基于大數(shù)據(jù)的煤質(zhì)預(yù)先管理體系在棗礦集團(tuán)的構(gòu)建與實(shí)施

劉貴霞，劉鐵林，趙 帥，林麗鳳，曹 浩，王曉倩

(棗莊礦業(yè)集團(tuán) 煤炭質(zhì)量管理處，山東 棗莊 277000)

從19世紀(jì)50年代開始，我國的選煤行業(yè)初步發(fā)展，煤質(zhì)管理的理念隨著選煤行業(yè)的發(fā)展逐步提上日程。傳統(tǒng)的煤質(zhì)管理理念以過程管理為主，重點(diǎn)抓選煤廠生產(chǎn)過程的煤質(zhì)管理，要求選煤廠將給定質(zhì)量的原煤洗選加工成為符合既定質(zhì)量要求的煤炭產(chǎn)品，這種管理體系在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)煤質(zhì)的管控起到了較大作用。但由于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的限制，以及數(shù)據(jù)處理速度和處理能力的限制，傳統(tǒng)煤質(zhì)管控的精度局限性較大，當(dāng)用戶對(duì)煤質(zhì)有更高精度的要求時(shí)便難以滿足，煤質(zhì)糾紛時(shí)有發(fā)生。而且過程管理體系存在滯后性的不足，當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不足或質(zhì)量過剩的問題時(shí)，生產(chǎn)過程已經(jīng)結(jié)束，難以重新加工，對(duì)下游用戶的生產(chǎn)管理和供煤礦點(diǎn)的效益造成損害。

近年來，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感設(shè)備在煤炭行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，液位計(jì)、溫度傳感器、灰分探測(cè)器等設(shè)備在選煤廠得到了廣泛應(yīng)用，測(cè)量精度也隨著發(fā)展而不斷提高。近年來，大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應(yīng)用突飛猛進(jìn)，“數(shù)字礦山”被提上日程，數(shù)據(jù)的采集呈現(xiàn)“體量大、類型多、速度快”的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)類型包括網(wǎng)絡(luò)日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等，多類型的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高的要求。數(shù)據(jù)價(jià)值密度相對(duì)較低。如隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，信息感知無處不在，信息海量，處理速度快、時(shí)效性要求高。

煤質(zhì)管控中的預(yù)控制體系需要結(jié)合傳感設(shè)備采集的各類信息進(jìn)行系統(tǒng)梳理、分析和比較，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析與運(yùn)算，在信息化功能發(fā)展的支持下，利用大數(shù)據(jù)分析使得煤炭質(zhì)量的預(yù)先管理成為可能。

1 大數(shù)據(jù)煤質(zhì)預(yù)先管理體系構(gòu)建的內(nèi)涵

1.1 煤質(zhì)管理的預(yù)見性

煤炭質(zhì)量預(yù)報(bào)的主要作用是根據(jù)井下地勘資料、開拓布局等情況，檢測(cè)生產(chǎn)源頭的質(zhì)量情況，對(duì)后續(xù)工藝的生產(chǎn)和組織提供指導(dǎo)。生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制是對(duì)煤炭生產(chǎn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格及質(zhì)量的有效檢驗(yàn)，并有針對(duì)性地采取各種有效措施，以使產(chǎn)品達(dá)到相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不斷完善產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)過程。可以說，質(zhì)量預(yù)報(bào)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保障起著關(guān)鍵作用。

1.2 預(yù)報(bào)的層級(jí)性

在煤炭質(zhì)量預(yù)報(bào)過程中，根據(jù)生產(chǎn)礦井、煤層煤種、工作面情況、生產(chǎn)工藝等情況的不同，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的層級(jí)也不盡相同。根據(jù)組織結(jié)構(gòu)形成的預(yù)測(cè)，一般包括工區(qū)預(yù)測(cè)、礦預(yù)測(cè)、處室預(yù)測(cè)、集團(tuán)預(yù)測(cè)；根據(jù)生產(chǎn)時(shí)間的預(yù)測(cè)，一般包括年度預(yù)測(cè)、月度預(yù)測(cè)、周預(yù)測(cè)和日預(yù)測(cè)。這些預(yù)測(cè)之間既互相補(bǔ)充又互相驗(yàn)證，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累后，通過不斷修正預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率不斷提高，對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)性越來越強(qiáng)。

1.3 預(yù)報(bào)的智能性

信息化和智能化技術(shù)發(fā)展以后，對(duì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的采集和數(shù)據(jù)處理提供了強(qiáng)有力的支持。在預(yù)先管理體系中，確定質(zhì)量預(yù)報(bào)模型是進(jìn)行有效質(zhì)量預(yù)報(bào)工作的必要前提，其需要確定的內(nèi)容較為廣泛，主要包括輸入與輸出節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、隱層節(jié)點(diǎn)以及樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量預(yù)測(cè)在實(shí)際的應(yīng)用過程中，按照應(yīng)用水平的高低，又可分為建模與應(yīng)用兩個(gè)階段。在建模階段，由人工進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和標(biāo)準(zhǔn)庫的搭建，形成底層數(shù)據(jù)庫；在應(yīng)用階段，根據(jù)預(yù)測(cè)指標(biāo)指導(dǎo)生產(chǎn)，同時(shí)以實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)與預(yù)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行反饋，不斷修正預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)和循環(huán)優(yōu)化。

2 基于大數(shù)據(jù)的煤質(zhì)預(yù)先管理體系的主要做法

2.1 加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，建立相應(yīng)文件制度

為進(jìn)一步加強(qiáng)煤質(zhì)管理，提高管控水平，增強(qiáng)煤炭產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有針對(duì)性地制定營銷策略，取得最佳經(jīng)濟(jì)效益，在集團(tuán)公司層面成立煤質(zhì)預(yù)管理工作領(lǐng)導(dǎo)小組，董事長(zhǎng)任組長(zhǎng)，總經(jīng)理任副組長(zhǎng)，成員由煤質(zhì)管理處、駐地營銷處、生產(chǎn)技術(shù)處、地質(zhì)測(cè)量處等部門負(fù)責(zé)人擔(dān)任，領(lǐng)導(dǎo)小組在煤質(zhì)管理處下設(shè)辦公室，辦公室主任由煤質(zhì)管理處處長(zhǎng)兼任。為保障煤質(zhì)預(yù)先管理體系運(yùn)行，煤質(zhì)預(yù)先管理體系領(lǐng)導(dǎo)小組下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤炭質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和有效管控工作的通知》、《關(guān)于加強(qiáng)煤質(zhì)和資源回收管理的有關(guān)規(guī)定》等文件，就加強(qiáng)各礦煤質(zhì)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警和有效管控工作進(jìn)行了規(guī)定。

2.2 完善體系建設(shè)，落實(shí)煤質(zhì)預(yù)測(cè)制度

根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤炭質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和有效管控工作的通知》要求，在集團(tuán)公司內(nèi)開展煤質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)活動(dòng)，煤質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分為4個(gè)層次，即年度預(yù)報(bào)、月度預(yù)報(bào)、周預(yù)報(bào)和日?qǐng)?bào)。

(1)年度預(yù)報(bào)：每年年底對(duì)下一年度的各工作面煤質(zhì)及全礦煤質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)分析，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)出下一年度總的及分階段的煤質(zhì)情況，并據(jù)此提出合理的洗選加工方案和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，作為指導(dǎo)下年度煤炭訂貨、經(jīng)營目標(biāo)測(cè)算的依據(jù)。在井下開拓準(zhǔn)備過程中，各礦井下煤質(zhì)管理部門按每隔30 m 1個(gè)采樣點(diǎn)在兩巷分別采取煤層煤樣化驗(yàn)分析，并將其結(jié)果標(biāo)注在地質(zhì)圖中。每年年底由礦總工程師組織相關(guān)部門人員，根據(jù)礦井開拓計(jì)劃、采掘工作面地質(zhì)資料及煤質(zhì)標(biāo)注圖，全面預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)下年度煤質(zhì)情況，并編寫煤質(zhì)調(diào)查報(bào)告(含煤質(zhì)預(yù)測(cè)匯總表、兩巷煤質(zhì)標(biāo)注圖)報(bào)送集團(tuán)公司煤質(zhì)管理處。

(2)月度預(yù)報(bào)：重點(diǎn)根據(jù)兩巷和開采過程中大的地質(zhì)構(gòu)造，預(yù)測(cè)下月度煤質(zhì)趨勢(shì)和煤質(zhì)變化。相關(guān)部門根據(jù)月預(yù)報(bào)安排精煤、混煤和洗煤副產(chǎn)品等銷售計(jì)劃和車運(yùn)、地銷流向。每月28日前，由礦井煤質(zhì)管理部門會(huì)同地質(zhì)、生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)對(duì)各采煤工作面質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果組織一次審核匯總，對(duì)比兩巷煤質(zhì)調(diào)查資料，并對(duì)下月度煤質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)上月度預(yù)測(cè)情況與實(shí)際生產(chǎn)煤質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，分析差距原因，形成書面材料(含預(yù)測(cè)表)，報(bào)集團(tuán)公司地質(zhì)測(cè)量處、生產(chǎn)技術(shù)處審核簽字后送煤質(zhì)管理處，月度報(bào)表見表1。

(3)周預(yù)報(bào)：重點(diǎn)根據(jù)采面內(nèi)部揭露的隱形構(gòu)造、煤厚變化、頂?shù)装迩闆r等較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出各生產(chǎn)工作面煤質(zhì)及全礦1周內(nèi)每天生產(chǎn)的煤質(zhì)，對(duì)混煤銷售具有很好的指導(dǎo)意義。每周五由礦井煤質(zhì)管理部門負(fù)責(zé)對(duì)各采煤工作面檢測(cè)結(jié)果組織一次匯總，對(duì)比兩巷煤質(zhì)資料形成下周煤質(zhì)預(yù)測(cè)表報(bào)煤質(zhì)管理處。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)隱形地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤質(zhì)造成較大影響時(shí)，隨時(shí)形成書面材料匯報(bào)。

(4)煤質(zhì)日?qǐng)?bào)：作為集團(tuán)公司掌握礦井情況和礦井指導(dǎo)生產(chǎn)的重要數(shù)據(jù)，每天下午由化驗(yàn)部門進(jìn)行錄入。各礦分品種發(fā)運(yùn)的煤炭數(shù)量、質(zhì)量，包括、灰分、硫分、水分、揮發(fā)分、發(fā)熱量等指標(biāo)進(jìn)行ERP系統(tǒng)同步采集，形成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，作為銷售部門安排產(chǎn)品用戶、流向的參考，也能使煤質(zhì)管理部門及時(shí)掌握各礦煤質(zhì)變化，便于煤質(zhì)管控，煤質(zhì)日?qǐng)?bào)見表2。

表1 2020年8月煤質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

表2 煤質(zhì)日?qǐng)?bào)

3 建立標(biāo)準(zhǔn)模型，預(yù)測(cè)精度不斷提高

3.1 建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫

為確保煤質(zhì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)系統(tǒng)中需要對(duì)比的數(shù)據(jù)統(tǒng)一完善標(biāo)準(zhǔn)庫模型。以國家煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和最低限度，研究相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和棗礦集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入系統(tǒng)。當(dāng)煤質(zhì)數(shù)據(jù)生成后主動(dòng)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，當(dāng)指標(biāo)超出設(shè)定指標(biāo)時(shí)報(bào)出預(yù)警信息。

3.2 數(shù)據(jù)分析與追溯系統(tǒng)

進(jìn)入煤質(zhì)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的源頭建立數(shù)據(jù)唯一編碼，最終數(shù)據(jù)庫中的信息均帶有唯一的指向性。管理人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫中保存的信息生成相應(yīng)礦井的煤質(zhì)情況折線圖(如圖1所示)，同時(shí)能夠顯示所取區(qū)間范圍內(nèi)的最大值、最小值和平均值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常或達(dá)不到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)能夠從生產(chǎn)流程中追溯出相應(yīng)的生產(chǎn)部門、采制樣人員以及化驗(yàn)人員，便于數(shù)據(jù)的分析和處理。

圖1 煤質(zhì)情況折線

3.3 模型自學(xué)習(xí)及完善

全面的數(shù)據(jù)融合與集成，建立選煤大數(shù)據(jù)系統(tǒng)是智能化的基礎(chǔ)，也是避免各部門重復(fù)建設(shè)的有效措施。通過生產(chǎn)部門報(bào)出的煤質(zhì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，在相應(yīng)日期通過后，由煤質(zhì)部門反饋當(dāng)期實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。實(shí)際數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和分析，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間大量數(shù)據(jù)的積累后，不斷修正煤質(zhì)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)模型，最終提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

目前，集團(tuán)公司已經(jīng)建設(shè)選煤煤質(zhì)計(jì)量系統(tǒng)，系統(tǒng)以煤質(zhì)管控、商品煤質(zhì)量管理、商品煤計(jì)量管理、洗選加工數(shù)據(jù)支持為基準(zhǔn)，完善各智能體系建設(shè)，提出基于云服務(wù)技術(shù)的煤炭企業(yè)信息化解決方案，促進(jìn)集團(tuán)選煤煤質(zhì)計(jì)量管理的精細(xì)化、規(guī)范化、信息化，建立煤炭產(chǎn)品產(chǎn)銷一體化信息CMES平臺(tái)，完善和錘煉煤炭企業(yè)信息化集成新技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到產(chǎn)供銷辦公互聯(lián)化、設(shè)備物聯(lián)化、交流網(wǎng)絡(luò)化、銷售電子化、客服數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷自動(dòng)化、信息化、智能化的深度融合，實(shí)現(xiàn)提高發(fā)運(yùn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高信息化管理水平，有利于合理組織礦區(qū)內(nèi)外合理配煤、配洗，促進(jìn)產(chǎn)銷深度協(xié)同，為領(lǐng)導(dǎo)決策、價(jià)值倍增、提高效率、了解對(duì)手、行業(yè)領(lǐng)軍做出保障和服務(wù)，達(dá)到提升產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

4 明確業(yè)務(wù)流程，權(quán)責(zé)明晰統(tǒng)一落實(shí)

煤質(zhì)管理處分別對(duì)各級(jí)煤質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行了流程梳理。以煤質(zhì)日?qǐng)?bào)為例，礦采制樣人員采取了生產(chǎn)煤樣，進(jìn)行制樣后交給化驗(yàn)部門。化驗(yàn)部門將結(jié)果報(bào)出后，由煤質(zhì)主任進(jìn)行審核，審核通過后報(bào)至加工科科員，審核不通過打回化驗(yàn)員重新錄入。加工科科員審核通過報(bào)至加工科科長(zhǎng)，審核不通過打回礦井煤質(zhì)部門。加工科審核通過后，化驗(yàn)數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)抓取精煤和煤泥的灰分、硫分、揮發(fā)分等指標(biāo)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)通過后保存至數(shù)據(jù)庫，比對(duì)異常時(shí)報(bào)出預(yù)警信息。系統(tǒng)每天下午根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)自動(dòng)形成日?qǐng)?bào)報(bào)表，作業(yè)流程見圖2。

圖2 煤質(zhì)管理流程

5 制定預(yù)警預(yù)案，緊急情況有條不紊

應(yīng)急體系建立本著銷售圍繞市場(chǎng)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)圍繞銷售轉(zhuǎn)的原則，堅(jiān)持用戶至上、質(zhì)量為本、質(zhì)級(jí)相符的原則，完善內(nèi)外部收購制管理應(yīng)急保障體系建設(shè)，成立應(yīng)急管理領(lǐng)導(dǎo)小組，及時(shí)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，銷售困局，做到產(chǎn)、運(yùn)、銷合理布局。建立圍繞運(yùn)量、庫存、質(zhì)級(jí)的三級(jí)預(yù)警體系(見表3)。

表3 三級(jí)預(yù)警體系

各生產(chǎn)礦井根據(jù)煤炭收購制度規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和用戶合同的指標(biāo)要求，制定煤炭質(zhì)量指標(biāo)預(yù)警線。當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)原煤質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到預(yù)警線時(shí)，礦分管領(lǐng)導(dǎo)立即組織有關(guān)人員分析，并啟動(dòng)煤炭質(zhì)量應(yīng)急預(yù)案，確保商品煤質(zhì)量符合合同要求。煤炭質(zhì)量應(yīng)急預(yù)案根據(jù)煤質(zhì)變化情況，制定不同的處置流程，包括在采面管理、井下選矸、分采、分運(yùn)、分儲(chǔ)、分提、地面篩分手選機(jī)選、粗洗配煤、精煤生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)所要采取的有效質(zhì)量管控措施，煤質(zhì)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組、各相關(guān)部門的人員的責(zé)任分工、原因分析、責(zé)任追究及處理等。

6 基于大數(shù)據(jù)的煤質(zhì)預(yù)先管理體系取得的成效

6.1 經(jīng)濟(jì)效益大幅提升

通過實(shí)施煤質(zhì)預(yù)先管理體系，礦井生產(chǎn)原煤熱值不斷提高。2019年，集團(tuán)公司本部11個(gè)生產(chǎn)礦井通過落實(shí)煤質(zhì)預(yù)先管理措施，發(fā)運(yùn)混煤熱值較計(jì)劃提高0.515 MJ/kg，增收7 810萬元。通過實(shí)施煤質(zhì)預(yù)先管理，提高了精煤回收率，2019年精煤回收率(扣矸)完成81.16%，較2018年提高0.3%。精煤回收率提高直接創(chuàng)效約8 000萬元，兩項(xiàng)合計(jì)創(chuàng)效1.5億元。

6.2 煤炭產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)

通過實(shí)施煤質(zhì)預(yù)先管理，棗礦集團(tuán)對(duì)煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行質(zhì)量管理，建立了完善的規(guī)章制度和工作流程，使質(zhì)量管理工作的推進(jìn)做到了有章可循。通過科學(xué)的管理，以及新產(chǎn)品研發(fā)、運(yùn)輸方式優(yōu)化等手段，改善了煤炭產(chǎn)品的供給狀態(tài)，提升了企業(yè)煤炭產(chǎn)品的有效供給能力。

6.3 客戶滿意度不斷提升

棗礦集團(tuán)通過實(shí)施煤質(zhì)預(yù)先管理制度，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性完全達(dá)到甚至超越了客戶的指標(biāo)要求，通過與客戶及時(shí)的溝通反饋，實(shí)時(shí)掌握用戶需求，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，為客戶提供全套的綜合服務(wù)，真正推動(dòng)了棗礦集團(tuán)從“單一煤炭生產(chǎn)商”向“煤炭產(chǎn)品綜合服務(wù)提供商”轉(zhuǎn)變，客戶滿意度、美譽(yù)度和忠誠度持續(xù)提升，實(shí)現(xiàn)了客戶價(jià)值和企業(yè)盈利最大化。

7 結(jié) 語

自2018年以來，棗礦集團(tuán)通過開展實(shí)施煤質(zhì)預(yù)先管理體系，企業(yè)煤炭產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和信譽(yù)度明顯提高，資源配置能力和整體盈利水平大幅提升，擴(kuò)大了煤炭產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)供給，贏得了客戶的廣泛認(rèn)可。