摘 要

為探索智能化背景下選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展新途徑，以渦北選煤廠為研究對象，采用理論框架設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐結(jié)合的方法，研究智能驅(qū)動(dòng)選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力內(nèi)涵、框架及建設(shè)路徑，構(gòu)建“基礎(chǔ)平臺建設(shè)→全要素基礎(chǔ)自動(dòng)化→生產(chǎn)工藝全流程智能控制→智能決策與管理”框架，開展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺等基礎(chǔ)建設(shè)，實(shí)施全要素自動(dòng)化、工藝智能控制及智能管理。結(jié)果表明該智能驅(qū)動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力模式，可為煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供有效路徑。

該成果在煤炭清潔高效利用智能化成果發(fā)布暨選煤廠智能化建設(shè)論壇上進(jìn)行了發(fā)布點(diǎn)擊此處鏈接查看詳情

文章來源：《智能礦山》2025年第10期“煤炭清潔高效利用智能化先進(jìn)成果專欄”

第一作者：徐康，高級工程師，現(xiàn)任淮北礦業(yè)股份有限公司渦北選煤廠生產(chǎn)副廠長，主要從事選煤生產(chǎn)管理的相關(guān)工作。E-mail：526070073@qq.com

作者單位：淮北礦業(yè)股份有限公司渦北選煤廠；安徽理工大學(xué)

引用格式：徐康，張松山，陳偉，等.智能驅(qū)動(dòng)選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力的框架設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐[J].智能礦山，2025，6(10)：50-56.

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淮北礦業(yè)股份有限公司渦北選煤廠（簡稱渦北選煤廠）是安徽省“861”重點(diǎn)項(xiàng)目，原煤年入洗能力為600萬t，采用先進(jìn)的重介-浮選聯(lián)合工藝，工藝及設(shè)備處于國內(nèi)先進(jìn)水平，主要為焦煤、肥煤等稀有煤種，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。渦北選煤廠以智能化為驅(qū)動(dòng)，探索選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力內(nèi)涵并開展工程實(shí)踐，強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化管理模式、實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效利用。

渦北選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力內(nèi)涵及框架設(shè)計(jì)

渦北選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在智能化煤炭洗選加工、數(shù)字化管理、綠色環(huán)保技術(shù)應(yīng)用等方面，以數(shù)字化煤炭和選煤智能化破解產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，以安全、智能、高效、綠色為目標(biāo)，以技術(shù)、裝備、數(shù)據(jù)、環(huán)境等為核心要素的新質(zhì)生產(chǎn)力形式。

圍繞新質(zhì)生產(chǎn)力建設(shè)的設(shè)計(jì)框架，以基礎(chǔ)平臺建設(shè)→全要素基礎(chǔ)自動(dòng)化→生產(chǎn)工藝全流程智能控制→智能決策與管理為路線。數(shù)據(jù)流自下向上為數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，并形成相應(yīng)智能決策方案，隨后自上而下實(shí)現(xiàn)計(jì)劃執(zhí)行、設(shè)備運(yùn)行、現(xiàn)場調(diào)控和產(chǎn)品質(zhì)量柔性調(diào)控，渦北選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力提升框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 渦北選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力提升框架設(shè)計(jì)

渦北選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力建設(shè)工程實(shí)踐

2.1 基礎(chǔ)平臺建設(shè)

基礎(chǔ)平臺是渦北選煤廠智能化建設(shè)的關(guān)鍵，涵蓋了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺、云平臺、數(shù)據(jù)中心、標(biāo)準(zhǔn)選煤數(shù)據(jù)、系統(tǒng)安全、運(yùn)維平臺、交互平臺等功能，以下重點(diǎn)分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云平臺、數(shù)據(jù)中心與標(biāo)準(zhǔn)選煤數(shù)據(jù)3個(gè)方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺

選煤廠網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)遵循方便管理和安全可控的原則劃分區(qū)域。物理區(qū)域通過防火墻將網(wǎng)絡(luò)劃分為辦公網(wǎng)和生產(chǎn)網(wǎng)2個(gè)物理區(qū)域，其中辦公區(qū)域通過防火墻物理隔離辦公電腦與機(jī)房核心設(shè)備，控制環(huán)網(wǎng)通過網(wǎng)閘物理隔離生產(chǎn)核心，再通過防火墻物理隔離5G核心設(shè)備與生產(chǎn)核心，渦北選煤廠網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2 渦北選煤廠網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

（2）一體化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云平臺

渦北選煤廠基于1套5節(jié)點(diǎn)3副本超融合系統(tǒng)，建立一體化管控云平臺集成管控門戶。業(yè)務(wù)服務(wù)器均部署在超融合平臺上，虛擬出web頁面服務(wù)器、功能服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和采集器服務(wù)器等4臺虛擬服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)渦北選煤廠一體化管控平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲及計(jì)算功能，一體化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云平臺架構(gòu)如圖3所示。

通過生產(chǎn)協(xié)同管理系統(tǒng)、煤質(zhì)分析決策系統(tǒng)、移動(dòng)端展示平臺、數(shù)據(jù)中心升級板塊的建設(shè)，打破各智能化系統(tǒng)間的信息孤島，采集、整合、存儲散落在生產(chǎn)過程中的離線數(shù)據(jù)，識別、采集、分析、利用生產(chǎn)、經(jīng)營、機(jī)電、安全各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建選煤廠全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖，實(shí)現(xiàn)選煤廠橫向數(shù)據(jù)融合共享。

圖3 一體化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云平臺架構(gòu)

（3）數(shù)據(jù)中心與標(biāo)準(zhǔn)選煤數(shù)據(jù)

建設(shè)了數(shù)據(jù)中心，具備計(jì)算、通信、存儲等基礎(chǔ)資源，滿足現(xiàn)場工業(yè)控制和基本信息處理需要，超融合采用5臺2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架服務(wù)器組成單臺服務(wù)器最大支持32個(gè)內(nèi)存插槽、39塊硬盤，超融合系統(tǒng)總CPU達(dá)到400核，內(nèi)存達(dá)1.23 TB，據(jù)目前使用情況看CPU資源占用僅6.5%、內(nèi)存資源占用僅41.33%、存儲資源占用僅4.18%，基礎(chǔ)資源占用很低，滿足現(xiàn)場工業(yè)控制和基本信息處理需求，并且在未來可根據(jù)發(fā)展建設(shè)的需求擴(kuò)容。數(shù)據(jù)中心具備可視化管理平臺，可在平臺內(nèi)對系統(tǒng)健康度、物理資源使用率、資源統(tǒng)計(jì)、虛擬機(jī)使用情況、物理機(jī)使用情況、系統(tǒng)告警、存儲集群IOPS/IO吞吐量等情況進(jìn)行可視化查看與管控， 數(shù)據(jù)中心的硬件與超融合管理平臺如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)中心的硬件與超融合管理平臺

結(jié)合選煤廠自身實(shí)際需要，建立了適應(yīng)選煤廠要求的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)體系，包括統(tǒng)一的數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)分布，提出了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)底座，具備高效的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)加工及數(shù)據(jù)挖掘能力，標(biāo)準(zhǔn)字典界面如圖5所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)字典界面

2.2 全要素基礎(chǔ)自動(dòng)化

通過開展全要素基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化，為新質(zhì)生產(chǎn)力建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)如圖6所示。

圖6 基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)

選煤廠全要素基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)示意如圖6a所示，藍(lán)色為監(jiān)測與保護(hù)、綠色為生產(chǎn)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)自動(dòng)化、黃色為輔助環(huán)節(jié)自動(dòng)化，共3個(gè)層次。生產(chǎn)環(huán)節(jié)由集中控制、視頻監(jiān)控、調(diào)度通信、配電監(jiān)控、煤質(zhì)在線監(jiān)測、產(chǎn)量計(jì)量、設(shè)備在線監(jiān)測、人員定位和環(huán)境安全監(jiān)測構(gòu)成；輔助環(huán)節(jié)由泵與供風(fēng)、自動(dòng)潤滑、照明、衛(wèi)生沖洗等環(huán)節(jié)組成。

全要素中環(huán)境安全監(jiān)測示例如圖6b所示，在渦北選煤廠的原煤倉上、受煤坑等瓦斯易積聚場所設(shè)置在線式瓦斯監(jiān)測裝置，并與現(xiàn)場風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，為安全提供基礎(chǔ)支撐。一氧化碳、瓦斯監(jiān)測固定在原煤倉、精煤倉、受煤坑中間柱子的監(jiān)測控制箱，每個(gè)控制箱連接1個(gè)一氧化碳、瓦斯傳感器。

考慮到距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)位比較分散，各類數(shù)據(jù)通信采取5G傳輸，監(jiān)測箱頂部固定連接報(bào)警器，當(dāng)檢測參數(shù)達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息通過5G專網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸至智控中心。當(dāng)監(jiān)控指標(biāo)超出國家標(biāo)準(zhǔn)范圍或系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信息，信息內(nèi)容包括：報(bào)警單位名稱、報(bào)警事件、超標(biāo)值等；報(bào)警數(shù)據(jù)通過聲光報(bào)警、控制畫面閃爍及語音提示方式通知相關(guān)人員，用戶可對報(bào)警類型、等級、內(nèi)容等進(jìn)行自定義設(shè)置。

2.3 生產(chǎn)工藝全流程智能控制

以煤炭洗選工藝全流程為切入點(diǎn)，通過全流程智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)智能調(diào)控，提升了過程控制水平，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)了選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力建設(shè)。渦北選煤廠提出了生產(chǎn)工藝全流程控制方案如圖7a所示，智能控制主要包括3個(gè)方面。

（1）智能原煤、智能重介、智能浮選、智能濃縮、智能壓濾等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

（2）智能倉儲與配煤、智能裝車、采制化管理等輔助環(huán)節(jié)。

（3）智能集控、智能視頻、智能配電、智能機(jī)器巡檢等生產(chǎn)保障智能化。

以重介閉環(huán)控制為例說明生產(chǎn)工藝智能控制，3254重介閉環(huán)控制（示例）界面如圖7b所示。通過監(jiān)測入料量、入料煤質(zhì)情況、懸浮液密度、各介質(zhì)桶液位、磁性物含量、壓力、分流閥、補(bǔ)水閥開度等參數(shù)，并據(jù)此建立入料質(zhì)量、密度、液位、煤泥含量等的調(diào)節(jié)模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能控制補(bǔ)水閥開度、分流閥開度、入料壓力，使密度、煤泥含量、桶位、壓力自動(dòng)保持穩(wěn)定。

圖7 生產(chǎn)工藝全流程控制方案

各調(diào)節(jié)回路均可自動(dòng)/手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)回路自動(dòng)與手動(dòng)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，亦可由操縱臺觸摸式操作屏進(jìn)行人工干預(yù)。主洗重介系統(tǒng)在精煤弧形篩處設(shè)有自動(dòng)分流機(jī)構(gòu)，可在生產(chǎn)集控后臺自動(dòng)設(shè)置分流機(jī)構(gòu)開度。

為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)重介自動(dòng)補(bǔ)水和密度自動(dòng)閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，作為全廠綜合調(diào)控系統(tǒng)的組成部分與控制系統(tǒng)共用控制主機(jī)，對一次檢測儀表檢測到的密度、液位等各參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。智能閉環(huán)投用前后重介精煤合格率對比見表1，統(tǒng)計(jì)了系統(tǒng)使用前后12個(gè)月的重介精煤合格率，系統(tǒng)投用后重介精煤合格率從原50%～52%，提升至55%～56%。

表1 智能閉環(huán)投用前后重介精煤合格率對比

2.4 智能管理與決策

渦北選煤廠智能管理與決策項(xiàng)目建設(shè)分解如圖8所示，其中智能管理包括生產(chǎn)管理（調(diào)度管理、煤質(zhì)管理、運(yùn)銷管理）、經(jīng)營管理（成本管理、物資管理、人力資源管理）、機(jī)電管理（基礎(chǔ)管理、維保管理、設(shè)備健康管理）、安全與職業(yè)健康管理、節(jié)能與環(huán)保管理和協(xié)同管理。

圖8 智能管理與決策框架

以生產(chǎn)調(diào)度管理與決策為例，在生產(chǎn)調(diào)度平臺實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制生產(chǎn)調(diào)度記錄、調(diào)度簡報(bào)、調(diào)度日報(bào)、原煤處理量統(tǒng)計(jì)表、產(chǎn)銷存表、分礦發(fā)運(yùn)明細(xì)表等，結(jié)合每日生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制。以調(diào)度日報(bào)為例，主要包含事故臺時(shí)、生產(chǎn)臺時(shí)、返煤信息、交接班信息、生產(chǎn)時(shí)間信息以及報(bào)警信息。智能決策包括生產(chǎn)情況分析決策、經(jīng)營情況分析決策、工藝效果分析決策和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化決策等。生產(chǎn)日常調(diào)度與生產(chǎn)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析決策如圖9所示。

圖9 生產(chǎn)日常調(diào)度與生產(chǎn)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析決策

渦北選煤廠數(shù)字孿生可視化系統(tǒng)構(gòu)建了數(shù)據(jù)倉庫，實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)全流程環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡計(jì)算，預(yù)警和智能處置異常情況。以水循環(huán)為例，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)缺水或多水（即）等水平衡異常情況時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)警，相應(yīng)地生產(chǎn)清水泵提供或減少供水量，以盡快恢復(fù)平衡。渦北選煤廠全廠數(shù)字孿生界面如圖10所示。

圖10 渦北選煤廠全廠數(shù)字孿生界面

渦北選煤廠應(yīng)用效果評估

渦北選煤廠通過智能化建設(shè)驅(qū)動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展取得了顯著效果，主要體現(xiàn)在5個(gè)方面。

（1）核心技術(shù)突破：創(chuàng)新“中子活化檢測+數(shù)字料倉+智能配煤”系統(tǒng)，構(gòu)建全流程閉環(huán)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工藝優(yōu)化與數(shù)字孿生決策模式成效顯著，推動(dòng)了選煤企業(yè)管理效率與決策水平提升。

（2）促進(jìn)生產(chǎn)力建設(shè)：通過優(yōu)化控制，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，萬噸原煤事故率從0.55降低至0.12；建立智能操控系統(tǒng)，解放勞動(dòng)力，職工從640余人減少至440余人，處理量從650 t/h提高至750 t/h，提升了企業(yè)競爭力。

（3）質(zhì)量與效益提升：將智能控制與工藝結(jié)合，確?？刂凭珳?zhǔn)化，精煤灰分區(qū)間穩(wěn)定率提升10%；聯(lián)動(dòng)產(chǎn)率提高1.2%，煤質(zhì)煤種合格率達(dá)100%，2023—2024年累計(jì)較計(jì)劃增盈1.68億元。

（4）安全與環(huán)保升級：推廣智能視頻、設(shè)備智能監(jiān)測、機(jī)器人巡檢，提前預(yù)警處理隱患。動(dòng)態(tài)監(jiān)測覆蓋危險(xiǎn)區(qū)域，事故率下降 80%，利用清潔能源，推進(jìn)設(shè)備節(jié)能改造，實(shí)時(shí)監(jiān)測能耗，減少碳排放，環(huán)保合規(guī)率100%。

（5）品牌與示范效應(yīng)：渦北選煤廠智能驅(qū)動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力各類成果獲安徽省及中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技獎(jiǎng)5項(xiàng)、煤炭清潔高效利用智能化先進(jìn)成果1項(xiàng)、煤炭行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展典型案例1項(xiàng)，2024年獲評全國安全文化建設(shè)示范企業(yè)、“國家級綠色工廠”。

結(jié) 語

以渦北選煤廠為研究對象，探索了智能化背景下選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展新途徑，凝練了智能驅(qū)動(dòng)的選煤廠新質(zhì)生產(chǎn)力科學(xué)內(nèi)涵并進(jìn)行了框架設(shè)計(jì)，開展了全要素基礎(chǔ)自動(dòng)化、生產(chǎn)工藝智能控制、智能管理與決策等智能化工程建設(shè)。渦北選煤廠智能化工程應(yīng)用優(yōu)化了資源利用效率、促進(jìn)了企業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力提升，為煤炭行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了有效路徑參考。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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