水泥、钢铁、煤焦化等传统生产型企业为什么要进行数字化转型

“双碳”背景下煤炭行业高质量发展探讨

欧凯 张宁 吴立新 索婷

（煤炭工业规划设计研究院有限公司）

新中国成立以来，在党中央、国务院的正确领导下，煤炭工业在百业待兴的基础上起步，在艰苦奋斗中前进，在改革开放中发展，尤其是进入新时代以来，行业发展不断实现新突破，取得了举世瞩目的成就。近两年，碳达峰碳中和目标背景下煤炭消费减量，煤炭消费比重下降，煤炭行业发展受到一定影响，同时也给煤炭行业带来转型升级的机遇。

一、煤炭工业具备高质量发展基础

在一代代煤炭人的艰苦奋斗下，煤炭行业从无到有，煤炭工业从小到大、由弱到强，实现了从起步、腾飞到跨越的巨变，作为我国重要的能源基础产业，为国民经济和 社会 发展注入了强大动力。

（一）对国家经济 社会 发展的能源供应保障能力增强

我国煤矿“三机一架”的装备制造能力处在世界前列，年产千万吨综采技术和装备达到世界领先水平。行业持续推动化解过剩产能、淘汰落后产能、建设先进产能，全国煤炭供给质量显著提高。“十三五”期间，全国累计退出煤矿5500处左右、退出落后煤炭产能10亿吨/年以上，安置职工100万人左右，超额完成化解过剩产能目标。截至2020年底，全国建成年产120万吨以上的大型现代化煤矿约1200处，产量占全国煤炭产量的80%左右，其中，建成年产千万吨级煤矿52处，产能8.2亿吨/年。全国年产30万吨以下的煤矿1129处，产能1.48亿吨/年左右。

自新中国成立至2020年底，煤炭行业贡献了约924亿吨煤炭。我国煤炭年产量由 1949年的3432万吨，增加到1978年的6.8亿吨，到2013年的最高点为39.7亿吨，2020年产量为39亿吨，支撑了我国GDP由1978年的3645亿元增加到2020年的101万亿元。煤矿安全法律法规标准体系不断完善，煤矿安全生产责任制度体系不断健全，安全 科技 装备水平大幅提升，安全生产投入大幅增加，煤矿职工安全培训不断强化，促进煤矿安全生产形势有了明显好转。煤炭百万吨死亡率由1978年的9.713下降至2020年的0.059。煤炭安全供应保障能力实现跨越式提升。

（二）具备高质量发展的 科技 创新能力

煤炭行业技术创新体系不断健全完善， 科技 创新驱动发展的能力显著增强。特厚煤层综放开采、煤与瓦斯共采、燃煤超低排放发电、高效煤粉型工业锅炉、现代煤化工技术等达到国际领先水平。充填开采、保水开采、煤与瓦斯共采、无煤柱开采等煤炭绿色开采技术得到推广应用，煤炭资源回收率显著提升。煤矿机械化、自动化、智能化、数字化、绿色化转型全面提速。2020年 ，原煤入洗率达到74.1%，比2015年提高8.2个百分点。矿井水综合利用率、煤矸石综合利用处置率、井下瓦斯抽采利用率分别达到78.7%、72.2%、44.8%。建成400多个智能化采掘工作面，实现了地面一键启动，井下有人巡视、无人值守。采煤、钻锚、巡检等10种煤矿机器人在井下实施作业，71处煤矿列入国家首批智能化示范建设煤矿。

煤炭由单一燃料向燃料与原料并重转变取得新进展。2020年，煤制油、煤制烯烃、煤制气、煤制乙二醇产能分别达到931万吨/年、1582万吨/年、51亿立方米/年、489万吨/年。煤炭上下游产业融合发展，煤电、煤焦、煤化、煤钢一体化发展趋势明显。

（三）不断完善的市场化体系为高质量发展提供制度保障

新中国成立以来，煤炭工业生产力水平不断提升，同时，也在不断进行体制改革 探索 ，从最开始的完全计划经济，到计划经济和市场相结合，再到完全市场化，为国家经济体制和市场化改革提供了实践样本。

我国煤炭工业完成从新中国成立初期的计划经济体制，到改革开放时期的政府定价向市场化定价转变。1993年开始，我国确立了以市场形成价格为主的煤炭价格机制。1994年1月，国家取消了统一的煤炭计划价格，除电煤实行政府指导价外，其他煤炭全部放开。2004年，我国建立煤电价格联动机制，形成电煤价格“双轨制”。2013年，煤炭价格实现完全市场化定价，市场在配置资源中的决定性作用越来越突出。2016年以来，煤炭行业作为推动供给侧结构性改革的试点行业，煤炭上下游企业逐渐建立了中长期合同制度和“基础价+浮动价”的定价机制，发挥了煤炭市场平稳运行“压舱石”和“稳定器”的作用。2021年9月26日召开的国务院常务会议决定，对尚未实现市场化交易的燃煤发电电量，从2022年1月1日起，取消煤电价格联动机制，将现行标杆上网电价机制，改为“基准价+上下浮动”的市场化机制。这意味着，我国将告别已经实行了15年的煤电价格联动机制。

二、“双碳”目标下煤炭高质量发展对能源低碳转型将发挥重要支撑作用

以煤为主的能源资源禀赋，决定了未来相当长一段时间我国经济 社会 发展仍将离不开煤炭。在碳达峰碳中和过程中，仍需要煤炭发挥基础能源作用，为经济 社会 发展提供能源兜底保障。

（一）煤炭是新能源发展的有力支撑

“双碳”目标下，风、光等可再生能源发电成为增量电力供应的主要来源。近年来，我国大力发展新能源技术，非化石能源发电在我国电力结构中的占比显著上升。然而，受气候、天气、光照等人为不可控的自然条件影响，可再生能源供给能力不确定性大，提供的主要是能源量，能源供应和调节能力有限。可再生能源大比例接入电网，给电网的安全稳定运行带来严峻挑战，需要清洁高效的燃煤发电等灵活性电源作为调峰电源平抑电力波动。我国在大力发展风能、太阳能等可再生能源发电技术，逐步提高非化石能源发电占比，持续优化电力结构的过程中，仍需要煤炭煤电的有力支撑。预计到2060年实现碳中和后，燃煤发电装机规模仍需保持3亿至4亿千瓦，年耗煤量3.9 亿吨 6.4亿吨。

（二）煤炭是能源安全的“压舱石”

能源安全稳定供应是一个国家安全的保障和强盛的基石。在国际能源博弈和地缘政治冲突不断加剧的背景下，煤炭依然是国家能源安全的“压舱石”，短期内没有资源能替代煤炭的兜底保障作用。应当深刻认识我国能源资源禀赋、经济 社会 发展要求和能源发展规律。2020年12月21日，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书，明确提出推进煤炭安全智能绿色开发利用，努力建设集约、安全、高效、清洁的煤炭工业体系，煤炭仍然是我国最经济安全的能源资源。

煤炭具备适应我国能源需求变化的开发能力，具有开发利用的成本优势，煤炭清洁高效转化技术经过“技术示范”“升级示范”已趋于成熟，具备短期内形成大规模油气接续能力的基础，应当充分发挥煤炭在平衡能源品种中的作用，保障我国能源安全。

三、“双碳”目标下煤炭行业迎来高质量发展机遇

“双碳”目标对于煤炭行业既是巨大挑战，也是空前机遇。在挑战与机遇并存下，煤炭行业势必迎来新一轮技术升级和产业转型。煤炭行业由自动化向智能化、无人化迈进，由超低排放向近零排放、零排放迈进。可以预见的是，自2021年到2060年，煤炭在能源消费中的占比将逐步下降，由主体能源转变为基础能源，再由基础能源转变为保障能源，最后转变为支撑能源，也代表着我国煤炭行业将向着绿色智能的方向快速迈进。

（一）依托技术革新，向高质量高技术产业发展

当前煤炭行业正处于第四次煤炭技术革命时期，应当以此次技术革命为契机，推动煤炭产业向着数字化、智能化的新产业和新业态转型。“双碳”目标下，煤炭产量将回归合理规模，走高质量发展、高端发展之路，迈向更加重视生产、加工、储运、消费全过程安全、绿色、低碳、经济的存量时代，走优质、高效、洁净、低耗的能源可持续发展道路。

未来将有更多煤矿采用高效节能的技术和设备，着力建设碳中和示范矿区引领工程，开展余热、余压、节水、节材等综合利用节能项目，持续优化煤炭开发利用工艺、技术和系统性管理，提高煤炭资源开发利用效率。

逐步将煤矿开采由机械化、自动化向数字化升级，打造采掘智能化、井下无人化、地面无煤化，最大限度地减少采煤过程对生态环境的破坏。聚焦“绿色开采、清洁利用、生态治理”的产业方向，构建实时透明的煤矿采运、洗选、治理等数据链条，不断优化智慧决策模型，建设现代化煤炭经济体系，将数字技术融入到煤炭资源的开发、加工、利用全产业链，全面提升煤炭的管理治理水平和综合利用效率。最终步入井下无人、地上无煤的煤炭工业5.0时代，实现深地原位利用，煤、电、气、热、水、油实现一体化供应，以及太阳能、风能、抽水蓄能与煤炭协同开发，基本实现近零排放。

（二）依托生态修复，打造绿色经济新的增长点

在淘汰落后产能的过程中，废弃矿区也在逐渐增加。可以通过矿区生态修复来增加生态碳汇。未来亟需开展全生命周期矿山生态修复理论与技术链，重点包括减沉保水协调开采、充填开采、土壤修复与生物多样性恢复关键技术等。选择适应性强、生长良好的树种和草种进行造林绿化，通过“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”工程技术对矿区损毁土地进行修复，改善土壤理化性质，创造新的经济效益，提高土壤碳截获能力，增加植物碳储量。

矿井空间包括矿区地面空间和地下空间。数据显示，我国煤矿塌陷区面积超过两万平方公里，井下空间体积超过156亿立方米，空间利用潜力巨大。例如，以发展煤基综合能源基地为目标，矿井地面空间利用包括发展风、光电站；井下空间利用包括开发抽水蓄能电站、化学储能、地热能开发、二氧化碳封存等。当前矿井空间初步开发，仅包括建设地面光伏电站、井下博览馆等，未来可利用矿井空间发展可再生能源、现代农业、现代医疗等。预计到2030年，我国关闭或废弃矿井将达到1.5万处，大量土地资源被闲置。而与此同时，随着我国光伏产业发展迅猛，可利用建设光伏电站的土地愈发紧缺。因而利用采矿沉陷区进行光伏电站建设，把光伏发电和矿山生态治理相结合，既能解决土地资源有效利用问题，又对生态环境治理具有积极意义。

（三）依托多能互补，建设高效、绿色、经济的综合能源基地

煤炭与可再生能源具有良好的互补性。煤炭与可再生能源在燃烧和化学转化方面的耦合，逐步形成模式，突破了一系列技术难点，为煤炭与可再生能源深度耦合提供了良好基础。同时，煤矿区具有发展可再生能源的先天优势，除了丰富的煤炭资源外，还有大量的土地、风、光等其他资源，采煤沉陷区可为燃煤发电和风光发电深度耦合提供土地资源。煤矿井巷和采空区形成的地下空间，可用于抽水蓄能、井下碳吸附和碳储存、地热能等开发利用。

煤炭企业具备主动发展新能源的条件，可以充分发挥煤矿区优势，以煤电为核心，与太阳能发电、风电协同发展，构建多能互补的清洁能源系统，将煤矿区建设成为地面－井下一体化的风、光、电、热、气多元协同的综合能源基地。

四、结语

立足我国能源资源条件和经济 社会 发展需求，对标“双碳”目标实现，依托 科技 创新和系统性变革，通过高效转化和循环利用，煤炭将更多用于生产煤基高端化工品和碳材料等精品；通过与可再生能源等多元互补，煤矿将成为现代能源供应系统基地；通过充分利用煤矿区地面地下空间和资源，煤矿区将成为清洁能源生产基地；煤炭企业将成为新能源开发的参与者、煤基高端材料和高价值产品的引领者。

中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展趋势，今后一个较长时期内，中国煤炭行业的发展前景都将非常广阔。

近年来，煤矿智能化建设不断提速，山西、内蒙古等地持续推进煤炭智能化开采。公开信息显示，截至 2021 年底，全国已建成 800 多个智能化采掘工作面，实现智能化工作面从薄煤层、中厚煤层到特厚煤层的综采、综放开采的全覆盖。但业内人士也指出，当前煤炭行业的科技创新体系。

目前国家正大力推动煤炭开采企业的整合，煤炭流通市场也将趋向集中，这将逐步提高煤炭流通企业的市场进入壁垒，小规模煤炭流通企业的生存空间将不断缩减，大规模、跨区域的流通服务商将成为主流。

在碳达峰碳中和背景下，控制煤炭消费是推动能源绿色低碳转型的重点方向，同时煤炭也肩负着保障我国能源安全的重要责任。中国要实现“3060”目标，需要优化产业结构和能源结构。煤炭是我国重要的基础能源，为国民经济和社会发展提供了可靠的能源保障。在智能化发展大潮之下，煤炭行业亟待借势转型。

科技推送煤炭行业“高能”运转，全方位推动选煤厂精细化管理工作，实现减人增效的目的。

随着人工智能、5G 等新一代信息技术的迅猛发展，正处于从工业经济向数字经济转型过渡的大变革时代。

以“黑色煤炭、绿色发展、高碳能源、低碳利用”的管理理念，以精细化的管理模式，建立的智能化洗煤厂平台，最大限度以用户需要提供优质信息，发掘业务协同价值，多维度多层次展现，帮助用户迅速做出决策，提高选煤厂业务效率及质量。搭建选煤厂区建筑及生产设备、管线等设施的三维场景，将生产数据采集、安全监测监控与生产时空有机结合，构建了集智能巡检、设备安全监测、预警功能、企业管理于一体的三维可视化管理系统。

整体场景采用航拍建模方式获取，利用飞机或无人机搭载多台传感器，对选煤厂进行拍摄采集，快速高效获取真实反映厂区情况的数据信息。在线监测核心设备运行情况，对选煤厂智能管控实现全覆盖，避免监控不到位、工作人员疏忽等问题所造成的各类事故的出现，确保了选煤厂机电设备的正常、平稳、持续、高效的工作。

日常管控、企业历程、应急管控为主体进行展示。系统聚焦产品运输、洗选加工关键流程管控，化繁为简，从根本上堵塞管理漏洞，通过精准监督推动企业高质量发展。系统可实时显示重介旋流器、精煤皮带、振动筛、原煤皮带等重要设备的动态数据，当点选不同楼层设备时，自动弹出设备多重信息，创建多参数实时在线监测。

数据信息包括运行设备的振动频率、温度、故障信号、趋势信号等数据，管理人员可通过此功能，进行调用查看设备运行状态、故障属性及导致故障发生的相关联信息历史数据。

搭建的压滤车间可视化管理系统，通过引擎将压滤车间的压滤机以及楼层分布进行 1:1 还原，可随时查看设备基本信息、运行信息、故障信息等。点击左侧面板压滤机以及楼层展开，即可查看车间楼层分布情况以及压滤机工作状态。

实时监测系统内压滤机状态信息，包括松开、压紧、进料等各进程状态，打破压滤机与压滤机之间、压滤机与智能压滤检测系统相关辅助设备之间的信息孤岛。实现智能压滤检测系统内所有设备及相关信息的统一集中监管，降低岗位巡检工的劳动强度，方便生产监管。

展示了厂区所有建筑用能、重要设备或工艺的能源消耗。点选内场景建筑图标，可以清晰明了地看出对应建筑当日及一周内用水、用电、用气的累计值以及变化趋势，能源管理一键触达。

支持模拟无人机视角漫游，当经过厂区建筑时，可自动弹出对应设备信息及瞬时带煤量变化趋势、在线统计设备故障数量，值班人员根据实时显示的数据进行复查留存，实现对煤炭产量的实时准确监管，有效解决职工不履职、工作疏忽容易造成事故隐患的现象，防止皮带断带等事故的发生。

打造健康舒适厂区

系统对接环境监测系统，实时采集厂区内各监测指标，以及选煤厂房内各有害气体，并选用Hightopo丰富的图表、平面图等形式形象展示，通过设置环境数据预警值和告警值实现平台环境监测的自动告警。

优化选煤厂用能

能耗监测系统的监测范畴涵盖厂区的电、水、气，通过智能设备对能源消耗进行全面感知，对各类能耗进行采集统计，并经过能耗分析挖掘对厂区生产生活的整体用能优化。

完善选煤厂安全建设

通过搭载智慧化物联网设备，对厂区资产信息进行统计分析，实现厂区资产的数字化管理。同时也能进行物资定位与盘点，实现管理人员对物资的全生命周期管理。

保障厂区生产生活安全

对每日巡更计划的实施情况进行有效监测，并可联动 3D 场景查看巡更计划在厂区中路线、视频点位等信息。同时图表化展示巡更过程中的异常上报趋势，分析出巡更异常的高发时间段与区域。

煤炭产业是同煤集团主业，更是企业发展的支柱与根基，能否做优做强煤炭主业关系着企业的发展大计。很长一段时间以来，尽管煤炭市场形势严峻，但同煤集团凭借70多年在煤炭开采方面的深厚积淀，以“36951”发展战略为引领，不断加大技术攻关力度，大力推广应用先进开采技术，全面提升标准化建设水平，加快推进煤炭产业转型升级步伐，在全省能源革命进程中作出了表率。特别是全国首个特厚煤层智能综放工作面在同忻煤矿公司建成，同煤集团从此开启了煤炭产业智能化发展的新纪元。塔山煤矿公司、麻家梁煤业公司等千万吨级现代化矿井紧随其后，相继上马智能化采煤工作面，并取得显著成效，使同煤集团智能化矿井建设步入了快车道，实现了从“出煤不见煤”向“采煤不见煤”的大跨越。

十年磨剑锻利刃

2019年10月26日，中央电视台在《新闻联播》中播出了一条塔山煤矿井下智能化采煤工作面的报道，对同煤集团煤矿智能化建设给予了高度评价。一石激起千层浪。很快，关于“国家‘十三五’ 科技 攻关项目——1500万吨级智能化放顶煤开采技术、装备及示范工程在同煤集团塔山煤矿公司8222工作面成功投用”的消息，就被央视《晚间新闻》《中国新闻》和《人民日报》《经济日报》等多家主流媒体宣传报道，同煤集团一跃成为全行业特厚煤层智能化开采的领跑者。然而，只有同煤人自己知道，在成功攻克井下煤炭智能化开采这一难题的背后，是十年如一日的 探索 与付出。

时间回到2009年，当时同煤集团建成了全煤系统第一个循环经济示范园区——塔山循环经济园区，正当全行业都为之赞叹时，同煤人心中却定下了更高的目标——向实现智能化开采、打造智慧矿山迈进。

作为行业领先的千万吨级矿井、塔山循环经济园区的支柱企业，塔山煤矿、同忻煤矿在同煤集团智能化开采 探索 道路上责无旁贷，必须先行先试。当时，这两座矿井所面对的特厚煤层开采在全世界尚属首次，在这样的背景下，要搞智能化开采困难可想而知。经过几年的钻研与摸索，到2014年，塔山煤矿在“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”项目上取得重大突破，跨出了向智能化迈进的关键一步。2016年8月，同忻煤矿再传捷报——国家发改委“千万吨级高效综采关键技术创新及产业化示范工程”项目在8202综采工作面成功投用，这标志着同煤集团首个具有智能化水平的生产工作面正式建成，为煤炭产业向数字化、信息化、智能化发展开辟了一条新路径。

技术攻坚再发力

如今，在塔山和同忻两座矿井，员工坐在调度室里操作采煤机开采煤炭早已不是新鲜事儿。煤矿工人“坐在办公室采煤”的夙愿变成了现实，这一切都得益于近年来同煤集团在 科技 攻关上的大量投入。

特别是2018年，同煤集团新一届领导班子上任后，进一步明确了“ 科技 创新能力就是核心竞争力”的理念，仅2018到2019年，全集团共投入科研经费10多亿元，先后获得省部级科学技术奖50项，其中5项还荣获中国煤炭工业科学技术一等奖，参与和承担了3个国家 科技 重大专项项目，获得国家专利授权138项，其中特厚煤层智能放煤技术、小煤柱开采技术、煤矸精准识别技术、国产采煤机惯导技术等更是填补了国内煤炭行业技术空白。这些成果为同煤集团加快推进矿井智能化建设奠定了坚实基础。

去年，塔山煤矿承担了国家“十三五”资源领域重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”项目研究。项目以千万吨级特厚煤层智能化综放开采为核心，以“智能群组放煤机理－智能放煤方法－煤矸精准识别技术－智能放煤控制技术及装备－工程示范”为主线，旨在全面攻克“特厚煤层运移和冒放理论与自动化放煤机理研究、特厚煤层采放协调智能放煤工艺模型及方法、特厚煤层综放开采煤矸精准识别技术、综放工作面智能化放煤控制关键技术与装备、特厚煤层智能化综放开采成套技术装备及示范工程”5个课题。其中，自动化放煤系统、基于高光谱及音频振动的煤矸识别样机、国产采煤机惯性导航系统、顶煤厚度测量装置几项关键技术目前已开始工业试验，并达到了预期效果，为同煤集团智能化开采技术向更高水平跨越创造了有利条件。

升级提效 蹚 新路

智能化综采工作面究竟怎么样？实际效果最有说服力。

从第一个工作面建成到现在，同忻煤矿公司在5年时间里，已经先后建成了5个智能化工作面，完成了从1.0到10.1的智能化升级，现在正在开采的8102智能化工作面，是同煤集团首个双侧临空小煤柱工作面，高集成度、全自动的智能化水平，使该工作面员工人数进一步减少到6人，并创造了同忻煤矿稳装质量最优、效率最佳 、智能化程度最高、安全最有保障的 历史 最好纪录。随着智能化水平的不断升级，同忻煤矿公司由传统每年人均生产330吨煤，提升至464吨，原煤回采率提高了20.8%，仅去年一年就增加收益2.964亿元，实现了效率、效益“双提升”。

现在，“安全、精准、高效”已成为同煤集团上下对煤矿智能化综采工作面的共识。塔山煤矿、同忻煤矿在智能化建设中收到的实效也让其他生产矿井紧随其后，加大了智能化工作面的建设力度。从今年开始，同煤集团在智能化建设过程中捷报频传：3月15日，挖金湾煤业公司智能化综采设备联合试运转成功，并在4月30日投入生产；8月29日，晋华宫矿智能化综采设备联合试运转成功；9月12日，麻家梁矿智能化综采设备试运转成功；9月20日，马脊梁矿智能化综采设备试运转成功，与此同时，燕子山矿智能化综采设备也已准备就绪，正在紧张有序地进行最后调试。到今年年底，同煤集团将有10个智能化工作面同时进行生产，智能化工作面占比将达到13.6%。

相信随着矿井智能化工作面建设不断加速，同煤集团智能化水平将大幅提升，一座座本质安全型智慧矿山将会遍布同煤大地，在未来更加激烈的能源产业竞争中取得先机，为加快全煤行业转型升级蹚出一条新路。（文/刘振华 兰培德）

煤炭行业发展现状：“十一五”期间是煤炭行业结构调整、产业转型的最佳时期。煤炭是中国的基础能源，在一次能源构成中占70%左右。“十一五”规划建议中进一步确立了“煤为基础、多元发展”的基本方略，为中国煤炭行业的兴旺发展奠定了基础。“十一五”期间需要新建煤矿规模3亿吨左右，其中投产2亿吨，转结“十二五”1亿吨。

煤炭行业发展趋势：中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展趋势，今后一个较长时期内，中国煤炭行业的发展前景都将非常广阔。

中国煤炭行业发展情况：

我国的煤炭流通企业总量约为10万家，规模偏小。这主要是由于我国煤炭生产与消费企业分布较为分散，行业集中度偏低，为不同规模的煤炭流通服务商提供了生存空间。

国家正大力推动煤炭开采企业的整合，煤炭流通市场也将趋向集中，这将逐步提高煤炭流通企业的市场进入壁垒，小规模煤炭流通企业的生存空间将不断缩减，大规模、跨区域的流通服务商将成为主流。

以上内容参考：百度百科-煤炭行业