃烧价值的“白矸”,经粉碎烧制成陶粒,用于装配式建筑建材,实现了固体废物资源的吃干榨尽和零排放。建设废水智能监测控制系统,将四对矿井产生的疏干水,经过智能检测进行分级分类,分别用于井下喷雾除尘、电厂发电、选煤厂补充用水以及绿化灌溉和卫生保洁,实现了废水梯次利用。实施瓦斯发电,建设3座智能瓦斯发电厂,实现废气变废为宝、资源清洁高效利用。

三、取得成效

智能矿井、智慧矿区建设的深入推进,促使黄陵矿业实现了由传统采煤向智能采煤转变、由高危行业向本质安全型转变、由传统管理向智能管理转变、由高碳产业向低碳运行转变的“四大转变”,取得了显著成效。

1.安全保障能力稳步提升。创建独具黄陵矿业特色的“四治理一优化+AI+NOSA”安全管理体系,坚持实施灾害超前治理、安全生产环境治理、标准化动态达标治理和生产系统优化,创建本质安全生产环境。突出抓好人的安全行为治理,着力解决职工看惯了、干惯了、习惯了、见惯不惯的问题。开发人工智能安全监控系统,使系统监测更加全面、智能预警更加准确,防治手段更加多样,促使职工不能违章、不想违章、不敢违章,实现岗位安全自主管理,杜绝零敲碎打事故发生。公司连年实现安全零事故,三对矿井安全生产周期超过11周年,其中瑞能煤业超过17周年。

2.生产效率大幅提升。智能化开采技术的推广应用使矿井生产效率大幅提升。“十三五”期间,煤炭生产能力由1550万吨/年提升至2000万吨/年,全员工效由12.35吨/工提升至23.76吨/工,回采工效由82.15吨/工提升至110.85吨/工,掘进工效由0.24米/工提升至0.3米/工。通过引进智能打钻、快速掘进技术,为矿井灾害治理腾出时间和空间,确保灾害治理能力大于生产能力,实现掘、抽、采平衡的良性循环,为矿井安全高效开采创造了良好条件。

3.经济效益屡创新高。智能矿井、智慧矿区的建成,实现了产量稳、用人少、效率高、成本低、利润好的目标。2016年-2021年,公司每年节约人工成本高达1.79亿元,主要经营指标屡创历史新高,产值由51.5亿元提升至182亿元,利润由12亿元提升至76亿元,净资产收益率由9.23%提升至22.06%,总资产报酬率由6.17%提升至21.32%,销售(营业)利润率由14.93%提升至42.39%,成本费用利润率由18.52%提高至73.26%,资本收益率由18.44%提高至71.18%,资产负债率由52.97%降低至26.97%,各项指标均处于行业优秀水平。

4.产业结构日趋合理。抢抓国家供给侧结构性改革和西电东输战略机遇,坚持做大做强电力产业,扭转了“一煤独大”的产业格局,形成了煤电互补、绿色发展的新格局,解开了煤炭企业“资源枯竭=企业关闭”的死扣,提高了企业应对市场风险的能力,通过煤电联产有效对冲市场波动风险、突破煤炭资源依赖困局,为企业打造“百年老店”奠定了坚实产业基础。

5.科技实力显著增强。公司通过十余年持续创新实践,多项核心技术开创行业先河,累计取得“八个全国第一”,《煤与油型气共生矿区安全智能开采关键技术与工程示范》项目被评为国家科技进步二等奖。实现了水、火、瓦斯、煤尘、顶板、油型气、油气井“七害”俱全复杂地质条件下的智能采煤全覆盖,常态化智能采煤超过8年,累计回采34个智能化工作面,开采煤炭7209.4万吨,智能掘进20383米。先后编制发布16项企业标准,其中2项被纳入行业标准、5项被纳入团体标准,形成了智能化技术成套标准体系,实现了由技术的引领者向行业标准的制定者转变。

6.职工素质稳步提升。按照缺什么、补什么的原则,实施职工业务技能和职业素养“双提升工程”。通过项目带动,培养了一批能驾驭智能化装备的现代化矿工和懂技术会管理的复合型人才,涌现出全国劳模曲志欣、大国工匠符大利、首批煤矿智能化专家张孝斌等一批先进典型。拓宽“三支队伍”成长通道,让想干事的人有机会、能干事的人有平台,激发了全员干事创业的积极性。五年来,公司先后取得国家专利230项,其中发明专利10项,技师、高级技师、高级职称人员分别增加59.15%、130%、36.55%,公司大专以上学历由52.74%提高至63.10%,中级以上职称人数由4.36%提升至7.04%。

7.和谐矿区稳步发展。紧紧围绕“真正把矿工从艰苦危险的环境中解放出来,把矿工从超强度体力劳动中解放出来“的初心,践行以人为本、安全发展。黄陵矿业“采煤不见煤、采面不见人、废物全利用、废水零排放”的新面貌,“天蓝地净、山青水秀”的矿区新形象,彻底颠覆了人们对煤矿“脏危乱差”的传统印象,彻底扭转了煤矿人“傻大黑粗”的传统形象。充分发挥党建引领和工团组织桥梁纽带作用,着力为职工办实事办好事,改善矿区生产生活环境,丰富职工物质和文化生活,使广大职工在大山之中也能享受到城市的文明和便捷,实现了行有车、住有房、难有帮、乐有场的梦想,职工的获得感、安全感、幸福感不断提升。公司“党建+3+X”工作模式入选陕西省基层党建优秀案例选编,被陕西省纪委确定为廉政文化进企业示范点,被陕西省国资委评为家风建设示范单位,并先后荣获全国文明单位、五一劳动奖章、中国工业大奖等“国字号”荣誉。

结语:近年来,黄陵矿业坚持以创新驱动发展,以智能化开采技术为突破,以点带面,持续探索,逐步形成了智能矿井、智慧矿区的雏形,实现了由劳动密集型企业向技术密集型企业的转变,为新时代下传统煤炭行业转型升级、高质量发展提供了有益借鉴。

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