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文 | 四分儀Quadrant，作者 | 李威
2024年開年，太原、鄂爾多斯等地都圍繞煤炭行業(yè)智能化頒布了新的促進(jìn)政策和預(yù)期目標(biāo)。在大模型產(chǎn)業(yè)化落地的背景下，煤炭行業(yè)智能化也被新工具、新技術(shù)推進(jìn)到了一個全新的層面。
2023年12月召開的2024年全國能源工作會議，進(jìn)一步明確了堅定推動能源高質(zhì)量發(fā)展的基本思路。扎實推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，有序核準(zhǔn)一批安全智能綠色大型現(xiàn)代化煤礦，確保煤炭產(chǎn)能接續(xù)平穩(wěn)、煤炭產(chǎn)能產(chǎn)量保持在較高水平，成為中國煤炭行業(yè)持續(xù)穩(wěn)步有序發(fā)展的階段性目標(biāo)。
在產(chǎn)煤大省山西，對推進(jìn)煤炭行業(yè)智能化進(jìn)行了更細(xì)致的規(guī)劃。2024年，山西省的煤礦智能化建設(shè)重點將由目前的以采掘工作面為主，轉(zhuǎn)向全礦井智能化建設(shè)階段，全省年產(chǎn)能120萬噸以上和災(zāi)害嚴(yán)重生產(chǎn)煤礦智能化建設(shè)將全部開工，全年將新建成150座智能化煤礦。
其中，太原市已經(jīng)在近日出臺了《太原市全面推進(jìn)煤礦智能化和煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)工作方案》。《方案》提出，2024年，全市120萬噸/年及以上和災(zāi)害嚴(yán)重生產(chǎn)煤礦智能化改造將全部開工，建成4座智能化礦井。2025年，其他各類生產(chǎn)煤礦智能化改造全部開工，大型和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦及其他具備條件煤礦基本實現(xiàn)智能化，再建成5座智能化礦井。到2027年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化。
鄂爾多斯也在開年針對煤炭行業(yè)智能化提出了新的目標(biāo)。鄂爾多斯市委副書記、市長杜匯良表示，到2025年，我們的生產(chǎn)煤礦要全部建成智能化煤礦，全部達(dá)到二級以上現(xiàn)代化煤礦標(biāo)準(zhǔn)，重點產(chǎn)業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺覆蓋率100%，帶動數(shù)字經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)業(yè)增長值達(dá)到200億元。
從當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，這些目標(biāo)與政策被提出的重要背景是，中國煤炭行業(yè)智能化已經(jīng)進(jìn)入到了承上啟下的關(guān)鍵階段。一方面，從綜合自動化到局部智能化階段的升級已經(jīng)實現(xiàn)了明確的成果，實現(xiàn)了危險崗位的機(jī)械替代、采掘工作的少人化和固定崗位的無人值守，智能化產(chǎn)能占比已經(jīng)達(dá)到59.5%。
在一些智能化煤礦，調(diào)度指揮中心的大屏幕上能夠清晰呈現(xiàn)實時的生產(chǎn)運行情況；采煤機(jī)可以實現(xiàn)自動割煤，在工作中不斷修正記憶截割模板的誤差；智能AI攝像頭會緊盯工作面上各種機(jī)械設(shè)備的運行狀態(tài)；智能通風(fēng)管控系統(tǒng)提升了測風(fēng)、反風(fēng)、調(diào)風(fēng)的效率和精度。
另一方面，中國煤炭行業(yè)持續(xù)發(fā)展還需要進(jìn)一步提升自身的智能化水平。中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長、中國煤炭學(xué)會理事長劉峰指出，全國4300余座煤礦中只有700余座開展了智能化建設(shè)，已經(jīng)通過驗收的全國首批智能化示范礦都處于中級水平，煤礦智能化建設(shè)依舊處在初級示范引領(lǐng)階段，與系統(tǒng)完備、運行可靠的高級智能化煤礦要求仍存在不少差距。
在技術(shù)裝備和工藝水平、智能化建設(shè)管理和運維、專業(yè)隊伍和人才建設(shè)等方面，中國煤炭行業(yè)的智能化進(jìn)程都有待進(jìn)一步提速。劉峰分析認(rèn)為，推動煤炭行業(yè)智能化建設(shè)從單點突破到體系化發(fā)展、常態(tài)化運行，已成為當(dāng)前煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要任務(wù)和迫切需求。
在中國的能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭依然占據(jù)的重要地位?！吨袊V產(chǎn)資源報告（2023）》顯示，2022年煤炭產(chǎn)量為45.6億噸，比上年增長10.5%，創(chuàng)歷史新高，消費量約44.4億噸，增長4.3%，煤炭消費占一次能源消費總量的比重為56.2%。這讓持續(xù)推進(jìn)煤炭行業(yè)智能化建設(shè)邁向更高水平成為一種必然要求。
民生證券在研報中總結(jié)認(rèn)為，中國煤炭行業(yè)經(jīng)歷了機(jī)械化、自動化、智能化的發(fā)展階段。自20世紀(jì)80年代以來，實現(xiàn)綜合機(jī)械化在很長一段時間內(nèi)是中國煤炭行業(yè)發(fā)展的主線。20世紀(jì)90年代，中國煤炭行業(yè)進(jìn)入到單機(jī)自動化階段，實現(xiàn)了可編程控制、遠(yuǎn)程集控運行、報警與閉鎖。
到21世紀(jì)初煤炭“黃金十年”期間，高端設(shè)備國產(chǎn)化、自動化實現(xiàn)了巨大跨越，推動煤炭行業(yè)進(jìn)入綜合自動化階段。在這個階段，綜合集成平臺與3D GIS數(shù)字平臺得到應(yīng)用、高速網(wǎng)絡(luò)通道形成，實現(xiàn)了初級數(shù)據(jù)處理、初級系統(tǒng)聯(lián)動、信息綜合發(fā)布，為煤炭行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)。
到目前為止，中國煤炭行業(yè)仍然處于智能化發(fā)展的初級階段，BIM、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)得到應(yīng)用，實現(xiàn)了局部閉環(huán)運行、 多個系統(tǒng)聯(lián)動及專業(yè)決策。這個階段，“高端智能裝備+現(xiàn)代信息技術(shù)+示范煤礦”是推動煤炭行業(yè)智能化發(fā)展的主要路徑。同時，政策層面也在不斷加碼對煤炭行業(yè)智能化升級的引導(dǎo)與扶持。
《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃 (2016-2030 年)》指出，將于2030年實現(xiàn)智能化開采，重點煤礦區(qū)基本實現(xiàn)工作面無人化、順槽集中控制，全國煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到95%以上，掘進(jìn)機(jī)械化程度達(dá)到80%以上。
2020年，2020年2月國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部門又聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》。其中明確提出，到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實現(xiàn)智能化，露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸；到2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建起多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦體系的智能感知、智能決策、自動執(zhí)行。
2023年6月，國家能源局又組織遴選并發(fā)布了《全國煤礦智能化建設(shè)典型案例匯編（2023年）》，從信息基礎(chǔ)設(shè)施、智能掘進(jìn)、智能采煤、智能露天、智能運輸、智能防災(zāi)、智能洗選等7個方向篩選出80項智能化煤礦生產(chǎn)建設(shè)典型案例，并希望通過這些案例積極引導(dǎo)煤礦智能化建設(shè)邁向更高水平。
人工智能的融入將是未來中國煤炭行業(yè)智能化建設(shè)的核心訴求。中國煤礦機(jī)械裝備有限責(zé)任公司總工程師袁智認(rèn)為，目前，智能化開采工藝適應(yīng)性差、系統(tǒng)深度融合能力不足、設(shè)備和傳感裝置可靠性、穩(wěn)定性欠佳等問題制約著智能化的進(jìn)一步發(fā)展。產(chǎn)業(yè)大模型的落地在一定程度上為解決上述問題，為煤炭行業(yè)走向智能透明、全面協(xié)同的全面智能化階段帶來了新的解法。
太原市的《方案》中就明確指出，要全面推動煤礦智能化由采掘工作面向智能化煤礦轉(zhuǎn)變，推進(jìn)市級煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)，打造煤礦智能化信息產(chǎn)業(yè)集群，構(gòu)建全市煤炭工業(yè)智能化生態(tài)體系，促進(jìn)人工智能應(yīng)用發(fā)展，推動煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，在全省能源領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型中彰顯省會擔(dān)當(dāng)。
大模型在煤炭行業(yè)的應(yīng)用可以有效實現(xiàn)提質(zhì)增效，提升解決方案的泛化性和移植性，降低復(fù)制和推廣的門檻。原有的單場景小模型方案往往針對某一單位的某個場景獨立進(jìn)行開發(fā)，缺乏通用知識的積累，開發(fā)周期長、效率低，且難以被快速橫向復(fù)用到其它單位的相似場景中。
山東能源集團(tuán)與華為共同發(fā)布的《礦山智能化暨礦山大模型最佳實踐白皮書》認(rèn)為，大模型可以讓礦山人工智能開發(fā)模式從“作坊式”向“工業(yè)化”升級迭代，率先實現(xiàn)煤炭行業(yè)“模”力蛻變。例如，大模型可以結(jié)合采集到的原煤檢驗、精煤檢驗和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，優(yōu)化模型選擇和預(yù)測方案，得到最優(yōu)參數(shù)后下發(fā)給生產(chǎn)自控系統(tǒng)，有效保證篩選質(zhì)量。
同時，大模型在出廠前已經(jīng)經(jīng)過海量行業(yè)數(shù)據(jù)的預(yù)訓(xùn)練，具備更高的模型泛化性和精度，讓長尾場景模式的開發(fā)從case by case的“作坊式”生產(chǎn)，跨越到柔性的“工業(yè)化”生產(chǎn)階段，提升了解決方案的復(fù)用度。同時，基于大模型開發(fā)的場景模型，能夠更快適應(yīng)行業(yè)應(yīng)用的需求變化，及時調(diào)整，滿足實際生產(chǎn)的最新要求。
目前，山東能源集團(tuán)已經(jīng)以公有云測試、混合云部署的方式，建設(shè)更安全的企業(yè)本地大模型，并在興隆莊煤礦、李樓煤業(yè)、濟(jì)二煤礦、鑫泰能源等26個單位開發(fā)和實施了首批人工智能應(yīng)用。這些應(yīng)用包括鉆孔施工監(jiān)測、重介分選工藝優(yōu)化、人工智能配煤系統(tǒng)等。
作為受沖擊地壓影響最嚴(yán)重的國家之一，鉆孔卸壓是影響中國煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。整個施工過程是通過在采掘工作面等應(yīng)力集中區(qū)施工鉆孔降低沖擊地壓風(fēng)險。大模型的應(yīng)用實現(xiàn)了對鉆孔施工情況的實時監(jiān)測，以及對鉆孔深度的自動核驗，降低人工核驗工作量的同時，還能實時發(fā)現(xiàn)和整改問題，提升了現(xiàn)場施工安全度。
在對煤炭進(jìn)行焦化加工時，需要將不同變質(zhì)程度的煉焦用煤，按適當(dāng)比例配合，滿足煉焦生產(chǎn)要求，因此原料配煤影響了焦化環(huán)節(jié)80%的成本輸出。通過大模型構(gòu)建的人工智能配煤系統(tǒng)，能夠收集和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提供焦炭質(zhì)量預(yù)測、配煤比例優(yōu)化等服務(wù)，平均每消耗1噸原料煤煉焦便可為煉焦廠節(jié)約幾塊錢的成本。
此外，鄂爾多斯也在依托大模型建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。在官方介紹中，鄂爾多斯工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的AI模塊包含了先進(jìn)的工業(yè)大模型，支持低門檻、高效率的AI工業(yè)化開發(fā)。數(shù)量龐大的中小礦山可通過鄂爾多斯工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的中心平臺訓(xùn)練以及“邊學(xué)邊用”模式來持續(xù)提高模型精度和可靠性，減輕智能化建設(shè)負(fù)擔(dān)。
有效降低智能化方案的開發(fā)、應(yīng)用門檻，是中國煤炭行業(yè)從局部智能化階段過渡到全面智能化階段的基本要求。從目前來看，雖然大模型已經(jīng)在從模型構(gòu)建走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，但是更為重要的是從示范案例到全面應(yīng)用的拓展。大模型為拓展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，但仍需要企業(yè)做出相應(yīng)的調(diào)整與支持。
智能化技術(shù)的落地在很大程度上受限于企業(yè)自身的技術(shù)能力和升級意愿。一方面，一些企業(yè)對智能化升級仍然存在認(rèn)知不足，雖然能夠了解到智能化帶來的生產(chǎn)效率提升、安全風(fēng)險降低等優(yōu)勢，但是缺乏技術(shù)選擇、引進(jìn)、應(yīng)用的經(jīng)驗，需要有人為其提供更全面的技術(shù)咨詢服務(wù)。
另一方面，仍然有很大一部分煤礦沒有完成初級的智能化改造。在山西，已建成智能化采掘工作面的煤礦共281座，年產(chǎn)能總計74750萬噸，占全省生產(chǎn)煤礦總產(chǎn)能的61.91%，仍然有近40%的煤礦沒有完成智能化改造。同時，一些完成智能化改造的煤礦，也依然存在傳感器精度低、裝備可靠性不高、協(xié)議接口不統(tǒng)一等問題。
整體上，從技術(shù)研發(fā)到技術(shù)應(yīng)用的過程中，也依然存在斷點。劉峰表示，很多引入的新技術(shù)在落地應(yīng)用中仍面臨 “兩張皮”的現(xiàn)象，現(xiàn)場融合度不高，先進(jìn)技術(shù)與煤炭開采的適配程度還有待進(jìn)一步提升。推動煤炭行業(yè)智能化建設(shè)從單點突破到體系化發(fā)展、常態(tài)化運行，已成為當(dāng)前煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要任務(wù)和迫切需求。
解決這些問題，人才培養(yǎng)是關(guān)鍵。煤炭行業(yè)需要培養(yǎng)更多懂原理、懂技術(shù)、懂現(xiàn)場、懂運維智能化運維人員，并給予這些人才更高的重視程度，完善人才培養(yǎng)體系，增強(qiáng)煤炭企業(yè)對人才的吸引力。只有建設(shè)好層次分明的人才梯隊，才能更好完成智能化的意識打通和新技術(shù)方案的落地應(yīng)用。
在媒體報道中，一些煤炭企業(yè)正在嘗試解決人才的問題。潞安集團(tuán)高河煤礦就成立了5G大學(xué)生創(chuàng)新工作室，吸收一線技師參加，培養(yǎng)智能化應(yīng)用人才；新元煤礦和天地王坡煤礦也聯(lián)合華為、中煤科工等科技企業(yè)共同打造5G+智能化創(chuàng)新孵化器，為智能化礦井建設(shè)提供技術(shù)積累和人才儲備。
在大模型的加持下，中國煤炭行業(yè)已經(jīng)來到了又一個智能化的關(guān)鍵過渡時期，積極擁抱新技術(shù)、應(yīng)用新技術(shù)將進(jìn)一步提升整個行業(yè)的發(fā)展水平。這個過程中，需要煤炭企業(yè)自身的努力，需要科技企業(yè)的解決方案研發(fā)，甚至需要有第三方企業(yè)提供更仔細(xì)的轉(zhuǎn)型指導(dǎo)，共同形成合力，實現(xiàn)跨越。
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