郭庆华董事长：中煤天津设计公司选煤厂智能化业务转型发展纪实
煤矿数字化、智能化建设正在纵深推进，部分煤炭企业坚持“腾笼换鸟、换道超车”，发挥自身优势，抢抓新一轮科技革命和产业变革机遇。中煤天津设计工程有限责任公司（简称中煤天津设计公司）作为选煤厂建设领域的先行者，见证并参与了选煤行业几十年的发展历程。近年来，围绕自主创新能力的提升，聚焦煤炭洗选加工行业转型发展难点和痛点，紧跟技术迭代步伐，通过技术创新与工程实践，为当前智能化选煤厂建设提供先进的技术和解决方案。
文章来源：《智能矿山》2023年第1期“企业纪实”专栏
第一作者：郭庆华，教授级高级工程师，现任中煤能源集团天津设计公司党委书记、董事长，从事煤炭建设工程管理工作
作者单位：中煤天津设计工程有限责任公司；中煤（天津）地下工程智能研究院有限公司
引用格式：郭庆华，郭大林，杨瑞峰.“智”行新路“慧”聚洗选——中煤天津设计公司选煤厂智能化业务转型发展纪实[J].智能矿山，2023，4（1）6-13.
01
躬身入局
瞄准智慧洗选 开启自我革命新征程
中煤天津设计公司的改革发展因煤而生、缘煤而兴、依煤而变。从重庆、西安出发到邯郸，再到总部入驻天津，近50年的奋斗，使中煤天津设计公司逐步成为大型综合设计工程公司和品牌央企。伴随着公司的发展，老一辈选煤人用扎实的专业知识和严谨的科研态度撑起了公司选煤事业，成功实施国内外百余项选煤厂项目，业绩遍布国内各大煤炭基地。公司一直把创新作为专业发展的源动力，在国内选煤行业引领了炼焦煤分选工艺由混合跳汰到三产品重介旋流分选再到四粒级精准分选的发展，引领了煤炭储装系统由万吨群仓向大直径气膜穹顶仓和快速定量装车系统转变。
2019年，中煤天津设计公司创造性地实现总部入驻天津，成立地下工程智能研究院。随之而来的是“发展什么样的设计院，怎样发展设计院”和“建设什么样的研究院，怎样建设研究院”2个“发展之问”，这是公司战略布局的“发展之问”，更是对公司选煤业务的“发展之问”。面对紧迫的新形势，在“碳达峰、碳中和”目标和煤炭行业作为基础性兜底保障能源的国家战略指引下，中煤天津设计公司科学把握形势变化，把准发展方向，认为选煤厂智能化已经成为煤炭洗选加工产业高质量发展的核心技术支撑。国家大力推进选煤厂智能化建设，将为洗选装备高端化发展、智能化选煤厂设计与建设提供新空间，为参与和推动煤炭洗选加工产业转型升级和高质量发展创造新的服务市场，毅然决定围绕选煤行业转型“再塑”，提前布局新阶段，成立智能选煤事业部，从事选煤厂智能化关键技术攻关及推广应用，通过新技术研发、总体设计和系统集成为选煤厂智能化建设提供整体解决方案，建设国际一流的高效、安全、绿色、舒适的人性化智能选煤厂。
02
深化布局
丰富服务体系 构筑智慧洗选新业务
中煤天津设计公司着眼未来，立足自身优势，正逐步完善充实研发机构，将煤矿、选煤厂等业务智能化、数字化建设与传统设计业务进行深度融合，打造“2院5所5部9室”新研发机构体系。通过“两院共建、融通赋能”，推进“自主创新+联合创新”，围绕选煤厂核心关键技术攻关，以组建专业研发团队为基础，整合选煤厂智能化业务和人员，加强智能化和数字化业务机构建设；优化矿山科技公司业务，打通设备研发及成果转化产业链。各研发团队对外集智、引资、贯通、协同，对内依托创新工作室进行课题孵化和科研成果转化，与中煤天津设计公司形成协同联动。
目前，已新组建智能选煤研究所、洗选装备研究所和数字化中心3个研发部门，并将选煤厂全煤流增值关键技术研究与应用赋能矿山科技公司。智能选煤研究所主要围绕智能洗选、智能采制化、智能装车等业务开展技术攻关和工程建设，旨在形成覆盖智能选煤厂整体解决方案、智能浮选、智能重介、智能加介、智能压滤、智能浓缩、智能采制化、智能视频、智能仓储与辅运系统、机电设备群智感知诊断系统等产品体系与服务能力；洗选装备研究所主要围绕煤炭智能高效分选核心技术与装备，重点针对高精度三产品旋流器、一体化智能浮选机等装备进行科研攻关；数字化中心是公司从事数字化建设和信息化管理的专门研发管理，其业务方向是选煤厂三维数字化设计咨询服务、数字化交付及平台定制研发、数据中心建设等，重点研发煤炭洗选工程 CPIM 三维可视化全生命周期管理平台；矿山科技公司围绕全煤流（储、装、运、洗、选、配）增值服务技术及非标装备（包括螺旋溜槽）开展设计、研发、成果孵化、生产制造、现场交付等产业链业务。
此外，通过整合上下游产业链企业，强强联合、资源共享驱动技术创新和产业升级已成为一种趋势。中煤天津设计公司布局选煤厂智能化转型“再塑”业务后，亦在深化提升结网能力，整合各类科技研发团队、不同领域专业技术团队，为统筹谋划和打造集研发设计、系统解决方案、产品应用全生命周期服务等能力于一体的智慧选煤业务体系，形成“需求-技术-装备-工艺-应用”一体化的全产业链平台而努力奋斗。
03
开拓创新
凝炼建设思路 形成智能选煤新体系
我国已经掀起智能化建设的热潮,各大矿业集团在选煤厂智能化建设方面进行了大胆的尝试和探索，智能加药系统、智能重介系统、智能浮选系统、智能装车系统、设备状态在线监测系统等已得到长足发展。但是选煤厂智能化建设整体处于初级阶段，智能化与选煤行业的结合刚起步，特别是选煤厂智能化建设理论体系缺失，行业内没有形成共识。各企业在进行选煤厂智能化建设时，功能模块归类较为随意，无法进行行业对标，不利于选煤厂智能化的快速推进和高质量发展。
中煤天津设计公司深度布局选煤厂智能化转型新业务，致力于形成完善的智能化选煤厂建设理念和架构体系。近年来一直在探索中前进，最初在与中煤能源集团门克庆煤矿、王家岭煤矿项目合作中，没有建设体系概念，仅是功能模块散点叙述，到与大海则煤矿项目合作中，对选煤厂智能化建设体系有了进一步的发展，但仍是分块论述，层次体系不明；通过承接大屯智能化项目和禾草沟智能化项目，智能化选煤厂建设体系逐步成型；2021年10月，在亚美大宁选煤厂智能化专项设计方案中正式提出完善的智能化选煤厂“1124”建设体系，形成了层次清晰、覆盖全面的中煤天津设计公司特色的新建设理论体系，以期形成共识、统一思想，助推中煤能源集团洗选加工产业高质量发展。智能化选煤厂架构体系如图1所示，智能化选煤厂“1124”建设体系即1个中心、1个平台、2大基础、4大业务板块。1个中心是指选煤厂智慧集控与调度指挥中心，1个平台是指选煤厂一体化综合管控平台，2大基础包括网络基础设施和数据基础设施，4大业务板块包括智能生产控制、智能辅助及安全保障、智能管理、智能决策。智能化选煤厂“1124”建设体系是一个系统工程，各方面互为支撑，相互促进，形成了一种螺旋迭代式的建设思路。以该建设思路为基础，不断推进选煤厂智能化建设进程，最终可实现选煤厂建设智能化。但完全建成智能化选煤厂“1124”建设体系内容不是一蹴而就的，而是一个漫长的过程，需要企业循序渐进的进行升级，最终才能形成完善的智能化选煤厂“1124”架构体系。
图1 智能化选煤厂架构体系
04
攻坚克难
突破行业多项关键技术 形成新能力
近年来，中煤天津设计公司加快创新驱动战略实施，成立地下工程智能研究院，深化布局选煤厂智能化业务转型的立体研发体系。运用工业互联网积极进行产业创新和升级，先后开发出多项选煤厂智能化技术成果，产品与服务覆盖智能化选煤厂整体解决方案、中煤智选一体化管控平台、CPIM三维可视化平台、智能浮选、智能重介、智能加介、智能压滤、智能浓缩、智能采制化、机电设备群智感知诊断系统等，如图2—图7所示。自主研发的CPIM三维可视化数字孪生、重介智能控制、浮选智能加药控制及生产数据管理融合等技术，实现了选煤厂固定岗位无人化、业务管理精细化、控制决策智能化、生产控制定制化，方便快速有效解决现场实际问题，实时监控生产状态，助力选煤厂降本增效、稳质提效、安全高效。
图2 王家岭选煤厂CPIM厂房内部设备
图3 大海则选煤厂CPIM三维可视化平台
图4 大海则选煤厂CPIM厂房内部设备
图5 王家岭选煤厂智能管控平台驾驶舱
图6 选煤厂智能浓缩系统管控界面
图7 选煤厂智能压滤系统管控界面
以王家岭选煤厂建设为起点，从无到有，不断探索智能选煤厂定制化建设方案。当时CPIM三维可视化数字孪生技术在选煤厂尚未应用，面对现场情况复杂多变和重重困难，研究制定了“CPIM全生命周期可视化平台”建设构想，攻克新旧系统融合、数据采集及应用等多项技术难题，将数据治理方法论融入到选煤厂业务数据的“采、存、管、治、融、智”一体化处理工作中，是国内首个以国产轻量化BIM引擎、大数据、工程全周期应用等关键技术为支撑的，煤炭洗选工程CPIM三维可视化全生命周期管理平台，成为煤炭行业第1个运行在100%国产软硬件环境下，第1个与物理选煤厂同步设计、同步建设、同步交付的1:1数字孪生选煤厂，第1个将BIM技术用于选煤厂工程建设期和生产运行期的工程数字资产可视化管理平台；首创中煤智选一体化管控平台，以数据中枢系统“虎符+算盘”作为底座，以微服务框架为核心构建整个平台业务体系，实现了数据协同、业务协同、消息协同和移动化共享和分布式管控，打破了以往各个子系统“各自为政”的生产模式，解决了信息孤岛问题；首创国内最大直径的一体化智能浮选机，并已申报国家首台套设备，该设备的成功研制是国内煤泥浮选装备智能化发展的重大技术突破，对推动我国选煤厂细粒选煤的发展，提高选煤厂生产技术指标，促进选煤厂经济效益和资源综合利用具有重大意义；首创二段双供介高精度三产品重介旋流器实现了市场化应用；首创性开发了功能实用的智能重介、智能浮选、智能压滤等特色功能子模块，使用效果稳定，增效显著。中煤天津设计公司不断加强与中国矿业大学、太原理工大学等高校深化合作，以科技创新为先导，以市场需求为中心，尝试攻关新技术领域，逐渐在硬件研发、智能化子系统研发和平台建设等方面取得成果。
近几年，中煤天津设计公司主编及参编关于“智能化选煤厂建设规范”的团体和企业标准2部、智能化验收管理办法2部，获得行业鉴定3项，先后开发出多项选煤厂智能化技术成果，申请专利33项（其中获得授权专利19项）、软件著作权20项，发表论文29篇。虽然已取得上述成果，但仍有很多不足和遗憾，特别是在云平台、专家知识库和网络信息部署及开发等方面研究深度不够，下一步将聚焦“短板”和“卡脖子”核心技术进行攻关，持续提升智能化转型发展的“含金量”。
05
注重转化
为用户提供定制化新方案
中煤天津设计公司不仅注重关键技术的研究，更积极投身于工程实践。在充分考虑客户需求的前提下，结合项目实际情况，定制化开发了多个选煤厂智能化系统，成功应用于中煤能源集团门克庆、王家岭、大海则、母杜柴登、葫芦素等选煤厂。通
过大量的工程实践，不断丰富和完善智能化选煤厂建设的解决方案，更好地为用户定制化提供现阶段最务实、最完善的解决方案。
门克庆选煤厂（图8）是中煤能源集团第1个选煤厂智能化科研及示范工程建设项目，在该项目中，中煤天津设计公司重点针对智能视频技术进行开发，用于刮板输送机拉斜和人员识别，完成了选煤厂网络系统和智能平台搭建、主要设备状态在线监测、远程停送电、设备资产管理等建设内容；开发的移动管理平台通过规范企业现有管理流程，采用业务流程驱动的工作机制，真正实现了全员管理；通过有效整合生产集控、配电监控和信息管理等多个子系统，创造性地设计了机电设备停送电无纸化审批流程，大幅提高了设备检修停送电的工作效率。
图8 门克庆选煤厂
王家岭选煤厂（图9）智能化建设是中煤能源集团第1个炼焦煤选煤厂智能化升级项目，正在分期实施。在一期项目中，中煤天津设计公司重点完成了中煤智选管控平台和智能浮选、智能浓缩、智能压滤等功能子系统。智能浮选系统具备药剂瞬时流量精确计算、乳化和添加等功能，能够根据离线灰分数据进行模糊自适应控制参数的不断优化；智能浓缩系统构建了基于透明检测数据与浓缩加药量的多变量闭环控制算法模型；智能管控平台以PC端+手机端+Pad进行多端呈现，以微服务框架为核心构建平台业务体系，实现了数据协同、业务协同、消息协同。
图9 王家岭选煤厂
大海则选煤厂智能化研究与应用项目是中煤能源集团重大科技专项的子课题，也是集团首个针对新建选煤厂进行全系统、全流程、全要素智能化建设的项目。针对该项目，中煤天津设计公司重点完成了重介分选过程精确智能控制方法、基于3D扫描智能感知的介质智能添加技术、压滤过程压榨结束状态自判断技术及煤质智能化检测系统，建成了生产全系统自动运行、自主调节、智能决策以及全系统三维数字孪生再造的安全、高效、绿色、智能化选煤厂示范工程。大海则选煤厂生产调度中心如图10所示。
图10 大海则选煤厂生产调度中心
中煤天津设计公司开发的“煤炭洗选工程CPIM三维可视化全生命周期管理平台”在大海则、王家岭2个特大型选煤厂智能化建设中全面贯彻应用，提升了大型能源类企业管理效率，建立了煤炭洗选行业数字化建设标准体系。
此外，中煤天津设计公司还完成了多个选煤厂智能化项目的定制化专项咨询方案，塔山选煤厂智能化侧重于自动化升级和视频监控的无死角覆盖；母杜柴登选煤厂针对火车和汽车装车的智能化无人装车，构建了数字料仓、智能装车系统；禾草沟选煤厂坚持“问题导向、突出重点、分步实施”的理念，分期规划智能化建设内容，一期目标侧重于自动化升级、视频监控升级和智能AI视频的场景开发以及智能管控平台的开发，二期目标侧重工艺环节的智能化控制系统开发。
来源：智能矿山杂志
