郑剑平1，孙翠芝1，程子曌1，许红娜1，仝莉2
(1.中国煤炭加工利用协会，北京市朝阳区，100013；2.中国煤炭工业协会咨询中心，北京市朝阳区，100013)
摘要加强煤质管理、提升商品煤质量是我国煤炭行业质量提升的重要内容。从煤质管理体系建设、煤质信息管理系统建设、先进的在线监测技术及采制化技术应用等方面，系统地介绍了煤质管理的发展现状及取得的成果；分析了煤质管理现存的主要问题；从加强煤质管理体系建设、继续完善煤质管理制度、进一步开发煤质管理信息系统、加大高精度国产化煤质在线检测技术及其设备研发力度、推广应用智能化采制样技术实现采制化系统智能化等方面，阐述了煤质管理领域的创新发展方向。
关键词煤质管理；信息系统；在线检测；采制样；智能化
煤炭是我国重要的一次能源，经初步核算，2021年我国全年能源消费总量52.4亿t标准煤，比2020年增长5.2%。煤炭消费量增长4.6%，原油消费量增长4.1%，天然气消费量增长12.5%，电力消费量增长10.3%。煤炭消费量占能源消费总量的56.0%，比2020年下降0.9个百分点；天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的25.5%，比2020上升1.2个百分点[1-2]。煤炭在实现“双碳”目标过程及能源安全方面发挥着兜底保障的作用，立足能源结构以煤为主的基本国情、大力推动煤炭清洁高效利用[3-5]、提升商品煤质量成为解决我国能源问题的重要路径。
近年来，煤炭企业认真贯彻落实习近平总书记关于保障能源安全的重要指示精神，进一步加强煤质管理体系建设，不断推进煤质管理信息系统建设，大力推广先进的煤质在线检测技术及设备，智能化采制样技术也进入生产实际应用阶段，既保障了商品煤质量的提升，又促进了煤炭清洁高效利用[6]。
1.1.1煤质管理体系
目前，我国大型煤炭企业已建立了较为完善的煤质管理体系，形成了集团公司-矿业公司-各矿(厂)的三级煤质管理机构，成立了公司煤质管理领导小组、煤炭经销中心、煤质科等煤质管理部门[7]。集团公司层面主要以宏观管理为主，大部分企业以集团营销公司为主体，建立集团公司煤质管理体系，主要负责对煤炭产品的质量进行改进、协调解决质量管理过程中出现的问题、对煤质管理工作进行指导和监督、审核确定年度煤质指标计划；矿业公司层面是公司的煤质管理部门，主要负责集团公司煤炭产品的日常管理工作和有关奖罚考核，结合市场和矿(厂)的生产实际，确定产品品种、质量等级，编制产品质量计划；各矿(厂)层面的煤质科是煤质管理工作的主体，负责井下原煤、出矿商品煤的采、制、化及选煤过程的煤样化验工作，对本矿的煤质全面负责。
选煤厂主要负责选煤生产过程中煤样的采取及化验，用于指导选煤生产。
1.1.2煤质管理制度
目前，我国煤质管理制度已经较为完善。行业层面主要有《商品煤质量管理暂行办法》《煤矿安全生产标准化管理体系考核定级办法(试行)》《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法(试行)》等制度规范；各集团层面主要有《集团煤质管理办法》《商品煤生产质量考核办法》等煤质管理制度；矿业公司和各矿(厂)层面主要有《公司煤质管理实施细则》《煤质管理及考核办法》《商品煤质量、计量纠纷处理办法》《掘进工作面灰分/水分管理规范》《煤炭产品质量内部市场化管理考核办法》《月度煤质专题分析会》等具体煤质管理办法。
1.1.3煤质管理流程
煤炭企业从长期实践中总结出来的“事前预测有措施、事中控制有手段、事后处置有方法”的煤质管控流程，即采煤工作面回采前先按照国标对煤层采样进行化验，根据化验数据、工作面地质水文情况编制预测报告，并按照市场和用户需求制定出有针对性的煤质管控措施；在选煤生产过程中，对灰分进行快速检测，根据检测结果和用户要求，实时调整生产工艺参数；在商品煤销售过程中，及时检验并出具化验报告，当出现不合格批次产品时，能够及时与销售部门沟通，采取调整流向、降档销售、港口配煤等事后处置措施，确保用户获得满意的产品。
1.2.1建设概况
煤质管理信息系统是指以煤矿、集团公司中心化验室日常业务为基础，利用先进的网络和数据库技术，通过局域网或互联网进行日常煤质化验数据传输的系统，该系统将实验室各项业务划分为若干个模块，综合处理整合实验室业务[8-9]。
目前，国内大多数矿(厂)煤质管理机构都划归到企业自身的煤炭运销公司管理。因此煤质管理信息系统主要依托煤炭企业开发的煤炭运销管理系统，并结合各自特点进行有针对性地开发应用，实现煤炭质量日常检测数据录入、上传、结算和查询等功能；该系统也可以与集团公司煤炭营销系统进行有效对接，便于商品煤、原煤信息调度和商品煤销售统一管理。系统设计研发单位主体一般为各大型煤炭企业信息控制管理中心(分公司)，结合企业煤质管理的实际需求进行自主开发。
1.2.2主要功能模块
煤质管理信息系统主要包含大数据监控子系统和业务管理子系统两大部分，系统设计方案的原则都是基于实验室CNAS认可准则的要求，通过数据采集，利用现代化的信息技术对原始数据进行加工处理，运用数学计算模型和工具进行科学地统计分析，为企业煤质管理和决策提供支持。
(1)大数据监控子系统主要通过抽取业务层数据(原煤、商品煤煤质信息)，对其进行深入挖掘分析，通过监控大屏，以图文形式将各业务环节及煤炭生产全过程管理中的关键指标数据的分析板块进行展示，包含监控首页、煤层监控、原煤监控、选煤生产监控、商品煤监控、检装监控、市场监控等模块，实现对煤炭品种、数量、质量、生产工艺不同维度的数据汇总统计、异常预警、趋势分析、决策分析等功能。
(2)业务管理子系统主要覆盖煤炭地质勘探、煤层、原煤、选煤、商品煤管理(商品煤的装车数据和化验数据可从检测站管理系统上传)等各环节，实现业务流程线上编制、审核、审批、上报等功能，达到煤质管理全过程信息化。通过关键岗位视频监控方式，不仅可以实时监测煤场装卸车点、化验室等重点操作位置的情况，对煤质进行监督管理，还可以实时分析煤炭产品的结构变化，为领导经营决策提供数据支持。
1.2.3应用效果
近年来，煤质在线检测装置已开发利用主动探测和被动探测γ射线技术，发展了有源和无源技术。在线检测系统主要有在线灰分仪、在线水分仪，通过灰分和水分数据计算出煤的发热量，从而构建完整的煤炭灰分、水分和发热量在线测量系统。其中重点在于灰分在线测量技术的研究，主要分为双能量γ射线透射技术、X射线在线灰分仪、天然射线灰分仪、中子活化分析技术、激光诱导击穿光谱分析技术。目前各类技术都有成功的应用案例[10-11]。如丹东东方测控技术公司采用双能量γ射线透射技术，开发出了γ射线在线灰分仪[12-13]；开封市测控技术公司开发出天然γ射线无源灰分仪[14-15]；清华大学基于激光诱导击穿光谱技术，提出了主导因素模型，并应用于煤中的碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)等主要元素的检测，效果优于常规的检测方法[16-17]。
煤质在线检测技术可实时获取煤质分析指标，显著提升了煤质检测效率。随着煤质在线及旁线检测技术的成熟，选煤厂也开始对生产过程进行实时监控。
1.4.1机械化采制样技术的发展
随着煤炭行业不断加强技术创新和装备创新力度，并着力研究开发机械化采制样技术和装备，2000年后，煤炭机械化采样机开始对电力、钢铁行业的入厂煤和入炉煤进行检测，并且在煤矿、港口也得到迅速推广及应用，如在煤矿坑口处设置机械化采样和在线、旁线检测设备，对生产过程中的煤炭进行实时管理。2009年，又陆续研发了电脑控制联动制样系统，对简单功能实现监督报警，提高了煤炭实时制样的效率。2013年开始研发无人值守煤样自动制样系统，推广燃料智能化管理系统。2017年，在煤炭传统制样与生产线自动制样系统的基础上，结合先进的机器人技术与自动化技术，将智能机器人应用于煤炭制样领域研发生产机器人智能制样系统[18]。目前，机械化采制样已应用于输煤带式输送机、火车车皮、汽车、煤堆等场所，与人工采样相比，机械化采制样不受人为因素影响，大大提高了采样效率，并保证了采制样的精度和煤样代表性[19]。
1.4.2智能化采制样技术的发展
随着科技的发展，煤炭质量检测技术智能化已成为必然。如何将新型智能机器人技术、自动化技术与商品煤的采制样相结合，成为煤炭检验实现智能化、信息化、标准化转型升级的关键。
目前，我国已初步开发研制了智能化采样技术与装备，智能化机械臂采样系统全过程无胶带一体化的设计，有效地解决了采样环节中样品堵塞、残留及偏倚精密度差等问题，提高了系统的智能化水平，采制样效率更高，并可连续作业，系统设置有各类安全预警，安全稳定性更好。
智能机器人制样系统[20-21]以先进的机器人技术、智能控制技术和信息化技术作为执行载体，可以完成煤样的识别感知、制备、转运、称量、封装、写码、存储等流程，输出满足国家标准要求的多批次各级样品，能够实现自感知、自判断、自适应、自执行。通过两级破碎、三级缩分，最终可制备出1份6mm全水样、1份3mm存查样、1份0.2mm分析样、1份0.2mm存查样的样品，该系统具有性能可靠、代表性好，功能可靠、稳定性好，制样高效、快捷性好，模块设计、维护性好等特点，可有效与智能采样系统相结合，实现采制过程的智能化。
1.4.3采制样标准化建设情况
目前我国煤炭采制样方法标准主要有人工采制样标准《商品煤样人工采取方法》(GB475-2008)、《煤样的制备方法》(GB474-2008)；机械化采制样标准有《煤炭机械化采样第1部分：采样方法》(GB/T19494.1-2004)、《煤炭机械化采样第2部分：煤样的制备》(GB/T19494.2-2004)、《煤炭机械化采样第3部分：精密度测定和偏倚试验》(GB/T19494.3-2004)等。
煤炭采制样方面的标准制定历史较早，其中GB475和GB474于1964年制定，经过1975年、1983年、1996年和2008年的4次修订后，成为当前标准文本GB475-2008。该标准详细规定了煤炭人工采样的术语和定义，主要包括采样的一般原则和采样精密度、采样方案的建立、各采样程序的确定、采样方法、人工采样工具、煤样的包装和标识、采样报告以及采样精密度核验和偏倚试验等。GB474-2008详细还规定了煤样制备的术语和定义，主要包括试验的构成、破碎、混合、缩分和空气干燥，各种煤样的制备及存查样等要求。
为适应煤炭生产、加工利用和贸易发展的需要，我国于2004年制定了《煤炭机械化采样》(GB/T19494-2004)系列标准，代替了GB474和GB475中关于煤炭机械采样和制样部分，更好地对应了ISO标准。该系列标准对煤炭机械化采制样做了详细说明和规范，规定了煤炭机械化采样的术语和定义(包括采样的一般原则和精密度、采样方案的建立、移动煤流采样方法、静止煤采样方法、煤样的包装和标识以及采样报告等)、煤炭机械化采样精密度测定和偏倚试验的术语和定义(包括采样、制样和化验精密度测定方法以及偏倚试验等)。
煤灰分检测技术在实际应用过程中，一般测量精度都在0.3%～0.5%以内，但对于炼焦煤来说，每级精煤灰分相差0.5%，因此亟需灰分在线检测设备的测量精度达到±0.25%，甚至需要达到±0.2%；在线测灰仪对于煤质适应性不好的情况下，当煤质发生较大变化时，测试结果往往误差较大，导致无法准确检测煤炭质量，难以精准指导生产。
在煤质管理体系建设方面，要进一步加强煤质管理体系建设，落实企业质量管理主体责任。完善煤质管理制度建设，包括监管机制、考核机制、激励机制等，建立以质计价的内部市场收购机制，形成煤炭产品生产、运输、销售环节的良性循环。从矿井生产准备、采区接替、煤炭开采到选煤生产，严格各项工序的质量管理，使每个生产环节都处于可控状态。进一步提高煤炭入选率，实现产品结构多元化，增强产品市场竞争力。
在煤质信息化管理方面，要进一步开发和完善煤质管理信息系统，提高煤质管理的决策指挥能力。运用现代计算机网络技术、数据库技术，根据企业的具体管理体系，构建集团煤质管理信息系统，实现煤质管理信息业务操作流程、数据统计、煤质数据查询和预测的自动化处理，实现集团公司对煤质信息的全面掌握与实时监控，保证及时快速获取各种煤质数据，以便为公司整体决策提供科学依据。
在煤炭质量在线监测方面，要进一步推广应用在线监测技术与装备，提高生产过程中的煤质监测与管理水平。研究单位要加大高精度国产化的煤质在线检测设备的研发力度，灰分在线检测设备的测量精度尽量能够达到±0.25%以内，以满足不同用户对产品质量的监测要求。
在机械化智能化采制样方面，要进一步推广应用机械化采样、智能化采样装备与技术，提高采样精度和采样代表性，降低采样过程中的劳动强度。科研单位和设备厂家要进一步加强智能化采制化技术与装备的研发力度，通过智能化采样系统、智能机器人制样系统、智能化煤样封装转运系统、全自动煤质测试分析系统等智能化装备的无缝对接，实现煤炭的“采、制、转、存、化”一体化布局，实现采制化系统智能化，不断提高煤质管理水平。
梳理了我国煤质管理及其技术发展现状，系统分析了煤质管理体系、信息化系统、在线检测、智能化采制样等方面存在的问题。在煤质管理及煤质技术未来发展方面，认为需加强煤质管理体系建设、完善煤质管理信息系统、加大高精度国产煤质在线检测设备研发力度、大力推广应用智能化采制化系统，以实现煤质管理的高效化、智能化。源头提升商品煤质量是在开采过程中进行有效的煤炭识别，为煤炭行业的高质量发展做出贡献。
参考文献：
[1]国家统计局.中华人民共和国国民经济和社会发展统计公报(2021)[R].北京:国家统计局,2022.
[2]中国煤炭工业协会.2021煤炭行业发展年度报告[R].北京:中国煤炭工业协会,2022.
[5]张宏.推进“双碳”战略实施构建煤炭产业发展新格局[J].中国煤炭,2022,48(2):1-4.
[6]孙翠芝.“双碳”形势下煤炭质量管理办法[J].煤炭加工与综合利用，2022(1):40-42.
[7]乔军强,周瑞通.神东煤炭质量管理模式研究与应用[J].洁净煤技术，2021，27(S1):154-157.
[8]王玉娥.浅谈煤质管理信息系统在选煤生产中的应用[J].山东工业技术，2017(17):70.
[9]杜凤涛,张帅,贾宁宁.煤质信息管理系统在阳煤集团寺家庄矿的应用[J].中国煤炭，2019，45(9):35-39.
[10]赵辉.煤炭灰分在线检测技术的应用现状及发展前景[J].煤炭加工与综合利用，2022(4):79-82.
[11]董媛媛.煤炭灰分在线检测技术对比分析[J].煤，2021，30(2):85-87.
[12]张新元,王振龙.DF-5753D多点在线灰分仪在上湾选煤厂的应用[J].洁净煤技术，2018，24(S2):112-115.
[13]杨伯利,林春强,梁宏伟.DF-5753在线灰分仪在老虎台选煤厂的应用[J].煤质技术，2015，30(3):50-52.
[14]梁威.NGAM-2008无源灰分仪在高阳选煤厂精煤灰分检测中的应用[J].煤炭加工与综合利用，2019(8):48-49，52.
[15]葛学海,白云飞,陈鹏，等.NGAM-2008天然射线灰分仪在选煤厂原煤灰分检测中的应用[J].选煤技术，2016(2):64-67.
[16]冯杰.提高激光诱导击穿光谱定量精度的研究及煤质应用[D].北京：清华大学，2011.
[17]李立志.提高激光诱导击穿光谱测量的可重复性及煤质应用[D].北京：清华大学，2012.
[18]张雄.新形势下煤炭企业采制化管理问题研究[J].煤质技术，2017，32(1):17-19.
[19]蔡志丹,张永刚,王利斌,等.我国煤炭检测技术现状分析与发展思考[J].煤质技术，2021，36(6):22-28.
[20]周媛，周璐，王永超,等.煤炭机器人智能制样系统性能分析与试验研究[J].中国煤炭，2019，45(7):44-51.
[21]何文莉，张太平，朱琦妮，等.煤炭全自动制样系统精密度检验方法研究[J].煤质技术，2021，36(1):81-86，92.
[22]刘新慧.煤质管理存在的问题及对策分析[J].内蒙古煤炭经济，2021(20):34-36.
ZHENGJianping1,SUNCuizhi1,CHENGZizhao1,XUHongna1,TONGLi2
(1.ChinaCoalProcessing&UtilizationAssociation,Chaoyang,Beijing100013,China;2.ConsultingCenterofChinaNationalCoalAssociation,Chaoyang,Beijing100013,China)
AbstractStrengtheningthecoalqualitymanagementandimprovingthequalityofcommercialcoalaretheimportantcontentsofqualityimprovementofChina'scoalindustry.Fromtheaspectsofcoalqualitymanagementsystemconstruction,coalqualityinformationmanagementsystemconstruction,advancedon-linemonitoringtechnologyandtheapplicationofsamplingandpreparationtechnology,thispapersystematicallyintroducesthedevelopmentstatusandachievementsofcoalqualitymanagement,analyzesthemainexistingproblemsofcoalqualitymanagement,expoundstheinnovationdevelopmentdirectioninthefieldofcoalqualitymanagementfromtheaspectsincludingstrengtheningtheconstructionofcoalqualitymanagementsystem,continuingtoimprovecoalqualitymanagementsystem,furtherdevelopingcoalqualitymanagementinformationsystem,increasingtheresearchanddevelopmentofhigh-precisiondomesticcoalqualityon-linedetectiontechnologyandequipment,popularizingandapplyingintelligentsamplingandpreparationtechnologytorealizetheintellectualizationofsamplingandpreparationsystem.
Keywordscoalqualitymanagement;informationsystem;on-linemonitoring;samplingandpreparation;intellectualization
移动扫码阅读
引用格式：郑剑平，孙翠芝，程子曌，等.我国煤质管理及其先进技术发展研究[J].中国煤炭，2022，48(6)：56-61.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.06.009
ZHENGJianping,SUNCuizhi,CHENGZizhao，etal.StudyonthedevelopmentofcoalqualitymanagementanditsadvancedtechnologyinChina[J].ChinaCoal,2022，48(6)：56-61.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.06.009
作者简介：郑剑平(1991-)，男，安徽桐城人，硕士，工程师，主要从事洁净煤技术、煤质管理等研究工作。E-mail:ccpuazjp@126.com