鄂尔多斯煤矿数字化产业分析

鄂尔多斯煤矿数字化产业分析•煤矿数字化的必要性和必然性•煤矿数字化的发展进程和现状•煤矿安全生产的根本出路是全自动化•产品开发是竞争的关键•鄂尔多斯的优势、机遇和使命1概述•煤矿生产经历了镐采、炮采和综采，下一个历程将是自动化（数字化）采煤的时代。•我国经过了30年实现了从炮采到综采的转变，再有20-30年将进入全自动化采煤的时代。•煤矿安全生产的根本出路是全自动化、无人矿井。煤矿生产的五大灾害•水、火、瓦斯、煤尘、顶板•煤与瓦斯突出•机电设备事故•7月3日广西来宾市合山煤业公司八矿樟村井发生采空区垮冒溃浆事故，事故当班下井71人，事故发生后49人安全升井，已造成4人死亡，仍有18人被困井下。•贵州黔南州平塘县牛棚煤矿7月2日发生透水事故，当天报告有21人被困井下，3日中午报告又有2名矿工在事故发生前从风井进入牛棚煤矿。因此，目前井下被困人员总计为23人。目前井下水位还在上升。•最近的山东枣庄煤矿火灾事故和潍坊的铁矿透水事故•山东省枣庄防备煤矿有限公司井下－255米水平运输下山底部车场一台空气压缩机7月6日18时45分着火，初步核查造成事故区域36名矿工被困。•山东省潍坊市政府１１日晨通报，１０日晚１１时左右，潍坊市坊子区正东矿业有限公司发生井下透水事故。经初步查明，事故发生时井下有２８人现场作业，后有７人安全升井，截至１１日８时３０分，仍有２１人被困井下。事故时有发生，出路何在？•数字化=全自动化+信息化2数字化是一个时代•人类社会的生产体系的组织结构和经济结构正在经历一次工业革命之后的巨大变革，正在产生一次新的飞跃。这个变革和飞跃正是由于现代数字技术的发展和广泛应用所引起的。•1946年发明的计算机，开创了人类社会发展的第六个时代——信息（或数字）化时代，前五个时代分别是：旧石器时代（打制石器）、新石器时代（磨制石器）、青铜器时代、铁器时代、蒸汽时代。如果说前几个时代的劳动工具是延长了人的手脚，那么计算机是人的脑的延长。数字化时代人类开始赋予自己所使用的劳动工具以感知和交换信息的能力。•计算机出现后仅64年，数字化革命（DigitalRevolution）浪潮已来临。计算机的问世与计算机国际互联网Internet的普及应用是本世纪人类文明史上最伟大的发明。计算机及其互联网正在改变着人们工作、学习、生活和生产的方式，推动着经济的发展和社会的进步，并以其神奇的威力，使这个世界发生着巨变。各行业、各个国家和地区都要经历数字化。•美国抓住了数字化的先机，Intel公司的CPU、微软的Windows操作系统等软件和Internet网络给美国带来巨大的收益。美国在空间技术和战争数字化方面领先于世界其他各国。美国商务部长高度概括了信息技术对美国经济的影响，即数字技术及其普及应用使美国经济走向顶峰，并在信息（或数字）化经济时代称霸全球。1995年到1998年，电子商务与信息产业对美国经济增长的实质贡献达三分之一；信息技术产品价格的不断下降，大大降低了国家整个通货膨胀率；互联网的应用与电子商务的发展，使电脑技术成为对就业人员的一项基本技能要求。数字化是国家、地区或行业发展的标志•信息化必将促成我国由信息大国向信息强国的转变；信息化的核心技术和核心产业无疑是建设创新型国家，走自主创新之路的战略重点；是由中国制造，到中国创造的核心产业。2008年3月15日，第十一届全国人民代表大会一次会议决定，组建工业和信息化部，取代了原有的工业部和信息产业部，就说明信息化对工业化的重要性。3鄂尔多斯煤矿数字化30～50亿的产业•“数字东胜”工程全面启动，目前投入的项目有：一卡通、数字化城管系统和平安社区视频监视系统。鄂尔多斯市也启动了食品安全数字化工程，“数字鄂尔多斯”将激励鄂尔多斯市的经济更快增长。•煤炭给鄂尔多斯带来了繁荣和经济的高速发展，使鄂尔多斯市首先踏上数字化的未来之路，那么作为支柱产业本身的煤矿数字化进程又如何？鄂尔多斯煤炭资源得天独厚•鄂尔多斯煤炭资源十分丰富，累计探明储量约1496亿吨,是全国煤储量的六分之一。全市现有煤矿294座，其中地方煤矿276座，国有重点煤矿18座，2008年全市共生产原煤2.51亿吨（其中地方煤矿1.41亿吨，国有重点1.1亿吨），2009年全市共生产原煤3.3亿吨（地方煤矿2.01亿吨，国有重点1.29亿吨）；鄂尔多斯的煤矿开采条件全国最好，超低瓦斯，大都为特低灰、特低硫、高发热量优质动力煤和气化煤。到2011年，全市煤炭产量达到4亿吨，采掘机械化程度不低于75%，采区回采率达到75%以上。•神东，新街，上海庙整装煤田大柳塔煤矿伊泰纳林庙二矿随处可见的现代化矿井装车伊泰宝山矿风机神华哈尔乌素露天矿选煤厂30-50亿•煤矿数字化工程是一项很大的产业，就目前鄂尔多斯的大型煤矿，如神华的活鸡兔（大柳塔）、补连塔和伊泰的酸刺沟煤矿，已经安装运行的系统有：综合自动化系统、安全生产监控系统、视频监视系统、人员定位系统、无线通信系统。千万吨以上的煤矿，这些系统的投资在2000万元左右。百万吨以上的中型煤矿建设安装上述系统也需1000万元左右。鄂尔多斯现有煤矿294座，平均每个矿用于数字化方面的投资大于1000万元，总投资30～50亿元，这不是一次性投资就完成，由于技术更新和矿井扩大生产等原因，过3～5年又须重新投入。12亿/年•内蒙古自治区人民政府关于鄂尔多斯市煤矿安全生产综合治理实施方案的批复》（内政字[2004]417号文）吨煤集中的3元煤矿安全管理费用，用于全市煤矿瓦斯监控系统的运行维护和更新、煤矿安全救护、安全管理、救护通讯、科技攻关、人员经费保障、矿区公用基础设施建设等。到2011年，鄂尔多斯用于安全管理、煤矿瓦斯监控系统的运行维护和更新等的费用每年12亿。全国900亿•全国在煤矿自动化、信息化和数字化改造的市场需求量将达到900多亿元的规模，其中山西、陕西、内蒙及宁夏约340亿元，鄂尔多斯约50亿元。4煤矿数字化（自动化部分）发展的进程•煤矿数字化包括煤矿综合自动化和煤矿信息化，本文主要讨论煤矿数字化中综合自动化部分，也就是煤矿安全监控系统和煤矿综合自动化系统。•煤矿数字化（综合自动化部分）实现的进程是：•（1）煤矿安全监控系统;•（2）煤矿综合自动化系统;•（3）综采工作面和综掘工作面远程监控;•（4）全自动化，无人矿井。KJ90NB煤矿安全监控系统活鸡兔矿电力监控系统酸刺沟矿视频监控系统布连塔矿调度室中央变电所监控系统酸刺沟矿综合自动化系统4.1基本普及但存在许多问题的煤矿安全生产监控系统•煤矿安全监控系统是上世纪60年代发展起来的，主要是对煤矿井下有害气体的检测报警和井下设备的工矿参数检测。煤矿安全监控系统每隔5～10年更新换代一次，目前已发展到第六代，是以系统所用的通信方式来划分代的，分别是：空分、频分、时分、总线、工业以太网、MCTP（Multi-ChannelTransmissionPlatform：矿用本质安全型多通道传输系统）。目前80%煤矿都已上了安全监控系统，但有的小煤矿可能运行不正常。安全监控系统也包含视频监控系统、人员定位系统、自然火灾束管检测系统和井下无线通信系统。尽管安全监控系统基本普及，但存在许多问题，例如各厂家的产品各自封闭、互不兼容，各系统相互独立，不能共享信息，形成信息孤岛等。4.2正在起步发展的煤矿综合自动化系统•煤矿综合自动化系统，是为了减少井下工作人员、提高安全生产水平和提高生产效益而出现的。其主要内容有：•风机在线监测监控（通风安全环境监测）子系统•瓦斯抽放监测（管道瓦斯抽放监测与控制）子系统•火灾预报束管监测（煤层自然发火实时分析）子系统•电力监测子系统•胶带机监测监控子系统•主副（斜）井提升监测子系统•矿压监测（矿井冲击地压实时分析及专家诊断预测与控制）子系统•矿用自动防尘撒水控制（皮带机头自动喷水降尘）子系统•机车调度子系统•考勤子系统•电话通讯子系统•综合自动化系统国内目前只有部分大型煤矿如神华、同煤、潞安、晋城上了，伊泰的酸刺沟煤矿也上了，但只是供电、运输、排水、通风设备实现了远程监控和无人职守。而井下用人最多的综采和综掘工作面设备如采煤机、掘进机和液压支架还不能实现远程控制。这将是煤矿数字化的下一个目标。4.3综采工作面和综掘工作面远程监控•综采工作面和综掘工作面是用工人最多，最不安全，环境最恶劣的地方。目前国内外还没实现综采工作面和综掘工作面远程监控。煤矿井下开采条件复杂多变，受断层、褶皱、岩浆侵入、煤层厚度变化等的影响，实现远程控制难度较大。采用逐步实现的方法。首先实现工作面传感器信号和控制信号的无线传输，目前工作面的信号是用电缆或光缆有线传输的，采煤机在移动，工人要拉着电缆跟着采煤机走，这是非常不方便的，电缆也容易损坏，有的煤矿因此放弃工作面的信号上传。第二步实现近距离远程控制，即在运输巷或回风巷遥控采煤机、刮板运输机和液压支架。最终实现在调度室远程控制采掘设备。•综采工作面和综掘工作面远程监控，现在受到人们的关注。具有关资料介绍，石家庄煤机厂已研制出远程控制掘进机。山西的王庄煤矿自动化掘进工作面于2009年10月17日获得第十四批中国企业新纪录，该项技术为国内首创。北京的一家公司在研究采煤机的远程控制，据说最后的难点是煤岩分界传感器的研制和采煤机运行轨迹的记忆。4.4无人矿井是煤矿数字化的远期目标•无人矿井是指井下的工作全部由机器设备在自动控制下完成，或用机器人来完成。随着数字化时代的发展，科学技术的进步二十年后可达到此目标。实现无人矿井是安全生产的需要，科技进步的需要。•我国的综合机械化采煤走了三十年，告别了原始的靠手工操作的采煤方式。综合自动化的发展将实现无人采掘工作面也为期不远，再过二十年一定会实现。5煤矿安全生产的根本出路是高度自动化—无人矿井•无人则安，是来自煤矿生产第一线管理者的共识，人具有最不确定的不安全因素，人的情绪变化、粗心大意都可能引发事故。人也是最不结实的，氧气浓度下降，人就会呼吸困难，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢和氮气的浓度升高都会危及人的健康和生命。•减少井下人员是煤矿的重要任务，2009年的两次大的矿难，西山煤电的屯兰矿和鹤岗新兴矿都是井下人员太多，鹤岗新型矿当天井下528人，远超过国家安监局规定的200人的限制。•神东千万吨矿井的工作面也就是每班20人左右，澳大利亚煤矿限定工作面人数不能超过9人。确立明确的目标—实现无人矿井•煤矿的五大灾害水、火、煤尘、瓦斯、顶板的预测预防难度很大，还有煤与瓦斯突出，很难预测突出的某一时刻。从技术上讲，实现无人矿井要比预测预报上述灾害容易。所以煤矿安全生产的根本出路是高度自动化，无人矿井。•确立明确的目标—实现无人矿井，技术上是可实现的，不会比绕月飞行或远程做手术更难。现在的控制技术不是做不到而是想不到。只是人力和物力的投入问题。•煤矿综合机械化把矿工从繁重的体力劳动中解放了出来，煤矿数字化将把矿工从恶劣的工作环境中解放出来。６产品的自主研制开发是竞争的关键•目前，煤矿自动化产品主要由国外几家大公司垄断，如美国的罗克韦尔（AB）公司、美国通用电气（GE）公司、德国赫思曼(Hirschmann)公司、德国西门子（Siemens）公司等，这些公司的产品虽然可靠性较高，但价格昂贵、开放性差、售后服务慢及价格昂贵。•国内煤矿数字化的产品也有许多，但重复开发、各自为阵、互不兼容。各个子系统集成产品是有，但整个矿井的综合自动化系统产品还没有。•煤矿数字化（自动化）也需要分三步走：“引进→消化→研发”的路子，目前，第一步“引进”已经完成，第二步“消化”正在进行，迫切需要走第三步“自主研发”，这需要政府的引导和支持、市场的推动。6.1研究开发的项目•1、综采工作面和掘进工作面设备的近距离（300～1000米）无线遥控。•2、煤岩分界传感器、新型气体传感器的研制。•3、煤矿用宽带综合传输网络研制。6.2研究室的建设•1、传感器研究室•2、嵌入式系统（分站）研究室•3、煤矿用通信网络、数据传输研究室•4、煤矿应用软件研究室7优势、机会、使命•鄂尔多斯煤矿的条件得天独厚，经济效益最好，在