鄂爾多斯煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)

1、鄂爾多斯煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)分析及發(fā)展構(gòu)想王 才（太原理工大學(xué)教授級高工，鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院、煤炭技工學(xué)校現(xiàn)聘教授）郭廣偉（鄂爾多斯市慧谷工業(yè)設(shè)計園總經(jīng)理、教授級高工）摘要：煤炭是鄂爾多斯的支柱產(chǎn)業(yè)，煤礦數(shù)字化是數(shù)字鄂爾多斯的重要組成部分。數(shù)字化是已經(jīng)來臨的一個時代，煤礦數(shù)字化是繼煤礦綜合機械化后的一次變革，煤礦綜合機械化把煤礦工人從繁重的體力勞動中解放了出來，煤礦數(shù)字化將徹底解放煤礦工人。煤礦數(shù)字化、全自動化、無人礦井也是煤礦安全生產(chǎn)的根本出路。鄂爾多斯煤礦生產(chǎn)條件得天獨厚，自動化水平、效益都處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。鄂爾多斯有優(yōu)勢和義務(wù)推動煤礦數(shù)字化的的進程。數(shù)字化產(chǎn)業(yè)是綠色的無煙產(chǎn)業(yè)，也是國家“十二五”

2、計劃重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。把勞動密集型的采煤產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為知識密集型的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)是最好的轉(zhuǎn)型。1數(shù)字化是一個時代1946年發(fā)明的計算機，開創(chuàng)了人類社會發(fā)展的第六個時代信息（或數(shù)字）化時代，前五個時代分別是：舊石器時代（打制石器）、新石器時代（磨制石器）、青銅器時代、 鐵器時代、蒸汽時代。如果說前幾個時代的勞動工具是延長了人的手腳，那么計算機是人的腦的延長。數(shù)字化時代人類開始賦予自己所使用的勞動工具以感知和交換信息的能力。計算機出現(xiàn)后僅64年，數(shù)字化革命（Digital Revolution）浪潮已來臨。計算機的問世與計算機國際互聯(lián)網(wǎng)Internet的普及應(yīng)用是本世紀(jì)人類文明史上最偉大的發(fā)明。計算機及其互

3、聯(lián)網(wǎng)正在改變著人們工作、學(xué)習(xí)、生活和生產(chǎn)的方式，推動著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，并以其神奇的威力，使這個世界發(fā)生著巨變。各行業(yè)，各個國家和地區(qū)都要經(jīng)歷數(shù)字化。美國抓住了數(shù)字化的先機，Intel的CPU，微軟的操作系統(tǒng)等軟件和Internet網(wǎng)給美國帶來巨大的收益。美國在空間技術(shù)和戰(zhàn)爭數(shù)字化方面領(lǐng)先于世界其他各國。美國商務(wù)部長高度概括了信息技術(shù)對美國經(jīng)濟的影響，即數(shù)字技術(shù)及其普及應(yīng)用使美國經(jīng)濟從低谷走向頂峰，并在數(shù)字（知識）經(jīng)濟時代稱霸全球。1995年到1998年，電子商務(wù)與信息產(chǎn)業(yè)對美國經(jīng)濟增長的實質(zhì)貢獻達三分之一；信息技術(shù)產(chǎn)品價格的不斷下降，大大降低了國家整個通貨膨脹率；互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與電子商務(wù)

4、的發(fā)展，使電腦技術(shù)成為對就業(yè)人員的一項基本技能要求。數(shù)字化是國家、地區(qū)或行業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。國家信息化必須促成我國由信息大國向信息強國的轉(zhuǎn)變。信息化的核心技術(shù)和核心產(chǎn)業(yè)無疑是建設(shè)創(chuàng)新型國家，走自主創(chuàng)新之路的戰(zhàn)略重點。2鄂爾多斯煤礦數(shù)字化30-50億的產(chǎn)業(yè)“數(shù)字東勝”工程全面啟動，目前投入的項目有：一卡通、數(shù)字化城管系統(tǒng)和平安社區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。鄂爾多斯市也啟動了食品安全數(shù)字化工程，數(shù)字化產(chǎn)業(yè)將激勵鄂爾多斯市的經(jīng)濟更快增長。 煤炭給鄂爾多斯帶來了繁榮和經(jīng)濟的高速發(fā)展，使鄂爾多斯市首先踏上數(shù)字化的未來之路，那么作為支柱產(chǎn)業(yè)本身的數(shù)字化進程又如何？鄂爾多斯煤炭資源十分豐富，累計探明儲量約1496億噸,是全

5、國煤儲量的六分之一。全市現(xiàn)有煤礦294座，其中地方煤礦276座，國有重點煤礦18座，2008年全市共生產(chǎn)原煤25100萬噸，其中地方煤礦14100萬噸，國有重點10000萬噸。鄂爾多斯的煤礦開采條件全國最好，超低瓦斯，大都為特低灰、特低硫、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動力煤和氣化煤。到2011年，全市煤炭產(chǎn)量達到3億噸，采掘機械化程度不低于75%，采區(qū)回采率達到75%以上。 煤礦數(shù)字化工程是一項很大的產(chǎn)業(yè)，就目前鄂爾多斯的大型煤礦，如神華的活雞兔（大柳塔）、補連塔和伊泰的酸刺溝煤礦，已經(jīng)安裝運行的系統(tǒng)有：綜合自動化系統(tǒng)，安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)，人員定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)。千萬噸以上的煤礦，這些系統(tǒng)的

6、投資在2000萬左右。百萬噸以上的中型煤礦建設(shè)安裝上述系統(tǒng)也需1000萬元左右。鄂爾多斯現(xiàn)有煤礦294，平均每個礦用于數(shù)字化方面的投資大于1000萬，總投資30億，這不是一次性投資就完成，由于技術(shù)更新和礦井?dāng)U大生產(chǎn)等原因，過3-5年又須重新投入。內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府關(guān)于鄂爾多斯市煤礦安全生產(chǎn)綜合治理實施方案的批復(fù)（內(nèi)政字 2004417 號文）噸煤集中的 3 元煤礦安全管理費用，用于全市煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護和更新、煤礦安全救護、安全管理、救護通訊、科技攻關(guān)、人員經(jīng)費保障、礦區(qū)公用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。到2011年，鄂爾多斯用于安全管理、煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護和更新等的費用每年9億。全國在煤

7、礦自動化、信息化和數(shù)字化改造的市場需求量將達到900多億元的規(guī)模，其中山西、陜西、內(nèi)蒙及寧夏約340億元，鄂爾多斯約50億元。煤礦數(shù)字化屬于國家“十二五”規(guī)劃中七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中的“新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)（物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)）”和“高端裝備制造產(chǎn)業(yè)”。今年國務(wù)院下發(fā)的23號文件中明確要求，我們要用三年時間，完成中國境內(nèi)的所有煤礦安全六大系統(tǒng)（監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、塌方自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)、通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)和緊急避險系統(tǒng)），提高安全保障。國家安監(jiān)總局要求2010年底前所有煤礦全面完成監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的完善工作3煤礦數(shù)字化（自動化部分）發(fā)展的進程煤礦數(shù)字化包括煤礦

8、綜合自動化和煤礦信息化，本文主要討論煤礦數(shù)字化中綜合自動化部分，也就是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和煤礦綜合自動化系統(tǒng)。煤礦數(shù)字化（綜合自動化部分）實現(xiàn)的進程是：（1）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng);（2）煤礦綜合自動化系統(tǒng);（3）綜采工作面和綜掘工作面遠程監(jiān)控;（4）全自動化，無人礦井。3.1 基本普及，但存在許多問題的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的，主要是對煤礦井下有害氣體的檢測報警和井下設(shè)備的工礦參數(shù)檢測。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)每隔5-10年更新?lián)Q代一次，目前已發(fā)展到第六代，是以系統(tǒng)所用的通信方式來劃分代的，分別是：空分、頻分、時分、總線、工業(yè)以太網(wǎng)、MCTP（Multi - Chann

9、el Transmission Platform: 礦用本質(zhì)安全型多通道傳輸平臺）。目前80%煤礦都已上了安全監(jiān)控系統(tǒng)，但有的小煤礦可能運行不正常。安全監(jiān)控系統(tǒng)也包含視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、自然火災(zāi)束管檢測系統(tǒng)和井下無線通信系統(tǒng)。竟管安全監(jiān)控系統(tǒng)基本普及，但存在許多問題，例如各廠家的產(chǎn)品各自封閉、互不兼容，各系統(tǒng)相互獨立，不能共享信息，形成信息孤島等。3.2 正在起步發(fā)展的煤礦綜合自動化系統(tǒng)煤礦綜合自動化系統(tǒng)，是為了減少井下工作人員、提高安全生產(chǎn)水平和提高生產(chǎn)效益而出現(xiàn)的。其主要內(nèi)容有：l 風(fēng)機在線監(jiān)測監(jiān)控（通風(fēng)安全環(huán)境監(jiān)測）子系統(tǒng)l 瓦斯抽放監(jiān)測（管道瓦斯抽放監(jiān)測與控制）子系統(tǒng)l 火災(zāi)預(yù)

10、報束管監(jiān)測（煤層自然發(fā)火實時分析）子系統(tǒng)l 工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)子系統(tǒng)l 電力監(jiān)測子系統(tǒng)l 膠帶機監(jiān)測子系統(tǒng)l 主副（斜）井提升監(jiān)測子系統(tǒng)l 礦壓監(jiān)測（礦井沖擊地壓實時分析及專家診斷預(yù)測與控制）子系統(tǒng)l 礦用自動防塵撒水控制（皮帶機頭自動噴水降塵）子系統(tǒng)l 機車調(diào)度子系統(tǒng)l 考勤子系統(tǒng)l 電話通訊子系統(tǒng)   綜合自動化系統(tǒng)國內(nèi)目前只有部分大型煤礦如神華、同煤、潞安、晉城上了，伊泰的酸刺溝煤礦也上了，但只是供電、運輸、排水、通風(fēng)設(shè)備實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和無人職守。而井下用人最多的綜采和綜掘工作面設(shè)備如采煤機、掘進機和液壓支架還不能實現(xiàn)遠程控制。這將是煤礦數(shù)字化的下一個目標(biāo)。3.3綜采工

11、作面和綜掘工作面遠程監(jiān)控綜采工作面和綜掘工作面是用工人最多，最不安全，環(huán)境最惡劣的地方。目前國內(nèi)外還沒實現(xiàn)綜采工作面和綜掘工作面遠程監(jiān)控。煤礦井下開采條件復(fù)雜多變。受斷層、褶皺、巖漿侵入、煤層厚度變化等的影響，實現(xiàn)遠程控制難度較大。采用逐步實現(xiàn)的方法。首先實現(xiàn)工作面?zhèn)鞲衅餍盘柡涂刂菩盘柕臒o線傳輸問題，目前工作面的信號是用電纜或光纜有線傳輸?shù)模擅簷C在移動，工人要拉著電纜跟著采煤機走，這是非常不方便的，電纜也容易損壞，有的煤礦因此放棄工作面的信號上傳。第二步實現(xiàn)近距離遠程控制，即在運輸巷或回風(fēng)巷遙控采煤機、刮板運輸機和液壓支架。最終實現(xiàn)在調(diào)度室遠程控制采掘設(shè)備。綜采工作面和綜掘工作面遠程監(jiān)控，現(xiàn)

12、在受到人們的關(guān)注。具有關(guān)資料介紹，石家煤機廠已研制出遠程控制掘進機。北京的一家公司正在研究采煤機的遠程控制，據(jù)說最后的難點是煤巖分界傳感器的研制和采煤機運行軌跡的記憶。3.4 無人礦井是煤礦數(shù)字化的遠期目標(biāo)無人礦井是指井下的工作全部有機器設(shè)備在自動控制下完成，或有機器人來完成。隨著數(shù)據(jù)化時代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步二十年后可達到此目標(biāo)。實現(xiàn)無人礦井是安全生產(chǎn)的需要，科技進步的需要。我國的綜合機械化采煤走了三十年，告別了原始的靠手工操作的采煤方式。綜合自動化的發(fā)展將實現(xiàn)無人采掘工作面也為期不遠，再過二十年一定會實現(xiàn)。4煤礦安全生產(chǎn)的根本出路是高度自動化，無人礦井。無人則安，是來自煤礦第一線管理者的

13、共識，人具有最不確定的不安全因素，人的情緒變化、粗心大意都可能引發(fā)事故。人也是最不結(jié)實的，氧氣濃度下降到17%，人就會呼吸困難，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫和氮氣的濃度升高都會危及人的健康和生命。減少井下人員是煤礦的重要任務(wù)，2009年的兩次大的礦難，西山煤電的屯蘭礦和鶴崗礦都是井下人員太多，鶴崗礦當(dāng)天井下528人，遠超過國家安監(jiān)局規(guī)定的200人的限制。神東千萬噸礦井的工作面也就是每班20人左右，澳大立亞煤礦限定工作面人數(shù)不能超過9人。煤礦的五大災(zāi)害水、火、煤塵、瓦斯、頂板的預(yù)測預(yù)防難度很大，還有煤與瓦斯突出，很難預(yù)測突出的某一時刻。從技術(shù)上講，實現(xiàn)無人礦井要比預(yù)測預(yù)報上述災(zāi)害容易。所

14、以煤礦安全生產(chǎn)的根本出路是高度自動化，無人礦井。確立明確的目標(biāo)實現(xiàn)無人礦井，技術(shù)上是可實現(xiàn)的，不會比繞月飛行或遠程做手術(shù)更難?，F(xiàn)在的控制技術(shù)不是做不到而是想不到。只是人力和物力的投入問題。今年11月9日召開的全國煤礦職業(yè)安全健康經(jīng)驗交流會暨全國煤礦塵肺病防治現(xiàn)場會上披露：“全國煤礦有265萬接塵人員，據(jù)測算，每年有5.7萬人患上塵肺病，因塵肺病死亡的則有6000余人，是安全生產(chǎn)事故死亡人數(shù)的兩倍。”煤礦綜合機械化把礦工從繁重的體力勞動解放了出來，煤礦數(shù)字化將把礦工從惡劣的工作環(huán)境中解放出來。5產(chǎn)品的研制開發(fā)是競爭的關(guān)鍵目前，國內(nèi)煤礦數(shù)字化的產(chǎn)品有許多，但重復(fù)開發(fā)、各自為陣、互不兼容。各個子系統(tǒng)

15、集成產(chǎn)品是有，但整個礦井的綜合自動化系統(tǒng)產(chǎn)品還沒有。 煤礦數(shù)字化的近期產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)：實現(xiàn)綜合自動化，減少井下人員，綜采工作面和掘進工作面的傳感器數(shù)據(jù)的無線傳輸。用ZigBee無線傳輸技術(shù)遠程控制采煤機、掘進機和液壓支架，并采集工作面的瓦斯、一氧化炭、二氧化碳、頂板壓力等數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)竭\輸巷的有線通信網(wǎng)交換機上，再傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室。5.1研究開發(fā)項目1、綜采工作面和掘進工作面設(shè)備的近距離（300米-1000米）無線遙控。2、煤巖分界傳感器、新型氣體傳感器的研制。3、煤礦用寬帶綜合傳輸網(wǎng)絡(luò)研制。6優(yōu)勢、機會、使命鄂爾多斯煤礦的條件得天獨厚，經(jīng)濟效益最好，在城市數(shù)字方面鄂爾多斯已經(jīng)走在了前

16、面，煤礦數(shù)字化首先在這里實現(xiàn)是責(zé)無旁貸的歷史使命。數(shù)字化是我們時代的特征。只有抓住機遇才能強占先機。新興產(chǎn)業(yè)大多帶有低投入、低消耗、低排放、高效益特征，是符合科學(xué)發(fā)展觀要求的理想產(chǎn)業(yè)，也是信息社會與工業(yè)社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的基本區(qū)別之所在。數(shù)字化產(chǎn)業(yè)也是綠色產(chǎn)業(yè)，軟件和集成電路國家重點扶植，給于優(yōu)惠政策。煤礦數(shù)字化是煤礦發(fā)展史上的飛躍（質(zhì)變），靠各公司的自由競爭只能引起量變。如此大的產(chǎn)業(yè)革命，必須有政府的支持才能少走彎路。如果能給予裝備制造和汽車制造的支持力度，鄂爾多斯的煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)一定會走在前頭。l 工信部正在著手籌備煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，著力推進礦山數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。l 慧谷工業(yè)設(shè)計園有限公司已和工信部合作籌建“微軟嵌入式聯(lián)合實驗室”。煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)完全可以作為該園區(qū)重點引導(dǎo)和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。l 鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院已籌建煤礦數(shù)字化專業(yè)，今年已找生。這必將為鄂爾多斯市發(fā)展煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)奠定良好的人才基礎(chǔ)。l 政府-企業(yè)-學(xué)校相結(jié)合實現(xiàn)煤礦數(shù)字化的基礎(chǔ)已形成。7轉(zhuǎn)型l 把存儲在地下的能源轉(zhuǎn)型為技術(shù)進步，社會發(fā)展。l 把勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)為知識密集型產(chǎn)業(yè)。l 把污染環(huán)境的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為綠色產(chǎn)業(yè)。l 信息技術(shù)具有廣泛的滲透性和增值作用，煤礦數(shù)字化所用的核心技術(shù)傳感器、計算機、軟件、以太網(wǎng)和集成電路也是其他領(lǐng)域數(shù)字化所用的核心技術(shù)。l 煤礦的數(shù)字化也會推動其他領(lǐng)域的數(shù)字化進程。8實現(xiàn)的步