露天煤礦要走綠色智能發(fā)展之路

呂騰波

人類的活動，幾乎無處不“碳”。但如今，一個以化石能源為主的時代正在慢慢結(jié)束，地球正迎來一個碳中和的時代。2016年4月22日，170多個國家領(lǐng)導(dǎo)人在紐約聯(lián)合國總部簽下《巴黎協(xié)定》，掀起了全球綠色低碳的轉(zhuǎn)型大潮?！笆奈濉币潦?，“碳達(dá)峰”“碳中和”更是被首次寫入經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的五年規(guī)劃。

對此，中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司副總經(jīng)理、我國首批煤礦智能化專家王忠鑫感觸頗深：“我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國，能源體系以化石能源，尤其是高碳的煤炭為支撐。這決定了煤炭行業(yè)在實現(xiàn)‘雙碳目標(biāo)中承擔(dān)著更重的責(zé)任。因而，煤礦智能化是煤炭生產(chǎn)方式革命的新階段，是發(fā)展的必由之路。”

從業(yè)十多年來，王忠鑫一直致力于露天開采理論與優(yōu)化研究、資源開發(fā)規(guī)劃與設(shè)計、礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的研究。他的許多研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在煤礦中得到推廣應(yīng)用，取得巨大的經(jīng)濟(jì)社會效益和生態(tài)效益。作為一名“煤礦設(shè)計師”，多年來，他始終踐行著工匠精神，踏踏實實、兢兢業(yè)業(yè)。他帶領(lǐng)的智能化露天礦創(chuàng)新團(tuán)隊，展現(xiàn)了煤炭行業(yè)智能化發(fā)展“國家隊”的擔(dān)當(dāng)，為我國露天礦綠色智能發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。

向“智能礦山”邁進(jìn)

“十四五”開局以來，我國煤礦智能化建設(shè)加快推進(jìn)。數(shù)據(jù)顯示，全國有近400座煤礦正在開展智能化建設(shè)，總投資規(guī)模超過1000億元，已完成約470億元，建成智能化采掘工作面687個，在去冬今春煤炭安全增產(chǎn)增供中發(fā)揮了重要作用。

“低碳能源戰(zhàn)略是我國由工業(yè)文明步入生態(tài)文明的通道，而對于煤礦行業(yè)來說，智能化建設(shè)則是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，對實現(xiàn)煤礦減人增安提效、促進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型有著重要意義?！弊鳛槲覈短烀旱V領(lǐng)域的青年科學(xué)家，王忠鑫對此深有同感，2020年以來，國家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，就是要建立煤礦智能化發(fā)展協(xié)調(diào)機制，以提高煤炭保供能力為目標(biāo)，以示范項目為抓手，全面鋪開煤礦智能化建設(shè)。

2021年，為貫徹這份指導(dǎo)意見精神，科學(xué)規(guī)范有序開展煤礦智能化建設(shè)，國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局又制定出臺了《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》（以下簡稱《指南》），而其中關(guān)于露天礦相關(guān)的內(nèi)容，包括智能化礦山建設(shè)、驗收辦法等國家標(biāo)準(zhǔn)，都是由王忠鑫帶領(lǐng)團(tuán)隊牽頭完成的。

“《指南》作為提升行業(yè)智能化水平和規(guī)范建設(shè)工作的引導(dǎo)性文件，結(jié)合國內(nèi)外露天煤礦智能化建設(shè)的實踐經(jīng)驗、先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)理念，提出了主要建設(shè)內(nèi)容，包括露天煤礦智能化建設(shè)總體設(shè)計、信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、研究采用連續(xù)和半連續(xù)工藝的可行性、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的智能化、建設(shè)信息智能綜合管控平臺5方面的重點工作?！蓖踔姻胃嬖V記者，露天煤礦智能化建設(shè)工作是一項規(guī)劃先行、有序推進(jìn)、動態(tài)調(diào)整的系統(tǒng)性工程。為了使這項工作始終保持系統(tǒng)性、實效性和可操作性，《指南》提出了智能化露天煤礦總體設(shè)計的技術(shù)要求，是將信息技術(shù)與各類露天開采工藝系統(tǒng)進(jìn)行深度融合，逐步實現(xiàn)露天礦生產(chǎn)全環(huán)節(jié)的設(shè)備大型化、少人化、無人化。

此外，這部《指南》也為未來露天開采技術(shù)指明了發(fā)展方向：要推進(jìn)大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、邊緣計算、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)在露天煤礦的應(yīng)用，并給出了具體的應(yīng)用場景。

在露天采礦領(lǐng)域浸潤了多年的王忠鑫對相關(guān)工作充滿自豪感：“研究露天煤礦智能化建設(shè)規(guī)劃設(shè)計策略，厘清規(guī)劃設(shè)計的總體目標(biāo)，凝練核心設(shè)計策略，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計的內(nèi)容要求和通用技術(shù)架構(gòu)，明確建設(shè)技術(shù)路徑，建立科學(xué)的設(shè)計建設(shè)范式，對于保障和提升我國露天煤礦智能化建設(shè)工作效果具有重要的理論和現(xiàn)實意義?！?/p>

對于露天煤礦企業(yè)開展智能化，王忠鑫則建議：“必須堅持總體設(shè)計先行的原則，做到分級有序推進(jìn)，做好保障措施?！笔紫龋悄芑V山建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及的專業(yè)領(lǐng)域多、技術(shù)復(fù)雜度高，而且有很高的系統(tǒng)性。建設(shè)一座既符合本礦山實際需求，又符合行業(yè)發(fā)展要求的智能化露天煤礦，需要先進(jìn)的理念和強大的專業(yè)化人才隊伍作為支撐，礦山企業(yè)自行摸索很容易陷入誤區(qū)。建議企業(yè)借助“外腦”，委托具有提出礦山智能化建設(shè)整體解決方案能力的機構(gòu)開展基礎(chǔ)診斷、總體設(shè)計及項目組織實施工作。

其次，我國露天煤礦的煤層賦存條件復(fù)雜多樣，不同地區(qū)、不同煤層條件、不同工藝設(shè)備配置、不同運營管理模式、不同市場條件和經(jīng)濟(jì)承受能力等對智能化的要求、技術(shù)路徑、發(fā)展目標(biāo)等均存在差異，煤礦智能化建設(shè)不可能一蹴而就，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也不能“一刀切”，而是要結(jié)合各露天礦的實際實事求是，分層次、分階段、分輕重緩急地有序推進(jìn)。

此外，礦山企業(yè)要完善組織、制度、技術(shù)、資金、人才等方面的保障措施。加強組織領(lǐng)導(dǎo)，設(shè)置智能化專職機構(gòu)，鼓勵煤礦企業(yè)一把手擔(dān)任專職機構(gòu)負(fù)責(zé)人，確保煤礦智能化建設(shè)各項工作有序推進(jìn)。煤炭企業(yè)與相關(guān)高校、科研院所等協(xié)同合作，加強智能化煤礦核心技術(shù)與成套裝備的研發(fā)應(yīng)用。加大資金投入，重點實施智能化技術(shù)與裝備研發(fā)、技術(shù)改造、工程建設(shè)等項目，提高資金產(chǎn)出效益。加大人才引進(jìn)和復(fù)合型人才培養(yǎng)力度，開展在職人員智能化和信息化培訓(xùn)，建立健全煤礦智能化相關(guān)技術(shù)人員職業(yè)發(fā)展通道。

“綠色采礦”的夢想

“我的家鄉(xiāng)是一個老礦區(qū)，從小就見慣了露天礦和井工礦，也熟悉各種粗放的開采流程，所以我常常想，是否能以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為前提，進(jìn)行煤礦開采?！?003年，18歲的王忠鑫從內(nèi)蒙古赤峰考入東北大學(xué)，攻讀環(huán)境工程專業(yè)。本科畢業(yè)后，他被保送采礦工程專業(yè)，跟隨導(dǎo)師研究礦山開采的環(huán)境壓力和生態(tài)成本，這在當(dāng)時是非常前沿的科研方向，而且有點冷門，但王忠鑫卻憑著一腔熱忱，將冷門研究堅持了下來。也正是因為學(xué)生階段的扎實積累，讓王忠鑫在后來露天礦綠色開采與智能化研究方面如魚得水。

2009年，研究生畢業(yè)的王忠鑫進(jìn)入中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱“沈陽設(shè)計院”），成為一名“煤礦設(shè)計師”。沈陽設(shè)計院成立于1952年，是新中國建立的第一所煤炭工業(yè)設(shè)計院，幾乎完成了我國85%以上的大型露天煤礦的規(guī)劃設(shè)計，為我國煤炭工業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

彼時，年輕的王忠鑫迅速融入這個先進(jìn)集體，快速成長。他先是負(fù)責(zé)井工礦的設(shè)計研究，一年后投入露天礦研究領(lǐng)域。憑借著過硬的專業(yè)素質(zhì)和堅韌的鉆研精神，2012年，28歲的王忠鑫成為國投哈密露天礦項目的總設(shè)計師，開始了項目前期論證工作。國投哈密露天礦項目是我國第一座采用“設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)運營”一體化托管模式的露天煤礦項目，情況復(fù)雜，開采難度大，負(fù)責(zé)人不僅要懂露天礦，還必須了解井工礦開采。時間緊，任務(wù)重。從王忠鑫接手負(fù)責(zé)到項目正式開工建設(shè)，只用了短短一年時間，其間還必須排除諸多安全隱患、攻克許多從未遇到過的難題。

憑借著“不破樓蘭終不還”的堅韌品質(zhì)，王忠鑫帶領(lǐng)團(tuán)隊在新疆無人區(qū)的寒冬里艱苦地勘探測量，尋找最佳開工地點。那時候，他們住在戈壁灘的臨時板房里。當(dāng)?shù)貧鉁胤浅５?，又是一年四季狂沙肆虐，板房四處漏風(fēng)，生活的環(huán)境可想而知?！坝袝r候一覺醒來，渾身都是黃沙”，大家都是早晨起來拍拍身上的沙塵，繼續(xù)開工奔赴戈壁現(xiàn)場。

王忠鑫及其團(tuán)隊的足跡幾乎踏遍了礦山的每一寸土地。經(jīng)過勘探，王忠鑫發(fā)現(xiàn)，“一分區(qū)淺埋深區(qū)域7號煤層首采區(qū)工作面的西側(cè)煤層特別淺，離地表特別近，如果用井工方式開采很快就會直接連通地表，引起井下火災(zāi)”。面對難題，他一邊繼續(xù)研究，一邊積極組織專家論證，解決隱患。

2013年1月26日，在重慶組織專家論證會上，在聽取了王忠鑫的技術(shù)方案匯報后，專家組一致認(rèn)為，采用剝離回采回填的方式將背斜軸部7號煤采出是最徹底、最可靠的方式之一，建議進(jìn)一步對采用剝離回采回填的方式開采背斜軸部7號及10號煤層的可行性進(jìn)行研究。

時不我待。當(dāng)時，項目所能利用的建設(shè)期只有不足8個月，需要完成地面輔助生產(chǎn)設(shè)施和運輸?shù)缆返慕ㄔO(shè)施工，同時還需要完成1760萬平方米的基建剝離量，如果按傳統(tǒng)的設(shè)計模式和程序根本無法實現(xiàn)目標(biāo)。

王忠鑫日夜奮戰(zhàn)，無數(shù)次徒步往返于臨時駐地和戈壁現(xiàn)場，終于將工程合理的初始拉溝位置方案確定了下來，而他編制的《國投哈密能源開發(fā)有限責(zé)任公司哈密一礦一分區(qū)安全隱患治理方案》（以下簡稱《方案》）更是以創(chuàng)新的思路提出了利用剝離回采回填的方式，解決了礦井淺埋深易自燃特厚煤層的安全開采技術(shù)難題。

《方案》首次提出將全液壓輪斗挖掘機-卡車工藝應(yīng)用于露天礦采煤，豐富了露天采煤工藝的類型;《方案》所選擇的設(shè)備為國內(nèi)首臺自主研發(fā)的全液壓輪斗挖掘機，項目團(tuán)隊還參與了這一設(shè)備的部分研發(fā)和制造，推動了國內(nèi)露天采礦裝備的研發(fā)和制造水平;《方案》還引入并推廣了“建設(shè)總包和生產(chǎn)運營”的理念并最終付諸實施，實現(xiàn)了露天礦建設(shè)和運營模式的創(chuàng)新，對露天煤礦行業(yè)的發(fā)展和公司業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級起到了積極推動和示范引領(lǐng)的作用。

值得一提的是，這一項目的實施保障了國家“疆電外送”戰(zhàn)略的第一個特高壓輸電工程——“哈密南—鄭州±800千伏特高壓直流輸電工程”用煤的可靠性，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

多年后，回憶自己的第一次項目總設(shè)計師生涯，王忠鑫說，無論是寒冬酷暑還是草原戈壁，只要工程現(xiàn)場需要，他都會義無反顧過去解決，一年中，三分之二的時間都用在了出差上。他說：“在這個飛速發(fā)展的時代，更需要我們低下頭來尋找工匠精神，踏踏實實做好每一個細(xì)節(jié)，我只是一個堅持者和踐行者而已?！?/p>

打造露天礦研究的“國家隊”

十年刻苦鉆研，十年初心不改。更何況是十多年，相比那個青澀的自己，38歲的王忠鑫已經(jīng)獲得“中國煤炭青年科技獎”“全國青年崗位能手”“沈陽市勞動模范”“中國煤炭科工集團(tuán)勞動模范”等諸多榮譽，也擁有了不同的身份。對于每一個身份，他都兢兢業(yè)業(yè)，時刻保持著敬畏之心。

作為管理者，王忠鑫堅持扁平化管理，強調(diào)弱化行政層級，強化業(yè)務(wù)、技術(shù)和人才;作為科研工作者，他時刻緊盯行業(yè)最新研究領(lǐng)域，不斷開拓進(jìn)取、刻苦鉆研，立志打造一支露天礦綠色智能開采領(lǐng)域優(yōu)秀團(tuán)隊;作為一名老師，他兼任幾所大學(xué)的客座教授，常常和學(xué)生強調(diào)，采礦工程專業(yè)的學(xué)生必須理論聯(lián)系實際，不僅要有扎實的理論水平，還必須有吃苦耐勞的精神，下到一線礦山，把理論應(yīng)用于實踐中。他說：“這也是我的老師對我的要求，是我做科研的態(tài)度?！?/p>

2022年年初，王忠鑫作為露天礦智能礦山專家入選國家能源局首批煤礦智能化專家名單。事實上，早在4年前，他就開始了露天礦綠色智能開采的研究?！暗吞寄茉磻?zhàn)略是我國可持續(xù)發(fā)展道路的要素。在這個大趨勢下，煤炭行業(yè)包括傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計院轉(zhuǎn)型勢在必行?！蓖踔姻握f，“從2018年開始，我們就下定決心轉(zhuǎn)型，依托科技創(chuàng)新的手段，專注于綠色智能、專注于裝備，并做到產(chǎn)品市場化。當(dāng)然，轉(zhuǎn)型最難的還是人才儲備的不足，人才不足直接導(dǎo)致技術(shù)儲備不足。如果沒有合適的人才，團(tuán)隊就打造不好，這個問題不解決，其他事情根本做不好?！弊鳛閳F(tuán)隊帶頭人，王忠鑫非常重視人才引進(jìn)和培養(yǎng)工作，也是從2018年開始，他便想打造一支國內(nèi)優(yōu)秀的“智能化露天礦創(chuàng)新團(tuán)隊”。

念念不忘，必有回響。在王忠鑫的不懈努力下，數(shù)字與智能產(chǎn)業(yè)中心應(yīng)運而生。這一中心是沈陽設(shè)計院傾力打造的一支露天開采技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊，致力于露天開采重大裝備研發(fā)及智慧礦山建設(shè)等前沿采礦技術(shù)研究，代表著中國煤科在露天煤礦智能開采領(lǐng)域的國家水平。數(shù)字與智能產(chǎn)業(yè)中心團(tuán)隊共有41人，其中博士2人、碩士16人，高級工程師26人，業(yè)務(wù)方向涵蓋技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、智能制造和運營管理五大板塊，擔(dān)負(fù)著公司科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重?fù)?dān)，更是肩負(fù)著引領(lǐng)露天開采技術(shù)發(fā)展的重任。多年來，團(tuán)隊成員勇于突破、敢于創(chuàng)新，涌現(xiàn)出“全國青年崗位能手”“全國優(yōu)秀共青團(tuán)員”“全國煤炭青年科技獎獲得者”“遼寧省百千萬人才”“煤炭行業(yè)技能大師”“沈陽市政府津貼獲得者”“沈陽市勞動模范”“沈陽市五一勞動獎?wù)芦@得者”“中國煤炭科工集團(tuán)勞動模范”等杰出青年人才。

在王忠鑫的帶領(lǐng)下，數(shù)字與智能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊積極探索露天煤礦智能化建設(shè)的實施路線，提出了智能化露天煤礦總體架構(gòu)及規(guī)劃建設(shè)方法，編制了一系列露天煤礦智能化建設(shè)指南和標(biāo)準(zhǔn)，全力投身智慧露天礦山建設(shè)實踐，承擔(dān)了多座國家級智能化示范礦山、內(nèi)蒙古自治區(qū)首批示范礦山、新疆維吾爾自治區(qū)智能化示范礦山建設(shè)任務(wù)，引領(lǐng)露天煤礦智能化發(fā)展，助力煤炭行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，也展現(xiàn)了煤炭行業(yè)智能化發(fā)展“國家隊”的擔(dān)當(dāng)。

值得一提的是，在露天礦開采重大裝備研發(fā)方面，這支團(tuán)隊更是解決了我國大型露天礦開采裝備受制于人的被動局面。要知道，相比井工礦，露天礦山更加安全，基本上極少發(fā)生傷亡事故，但是露天礦的設(shè)備非常昂貴，一旦發(fā)生問題，損失巨大。雖然我國的露天礦開采技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先水平，但露天開采所需的大型裝備長期嚴(yán)重依賴進(jìn)口，所以，王忠鑫團(tuán)隊倡導(dǎo)安全綠色高效的連續(xù)、半連續(xù)智能開采工藝，集中力量攻關(guān)輪斗挖掘機、端幫大傾角帶式輸送機、轉(zhuǎn)載機，以及排土機等露天礦重大裝備，力求突破國外長期的技術(shù)壟斷，實現(xiàn)核心裝備的國產(chǎn)化替代，解決我國露天礦重大裝備的“卡脖子”問題。

“接下來，我們除了繼續(xù)堅持綠色智能礦山建設(shè)研究和推進(jìn)露天礦重大裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，還會繼續(xù)堅持將產(chǎn)業(yè)化和研發(fā)密切結(jié)合，真正做好科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化?！闭劶拔磥淼陌l(fā)展規(guī)劃，王忠鑫信心滿滿。在采訪中他告訴記者，公司已經(jīng)簽下新疆一個露天礦的智能化一體化項目，其中包含7個大課題，40多項子課題，有一半課題是全新的、需要攻克的技術(shù)難題?！耙郧埃覀冏鲰椖?，研發(fā)是研發(fā)，產(chǎn)業(yè)化是產(chǎn)業(yè)化，成果轉(zhuǎn)化是成果轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)在，經(jīng)過探索，我們發(fā)現(xiàn)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化必須密切結(jié)合起來，做項目要直接面向客戶、面向市場需求，一口氣完成從科學(xué)研究到實驗開發(fā)再到推廣應(yīng)用的三級跳，切實做到研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、成果轉(zhuǎn)化密切結(jié)合，才能真正解決我們當(dāng)前面臨的痛點難點問題。”

（責(zé)編：蘇寒山）