【能源人在看，点击右上角添加‘关注’】
煤矿“新基础”:夯实基础迎接挑战
刘峰
新型煤矿基础设施建设是煤矿智能化的基础，智能化技术和系统是煤矿智能化的核心。夯实基础、强化核心是煤矿智能化发展的两大根本任务，其中新建煤矿基建更为迫切。
3月4日，中央政治局常委会召开会议，强调要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设。新型基础设施建设是指以网络化、数字化、智能化为核心的基础设施建设，是以科技为重点的基础设施建设，将为我国传统产业转型升级带来重大机遇。2月25日，八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了我国煤炭行业智能化发展的方向，吹响了我国煤矿智能化建设的号角。新型煤矿基础设施的建设将极大助推煤矿智能化进程，推动煤炭行业高质量发展。
煤矿智能“基础”
“新基础设施”不仅指传统意义上的先进通信网络、数据中心等信息基础设施，还包括大数据服务、云计算服务、物联网和工业互联网平台，以及智能传感器、煤矿机器人等智能装备。
煤矿“新基础设施”是指5G、数据中心、人工智能、工业互联网等新技术在煤矿应用所必需的数字化基础设施建设。煤矿“新基础设施”不仅指先进的通信网络、数据中心等传统信息基础设施，还包括大数据服务、云计算服务、物联网和工业互联网平台，以及智能传感器、煤矿机器人等智能设备，为煤矿的智能化建设奠定基础。
煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，代表了煤炭先进生产力的发展方向。目前，煤矿的智能化建设已经成为业内的广泛共识。煤矿智能化以煤矿“新基建”为基础，形成综合感知、实时互联、分析决策、自学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘、运输、通风、洗选、安全保障、管理等过程的智能化运行。可以说，煤矿的“新基础设施”是智能煤矿的“基础”。
中国煤矿数字化基础设施建设经历了不同的阶段。第一阶段以实现煤矿各项业务的信息化管理和采煤机械化为标志。第二阶段，以实现矿井数字化和煤矿开采自动化为标志，将整个真实矿井及其相关现象进行整合并以数字化形式呈现。第三阶段是实现矿井的智能感知、自动分析和智能决策，以遥控无人或少智能开采为标志。由于我国煤矿数量多、分布区域广、煤层地质条件不同，数字化基础设施建设水平参差不齐。
煤矿“新基础设施”是煤矿智能化的“基础”，智能技术和系统是煤矿智能化的“核心”。夯实“基础”和强化“核心”是煤矿智能化发展的两大根本任务，其中煤矿“新基础设施”更为迫切。
我国煤矿智能化建设首先在采煤工作面取得突破，皮带主运输系统、井下变电所、井下供排水泵房、地面主通风机房等主要生产系统实现了远程监控和无人值守。2014年，陕煤集团黄陵矿业公司在一矿率先实现了“工作面巡视、无人操作”的智能开采模式。
目前，全国已建成200多个智能工作面，实现了减人增效的示范目标，取得了良好的应用效果。兖矿集团鲍店煤矿7302综放工作面智能化改造后，每班人数由23人减少到7人，工人劳动强度降低40%至50%，工作面始终保持在2万吨的安全高效水平。山西焦煤公司西山煤电站东曲煤矿空载客装置实现了远程监控和无人值守功能。同煤集团塔山煤矿主井皮带机器人巡检。3D激光无人运煤机器人在国家能源集团东胜热电公司投入使用。这些进步离不开煤矿数字化设施的建设和智能装备的研发。
为工业基地再造提供机会。
煤炭行业基础薄弱，“新基础设施”势必推动行业的质量、效率和动力变革，极大地改写煤炭行业的发展格局。
中国的煤炭工业基础比较薄弱，产业链还很脆弱。行业关键设备、核心技术、软件系统原创性突破不足，高端产品远不能满足需求。大功率重型柴油单轨吊车全部为进口产品，主要来自Charf、Baker、捷克芬瑞特。国内薄煤层综采设备与波兰“黑龙”等国外产品差距较大。机电设备液压传动及控制系统中使用的1000 kW以上功率的矿用减速器、高压泵、电机、液压控制阀等关键零部件仍需进口。煤矿设备用高精度传感器和控制系统芯片、电动胶轮车断电DC开关等。严重依赖外国。采煤机关键传动件、高强度高耐磨钢板、高硬度截齿、高端刮板链、高端钢丝绳等。由于国内金属材料和加工技术问题，仍然依赖进口。煤炭行业自主技术装备配套软件难以自主开发，严重依赖进口。反向钻机导向孔的定向旋转导向系统依靠德国MICON公司。可以说，我国煤炭开发利用产业链大而不强，宽而不深，缺乏整合和控制全球资源的能力，整体处于价值链的低端。
煤炭工业基础薄弱，与我国四大工业基地——核心基础零部件、关键基础材料、先进基础技术、产业技术基地自主化程度低有关系。而煤炭行业技术创新投入低，技术创新能力弱，试验检定、计量、标准、检验检测等技术服务体系不完善也是主要原因。国家统计局发布的第四次全国经济普查结果显示，2018年，全国煤炭开采和洗选业规模以上工业企业法人单位研究与试验发展支出146.5亿元，研发支出占营业收入的比重为0.58%，与目前全社会研发支出占GDP的比重为2.18%存在明显差异。
新一轮科技革命和产业变革正在推动煤炭行业发展方式和路径的转变。云计算、5G、大数据、物联网、人工智能、虚拟现实、区块链等新技术的发展，为煤炭行业未来的技术创新带来了无限可能。
2019年1月，国家煤矿管理局发布《煤矿机器人重点研发目录》，明确了掘进、采煤、运输、安全控制、救援五大类38种煤矿机器人的重点研发和应用，为我国煤矿机器人研发明确了方向。目前，井下检测、钻孔、喷射混凝土、矸石分选等一批机器人已经研制成功，并逐步开始应用。煤矿“新基础设施”将带动煤炭行业5G、大数据中心、智能传感器、基站等数字化基础设施建设，也必将带动煤矿机器人、智能装备、采掘软件系统、工业互联网平台的发展，促进煤炭大数据开发、数据征信等数据服务行业的发展。煤矿“新基础设施”必将推动煤炭产业的质量变革、效率变革和动力变革，极大地改写煤炭产业的发展格局，为煤炭产业基础的重建和产业基础能力的提升提供有利条件。
可以扩大矿山资源的利用空
关闭矿井有完善的供电系统和通风系统，开采稳定后发生各种地质灾害的可能性小，为数据中心的建设提供了基础条件。
我国矿山资源丰富，大量关闭和废弃矿山的资源化开发利用势在必行。中国工程院院士梁缘指出，目前我国已关闭矿井中仍有约420亿吨煤炭资源和近5000亿立方米非常规天然气，还有丰富的地下空房、矿井水、地热和旅游开发资源。根据中国工程院重点咨询项目《中国煤炭资源高效回收与节能战略研究》预测，到2030年，中国去产能矿井将达到1.5万个。如果单个煤矿井下空房为60万立方米，那么井下空房约为90亿立方米。我国煤炭企业对关闭矿井的开发利用意识薄弱，大部分矿井直接废弃，不仅造成资源的巨大浪费，还可能引发后续的安全、环境和社会问题。
针对矿山开发利用的封闭性，国内学者提出了建设分布式抽水蓄能电站、开发地下工业旅游资源、建设地下油气藏、CO2库和核废料库、建设地下国家科研平台等一系列开发利用方向和方案。国内煤炭企业也在闭矿利用方面进行了探索。河北开滦国家矿山公园是在原唐山煤矿的基础上建成的，是中国第一批国家矿山公园。利用地下隧道建设地下景观旅游区，可以经历从原始采煤到现代采煤的演变。同煤集团正在利用云冈煤矿9000米长的北大巷废弃巷道，建设总规模为100兆瓦的压缩空气体储能电站。本项目利用废弃的煤矿巷道作为储气库，构建基于煤矿巷道的压缩空气体储能系统。目前，该项目已经启动。
煤矿“新基建”将扩大和关闭矿井资源的开发利用空。关闭矿井有完善的供电系统和通风系统，开采稳定后发生各种地质灾害的可能性小，为数据中心建设提供了基础条件。此外，在封闭矿井中建设数据中心，不仅充分利用了矿井资源，为地面节省了空空间，而且充分利用了现有的供电、通风等系统，大大节省了建设成本。
为挑战做好准备。
煤炭行业要进一步更新观念，把握好“新基建”的节奏和力度，提高科技供给能力，培养大批复合型人才。
2015年一季度中央经济工作会议指出，目前正在压缩煤炭比重，但国情仍然是以煤为主。在很长一段时间内，甚至从长期来看，仍将以煤炭为主，但比重会降低。不要分散对煤炭的注意力；中国有丰富的煤炭资源。在发展新能源和可再生能源的同时，要做好这篇文章。2019年，全国原煤产量达到38.5亿吨，同比增长4.0%；煤炭消费占能源消费总量的57.7%，同比下降1.5%。新时期，煤炭行业高质量发展更多依靠科技创新、劳动者素质提高和内生动力激发。面对风起云涌的智能化发展大潮，全行业要科学规划，坚定信心，齐心协力，做好迎接煤矿“新基建”挑战的准备。
一是煤炭行业要进一步更新观念。2019年12月16日，全国能源工作会议在北京召开。会议指出，要稳定基础、提高产能，切实做好煤炭保底工作，深刻认识我国能源资源禀赋和煤炭的基础保障功能，继续做好煤炭清洁高效利用工作，不轻易转移对煤炭的关注，不轻易“去煤化”。会议进一步明确了煤炭的保底和基本保障地位。
2017年7月，国务院发布《新一代人工智能发展规划》。这是党中央、国务院在新一轮科技革命下，抢抓人工智能重大发展机遇，构建我国人工智能发展优势的重大部署。2019年11月，工信部发布5G+工业互联网512工程推进计划，大力推进5G与工业互联网的融合创新及其在重点行业的应用。面对人工智能的发展大潮，我们应该深刻认识到，新一轮科技革命具有数据密集型科学发现的主要特征，主要是通过大数据分析来理解万物之间的关系并得出结论。更重要的是，要认识到煤矿“新基础设施”和煤矿智能化是煤炭革命的必由之路，是煤炭行业从劳动密集型向人才技术密集型转变的重要机遇，数据将成为企业最宝贵的战略资源。
第二，煤矿“新基建”要把握好节奏和力度。煤矿智能化发展具有明显的阶段性特征，煤矿“新基础设施”不是一蹴而就的。《指导意见》明确提出了煤矿智能化发展的三阶段目标。近日，山东省出台《山东省智能煤矿建设实施方案》，贵州省出台《贵州省深化煤矿智能化、机械化提升攻坚方案》，山西省启动智能煤矿和智能综采工作面建设试点工作。2019年5月，中国煤炭工业协会在山东枣庄组织召开了全国煤矿薄煤层智能开采推进会。9月，河南省在平顶山组织召开了智能煤矿建设现场推进会。目前，国内大部分煤炭企业已经开始了煤矿的智能化建设。
中国有5000多个煤矿，分布很广。不同地区煤矿开采地质条件差异较大，导致矿井规模和复杂程度不同。尤其是老矿山的智能化改造，由于矿山基础条件不同，改造难度和资金投入明显不同。2019年，兖矿集团对其位于山东省的7个矿井进行了智能化改造，单采智能化投入超过10亿元。以核定生产能力600万吨/年的鲍店煤矿为例，7302智能综放工作面包括液压支架改造和电气设备升级，总投资7370多万元，矿井主干网和巡逻岗监控投资2000万-3000万元。可见，煤矿的智能化建设需要大量的资金投入，要结合企业情况全面把握，科学推进，兼顾效率和效益。煤炭企业集团要充分认识煤矿“新基建”的难度和阶段性特征，把握好节奏和力度。矿区层面，煤矿的“新基础设施”，尤其是数据中心等基础设施，要统一规划建设；在煤矿层面，要充分考虑具体煤矿的条件和特点，坚持“一矿一策”，科学有序推进煤矿“新基建”。
第三，煤矿“新基建”需要提高科技供给能力。煤矿智能化必将导致煤矿开采新的研究方向，甚至可能突破现有或成熟的理论框架。由于煤矿井下存在易燃易爆气体，巷道狭窄，机电设备众多，大多数地面成熟技术必须经过改进或再开发才能应用于煤矿井下。以地下5G应用为例，具有地下频率资源无限、发展空间大、空之间封闭设备布局和覆盖相对集中的优势。但需要考虑不同的上行带宽和下行带宽，甚至稍微大一点的上行带宽的应用需求，在现有地面设备的基础上开发本质安全的基站和终端。因此，无论是煤矿“新基础设施”，还是煤矿智能化发展，都需要加强煤矿智能化的基础理论研究，注重突破支撑一个技术群或多个技术群的基础技术，在技术装备的关键部位、关键材料、基础工艺、软件系统上下功夫，解决制约发展的技术软肋和技术瓶颈。
国内煤炭企业和大学都成立了相关的RD机构开展技术研究。2016年，黄陵矿业公司创办了首个“煤矿智能开采技术创新中心”。2019年，中国煤炭科工集团公司成立中央研究院，旨在聚集顶尖人才，打造具有全球竞争力的世界一流科研机构；安徽理工大学获批建设“安全精准采煤国家地方联合工程研究中心”；中国矿业大学获批“教育部井下智能控制工程研究中心空”和“省部共建矿用智能采掘设备协同创新中心”；中国矿业大学成立“智能矿山与机器人研究院”，与中国联通、中国煤炭科工集团公司签署协议，共建“5G技术创新与应用地下空联合实验室”；辽宁工程技术大学率先成立“煤矿机器人协同创新中心”；河南理工大学成立“智能矿业研究院”；山东能源获批“山东煤矿智能开采工程实验室”；淮北矿业集团与四川航天电液控制公司共建“智能采矿技术研发联合中心”。
四是培养大量复合型人才。中国原煤产量从1949年的3243万吨增加到2019年的38.5亿吨，累计生产煤炭884亿吨。采煤方法从建国初期的人工落煤发展到综合机械化采煤，再到现在的自动化、智能化采煤，是广大煤炭工作者和技术人员艰苦奋斗、开拓进取的结果。根据第四次全国经济普查结果，2018年末煤炭开采和洗选业从业人员仍有347.3万人。然而，近年来煤炭企业人才流失严重，煤炭院校部分专业招生困难，煤炭开采一线的招聘和接替问题凸显。特别是面对煤矿智能化发展的趋势，迫切需要具备煤炭开采知识、信息技术和管理知识的复合型技术人才，以及技能过硬、具有创新精神的技能型团队。
目前国内煤炭相关院校已经开始培养智能专业人才，与煤炭企业合作培养急需人才。中国矿业大学开设了机器人工程与智能采矿工程专业，开始了本科生和研究生的招生培养；西安科技大学从全校理工科专业选拔优秀学生开设的智能挖掘特色班入手；龙煤集团与黑龙江科技大学开展了煤矿急需的高层次应用型人才定向联合培养；兖矿集团与中国石油大学正在建设新能源学院，推动能源领域高端人才的合作培养。
第五，要构建开放的生态。70年来煤炭工业发展的实践证明，开放合作是技术创新的必由之路。开放带来进步，合作带来共赢。煤矿“新基建”要作为一个开放的系统，广泛聚集行业内外的一切力量，扩大合作空，加强合作，在开放合作中打造创新更强、附加值更高的产业生态。煤炭企业、高校、科研院所和高新技术企业要加大产学研深度融合，形成平等互利、合作共赢的技术创新共同体，以自主可控、安全高效为目标，发挥各自优势形成合力，共同解决煤矿“新基础设施”面临的重大问题。
好在在中国煤炭工业协会的积极推动下，行业内的一些企业已经走在了前面。去年7月，在国家能源局、国家煤监局、中国煤炭工业协会、中国煤炭学会、中国煤炭科工集团的指导下，大型煤炭生产企业、高校、高新技术企业等27家单位组成了煤矿智能创新联盟。去年，中国煤炭科工集团与中国移动、华为公司、中国电力集团展开战略合作，加速突破智能矿井关键核心技术；阳煤集团与中国移动、华为签署5G业务框架合作协议；开滦集团与中国电信签署5G技术应用战略合作框架协议；兖矿集团与山东联通、中兴通讯签署战略协议，加快5G矿山应用。
我们相信，在党中央、国务院的正确领导下，在全行业企业和职工的共同努力下，煤炭行业一定能够抓住这一“新基础设施”的重大机遇，建设现代煤炭经济体系，实现煤炭行业高质量发展。
来源:国家煤炭工业网
声明:以上内容转载自煤炭传媒，发布内容不代表本平台立场。国家能源信息平台电话:010-65367702，邮箱:hz@people-energy.com.cn，地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社。
