淮河能源控股集团张集矿冯英杰——《推进煤矿智能化绿色化发展管理研究》

摘要：煤炭是现代能源行业的必需品，而传统矿业开采技术难以满足我国“十四五”时期的要求。随着现代信息化技术的高速发展，传统煤矿开采技术与现代信息化联系逐渐密切。推进煤矿智能化绿色化开采生产新体系可解决煤炭资源的高效开发利用、提高煤矿安全生产及降低环境危害等问题，是我国煤炭行业新时期高质量发展核心技术支撑。本文针对煤矿智能化发展进行分类阐述，对不同煤矿的各自特点进行智能化发展建设，根据矿井的生产模式不同分为已生产矿井智能化改造、新建矿井智能化建设和露天煤矿智能化建设三个模块进行阐述；从清洁生产工艺、废弃资源综合利用、人才储备培养及调整产业结构，加强监管模式等四个方面推进煤矿绿色化发展。本文旨在为推进煤矿智能化绿色化发展管理提供参考。

关键词：智能化 绿色化 发展管理

煤矿资源是人类社会发展的重要能源物质。煤矿资源在当前人类社会所使用的能源中占比80%以上，而煤矿资源更是我国的主体能源，是我国现代化发展建设中最大的能源支撑[1]。然而传统煤炭开采技术的低效率、污染及安全问题受到了广泛关注。在上世纪90年代国外已经开始探索研发煤矿智能化绿色化技术，近年来随着我国日益发达的工业化发展进程，我国煤炭行业也积极推进智能化绿色化发展并取得了较为显著的成效。但总体来说，我国煤炭开采技术建设步伐还相对缓慢，智能化绿色化发展程度普遍偏低，加快推进煤矿智能化绿色化建设，促进煤炭行业可持续发展已迫在眉睫。

1.煤矿智能化和绿色化内涵

煤矿智能化是指将现代化信息技术如工业物联网、人工智能、云计算及大数据等与现代矿山开采技术相结合，形成煤矿智能感知、分析、决策、控制的智慧煤矿采掘系统，实现煤矿生产管理、分析决策、安全环保等全过程智能化运行管理。煤矿绿色化是指在煤炭开采过程对环境带来的危害极小，是生态保护、安全生产、清洁生产及资源循环利用的过程。综上所述，煤矿智能化绿色化发展能实现安全高效、资源节约、环境友好，并会取得最佳的经济效益和社会效益。

2.推进煤矿智能化发展建议

目前我国煤矿智能化建设主要包括十大智能化应用系统，分别为综合管控系统及大数据平台、地质保障及4D-GIS动态信息系统、5G高速通信网络及精准位置服务系统、巷道智能快速掘进系统、工作面智能协同控制系统、主煤流及辅助运输智能系统、井下环境感知及安全管控系统、固定场所无人值守智能管理系统、煤矿智能选煤系统、智慧园区与经营管理系统[2]。然而，构建煤矿智能化发展除以上必要的技术条件外与人工管理建设亦是密不可分的。

2.1因矿施策

我国目前矿区煤炭开采以井工开采为主，随着各个矿区开采技术与设备的不断发展以及不同区域煤矿的赋存条件不尽相同，各个矿区的生产水平及经济实力在不断拉大，发展愈发不平衡，因此在推进煤矿智能化发展应根据各矿区实际条件应因矿施策。在此，本文根据王国法院士领衔制定的《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价》（T/CCS001-2020）标准分类按煤矿智能化建设条件分为一类煤矿、二类煤矿及三类煤矿，并相应的细分为初级、中级、高级智能化煤矿[2]。其中一类煤矿大致包括我国西部煤炭资源赋存条件较好的大矿井；二类煤矿大致包括我国中东部煤炭赋存条件一般的矿井；三类煤矿包括云南、四川、贵州等煤炭赋存条件较差的矿井。而煤矿智能化场景复杂多样，依据王国法院士的分类标准大致将其分为十一个系统[2]，见图1。具体根据十一个系统的建设情况加权重系数进行分级评价，将煤矿智能化具体细分为初级、中级、高级等三个等级。通过对煤炭的具体分类分级讨论形成了统一的评价指标、原则、体系和标准，为智能化建设提供了量化参考标准。

图1煤矿智能化系统

2.2生产矿井智能化改造

对于已投入生产的矿井因其已具有固定的生产系统，因此对其进行智能化改造不能一步到位的建设。在不影响其生产效率的前提下应遵循自下而上的改造。其具体改造的流程应遵循以下三步进行，首先针对系统中已投入生产的设备进行逐一的升级改造；对系统中的基础设施基本升级改造完成后，通过大数据网络平台对其进行综合平台建设，将投入生产使用的设备与各工艺、环境及安全信息等紧密联系，将其开发成相对自动化系统及运营信息化运营系统；最后，通过所形成自动化及信息化运营系统进行总结，出台相关的管理政策及管理规范，形成最终的大数据管理平台，达到生产矿井的整体智能化改造。

2.3新建矿井智能化建设

新建矿井的智能化建设不同于生产矿井的智能化建设，由于其本身不具有固定的生产系统，因此一开始应统筹矿井的整体智能化建设，最大程度的稳固大数据管理系统，使得系统与各子系统的联系更加稳固，支撑矿井整体的安全性与稳固性。新建矿井全面智能化系统建设主要包括以下几个部分：

（1）建设矿井先进的基础化信息化设备。矿井先进的基础化信息化设备是支撑整个矿井的正常高效运转的必要条件，因此建设矿井先进的基础化信息化设备是十分必要的。首先针对矿井各系统的统一协调管理需高标准建设智能化综合管理平台和地面智能综合调度中心，以实现对矿井整体运转发布指令；其次要建设矿区智能保障系统，主要保证整体矿区生活设施全面智能高效化，实现矿区内智能门禁管理、智能供热管理、智能园区灌溉管理、智能个人移动终端管理，实现矿区内高效智能决策及数据共享。

（2）建设矿区主动检测、智能识别的高效智能生产系统。矿井内的生产系统是矿井运转的核心，建设智能高效的矿区生产系统是新建矿区的全面智能化建设的核心部件。主要包括建设掘进机配备矿井内的导航实现位姿检测，以及对掘进机等掘进设备进行远程监控与检测，实现工作设备群的只能联控。对于主煤流的运输系统应全面推广无人自动识别煤量技术，实现主煤流的智能调速。对于矿井下运输车辆进行升级迭代定位系统，并实现井下车辆无人驾驶。

（3）建设矿井安全智能化管控系统。矿井安全是第一保障要素，建设矿井安全智能化管控平台能大大减少事故发生率。矿井内因其在地下作业伴随着瓦斯的产生，因此通风系统显得尤为重要。因此，第一要建设矿井通风环境参数智能化检测系统，实现时刻对矿井内各参数指标智能化检测，并建设智能通风软件模块，针对矿井时刻变化的环境进行自动调节通风系统参数。第二，矿井地下工作会伴随地下水渗出，因此要构建完善的排水系统。智能化排水系统要能实现与矿井水文监测系统的联动，使每个矿区固定的排水点都能根据当地的水压、水位进行智能抽排，实现无人值班作业，减少人力作业。第三，建设矿井安全检测数据中心，利用大数据将常发生的矿井事故等相关数据与人员定位数据进行融合建模，最大化的实现对灾害的预警与避灾路线的智能规划[3]。第四，建设矿井安全管理模块。根据矿井内事故的类别、级别与处理方式分别建立相应的报警机制，根据所发生的灾害类型与相关的设备进行智能化联控，达到更高效的处理效率[4]。

（4）选煤厂智能化建设。选煤厂进行智能化建设会大大减少人力资源的浪费，并大大加快工作的效率其智能化建设主要包括以下几个方面：对选煤厂内各设备运行工作数据进行采集存储、对厂区内实行实时智能监控、实现自动选煤配煤控制，建设数字选煤厂综合管理，达到全面无人化管理。

（5）智能化系统维护升级管理。组建煤矿智能化运维团队，并设置煤矿智能化专职业务部门，主要负责对该矿区内智能化系统管理维护。

2.4露天煤矿智能化建设

相比较地下矿井工作环境与模式的复杂性，露天煤矿的工作模式更为简单，因此其进行智能化建设更易实现，主要包括以下方面建设。

（1）自动化运煤车技术。开展对运煤车的无人化自动化研究，实现露天煤矿中运煤车的无人驾驶；矿区内实现无线通讯全部升级为5G网络，实现各设备上传更高效。

（2）建设综合管理平台。对矿区内已有的生产及管理数据进行综合管理应用；对矿区内各基础设备进行远程监测，使得设备故障能得到及时维修；对矿区内变电所、加压泵站实行集中监控管理；对智能输煤系统进行远程监控升级，实现对其实时智能监管；对矿区各设备本身各自的安全防控体系进行全面综合利用。以初步达成矿区内数据管理、设备检测、设施集中管控融合一体的无人化自动化运行系统。

（3）矿区主要智能化系统建设。利用收集到矿区生产管理数据进行优化上传，开发更高效的露天煤矿智能化决策系统；开发露天煤矿设备自动化管理系统，使得矿区各辅助设备能无人自动化运行；开发露天煤矿的智能化调度系统，实现对矿区内车辆的调度及路线规划、各设备间的智能管控维修系统；针对露天煤矿以往事故的数据采集，建立露天煤矿的系统性安全预警，加强矿区对地质灾害与工程事故的智能化联合预警系统。

3.推进煤矿绿色化发展建议

当前煤炭工业在我国能源行业中仍充当重要角色，然而在煤炭的开采过程中伴随着大量的环境污染与资源浪费问题，这些问题制约着煤炭企业的发展，同时也违背了国家可持续发展战略，因此加快推进煤矿绿色化发展是刻不容缓的。煤矿的绿色发展与煤炭日常生产是息息相关的，主要包括矿区内环保设备与产品的生产经营、煤炭开采工艺的清洁生产、煤炭开采固废资源的综合利用、人才储备培养以及调整产业结构等。

3.1清洁生产工艺

煤炭企业合理的引用清洁生产工艺有利于缓解煤炭产出后的环境污染，有利于保护生态环境，增强煤炭企业的可持续发展[5]。

煤炭开采过程中要优先选择先进的清洁生产工艺，防止一些落后的生产工艺及设备应用于落后地区煤矿或新建煤矿中。根据各个矿区内资源的条件选择合理先进的开采方式及生产工艺。例如，针对一些有合适资源的煤矿选择薄煤层的开采，这会大大提高煤炭的开采量及更优的煤炭质量，更能减少煤炭资源的浪费；在煤炭的开采过程中根据矿区的内在条件尽量减少岩石巷道的掘进，多采用煤巷面掘进，这会大大减少煤矸石的产出率，避免大量固废资源的产出；开采过程中选用成熟的开采工艺如充填开采方法、离层带注浆充填方法等，能减轻地表塌陷情况，避免土地资源的浪费；在选煤场内推行空气污染防治工程，加大投入产生废水处理的治理费用，实现资源的循环利用。

3.2煤炭生产废弃资源的综合利用

煤炭生产过程会产生大量废弃资源，然而目前国内多数煤矿采用开放式煤炭生产系统，这会造成废弃资源的浪费，且堆积的废弃资源会不可避免的对当地环境产生危害[6]。因此要大力发展新技术实现煤炭工业的内部循环和物质交换，将开放式煤炭生产系统转换为封闭式煤炭生产系统，这会促进煤矿废弃资源的循环利用，实现资源利用最大化，使煤矿企业经济效益最大化。例如煤炭深加工产生的煤渣经过一定的加工可以成为高硬度、耐火性好的工业制砖的原材料，同时质地较硬的煤渣可以制成具有较好的强度与抗裂性的优质水泥；煤炭深加工废弃物产生的焦化炉煤气和余热随意排放进环境中会产生大气污染，然而对其进行内部综合利用发电可以减少发电燃料的使用；煤炭深加工产生的煤泥未经处理投放进环境中会不可避免的对空气（扬尘）、土壤、地下水产生环境危害，然而通过选煤厂煤泥减量化改造工程,利用现有压滤车间，将原有隔膜压滤机全部更换为超高压隔膜压滤机，压滤滤饼经刮板输送机进入皮带机，然后通过新建转载点将物料输送破碎机内进行破碎，最后进入主厂房带式输送机掺入产品煤中，从而将煤泥转换成原煤。对煤炭生产工艺中废弃资源的综合利用不仅有利于环境保护还会增加煤炭企业的经济效益。

3.3人才储备培养

注重相关人才的储备培养，加大科研经费的投入，形成属于自己的科研技术团队。借鉴学习先进的煤炭环保技术，在学习的过程中注意培养创新意识，使用过程中对先进煤炭环保技术的综合和创新，开发出符合具体煤矿发展需求的、具有自主知识产权的煤炭环保工艺。

3.4调整产业结构，加强监管模式

在煤炭的绿色化发展过程中根据具体情况及时调整煤矿的产业结构，将煤矿企业调整为低能耗企业，并降低煤炭生产过程中的污染程度。根据国家制定的相关法律法规，对煤矿企业进行严格监管，严格管理煤炭生产过程中产生的环境危害问题，从而有效地解决煤矿工作过程中的环保问题。

4.结语

煤矿资源作为我国新时代发展的重要的能源物质，其作用不言而喻。传统采煤技术的低效率、低安全保障和环境危害已不能满足时代发展的需求。为响应国家“十四五”的号召，加快推进煤矿智能化绿色化发展是刻不容缓的。推进煤炭全面智能化发展能极大提高煤炭开采效率，并极大程度的避免安全事故的发生。推进煤矿的绿色化发展能极大的减少煤炭生产过程对环境造成的危害，并能给煤炭企业带来一定的经济效益。推进煤矿智能化绿色化发展是国家及煤炭企业新时期可持续发展的必由之路。

参考文献：

[1]范京道,黄克军,李川等.煤炭开发工程“五化协同”模式研究[J].煤田地质与勘探,2023,51(01):55-65.

[2]王国法.加快煤矿智能化建设,推进煤炭行业高质量发展[J].中国煤炭,2021,47(01):2-10.

[3]王鹏.煤矿安全监控系统智能化现状及发展[J].能源与节能,2023,209(02):153-155.

[4]颜挺冉.浅谈煤矿设备智能化的现状和发展趋势[J].中国设备工程,2023,518(04):40-42.

[5]闻静.新时期煤矿绿色发展的模式和建议[J].煤矿现代化,2017,140(05):133-134.

[6]王晓卿.推进智慧绿色煤矿建设促进煤炭企业转型升级[J].经济师,2021,391(09):275-276.