智能礦山建設規劃策略研究

尤占一，馬 超，江 洋，劉云鵬

(鐵法煤業(集團)有限公司曉明礦，遼寧 鐵嶺112000)

隨著社會化大生產的不斷擴大，我國經濟總量也有了全面提升。當前，我國國內生產已經形成了良好的發展態勢，并在國際上獲得了相應的地位，中國制造進入了國際市場。隨著“中國制造2025”和“互聯網+”的強國政策實施，我國企業迎來了良好的發展機遇，同時這對企業來說也是一個挑戰。企業要想在激烈的市場中脫穎而出，則要不斷進行自身建設，提高市場活力才能保證競爭力，傳統企業要不斷進行優化升級，融入到國際市場行列。能源型企業在國防、民用等各個領域都擔任著重要的角色，隨著企業理念的更新，信息化與工業化也已經深入開展起來，信息化建設，技術深度融合，傳統產業轉型勢在必行。當下，聚焦國家發展戰略大背景以及地方產業化規模發展目標建設，煤礦智能化發展已經成為了一種趨勢。通過智能化建設，全面提高企業智能化、無人化運行效率，是煤炭企業未來發展目標，更是我國經濟發展轉型的根本路徑。放眼煤炭行業發展的總趨勢，必須要向國際化靠攏。為了保證企業生存與發展，國內外煤炭企業、科研院所和裝備廠商，均在煤礦智能開采上進行了深入地研發，加大了投入力度，使智能化設備得到了良好的推廣和應用，不斷向低碳環保方向靠近，推動煤炭生產向少人、無人方向發展。針對煤炭企業未來的發展，全面加快推進數字化、智能化升級，建成智能煤礦生產管控體系是煤炭行業的必行之路。

1 智能化建設規劃基本思路

智能礦山規劃是一個復雜的過程，要全面根據自身的實際情況，進行合理地優化與建設，以此有效提升傳統生產力，保證生產的連續性與安全性。智能化建設是當前最為熱門的課題，可以說，多數配套服務廠商把智能化當成升級的總方向，進行設計時也加入了信息化集成元素，進行科學的統籌規劃，這種是當前最為重要的方向。不同的角度對智能化的建設方向不同，各煤機應用及制造企業重點放在發展單機裝備智能化上，通過單機設計的智能化改進為突破口，全面提高全鏈條生產效率，使復雜環節變得更加安全簡便。但是，這種方式雖然對設備進行了環節優化，而銜接并不合理、能效匹配缺乏，在實際生產過程中，就容易出現子系統間、工藝銜接間、上下游設備間的不協調，運行起來就會出現各自為營的不利局面，使生產安全質量得不到保障。企業進行優化規劃時，往往是缺少全盤的考慮，沒有統籌好設備、工藝規劃方案，就會導致重復性投入，造成資金的浪費，同時也很容易出現產業鏈條的斷裂。要全面突破子系統之間的“視野局限”，使不同的系統形成協調的運行，就要納入整體規劃方案中。所以說，智能化建設必須要針對智能化升級改造進行創新，以提高設備運行效率為重點，實現以子系統或單機裝備為代表的獨立生產單元智能化，以此提高生產速度，保證質量;或者是將各關聯工藝子系統間、上下游設備間進行科學的銜接，使多機裝備形成智能化運行，保證多機的協同聯動，通過對環節鏈條地改進，最后實現整個系統的智能改進，保證智能化決策的正確方向。

2 能效驗證分析必要性

煤炭生產企業更加看重設備的運行效果，所以說，設備設計能力一定要遠高于實際應用能力，這樣才能在生產中體現優勢，使企業能夠自主運行，提高生產整體效率。如2 個區間重疊或部分重疊，則可以進行優化簡化，通過對比預留智能化升級空間，使經濟效益最大化，減少運行的程序;若2 個區間不重疊，但運行的效果不好，那么就需在智能化升級改造中全面提高設備的運行效率，以此確保設備整體能力提高。能效驗證分析至關重要，特別是對于一些建設早、經歷多次改擴建的大型煤企，一定要對現有的情況進行分析，通過驗證重新核算工作質量。

從專業角度看，企業需要對既有系統做好信息化集成統籌分析，通過規劃設計，拿出最為合理的設計方案。較多的企業是停留在對既有資源整合分析上，缺乏能效匹配統籌驗證，所以優化后的效果也很難達到預期增效降本效果。煤企智能化升級整體規劃，不論是哪種分析，都要對整個生產工藝鏈條做系統效能驗證，不但要對子系統或單機裝備做單元能效分析，還要做好整個工藝鏈條各獨立生產單元的能效分析，這樣才能夠在有效范圍內無縫銜接最優匹配關系，有效改變生產組織、調整設備運行、改造淘汰更新落后產能，確保各生產單元銜接匹配度更好。在整個生產工藝鏈條匹配度最優模式下，再開展針對單機裝備智能化升級、多機裝備智能協同聯動改造，才能最大程度地提高智能化應用水平，有效保證企業的效益。

3 單機裝備的智能化建設

3.1 具備深度感知能力

煤炭生產工藝鏈條是一個整體結構，是由多個獨立生產單元構成的，個體的設備功能決定了整體的速度與質量，要提高整體運行質量，必須要在單機設計上下功夫。針對每個獨立生產單元要做好設計優化，這樣才能使諸多功能設備組合體效率提升。進行優化設計要推進整體智能化藍圖設計，單機裝備是智能化基礎，只有保證了單機裝備智能化改進，才可以全面實現組合聯動。單機優化要保證深度的感知能力，以此實現單機智能改進。調和感知是運行的基礎。設備運行安全最為關鍵，那么設備運轉時的本身狀態實時自檢最為主要，通過實現功能檢測，保證設備良好的穩定運行，同時還需要做好上游關聯設備狀態、物料介質流信息等的分析，通過預判全面建立數據共享機制。

3.2 具備記憶與思維能力

單機運行要降低故障率，才能確保工作連續性，針對設備的記憶設計，一定要全面保證設備本身數據積累、功能質量數據積累全面達標。設備自身運行與狀態數據是設備管理的基礎，主要為設備全壽命周期進行科學的管理提供充分依據;同時，通過數據的分析還能解決故障問題，對故障進行技術性診斷，全面做好故障的提前預判;功能質量數據能夠為工藝調整進行決策，這是設備運行的核心需求，通過全面的運行，積累相關的參數數據，全面預判設備運行狀態，及時計算出設備的情況。

3.3 具備行為決策能力

設備基本思維預判得到分析結果后，要能夠進行充分驗證復核，這樣才能全面確定故障的情況，使問題得到全面解決。設備本身運行狀態不好，容易出現偏差，則必須進行閉環糾偏;設備本身故障的問題，需要按等級做好緊急保障;上游物料及介質流變化不夠穩定，則要通過調節工藝參數確保質量。所以設備在進行參數設計完成后，遇到此類型的問題，就能夠在無人的情況下進行解決，保證設備良好運行。

3.4 具備自學與自適應能力

設備運行中對于一般功能性運行，有固定設置，能夠全面保證正常的運行狀態。但是，在運行時往往容易產生特殊的異常，面臨復雜的運行過程，故障在所難免。智能化運行前，大部分設備運行是靠人工完成的，人工完成容易出現故障，影響到設備的速度與運行質量。智能化改進則是在無人的情況下完成各種操作指令，出現特殊情況就必須要求進行正確的處理，所以只有實現自適應能力，才能確保設備安全可控。類似問題再次發生必須自動識別，并能夠有效解決好，進而全面保證設備按照程序運行。

4 多機裝備的智能化協同

4.1 實現“智能決策”

要全面建設平臺系統，通過智能單機裝備間互聯互通，保證平臺的合理運行。“智能決策”能保證平臺良好運行。

井工開采及選煤領域是一個重要的環節，要保證這個環節的工藝流程更加科學，才能實現生產連續性。正常情況下的生產組織方式是固定不變的，但是智能化應用后，各生產工藝組合最優化，哪一個生產節點若出現物料或介質流瞬變，由智能單機裝備進行自行智能調節，實現高質量運行。實際生產中，往往并不是按照設計進行的，不排除出現某套獨立生產單元出現故障，這就要使用“智能決策”來進行控制，通過系統平臺的分析，給出最優、科學、有效的生產組織方案，最終達到完全無需人為干預或只需人為審核執行，達到一鍵智能運行、自主科學決策的生產組織模式。

4.2 提高組織靈活性

露天開采領域離散型生產工藝中，能夠大大提高生產組織機動靈活性，通過智能化改進，全面提升車、鏟匹配隨機調整。在平臺建設上，要全面考慮到各種問題，不同的設備采購、投用、維修、保養、批次、修程不同，在性能上存在很多的差異化，不同獨立生產模塊單元(1 鏟及輔助+N 車及輔助)運行工況差異大，智能化改進，要全面針對露天開采大型礦機裝備智能化建設，全面做好分析，解決好各種難題，進行改造前要考慮老舊設備相關改造性價比、投入產出比。所以露天開采領域要實現離散工藝多機裝備協同智能化，要根據企業自身需求來解決，要全面滿足實際生產量，通過全面的論證，解決好平臺建設問題，做好需要長期改進的準備，做好系統設計與整體規劃，這樣才能在進一步做好相關投入后得到應有的回報。

5 智能裝備與智能機器人的定向開發

智能化升級要做好藍圖構架的分析設計，通過與生產的協調，圍繞生產工藝主鏈條作好技術性分析與方案設計，要在實踐中總結經驗，不斷完善，才能實現原有固定工作崗位及各級調度指揮崗位無人化、智能化建設，有效解放生產力，降低企業管理成本。企業在加緊建設智能礦山主構架同時，更要在智能設備上做好改進，通過設備的改進優化生產流程，保證配套主工藝鏈各個子模塊及輔助生產模塊更加智能。跟進技術發展，逐步配置或定制開發智能采礦裝備及采礦專用機器人，使重復性高、作業量大和風險性高的作業工序實現無人操作，利用人工智能解決生產問題。

6 智能化建設相關建議

6.1 加強頂層設計

當前，我國大部分能源型企業都歷經了1 次自動化、數字化升級改造，但是我國能源企業多數還較為傳統，各個崗位用人量相對較大，要想全面提高智能化建設水平，則需要一個過程，通過智能化、無人化或少人化生產轉變，全面推動企業進行一次真正的新工業技術革命。為了更加有效保證智能化建設的實現，企業就要根據自身的發展水平，從日常的、基礎性的工作著手，立足長遠、統籌謀劃，關注前沿技術，抓好細節、打牢基礎。

一是投入與產出同步。要有整體性的戰略規劃，從強化目標入手，做好整體規劃引領，優化智慧礦山建設投資結構比例，全面轉變建設理念、系統架構、綜合管理、智能技術與裝備研發各項工作，以自身的條件，先建立示范煤礦，凝練出可復制的智能化技術改進方式，總結好智能裝備、生產模式、管理方法等經驗，然后再不斷進行推廣。二是堅持宏觀與微觀并重。不斷強化科技含量，推動技術改進，通過技術創新實現效率變革。煤炭企業要全面把握好市場導向，著力補短板、強弱項，制定煤礦智能化發展行動方向、實施路徑和政策措施，有效促進技術成果轉化，提高煤礦智能化水平。三是供給和需求并舉。引進物聯網、AI 技術、5G 技術等，全面發揮現代技術優勢，在煤炭工業領域推廣應用，不斷創新發展智能煤礦。

6.2 建立智能煤礦技術標準

通過煤礦智能化標準體系的建立，進一步引領發展方向。一方面國家要加快開展煤礦專項智能化標準體系建設，從技術綱要、技術規范、管理規范、技術標準、應用架構、基礎設施、信息安全等方面，全面實現流程化、標準化。加強技術解讀，為智能化發展營造良好氛圍。另一方面對“卡脖子”技術進行系統研究。推動云計算、大數據、物聯網、人工智能、移動互聯等技術應用，并與傳統技術相結合，實施重大專項、重點項目研發，支持科技成果在實踐中的應用轉化。

6.3 著力培養礦山高素質人才

人才是創新發展的重要驅動力，要想全面建立智慧礦山，就需要構建人才團隊，支持和鼓勵煤炭類高等院校加快煤礦智能化相關專業學科建設，培養具備礦業工程、信息工程、人工智能等復合型人才。實現企校合作，通過培養發現企業需要的人才，優化煤礦管理型、知識型、技能型體系建設，為煤礦智能化發展提供智力支撐。

7 結束語

大型礦山企業智能化建設是未來發展的趨勢，是提高生產效率的基礎，只有全面做好整體性智能礦山建設規劃，才能找到可實現的路徑。礦山企業智能化升級是一個漫長過程，需要結合自身的優勢，不斷探索研究，最終實現智能設備、智能決策的無人或少人化生產目標。