当前位置:首页 > 人物故事

煤矿无人化开采的“探索者” ——记天玛智控煤矿无人化智能开采控制技术创新团队

2023-11-30 13:40:07  来源:智能矿山杂志  作者:--
0
分享至
  • 微信
  • 微博
  • QQ

团队带头人作为核心成员入选“煤炭智能化无人开采创新团队”国家重点领域创新团队,这是煤炭行业第2 个入选科技部创新人才推进计划的团队。另外,团队成员中3 人荣获全国煤炭青年科技奖,1人荣获绿色矿山青年科技奖,1 人获得“全国煤炭行业青创先锋”称号,1 人获得“全国青年岗位能手”称号,中国工程院院士1 人,中国煤炭科工集团首席科学家4 人。

团队共承担国家级重大科研项目10 项,获国家科技进步二等奖3 项,省部级奖项10 余项,发布国家标准1 项、行业标准10 余项,发表论文200 余篇,出版专著10 部。

科技创新 攻克智能化“卡脖子”问题

团队专注于采煤工作面无人化智能开采领域,依托无人化智能开采控制技术、高水基液压技术两大核心技术引擎,在无人化智能开采感知控制软件、高压大流量液压控制技术、SAP 型智能集成供液系统等方面持续深入研究,为我国无人化智能开采提供重要的理论依据和技术保障。

无人化智能开采感知控制软件

系统软件是综采工作面少人化、智能化技术的核心,但是工作面系统繁多,如何实现数百台设备的协同工作、安全生产,是行业机械化以来便存在的“世纪难题”。不仅要求软件要有丰富的智能化功能,还要具有人性化的交互体验和便捷的操作。此外,软件也面临智能化功能、决策算法复杂的问题,若直接在现场进行工业性试验,不仅成本巨大,还存在极大的安全风险。

系统软件研发团队带头人冯银辉带领数十名软件研发人员,深入现场,研究开采工艺,熟悉一线工人的操作方式、决策经验等,并将这些方法和经验不断转化为软件功能。经过十余年努力,团队创建了LongWallMind 综采工作面专用系统软件平台。该软件平台不断迭代升级,在技术栈、软件架构、功能设计、交互设计等方面经过数次重大改进。软件平台全部自主创新,已经形成了一套覆盖直线度控制、规划截割、透明开采、工艺表控制、集中控制、可视化干预、故障诊断、智能视频、数字孪生、矿压分析、数据统计报表、故障诊断、专家决策等功能的高度专业化的无人化开采软件平台。

液压支架电液控制系统引进初期,国外对我国实行技术封锁,且国外产品价格昂贵,严重阻碍了煤炭行业的健康发展。因而,突破电液转换技术难题,研制出具有完全自主产权的液压支架控制系统技术及产品,实现核心技术、平台和产品自主可控,构建自主安全、多元可控的供应链产业链,成为团队当时的首要任务。

团队将责任化为使命和动力,俯首煤矿开采现场,克服测试标准缺失、测试仪器不全、加工工艺及设备不明晰、无成熟经验可参考等困难,在不断摸索中积累经验,在劈波斩浪中砥砺前行,在一次次的失败中再接再厉,最终攻克了电液转换技术难题,实现了电液控制系统的“中国化”,以及由0 到1 的突破,大幅促进了行业技术发展和产业进步。

经过十几年的发展和技术沉淀,团队相继攻克了低功耗电液转换、绿色液压精确快速控制、高强不锈钢复杂零件精密高效加工及在线检测等技术,实现了关键核心元部件的智能化、自动化加工和装配,智能化水平远超国外同类型产品。同时,团队不断为综采工作面高压大流量液压控制提供新技术、新产品、新装备,为煤矿智能化无人开采赋能,可以满足薄煤层、中厚煤层、大采高、放顶煤等各种不同采煤工作面液压支架的控制需求。

作为煤炭行业科技创新的排头兵,团队积极承担中央企业责任,瞄准世界科技前沿、国家能源经济主战场,面向国家能源革命重大需求和矿工生命健康,聚焦核心技术攻关,增强自主创新能力,加快解决长期制约煤炭工业发展的“卡脖子”技术难题,在智能集成供液系统技术研究及装备领域取得新突破,努力成为原始创新和核心技术的需求提出者、创新研发者、技术供给者和市场应用者。

image.png

团队践行集团公司“创新驱动”发展战略,紧盯神东矿区高端客户需求,不断提升产品品质,以“卓越产品”为目标攻关了一系列核心技术及产品,定制开发了630 L/min 双螺旋齿结构高压大流量乳化液泵及供液系统,完成了高压大流量泵站技术、液压传动技术、恒压供液智能控制技术、供液质量综合保障技术、安全高效节能技术等一系列难题攻关,以630 L/min 高压大流量乳化液泵为核心的科研成果在2016 年获得中国机械工业科学技术奖一等奖。团队成功利用技术优势占领神东矿区高端市场,破除了低价竞争的危局,每年为公司创造产值超亿元。此后,团队依次推出800 L/min 和1250 L/min 高压大流量乳化液泵,并在煤炭行业展会、学术论坛、重大科技活动中进行推广和品牌传播。随着相关设备在国家能源集团、山东能源集团和陕煤集团等大型煤炭集团中的不断应用,团队在行业内建立了技术领先、产品优质的品牌形象。

加大项目投入 提升研发效能

2013 年,在国家科技部“863”计划“煤炭智能化采掘技术与装备”重大项目支持下,团队全力开展国产化综采工作面自动化控制系统及装备研发。2014 年,SAM型综采自动化控制系统在陕西陕煤黄陵矿业有限公司(简称黄陵矿业) 1001 工作面应用,首次实现了综采工作面“有人巡视、无人操作”的采煤工作常态化运行,首创了地面“一键启停、远程割煤”生产模式,使原先采煤一线每班11 名工人缩减为每班5 人,在采煤工作面液压支架支护区域实现了无人跟机操作、有人安全值守的“无人化”操作。

为进一步探索煤矿智能化开采,推进综采开采向智能自主迈进,团队依托“十三五”国家重点研发计划“智能开采控制技术及装备”等多个课题,基于煤层精准探测、人工智能、大数据分析、工业互联网等技术,探索基于“透明工作面”的智能无人化开采理论及技术实践,实现综采装备自主感知、自主决策、自主控制,以及自主的智能化自适应采煤。

截至目前,团队的创新成果已累计在300 余个大型煤矿应用900 余套;国家首批70 处智能化示范建设煤矿中有39 个由天玛智控提供技术支撑,占总数量的54.9%;主导或参与了行业智能开采领域诸多有影响力的项目,包括神东煤炭集团上湾煤矿8.8 m超大采高综采工作面、陕煤集团小保当煤矿450 m超长智能综采工作面、陕煤集团张家峁煤矿1.1 m薄煤层综采工作面、山东能源集团金鸡滩煤矿最大综放工作面、神东煤炭集团锦界煤矿首个纯水液压支架综采工作面、神东煤炭集团榆家梁煤矿首个无人工作面。

揭榜挂帅 挑战无人化采煤“深水区”

无人化采煤是煤炭行业贯彻落实 “四个革命、一个合作”能源安全新战略与“以人民为中心”发展思想的重要手段,也是提升煤矿工人安全感与幸福感,实现煤矿转型升级和高质量发展的必由之路。为积极响应《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》中“到2025 年综采工作面内达到少人、无人操作”的指示,2021 年7 月,天玛智控组建2 支揭榜挂帅团队:黄陵团队(刘清负责)、榆家梁团队(王峰负责),分别选择黄陵一号煤矿和神东煤炭集团榆家梁煤矿专题攻关无人化智能开采控制技术难题。

image.png

团队以“采煤生产时无人进入采煤机、刮板输送机及液压支架联合作业区,实现无人化采煤”为目标,开展无人化采煤控制系统研发与应用攻关,打造了国内首个“无人工作面”示范典范,用实际行动推动煤炭行业跨越式发展。经过1 年多的攻关,团队解决了多项制约无人采煤的关键问题,最终实现了工作面无人开采的目标。

揭榜挂帅榆家梁团队

团队以神东煤炭集团榆家梁煤矿43207 工作面为示范工程,加快实现国家能源集团煤矿智能化建设提出的智能采煤高级阶段“自主割煤+无人跟机+智能决策”的无人采煤模式。

团队在行业当前普遍采用的“工作面内自动控制+远程干预”模式的可视化远程干预控制技术基础上,提出新一代智能无人化采煤控制方法,实现了采煤工艺可动态调整的无人化开采控制方法创新,提出采煤工作面“1 个工艺+2 道工序+3 项控制参量”

image.png

image.png

的开采控制方法,开发了基于综采工作面采煤工艺驱动引擎的“采煤机-液压支架”高度协同自动化控制技术,解决了可视化干预模式下无法连续常态自动化采煤难题。最终形成了以稳定、可靠的综采自动化通信控制平台为基础,以采煤工艺驱动综采装备高度自动化控制为核心,以增强可视化远程监控为支撑的一整套无人化采煤控制技术解决方案,创建了“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”的常态化无人开采新模式。

自2022 年9 月29 日起,榆家梁煤矿示范工作面进入无人化采煤连续示范应用阶段,生产期间工作面中部区域无人跟机作业,仅在机头、机尾两端头区域安排岗位工进行采煤作业看护,实现了工作面内无人开采的目标。“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”模式的成功应用不仅提高了生产效率,降低了工人的劳动强度,也大幅改善了煤矿工人工作环境,提高了煤炭生产安全系数,为实现我国煤矿转型升级和高质量发展迈出了坚实的一步。

image.png

揭榜挂帅黄陵团队

团队先后在黄陵一号煤矿807、812、1009、627 工作面进行了现场调研、设计准备、验证试验,重点解决了视频网络传输延时、视频全方位覆盖及智能识别问题、液压系统与自动化系统问题、全阶段跟机自动+自主规划截割、地面远程开采新模式等制约无人采煤的关键问题,最终在627 工作面创建了以自主规划截割和全过程跟机自动化为基础,基于一体化操作座椅,地面2 名规划截割操作员,1名支架跟机工艺师的“三人位”地面远程无人开采新模式,实现了全工作面无人开采。

团队围绕黄陵一号煤矿无人开采技术难题,设计了实时以太网逻辑子网标准化管控平台,构建工作面千兆、井上下万兆的高速主干网络传输链路,部署多类型数据VLAN隔离管控与内外部网络私有化映射监测平台,彻底解决了煤矿受限环境下的多源无线通信信号的抗干扰问题,保证了网络信号的稳定传输。

为解决地面远控视频视角问题,团队反复摸索摄像仪的安装位置、角度、光照影响等,工作面每个摄像仪安装至少需要30 min,为达到最佳效果,团队连续几周下井将53 个摄像仪拆装了5 遍,最终达到了地面开采人员完全沉浸式操控、视角全覆盖、细节全展示的效果,实现了采煤机前后滚筒、运输机直线度、液压支架自动跟机状态、自选支架双视频追踪等全方位全过程实时监控,通过优化视频加载算法,视频画面切换速率提升90%以上,彻底解决了视频切换卡顿问题。

针对采煤机无法实现自主割煤和液压支架全阶段跟机问题,团队设计了全新架构电液控制应用解决方案,首次实现了快速丢架识别与保护、远程补架、“三机一架”联动等特殊工艺下系统自动化,以及加减刀、反推移刮板输送机工作面调节工艺自动执行,并首次与采煤机规划截割进行全阶段支架采煤机协同自动控制。采用采煤机自主规划截割系统,研发平滑阶梯多级调整控制策略,提出采煤机全工作面工艺阶段编辑、截割模板快速生成与下发、规划曲线的可视化调控方法,大幅提高了采煤机自主规划截割的易操作性,最终基于“三人位”地面远程无人化智能开采新模式,在2022 年10 月20 日,首次实现了地面3 人,全工作面无人进入的无人生产模式。

image.png

image.png

攻关过程中,团队研制了双光谱热红外摄像仪、毫米波测距传感器和地面一体化操作座椅3 种新产品,申报专利38 项,其中发明专利24 项,技术秘密1 项,软件著作权4 项,发表论文5 篇。

团队建设与管理

组织管理

无人化智能开采系统创新团队,按项目管理型团队组建,即基于项目推动的团队组建模式。以项目为导向,将相关学科的团队成员聚集起来共同完成项目。项目管理主要采用“矩阵式”结构和“核心-流动层”相结合的方式。为保持团队的相对稳定性,采用“核心”层稳定的方式,由2~3 个学科的研究人员负责团队的课题申请、研究组织、日常管理等。

image.png

团队依托天玛智控建立了“项目揭榜挂帅”“中长期激励计划”“单项科研奖励”“专利配套奖励”等制度和激励措施,确保团队人员稳定、科研效果持续输出。

科学家赋权

团队拥有中国煤炭科工集团首席科学家李首滨、韦文术、刘清3 人作为技术顾问,并赋予科学家在项目及团队建设中相应的学术权限,如技术路线决策权、项目团队组建权、经费管理自主权、资源调度权、项目成员考核权和项目成果享有权等。

研究方向

团队研究方向及成果主要以无人化智能开采领域重点、难题及关键核心技术为攻关目标,满足煤矿智能化建设过程中的一系列技术、产品需求。伴随全国煤矿转型升级和高质量发展,团队研究方向符合行业发展方向,可持续为各种采煤工作面无人化智能开采提供系统解决方案。

发展规划

“十四五”期间,团队将全力突破智能无人化采煤,即采煤工作面生产过程无人。重点围绕复杂工作面条件下的煤矿智能无人化开采技术开展研究,主要针对井下围岩状态感知及生产装备控制难题,突破“透明工作面”高精度三维地理模型构建、智能开采控制和超前巷道智能化协同支护技术,研制适合复杂煤层条件的智能化开采成套装备系统,大幅提升行业科技水平和生产安全保障能力。重点突破工作面围岩状态高精度在线探测、“透明工作面”构建及智能开采控制技术、采煤工作面巡检机器人技术、巷道“采前修复-超前支护-采后卸压”一体化协同控制技术、智能开采效能和安全分析决策系统构建技术等关键技术难题。目前,在这些领域国内外均没有成熟的技术,团队的研究内容和方向均处于国内外引领地位。


助理编辑:李雅楠

地址:北京市朝阳区和平街13区煤炭大厦701室,《智能矿山》编辑部

电话:(010)87986440,87986439,87986438

邮箱:znks2020@126.com

邮编:100013

 

©2017-2023 智能矿山 版权所有 京ICP备05086979号-20 技术支持:云智互联