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(jí)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(jì)園總經(jīng)理、教授級(jí)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(gè)時(shí)代，煤礦數(shù)字化是繼煤礦綜合機(jī)械化后的一次變革，煤礦綜合機(jī)械化把煤礦工人從繁重的體力勞動(dòng)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(dòng)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(dú)厚，自動(dòng)化水平、效益都處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。鄂爾多斯有優(yōu)勢(shì)和義務(wù)推動(dòng)煤礦數(shù)字化的的進(jìn)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(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。把勞動(dòng)密集型的采煤產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為知識(shí)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(gè)時(shí)代1946年發(fā)明的計(jì)算機(jī)，開創(chuàng)了人類社會(huì)發(fā)展的第六個(gè)時(shí)代信息（或數(shù)字）化時(shí)代，前五個(gè)時(shí)代分別是：舊石器時(shí)代（打制石器）、新石器時(shí)代（磨制石器）、青銅器時(shí)代、 鐵器時(shí)代、蒸汽時(shí)代。如果說前幾個(gè)時(shí)代的勞動(dòng)工具是延長了人的手腳，那么計(jì)算機(jī)是人的腦的延長。數(shù)字化時(shí)代人類開始賦予自己所使用的勞動(dòng)工具以感知和交換信息的能力。計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后僅64年，數(shù)字化革命（Digital Revolution）浪潮已來臨。計(jì)算機(jī)的問世與計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，并以其神奇的威力，使這個(gè)世界發(fā)生著巨變。各行業(yè)，各個(gè)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(jī)，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(duì)美國經(jīng)濟(jì)的影響，即數(shù)字技術(shù)及其普及應(yīng)用使美國經(jīng)濟(jì)從低谷走向頂峰，并在數(shù)字（知識(shí)）經(jīng)濟(jì)時(shí)代稱霸全球。1995年到1998年，電子商務(wù)與信息產(chǎn)業(yè)對(duì)美國經(jīng)濟(jì)增長的實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)達(dá)三分之一；信息技術(shù)產(chǎn)品價(jià)格的不斷下降，大大降低了國家整個(gè)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(duì)就業(yè)人員的一項(xiàng)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(qiáng)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(diǎn)。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(dòng)，目前投入的項(xiàng)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(dòng)了食品安全數(shù)字化工程，數(shù)字化產(chǎn)業(yè)將激勵(lì)鄂爾多斯市的經(jīng)濟(jì)更快增長。 煤炭給鄂爾多斯帶來了繁榮和經(jīng)濟(jì)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(jìn)程又如何？鄂爾多斯煤炭資源十分豐富，累計(jì)探明儲(chǔ)量約1496億噸,是全

5、國煤儲(chǔ)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(diǎn)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(diǎn)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(dòng)力煤和氣化煤。到2011年，全市煤炭產(chǎn)量達(dá)到3億噸，采掘機(jī)械化程度不低于75%，采區(qū)回采率達(dá)到75%以上。 煤礦數(shù)字化工程是一項(xiàng)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(bǔ)連塔和伊泰的酸刺溝煤礦，已經(jīng)安裝運(yùn)行的系統(tǒng)有：綜合自動(dòng)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(gè)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(shí)施方案的批復(fù)（內(nèi)政字 2004417 號(hào)文）噸煤集中的 3 元煤礦安全管理費(fèi)用，用于全市煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)和更新、煤礦安全救護(hù)、安全管理、救護(hù)通訊、科技攻關(guān)、人員經(jīng)費(fèi)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(yùn)行維護(hù)和更新等的費(fèi)用每年9億。全國在煤

7、礦自動(dòng)化、信息化和數(shù)字化改造的市場需求量將達(dá)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(hào)文件中明確要求，我們要用三年時(shí)間，完成中國境內(nèi)的所有煤礦安全六大系統(tǒng)（監(jiān)測(cè)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(xiǎn)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(cè)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(dòng)化部分）發(fā)展的進(jìn)程煤礦數(shù)字化包括煤礦

8、綜合自動(dòng)化和煤礦信息化，本文主要討論煤礦數(shù)字化中綜合自動(dòng)化部分，也就是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。煤礦數(shù)字化（綜合自動(dòng)化部分）實(shí)現(xiàn)的進(jìn)程是：（1）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng);（2）煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng);（3）綜采工作面和綜掘工作面遠(yuǎn)程監(jiān)控;（4）全自動(dòng)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(duì)煤礦井下有害氣體的檢測(cè)報(bào)警和井下設(shè)備的工礦參數(shù)檢測(cè)。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(shí)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(tái)）。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(yùn)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(cè)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(dú)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(dòng)化系統(tǒng)煤礦綜合自動(dòng)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(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控（通風(fēng)安全環(huán)境監(jiān)測(cè)）子系統(tǒng)l 瓦斯抽放監(jiān)測(cè)（管道瓦斯抽放監(jiān)測(cè)與控制）子系統(tǒng)l 火災(zāi)預(yù)

10、報(bào)束管監(jiān)測(cè)（煤層自然發(fā)火實(shí)時(shí)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(cè)子系統(tǒng)l 膠帶機(jī)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)l 主副（斜）井提升監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)l 礦壓監(jiān)測(cè)（礦井沖擊地壓實(shí)時(shí)分析及專家診斷預(yù)測(cè)與控制）子系統(tǒng)l 礦用自動(dòng)防塵撒水控制（皮帶機(jī)頭自動(dòng)噴水降塵）子系統(tǒng)l 機(jī)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(dòng)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(yùn)輸、排水、通風(fēng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)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(jī)、掘進(jìn)機(jī)和液壓支架還不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。這將是煤礦數(shù)字化的下一個(gè)目標(biāo)。3.3綜采工

11、作面和綜掘工作面遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)綜采工作面和綜掘工作面遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制難度較大。采用逐步實(shí)現(xiàn)的方法。首先實(shí)現(xiàn)工作面?zhèn)鞲衅餍盘?hào)和控制信號(hào)的無線傳輸問題，目前工作面的信號(hào)是用電纜或光纜有線傳輸?shù)模擅簷C(jī)在移動(dòng)，工人要拉著電纜跟著采煤機(jī)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(hào)上傳。第二步實(shí)現(xiàn)近距離遠(yuǎn)程控制，即在運(yùn)輸巷或回風(fēng)巷遙控采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)和液壓支架。最終實(shí)現(xiàn)在調(diào)度室遠(yuǎn)程控制采掘設(shè)備。綜采工作面和綜掘工作面遠(yuǎn)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(jī)廠已研制出遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)機(jī)。北京的一家公司正在研究采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制，據(jù)說最后的難點(diǎn)是煤巖分界傳感器的研制和采煤機(jī)運(yùn)行軌跡的記憶。3.4 無人礦井是煤礦數(shù)字化的遠(yuǎn)期目標(biāo)無人礦井是指井下的工作全部有機(jī)器設(shè)備在自動(dòng)控制下完成，或有機(jī)器人來完成。隨著數(shù)據(jù)化時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步二十年后可達(dá)到此目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)無人礦井是安全生產(chǎn)的需要，科技進(jìn)步的需要。我國的綜合機(jī)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(dòng)化的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)無人采掘工作面也為期不遠(yuǎn)，再過二十年一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。4煤礦安全生產(chǎn)的根本出路是高度自動(dòng)化，無人礦井。無人則安，是來自煤礦第一線管理者的

13、共識(shí)，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(shí)的，氧氣濃度下降到17%，人就會(huì)呼吸困難，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫和氮?dú)獾臐舛壬叨紩?huì)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(yuǎn)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(cè)預(yù)防難度很大，還有煤與瓦斯突出，很難預(yù)測(cè)突出的某一時(shí)刻。從技術(shù)上講，實(shí)現(xiàn)無人礦井要比預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(dòng)化，無人礦井。確立明確的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)無人礦井，技術(shù)上是可實(shí)現(xiàn)的，不會(huì)比繞月飛行或遠(yuǎn)程做手術(shù)更難。現(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(yàn)交流會(huì)暨全國煤礦塵肺病防治現(xiàn)場會(huì)上披露：“全國煤礦有265萬接塵人員，據(jù)測(cè)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?！泵旱V綜合機(jī)械化把礦工從繁重的體力勞動(dòng)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(gè)子系統(tǒng)

15、集成產(chǎn)品是有，但整個(gè)礦井的綜合自動(dòng)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(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，減少井下人員，綜采工作面和掘進(jìn)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(yuǎn)程控制采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)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\(yùn)輸巷的有線通信網(wǎng)交換機(jī)上，再傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室。5.1研究開發(fā)項(xiàng)目1、綜采工作面和掘進(jìn)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(shì)、機(jī)會(huì)、使命鄂爾多斯煤礦的條件得天獨(dú)厚，經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)是責(zé)無旁貸的歷史使命。數(shù)字化是我們時(shí)代的特征。只有抓住機(jī)遇才能強(qiáng)占先機(jī)。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(huì)與工業(yè)社會(huì)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(diǎn)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(huì)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(jìn)礦山數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。l 慧谷工業(yè)設(shè)計(jì)園有限公司已和工信部合作籌建“微軟嵌入式聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。煤礦數(shù)字化產(chǎn)業(yè)完全可以作為該園區(qū)重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)煤礦數(shù)字化的基礎(chǔ)已形成。7轉(zhuǎn)型l 把存儲(chǔ)在地下的能源轉(zhuǎn)型為技術(shù)進(jìn)步，社會(huì)發(fā)展。l 把勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)為知識(shí)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(jì)算機(jī)、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(huì)推動(dòng)其他領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)程。8實(shí)現(xiàn)的步