基于大數據的煤質預先管理體系在棗礦集團的構建與實施

劉貴霞，劉鐵林，趙 帥，林麗鳳，曹 浩，王曉倩

(棗莊礦業集團 煤炭質量管理處，山東 棗莊 277000)

從19世紀50年代開始，我國的選煤行業初步發展，煤質管理的理念隨著選煤行業的發展逐步提上日程。傳統的煤質管理理念以過程管理為主，重點抓選煤廠生產過程的煤質管理，要求選煤廠將給定質量的原煤洗選加工成為符合既定質量要求的煤炭產品，這種管理體系在很長時間內對煤質的管控起到了較大作用。但由于數據采集技術的限制，以及數據處理速度和處理能力的限制，傳統煤質管控的精度局限性較大，當用戶對煤質有更高精度的要求時便難以滿足，煤質糾紛時有發生。而且過程管理體系存在滯后性的不足，當發現質量不足或質量過剩的問題時，生產過程已經結束，難以重新加工，對下游用戶的生產管理和供煤礦點的效益造成損害。

近年來，隨著傳感器技術的不斷發展，傳感設備在煤炭行業的應用越來越廣泛，液位計、溫度傳感器、灰分探測器等設備在選煤廠得到了廣泛應用，測量精度也隨著發展而不斷提高。近年來，大數據的發展和應用突飛猛進，“數字礦山”被提上日程，數據的采集呈現“體量大、類型多、速度快”的特點。數據類型包括網絡日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等，多類型的數據對數據的處理能力提出了更高的要求。數據價值密度相對較低。如隨著物聯網的廣泛應用，信息感知無處不在，信息海量，處理速度快、時效性要求高。

煤質管控中的預控制體系需要結合傳感設備采集的各類信息進行系統梳理、分析和比較，需要進行大量的數據分析與運算，在信息化功能發展的支持下，利用大數據分析使得煤炭質量的預先管理成為可能。

1 大數據煤質預先管理體系構建的內涵

1.1 煤質管理的預見性

煤炭質量預報的主要作用是根據井下地勘資料、開拓布局等情況，檢測生產源頭的質量情況，對后續工藝的生產和組織提供指導。生產過程中的質量控制是對煤炭生產產品的標準、規格及質量的有效檢驗，并有針對性地采取各種有效措施，以使產品達到相關質量標準，不斷完善產品質量的一個過程?？梢哉f，質量預報對產品質量的保障起著關鍵作用。

1.2 預報的層級性

在煤炭質量預報過程中，根據生產礦井、煤層煤種、工作面情況、生產工藝等情況的不同，預測預報的層級也不盡相同。根據組織結構形成的預測，一般包括工區預測、礦預測、處室預測、集團預測；根據生產時間的預測，一般包括年度預測、月度預測、周預測和日預測。這些預測之間既互相補充又互相驗證，經過長時間的數據積累后，通過不斷修正預測模型，預測準確率不斷提高，對生產的指導性越來越強。

1.3 預報的智能性

信息化和智能化技術發展以后，對預測預報的采集和數據處理提供了強有力的支持。在預先管理體系中，確定質量預報模型是進行有效質量預報工作的必要前提，其需要確定的內容較為廣泛，主要包括輸入與輸出節點、網絡層數、隱層節點以及樣本數據的預處理和后處理等。人工神經網絡質量預測在實際的應用過程中，按照應用水平的高低，又可分為建模與應用兩個階段。在建模階段，由人工進行數據錄入和標準庫的搭建，形成底層數據庫；在應用階段，根據預測指標指導生產，同時以實際生產產品的質量指標與預測指標進行反饋，不斷修正預測模型，實現模型的自學習和循環優化。

2 基于大數據的煤質預先管理體系的主要做法

2.1 加強組織領導，建立相應文件制度

為進一步加強煤質管理，提高管控水平，增強煤炭產品市場競爭力，有針對性地制定營銷策略，取得最佳經濟效益，在集團公司層面成立煤質預管理工作領導小組，董事長任組長，總經理任副組長，成員由煤質管理處、駐地營銷處、生產技術處、地質測量處等部門負責人擔任，領導小組在煤質管理處下設辦公室，辦公室主任由煤質管理處處長兼任。為保障煤質預先管理體系運行，煤質預先管理體系領導小組下發了《關于進一步加強煤炭質量預測預報預警和有效管控工作的通知》、《關于加強煤質和資源回收管理的有關規定》等文件，就加強各礦煤質預測、預報、預警和有效管控工作進行了規定。

2.2 完善體系建設，落實煤質預測制度

根據《關于進一步加強煤炭質量預測預報預警和有效管控工作的通知》要求，在集團公司內開展煤質預測預報活動，煤質預測預報分為4個層次，即年度預報、月度預報、周預報和日報。

(1)年度預報：每年年底對下一年度的各工作面煤質及全礦煤質進行系統分析，預測預報出下一年度總的及分階段的煤質情況，并據此提出合理的洗選加工方案和產品結構，作為指導下年度煤炭訂貨、經營目標測算的依據。在井下開拓準備過程中，各礦井下煤質管理部門按每隔30 m 1個采樣點在兩巷分別采取煤層煤樣化驗分析，并將其結果標注在地質圖中。每年年底由礦總工程師組織相關部門人員，根據礦井開拓計劃、采掘工作面地質資料及煤質標注圖，全面預測預報下年度煤質情況，并編寫煤質調查報告(含煤質預測匯總表、兩巷煤質標注圖)報送集團公司煤質管理處。

(2)月度預報：重點根據兩巷和開采過程中大的地質構造，預測下月度煤質趨勢和煤質變化。相關部門根據月預報安排精煤、混煤和洗煤副產品等銷售計劃和車運、地銷流向。每月28日前，由礦井煤質管理部門會同地質、生產部門負責對各采煤工作面質量檢測結果組織一次審核匯總，對比兩巷煤質調查資料，并對下月度煤質進行預測，同時對上月度預測情況與實際生產煤質進行對比，分析差距原因，形成書面材料(含預測表)，報集團公司地質測量處、生產技術處審核簽字后送煤質管理處，月度報表見表1。

(3)周預報：重點根據采面內部揭露的隱形構造、煤厚變化、頂底板情況等較準確地預測出各生產工作面煤質及全礦1周內每天生產的煤質，對混煤銷售具有很好的指導意義。每周五由礦井煤質管理部門負責對各采煤工作面檢測結果組織一次匯總，對比兩巷煤質資料形成下周煤質預測表報煤質管理處。生產過程中發現隱形地質構造對煤質造成較大影響時，隨時形成書面材料匯報。

(4)煤質日報：作為集團公司掌握礦井情況和礦井指導生產的重要數據，每天下午由化驗部門進行錄入。各礦分品種發運的煤炭數量、質量，包括、灰分、硫分、水分、揮發分、發熱量等指標進行ERP系統同步采集，形成內部網絡數據，作為銷售部門安排產品用戶、流向的參考，也能使煤質管理部門及時掌握各礦煤質變化，便于煤質管控，煤質日報見表2。

表1 2020年8月煤質預測預報

表2 煤質日報

3 建立標準模型，預測精度不斷提高

3.1 建立標準數據庫

為確保煤質預測的準確性，對系統中需要對比的數據統一完善標準庫模型。以國家煤炭分類標準為基礎標準和最低限度，研究相關行業標準和棗礦集團企業標準，將標準數據庫導入系統。當煤質數據生成后主動與數據庫進行匹配，當指標超出設定指標時報出預警信息。

3.2 數據分析與追溯系統

進入煤質管理系統中的數據，從數據的源頭建立數據唯一編碼，最終數據庫中的信息均帶有唯一的指向性。管理人員能夠根據數據庫中保存的信息生成相應礦井的煤質情況折線圖(如圖1所示)，同時能夠顯示所取區間范圍內的最大值、最小值和平均值。當發現數據異常或達不到設定標準時，系統能夠從生產流程中追溯出相應的生產部門、采制樣人員以及化驗人員，便于數據的分析和處理。

圖1 煤質情況折線

3.3 模型自學習及完善

全面的數據融合與集成，建立選煤大數據系統是智能化的基礎，也是避免各部門重復建設的有效措施。通過生產部門報出的煤質預測數據，在相應日期通過后，由煤質部門反饋當期實際生產數據。實際數據與預測數據進行比對和分析，經過長時間大量數據的積累后，不斷修正煤質預測的數據模型，最終提高預測的準確性。

目前，集團公司已經建設選煤煤質計量系統，系統以煤質管控、商品煤質量管理、商品煤計量管理、洗選加工數據支持為基準，完善各智能體系建設，提出基于云服務技術的煤炭企業信息化解決方案，促進集團選煤煤質計量管理的精細化、規范化、信息化，建立煤炭產品產銷一體化信息CMES平臺，完善和錘煉煤炭企業信息化集成新技術與標準，達到產供銷辦公互聯化、設備物聯化、交流網絡化、銷售電子化、客服數字化，實現產供銷自動化、信息化、智能化的深度融合，實現提高發運效率，優化產品結構，提高信息化管理水平，有利于合理組織礦區內外合理配煤、配洗，促進產銷深度協同，為領導決策、價值倍增、提高效率、了解對手、行業領軍做出保障和服務，達到提升產品的核心競爭力的目的。

4 明確業務流程，權責明晰統一落實

煤質管理處分別對各級煤質預報進行了流程梳理。以煤質日報為例，礦采制樣人員采取了生產煤樣，進行制樣后交給化驗部門?；灢块T將結果報出后，由煤質主任進行審核，審核通過后報至加工科科員，審核不通過打回化驗員重新錄入。加工科科員審核通過報至加工科科長，審核不通過打回礦井煤質部門。加工科審核通過后，化驗數據保存至數據庫。同時，系統自動抓取精煤和煤泥的灰分、硫分、揮發分等指標，與標準數據庫進行比對，比對通過后保存至數據庫，比對異常時報出預警信息。系統每天下午根據數據庫中的數據自動形成日報報表，作業流程見圖2。

圖2 煤質管理流程

5 制定預警預案，緊急情況有條不紊

應急體系建立本著銷售圍繞市場轉，生產圍繞銷售轉的原則，堅持用戶至上、質量為本、質級相符的原則，完善內外部收購制管理應急保障體系建設，成立應急管理領導小組，及時應對市場變化，銷售困局，做到產、運、銷合理布局。建立圍繞運量、庫存、質級的三級預警體系(見表3)。

表3 三級預警體系

各生產礦井根據煤炭收購制度規定的質量標準和用戶合同的指標要求，制定煤炭質量指標預警線。當實際生產原煤質量指標達到預警線時，礦分管領導立即組織有關人員分析，并啟動煤炭質量應急預案，確保商品煤質量符合合同要求。煤炭質量應急預案根據煤質變化情況，制定不同的處置流程，包括在采面管理、井下選矸、分采、分運、分儲、分提、地面篩分手選機選、粗洗配煤、精煤生產等各環節所要采取的有效質量管控措施，煤質應急領導小組、各相關部門的人員的責任分工、原因分析、責任追究及處理等。

6 基于大數據的煤質預先管理體系取得的成效

6.1 經濟效益大幅提升

通過實施煤質預先管理體系，礦井生產原煤熱值不斷提高。2019年，集團公司本部11個生產礦井通過落實煤質預先管理措施，發運混煤熱值較計劃提高0.515 MJ/kg，增收7 810萬元。通過實施煤質預先管理，提高了精煤回收率，2019年精煤回收率(扣矸)完成81.16%，較2018年提高0.3%。精煤回收率提高直接創效約8 000萬元，兩項合計創效1.5億元。

6.2 煤炭產品核心競爭力不斷增強

通過實施煤質預先管理，棗礦集團對煤炭生產系統中的每一個環節都進行質量管理，建立了完善的規章制度和工作流程，使質量管理工作的推進做到了有章可循。通過科學的管理，以及新產品研發、運輸方式優化等手段，改善了煤炭產品的供給狀態，提升了企業煤炭產品的有效供給能力。

6.3 客戶滿意度不斷提升

棗礦集團通過實施煤質預先管理制度，產品質量和穩定性完全達到甚至超越了客戶的指標要求，通過與客戶及時的溝通反饋，實時掌握用戶需求，在保證產品質量的情況下，為客戶提供全套的綜合服務，真正推動了棗礦集團從“單一煤炭生產商”向“煤炭產品綜合服務提供商”轉變，客戶滿意度、美譽度和忠誠度持續提升，實現了客戶價值和企業盈利最大化。

7 結 語

自2018年以來，棗礦集團通過開展實施煤質預先管理體系，企業煤炭產品質量不斷提高，市場競爭力和信譽度明顯提高，資源配置能力和整體盈利水平大幅提升，擴大了煤炭產品的優質供給，贏得了客戶的廣泛認可。