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鄂尔多斯煤矿数字化产业分析及发展构想
王 才（太原理工大学教授级高工，鄂尔多斯职业学院、煤炭技工学校现聘教授）郭广伟（鄂尔多斯市慧谷工业设计园总经理、教授级高工）
摘要：煤炭是鄂尔多斯的支柱产业，煤矿数字化是数字鄂尔多斯的重要组成部分。数字化是已经来临的一个时代，煤矿数字化是继煤矿综合机械化后的一次变革，煤矿综合机械化把煤矿工人从繁重的体力劳动中解放了出来，煤矿数字化将彻底解放煤矿工人。煤矿数字化、全自动化、无人矿井也是煤矿安全生产的根本出路。鄂尔多斯煤矿生产条件得天独厚，自动化水平、效益都处于国内领先水平。鄂尔多斯有优势和义务推动煤矿数字化的的进程。数字化产业是绿色的无烟产业，也是国家“十二五”计划重点发展的产业。把劳动密集型的采煤产业转型为知识密集型的数字化产业是最好的转型。
1．数字化是一个时代
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（Digital Revolution）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的CPU，微软的操作系统等软件和Internet网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从低谷走向顶峰，并在数字（知识）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。国家信息化必须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。
2．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，数字化产业将激励鄂尔多斯市的经济更快增长。
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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数字化进程又如何？
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25100万吨，其中地方煤矿14100万吨，国有重点10000万吨。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、高发热量的优质动力煤和气化煤。到2011年，全市煤炭产量达到3亿吨，采掘机械化程度不低于75%，采区回采率达到75%以上。
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，平均每个矿用于数字化方面的投资大于1000万，总投资30亿，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。
《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9亿。
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。
煤矿数字化属于国家“十二五”规划中七大战略新兴产业中的“新一代信息技术产业（物联网/传感网）”和“高端装备制造产业”。
今年国务院下发的23号文件中明确要求，我们要用三年时间，完成中国境内的所有煤矿安全六大系统（监测监控系统、人员定位系统、塌方自救系统、供水施救系统、通讯联络系统和紧急避险系统），提高安全保障。国家安监总局要求2010年底前所有煤矿全面完成监测监控系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统的完善工作 3．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。
3.1 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、2/5 频分、时分、总线、工业以太网、MCTP（Multi-Channel Transmiion Platform: 矿用本质安全型多通道传输平台）。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。竟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。
3.2 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 工业电视监视系统子系统 电力监测子系统 胶带机监测子系统
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。
3.3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问题，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，石家煤机厂已研制出远程控制掘进机。北京的一家公司正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。
3.4 无人矿井是煤矿数字化的远期目标
3/5 无人矿井是指井下的工作全部有机器设备在自动控制下完成，或有机器人来完成。随着数据化时代的发展，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。4．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，氧气浓度下降到17%，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矿都是井下人员太多，鹤岗矿当天井下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，澳大立亚煤矿限定工作面人数不能超过9人。
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。
今年11月9日召开的全国煤矿职业安全健康经验交流会暨全国煤矿尘肺病防治现场会上披露：“全国煤矿有265万接尘人员，据测算，每年有5.7万人患上尘肺病，因尘肺病死亡的则有6000余人，是安全生产事故死亡人数的两倍。”
煤矿综合机械化把矿工从繁重的体力劳动解放了出来，煤矿数字化将把矿工从恶劣的工作环境中解放出来。5．产品的研制开发是竞争的关键
目前，国内煤矿数字化的产品有许多，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。
煤矿数字化的近期产品开发目标：
实现综合自动化，减少井下人员，综采工作面和掘进工作面的传感器数据的无线传输。用ZigBee无线传输技术远程控制采煤机、掘进机和液压支架，并采集工作面的瓦斯、一氧化炭、二氧化碳、顶板压力等数据无线传输到运输巷的有线通信网交换机上，再传输到地面调度室。
5.1研究开发项目
1、综采工作面和掘进工作面设备的近距离（300米-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．优势、机会、使命
4/5 鄂尔多斯煤矿的条件得天独厚，经济效益最好，在城市数字方面鄂尔多斯已经走在了前面，煤矿数字化首先在这里实现是责无旁贷的历史使命。数字化是我们时代的特征。只有抓住机遇才能强占先机。新兴产业大多带有低投入、低消耗、低排放、高效益特征，是符合科学发展观要求的理想产业，也是信息社会与工业社会产业结构的基本区别之所在。数字化产业也是绿色产业，软件和集成电路国家重点扶植，给于优惠政策。
煤矿数字化是煤矿发展史上的飞跃（质变），靠各公司的自由竞争只能引起量变。如此大的产业革命，必须有政府的支持才能少走弯路。如果能给予装备制造和汽车制造的支持力度，鄂尔多斯的煤矿数字化产业一定会走在前头。
工信部正在着手筹备煤矿数字化产业联盟，着力推进矿山数字化产业的发展。
慧谷工业设计园有限公司已和工信部合作筹建“微软嵌入式联合实验室”。煤矿数字化产业完全可以作为该园区重点引导和发展的产业之一。
鄂尔多斯职业学院已筹建煤矿数字化专业，今年已找生。这必将为鄂尔多斯市发展煤矿数字化产业奠定良好的人才基础。
政府-企业-学校相结合实现煤矿数字化的基础已形成。7．转型
把存储在地下的能源转型为技术进步，社会发展。把劳动密集型产业转为知识密集型产业。把污染环境的产业转型为绿色产业。
信息技术具有广泛的渗透性和增值作用，煤矿数字化所用的核心技术传感器、计算机、软件、以太网和集成电路也是其他领域数字化所用的核心技术。
煤矿的数字化也会推动其他领域的数字化进程。8．实现的步骤
1、集成煤矿综合自动化系统，分享50亿大蛋糕，同时组建队伍、培养人才。
2、开发产品，瞄准全国市场。工作面信号的无线传输设备，这是现场急需要的产品，在两年内研制出能够下井使用，就能抢先占领全国的市场。全国90万吨以上煤矿整合后为4500座，自动化系统平均投资约1000万元，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。
3、综采综掘工作面设备的近距离远程控制，就是在运输巷遥控采煤机、液压支架和刮板运输机。这要用5-10年的时间完成。
4、实验最终目标，无人矿井。需要10-20年完成。
2010年12月
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