选煤厂智能化建设现状调查与分析

陶志达

(中国煤炭加工利用协会 煤炭行业智能选煤工程研究中心，北京 100013)

随着我国工业化进程不断加速，产业逐步升级，选煤技术也在逐步提升。煤炭工业高质量发展将成为我国煤炭行业的主旋律，目标是构建智能、高效、绿色、安全、和谐的现代化煤炭工业体系。其核心的技术支撑在于煤矿智能化。将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开采、煤炭洗选全过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。

2020年，国家发改委、国家能源局等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(发改能源〔2020〕283号)，意见中指出：目前我国一些煤矿正在开展智能化建设工作，但存在基础理论研发滞后、技术标准与规范不健全、平台支撑作用不够、技术装备保障不足、高端人才匮乏等问题[1]。同年，国家能源局、国家矿山安全监察局印发了《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》(国能发煤炭〔2020〕63号)，审核确定了内蒙古双欣矿业有限公司杨家村煤矿等71处煤矿，作为国家首批智能化示范建设煤矿，并向社会公布[2]。

2021年，中国煤炭加工利用协会、煤炭行业智能选煤工程研究中心对国家首批智能化示范建设煤矿中所涵盖选煤厂之中的31家选煤厂开展了智能化建设情况调查。调查方式有现场调研和问卷调查。调查内容包括选煤厂基本情况及工艺、智能化基础平台、生产环节及生产管理的智能化情况、智能化投资意向等。

1 基本情况调查

本次调查涵盖的31家选煤厂中，包含21家矿井型选煤厂、8家矿区型选煤厂及2家露天煤矿选煤厂，其中21家选煤厂为动力煤选煤厂，10家为炼焦煤选煤厂。从入选类型来看，16家选煤厂为全部入洗，15家为部分入洗。选煤厂设计处理能力从1.20 Mt/a到34.00 Mt/a不等，投产时间最久的22座选煤厂为1981年投产。选煤厂年平均在籍人数最少为74人，最高为2 086人；在线生产设备台数从95台到1 535台不等，中位数为349台。

选煤工艺方面，国家首批智能化示范建设煤矿中的选煤厂大多采用重介质选矿，少数采用跳汰、智能干选、粗煤泥分选等技术。如河南能源化工集团有限公司赵固二矿选煤厂采用的“原煤不分级跳汰+块精煤浅槽再选+粗煤泥TBS分选+浮选，浮选精煤加压过滤机回收和浮选尾煤浓缩压滤回收”联合工艺；淮北矿业集团临涣选煤厂采用了“全原煤无压三产品重介旋流分选+粗煤泥煤泥重介分选+煤泥浓缩浮选+尾煤压滤”联合工艺；国家能源集团国源电力有限责任公司将于2022年投产的准东煤田大井矿区二号矿井选煤厂则采用了智能干法选煤技术。

2 智能化情况调查

智能化选煤厂得益于其智能化的选煤生产过程，利用众多有用可以信赖的新技术，在生产和管理环节中融入智能化技术，进而达到全流程智能一体化[3]。本次智能化情况调查参考了国家能源局、国家矿山安全监察局发布的《煤矿智能化建设指南(2021年版)》和中国煤炭加工利用发布实施的T/CCT 005.1-2020《智能化选煤厂建设 通用技术规范》团体标准。其内容分为3个环节：基础平台、生产环节及企业生产管理。

参与本次调查的31家选煤厂中，27家已拥有选煤厂智能化相关建设规划，而其中的5家选煤厂已经完成了智能化建设。

2.1 基础平台

本次调查中的选煤厂基础平台智能化建设包括：网络系统、云平台、集控系统、数据中心、监测与保护、调度通信系统、配电监控系统、在线测灰系统、产量计量系统、人员定位系统等部分的建成情况。调查情况如图1所示。

图1 选煤厂基础平台智能化建设调查情况

在网络系统方面，参与本次调查的31家选煤厂中，93.5%已建成工业控制网络，74.2%已建成管理信息网络，96.8%已建成生产视频监控网络，67.7%已设置防火墙，64.5%已建成传输速率大于1 000 Mbps的主干网络，64.5%已建成与集团管理信息网连接的控制网络，45.2%已建成与Internet外网连接的控制网络。

其他方面，48.4%的受调查选煤厂已经建立云平台；93.5%已有工业集中控制系统；51.6%已经建立了数据中心；67.7%拥有在线监测设备；93.5%配备有电话、广播或者无线对讲机通讯系统；80.6%按照标准配备了电压、电流、过载保护等装置，具备远程监控能力；71.0%已配置在线测灰系统；所有受调查选煤厂均在生产过程中配备了原煤和精煤胶带秤；93.5%已配置人员定位系统。

2.2 生产环节

本次调查中的选煤厂生产环节智能化建设包括：重介系统、跳汰系统、浮选系统、仓储与配煤、装车系统、智能视频、智能停送电等部分的建成情况。调查情况如图2所示。

图2 选煤厂生产环节智能化建设调查情况

在选煤厂生产环节智能化建设调查中，拥有重介密度控制系统、跳汰自动控制系统、浮选药剂自动控制系统的选煤厂分别占比19.4%、29.0%、32.3%。其中国家能源集团新疆能源公司洗选中心乌东选煤厂同时配备了这三种工艺的控制系统。

仓储与配煤方面，83.9%的选煤厂配有煤仓仓位仪，67.7%的选煤厂其原煤仓下给煤机均配有变频器。67.7%的选煤厂配备了火车或汽车自动装车设施，实现了整个装车过程的集中控制；61.3%的选煤厂在关键生产区域和设备均配置有高清晰的摄像头，且可通过PC端及移动端等多平台查看视频信息，并且具备视频联动功能；38.7%的选煤厂可以利用智能终端，实现停送电业务的流程化管理，实现电子停电牌、电子记录数字化审批，并远程控制配电室停送电。

2.3 企业生产管理

本次调查中的选煤厂生产管理智能化建设包括：调度管理、煤质管理、生产分选情况分析、运销管理、计划管理、成本管理、物资管理、经营情况分析、人力资源管理、机电管理、安全与职业健康管理、节能与环保管理、协同管理等环节。调查情况如图3所示。

图3 选煤厂生产管理智能化建设调查情况

在调度管理方面，80.6%受调查的选煤厂有调度员记录填报当班生产运转情况，形成日志等，并具有完善的电子版生产报表记录；51.6%的选煤厂具有生产运行报表和报告，可及时分析产量和质量波动、设备状况等，并生成分析图表，可以自动形成调度日志、日报、停送电、报警处理等内容的文档。煤质管理方面，80.6%的选煤厂采用电子填报的方式进行煤质化验数据的记录和保存，具有完善的煤质报表。

生产分选情况分析是选煤厂管理中重要的一环，74.2%的选煤厂有完备的采制化设备设施及专职人员，开展日常生产检查、单机和设备系统分选情况试验；54.8%的选煤厂能够对分选效果与变化进行趋势分析；58.1%的选煤厂定期进行关键分选设备的工艺效果评价；仅有51.6%的选煤厂能够结合原煤资料、产品市场售价等数据，定期估算产品指标及预测效益情况。

企业管理中，71.0%的选煤厂具有完善的运销系统电子报表；74.2%的选煤厂拥有计划管理系统，可以根据年度生产和经营计划，分解下达月计划、日计划，制定每班生产计划，并通过微信群或纸质文件方式下发；54.8%的选煤厂可按原料煤、产品品种、生产车间班组等不同分类分别进行成本统计分析，针对成本构成要素，进行原料煤成本、制造费用、销售费用及管理费用的成本分析，提出降低成本的途径；71.0%的选煤厂可提供物资计划、采购、进出库、库存与消耗信息，并进行选煤厂物资信息分析；51.6%的选煤厂对指定时间段内的原料、产品、成本、消耗、财务等指标进行全面分析，形成经营情况分析报告；58.1%的选煤厂已建立人力资源管理系统，可查阅人员档案等信息，为选煤厂其它业务模块提供基础信息支撑。

机电管理方面，71.0%的选煤厂已建成基础管理，即把设备需求计划、到货入库、领用出库等管理流程，与设备出库后使用、日常维护保养、维修、调拨、移交、报废、处置等流程衔接起来，建立了完善的设备档案管理系统；80.6%的选煤厂已建成维修保养管理，通过分配维修和保养任务，检查任务的执行完成情况，并形成完整的记录；71.0%的选煤厂已建成故障健康管理，对设备生产过程中出现过的故障具有完整的历史记录。

在企业生产管理的其他方面，74.2%的受调查选煤厂具有安全管理与危险源管理的记录，并对各种风险、危险源、安全隐患点、人员不安全行为等有明确的安全等级划分，已建立危险源辨识库，有权限的管理人员可以进行维护；61.3%的选煤厂设置了计量电表以及抄表系统，对电表数据形成全厂设备用电台账、高低设备耗电记录，并形成分月、分年的统计图表；64.5%的选煤厂已建成厂内的统一协同管理平台，包括即时通讯、公告、审批等，上下级之间、部门之间的工作任务在线上流转，选煤厂不同部门间利用移动端或web端签字、审核，自动完成各种审批的记录，便于追溯。

3 投资意向调查与待解决的问题

智能化建设必定需要大量的资金投入，且考虑到实际经济效益，建议结合各选煤厂自身情况及新技术的适用性，从局部自动化、单机智能化入手，分环节、分层次逐步实现智能化[4]。但对于企业来说，比起可承受投资规模，更重要的是分析投资智能化建设所能带来的帮助，能否有效解决生产瓶颈问题、提高工作效率等。项目建设实施完成后又将会面临应用过程中产生的问题和新的技术难题。

3.1 投资规模意向调查

参与本次调查的31家选煤厂因经营状况与工艺类型不同，所能接受的投资规模也不同。投资意向从180 万元到2 亿元不等，平均可承受的投资规模约为2 631 万元。

各选煤厂的智能化建设投资也需要根据行业技术成熟发展程度和国家及各大集团政策要求，继续开展局部的、关键性的智能化优化提升工作，通过应用跨行业先进技术、开展提高软实力研究课题，逐步加大资金投入，不断丰富、推进我国煤炭洗选行业的智能化水平。

3.2 智能化需解决的企业难题

智能化的方式在不断演变，相同的技术也许并不能在所有选煤厂中起到相同的作用。因此，构建符合每个选煤厂现状的智能化改造方向，为企业量身定制智能化发展路线才是重中之重。更多的选煤厂需要通过装备升级从源头解决部分选煤装备工艺技术水平低，自动化、智能化程度低的问题，迫切需要通过更换新设备，引进新技术，提高系统运行稳定性及现场标准化建设水平。

经调查统计，选煤厂推进智能化建设最迫切需要解决的问题有：

(1)智能化建设缺少相应人才，亟需相关人才引进和人才培养。智能化设备设施及软件后期维护保养人员缺失的情况在各大煤炭企业均有出现。智能化相关人才的技术要求较高，人员组织方面，更要优化人员结构，使资源配置更加合理；

(2)需要实现智能管理分析、智能决策系统等功能；

(3)选煤生产工艺中关键部分的质量在线监测系统、计量系统的准确性需要进一步提升。目前重介系统、浮选系统的自动控制仍无法实现真正意义上的闭环控制。仓位、液位的检测准确性，灰分仪、带式输送机计量准确性仍需提升。原煤质量监测精度有待提升，但中子活化煤质监测仪投入费用大；

(4)现场多数传感器可靠性低，易产生误报警，缺少传感器的自检设施；

(5)需实现生产中浮沉试验的自动检测，智能停送电，火车装车系统无人化、智能化等；

(6)部分基础设备、设施陈旧，需要更换升级，提升设备单机智能化水平，网络及云平台基础设施服务水平。若在已投产的生产系统中实施智能化改造，现有的仪器、仪表、在线监测设备不具备安装条件或条件较差，提升研发、改造难度大。

4 结 语

参与本次调查的31家选煤厂均来自71处国家首批智能化示范建设煤矿。这些煤矿多数为大型煤炭企业所属，其技术装备及管理能力均处于行业内较高水平，因此，本次调查样本不是行业整体水平的反映，仅代表本批智能化示范建设水平。

据统计资料，截至2019年末，全国煤矿数量共有5 300处，国有和大型民企的选煤厂约2 500家。据不完全统计，具备一定入洗能力的选煤厂数量约为2万家以上。选煤厂投资不大，入门门槛低，由于产品质量的区间控制特性，其管理模式是典型的“易学难精”，但“上手”快，因而现场充斥了大量的低级别小型选煤厂。规范行业管理，提升企业管理水平，采用智能化建设是很好的切入点。

煤炭洗选加工是一门富有活力的学科，而选煤厂智能化则是融合了各大行业的新锐力量共同走上的艰难之路。选煤厂智能化改造对各煤炭企业的管理能力提出了更高挑战，因此我们更需要学习各行业的先进管理经验。智能化建设涉及到选煤厂生产管理的每一个环节，需要整体规划布局，随着新技术的产生，才能逐步做出决策。

在选煤厂生产管理方面，通过对生产工艺过程有效检测，实现重介质和浮选生产过程的智能化控制，提高精煤产品质量指标的稳定性，提升产品竞争力；在选煤企业资产管理方面，需要建立设备动态管理、分析和辅助决策系统，提高资源利用率；安全管理方面，需实现生产现场实时感知预警，对人员、设备、设施、环境、操作等全方位、无死角、不间断地安全管控，有效防范安全事故发生；企业经营管理方面，构建生产全过程的物资计划、消耗分析、成本管理等，降低能源消费，减少碳排放；人员组织方面，优化人员结构，合理资源配置，让人员更加精干、高效，同时改善职工的现场作业环境。

我国煤炭行业的智能化建设尚处于初步阶段，需要各煤炭企业、设备厂商、科研院校共同努力，方可翻开智能化技术与煤炭产业融合发展的新篇章。