张现余
（中煤新集能源股份有限公司，安徽淮南 232001）
摘要：针对当前因技术准备、建设和运行过程管理不到位，影响工作面智能化开采技术应用和发展的问题。从系统管理的角度，采用精益管理思想和团队协作组织方式对综采工作面智能化系统建设应用过程的组织保障措施、制度体系建设、人员培训等管理保障措施进行了系统设计。同时，对影响综采工作面智能化开采技术应用的技术问题进行了分析，对下一步的建设重点进行了探讨。笔者为综采工作面智能化系统的建设发展提供了一种切实可行的方案。
关键词：综采智能化；组织保障；制度保障
中图分类号：TD79 文献标志码：B
1.引言
滚筒采煤机综合机械化一次采全高开采方式是我国厚煤层主要的开采方式之一，推进综采工作面开采的智能化水平是减少工作面用工数量、改善作业人员工作环境、保障作业人员安全的必然途径，能从根本上提升我国煤矿总体安全水平和经济效益。近年来，国家对智慧矿山建设的大力推动，促进了国内煤机装备制造水平的提升，物联网、信息技术、自动化和智能化控制技术在煤矿生产管理中普遍应用。2020年2月25日，国家发展改革委、国家能源局等八部委联合下发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了我国煤矿开展智能化建设的指导思想、基本原则、重点任务与保障措施。综采工作面作为煤矿的主要生产环节，是智能化矿山建设的重点和难点[1]。
综采工作面智能化系统是煤矿智能化开放巨系统的三大核心之一，系统子系统多，层级多，子系统相互之间的关联关系高度复杂[2]。坚持以科技创新为根本动力，持续开展系统优化升级，推动智能化技术与企业融合发展，不断提升开采生产智能化水平，牢固树立煤矿智能化是煤炭行业发展的必经之路，是支撑我国未来煤炭行业生产方式转型的核心技术支撑［3－6］的理念是煤炭企业持续健康发展的基础。为做到综采工作面智能化系统设计到位、实施到位、应用维护到位需要从组织、制度、培训等各方面做好保障，在技术上做到不断地优化升级。
2.智能化开采技术应用现状
2.1 应用效果
综采工作面智能化协同控制技术除依赖煤矸识别、采煤机三维精确定位和工作面精准煤层分布信息的功能尚需验证外，以设备的智能协同运行控制，设备与人员的安全闭锁为主的工作面系统智能协同控制，在工作面顶板条件较好，工作面切向倾角较小条件下的工作面已广泛应用。通过综采工作面智能化协同控制方案的实施，综采工作面操作岗位减少60%以上，除监护岗，基本消除司机岗位，起到了明显的减人提效效果。
2.2存在的问题
已实现的智能化开采功能与工作面跟随煤层自动导航控制的智能化开采还存在较大差距。以设备智能协同控制与人员安全闭锁为主的工作面智能化开采适应复杂开采条件的能力差，只适用于煤壁直立性好，煤层厚度稳定，走向和切向倾角小或接近于水平的各类条件都较为理想的工作面，对煤层变化和地质条件复杂的工作面难以常态化应用。
在管理上，智能化开采工作面存在智能化系统维护不到位，系统功能经常不能保持完整，影响智能化控制系统正常应用，进而影响工作面生产的情况，并导致在生产管理层存在智能控制技术应用与产量和生产节奏稳定是对立的思想。工作面智能化控制系统的建设，使原有司机岗位转为巡视或其它工种，岗位转换后的人员因年龄较大、知识面窄，缺乏专业知识及持续学习的态度、思维定式严重等问题，对新岗位的适应存在困难，影响综采队伍思想稳定。智能化控制系统的建设在工作面增加了大量的信息采集、传输、处理及集成控制设备，增加了工作面操作和技术人员的工作量，同时他们对新增设备的熟悉需要较长时间，普遍对新系统的应用存在畏惧和排斥情绪。在固定的产能任务压力下，传统野蛮操作意识在工作面生产过程根深蒂固，对智能化开采技术应用影响生产时的原因缺乏分析，在处理上通常都是简单粗暴的对自动化和智能化功能进行抛弃，缺乏持续完善的态度。
2.3客观和技术原因
（1）在工作面切眼倾角较大的情况下，液压支架在自动推移过程中容易偏斜和咬架，现有装备难以实现支架偏斜姿态的精确监测和自动调整。
（2）受顶板破碎，工作面煤壁片帮、漏顶问题较大等问题影响，液压支架护帮板实际工作位置与设计工作位置难以保持一致，因护帮板实际工作位置检测在工程上尚存在困难，导致护帮板与采煤机滚筒的干涉自动判断存在较大风险，影响采煤机自动割煤。
（3）目前工作面采煤机精确定位技术以澳大利亚LASC系统为主，国产工作面采煤机精确定位技术尚不成熟，澳大利亚LASC系统的引入价格昂贵且受限较多，不便采用。同时受限于国内井下煤层精确勘探精度较低，煤层分布地理信息不准确，导致基于煤层分布和精确定位的煤机智能导航控制难以在地质较为复杂条件下的工作面生产中常态化应用。
（4）受限于国内采煤机精确定位技术和算法的不成熟，液压支架的长时自动校直在倾角较大条件下的成熟应用还存在一定差距。
（5）现有工作面两巷空间布局、支护与采煤工艺方式难以实现工作面回采过程的两端斜切进刀自动化。
（6）现有工作面设备干涉关系，基于人员位置的人员安全闭锁控制等以逻辑判断形式表现，精度低，不直观。
（7）目前缺少工作面回采过程包括设备动作状态、工作面空间信息、环境状况等整体状况的回放和后续过程模拟的手段，不利于工作面回采过程的优化。
2.4 主观和管理原因
（1）现有工作面人员构成不合理，知识、技能水平普遍较低，与智能化开采所需的能力水平存在差距。
（2）工作面采用传统的生产组织模式，岗位和工种固定，工作面工作人员技能单一，不能适应智能化工作面对工作人员一专多能的需要。
（3）工作面智能化开采系统建设以机电部门为主，生产管理、安全、经营管理、地质等部门不参与或较少参与，生产单位只有电气技术员参与，生产管理及生产单位等对智能化系统缺乏系统认识。
（4） 矿针对工作面智能化开采的运行和维护管理的制度体系缺失、不健全或不合理，针对工作面智能化建设的技术标准体系不够完备。
（5）公司缺乏针对工作面智能化建设的监督、评价机制，缺少针对智能化开采技术推行的示范和激励机制。
（6）满足工作面智能化开采需要的，工作面运行安全保障体系建设滞后。
3. 管理保障及技术改进措施
综采工作面智能化系统是煤矿智能化开放巨系统的三大核心之一，系统子系统多，层级多，子系统相互之间的关联关系高度复杂[2]。坚持以科技创新为根本动力，持续开展系统优化升级，推动智能化技术与企业融合发展，不断提升开采生产智能化水平，牢固树立煤矿智能化是煤炭行业发展的必经之路，是支撑我国未来煤炭行业生产方式转型的核心技术支撑［6－9］的理念是煤炭企业持续健康发展的基础。要做到综采工作面智能化系统设计到位、实施到位、应用维护到位需要从组织、制度、培训等各方面做好保障，在技术上做到不断地优化升级。具体措施包括：
3.1保障措施设计原则和目标
以人为本，全员参与，遵循精益管理思想,通过高绩效团队建设，有效配置、合理分配资源, 做到持续改善[6,7]。围绕服务安全生产和提质增效，以在公司范围内树立智能化开采可行、可靠、有效、智能化开采技术推行势在必行的共同认知，形成通过智能化开采技术应用提升安全与效率的共同目标，推动智能化开采技术应用成为生产单位的内生需求。以团队为基本组织形式，以精益化管理理论、方法为建设指导工具，为工作面智能化系统高质量建设和应用保驾护航。
3.2组织保障
运用系统论的观点和方法，对工作面智能化建设、运行组织进行整体设计，成立工作面智能化建设保障管理组织、实施和运行组织、技术支持组织、实施监督组织、后评价组织、运行机构优化组织，明确工作面智能化建设管理目标,形成工作面智能化建设整体合力。
3.2.1矿级管理组织
建立以矿长为组长、生产矿长和机电矿长为副组长，其他矿领导为成员的工作面智能化建设管理小组,明确工作面智能化建设管理目标,形成工作面智能化建设整体合力。统筹工作面智能化建设的成本管控、生产组织、机电管理、安全管理、标准化建设、组织机构优化、智能化及柔性管理等各个方面的精益优化。
3.2.2实施和运行组织
建立以综采队长为组长，矿智能化业务和调度负责人为副组长，其它职能科室负责人，综采和智能化业务技术人员为成员的实施和运行组织。凝聚矿井各业务口共识，促进工作面智能化建设跨业务合作。
3.2.3技术支持组织
由公司总工程师牵头，智能化业务分管领导或机电信息管理部（含智能矿山研究所）具体负责，公司生产技术部、地测水文部、一通三防部、安监局等安全生产技术口共同参与的智能化工作面建设技术支持团队，同时聘请高校及专业机构专家提供咨询服务。充分发挥各自专业领域优势，实现协同创新、跨业务融合发展，为工作面智能化建设在技术路线、技术方案、技术难题攻关等方面提供技术支撑。
3.2.4实施监督组织
由生产技术部牵头，机电信管理部和科技环保部参与对工作面智能化建设的全过程进行监督，重点监督工作面智能化建设和应用过程中矿井的组织、制度建设及智能化建设方案落实情况。
3.2.5后评价组织
由经营管理部牵头，生产技术部、机电信息管理部、人力资源部、科技环保部参与，对工作面智能化建设的效能进行评价，对工作面智能化建设参与单位进行定量考核。
3.2..6 运行机构优化组织
由公司人力资源部牵头，公司生产技术部及矿相关部门参与，针对智能化工作面的运行需求，设立与之相适应的工作面生产运行组织机构并持续优化。
各个组织以团队形式开展工作，各组织之间的工作关系如图3-1智能化工作面保障组织工作关系图所示。
图3-1智能化工作面保障组织工作关系图
3.3制度保障
3.3.1技术标准体系建设
建立智能化工作面建设技术标准体系，按工作面分类、分级技术条件对工作面智能化建设的总体功能目标[3]，子系统功能设计，系统间的协同控制规则，子系统间的协议接口，不同子系统的协同配合责任，系统变量命名规则及人机界面设计等进行详细规范。
3.3.2执行监督制度
按工作面分类、分级技术条件结合各矿实际情况，制定各矿智能化工作面建设年度指标体系，将工作面智能化建设与应用纳入矿井年度考核指标，作为公司质量标准化和机电检查内容纳入日常管理。
3.3.3后评价制度
以促进工作面智能化项目管理规范化、科学化，提高管理的效率和效益，保障项目实施后的应用效果为目标；以提升工作面开采的效益与效率为根本原则，注重实效，大力推广新技术、新装备、新工艺的应用。参照公司《中煤新集能源股份有限公司“四化”建设项目管理办法》，由工作面智能化建设后评价组织开展工作面智能化建设后评价。
3.3.4运行和维修管理制度建设
针对工作面智能化开采的特点，以保障智能化工作面安全高效运行，消除传统落后的规定对工作面智能化开采效能发挥的不利影响为目标。由公司生产技术部牵头，公司安监局、机电信息管理部及其他职能部室、矿相关部门参与，建立智能化工作面的运行和维修管理制度体系并持续优化和完善。
3.3.5安全保障体系建设
智能化安全保障体系是工作面智能化建设的重要有机组成部分[9]。由安监局牵头，公司生产技术各职能部室及矿参与，针对工作面生产存在的风险因素，建立与工作面智能化水平相适应的工作面安全保障体系。以全面的数据平台、实时的风险评估和智慧的灾害处置为重点，形成数字式、一站式、智能式的工作面风险辨识、预警、处理闭环的安全保障体系。对工作面智能化安全保障体系在感知层面、风险层面、设备层面和管理层面的架构进行系统规范。
3.3.6激励机制
从公司层面加大矿井进行工作面智能化建设的政策支持力度， 建立公司智能化发展长效机制。成立公司智能化建设奖励基金，对在公司组织的后评价中得分优良的智能化工作面，对所在矿井和生产区队进行物质奖励，所在区队负责人和主要技术人员优先获得年终评优机会。以综采队为主体，制定工作面智能化建设应用指标体系，树立综采队全员参与工作面智能化建设的理念，做到人人有指标，人人有考核。
3.4培训
工作面智能化开采作为一种新的技术手段其应用普及是一个过程，尤其是煤矿生产操作及管理人员对智能化开采技术及理念的接受需要一个过程。工作面智能化开采是对传统开采方式的颠覆，它打破了传统工作面操作人员间的分工界线以及调度指挥模式。传统操作岗被巡视岗替代，针对单一设备、系统操作的简单技能需求被多设备、系统基础故障判断和应急操作知识需求替代。以电话沟通和凭经验进行生产调度指挥的工作方式被通过智能控制系统实时获取信息和智能辅助调度指挥替代。
工作面智能化建设要重点做好矿领导、矿井生产调度、综采队技术人员及综采操作人员的培训。针对矿领导的培训以智能化开采技术发展，能够实现的功能和能达到的效果等效果性内容培训为主，重点提升对智能化开采技术的认知，培养采用智能化技术进行开采的信心；技术人员以工作面智能化开采涉及的安全、信息、自动化和智能化控制等各类技术为主；生产调度人员以熟悉智能化工作面运行机制，工作面智能化控制系统与生产调度相关的功能等为主；巡视人员培训以工作面多设备综合运行管理、操作和应急故障处理知识培训为重点。各类人员的培训都以树立大局意识，打破专业界线，培养多干一点和协同配合工作的意识为基础。
3.5 下一步技术改进措施
针对以设备智能协同控制和人员安全闭锁为核心的工作面智能化开采系统方案存在的问题，下一步计划在如下几个方面进行改进：
（1）进一步完善工作面信息采集手段，重点提升和改进液压支架高度和姿态监测的精度和可靠性，基于对人工处理液压支架防咬架和咬架过程的处理，对液压支架智能化控制系统进行优化，提升液压支架智能控制的适应性。
（2）建立工作面数字孪生系统，基于数字孪生系统优化工作生产过程的跟踪、复现、生产过程优化模拟，建立和形成基于数字孪生系统的故障预判和处理专家系统。
（3）基于煤层和地质条件，装备和生产工艺情况，对工作面两巷工作面一侧的支护材料和工艺的变更进行探讨，探索采煤机可切割支护材料和工艺应用的可行性。
（4）在积极合作开展工作面定位和煤层精准勘探技术应用研究的同时，针对工作面的实际工况开展灵活的智能化开采运行策略并持续优化。
4. 结语
综采工作面智能化系统的建设、应用、持续完善是一个复杂的系统过程，笔者对工作面智能化建设的组织措施、制度措施、培训和技术改进方案符合当前煤矿实际需要，从系统管理的角度为综采工作面智能化系统的建设发展提供了一种切实可行的保障措施。
参考文献：
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作者简介：张现余（1980—），男，山东临沂人，中煤新集智能矿山研究所副主任工程师，从事煤矿机电管理、智能化矿山建设和研究工作。