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智能化示范煤矿建设成效与发展方向

2024-02-04 11:02:53  来源:智能矿山杂志  作者:王国法,庞义辉
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2020 年以来,智能化示范煤矿建设与技术创新相互推进,新一代信息技术加快与煤炭开发利用技术深度融合,新技术和新装备加快迭代发展,形成了一批可推广、可复制的技术、装备和建设经验。煤矿高可靠融合通信系统、工业互联网平台、智能化综合管控平台等先进技术得到推广应用,智能化无人/少人开采、智能高效快速掘进、智能主/辅运输、煤矿机器人集群应用、露天矿卡无人驾驶、智能安控系统等取得了重要进展,供配电、主煤流运输、供排水等系统实现了常态化无人值守作业,煤矿智能化技术装备国产化、成套化水平明显提升,初步形成了适用于不同煤层赋存条件的智能化煤矿建设模式,减人、增安、提效成果显著。

当前,我国不仅是世界第一煤炭生产大国,煤矿智能化系统性创新也走在了世界前列。深部厚煤层6~10 m超大采高智能化综采不断打破采高极限和效率纪录,硬煤厚煤层智能化综放工作面月产突破200 万t,2.5~3.0 m中厚煤层450 m超长工作面实现年产千万吨,部分智能化煤矿单井生产能力超过2 500 万t。目前,全国已经建成智能化采煤工作面近2 000 个,智能化掘进工作面超过1 500 个,智能化建设总投资超过2 000 亿元,逐渐建立了以企业为主体、市场为导向、产学研协同创新的煤炭科技创新体系,为保障煤炭资源的安全稳定供给奠定了坚实的基础。

智能化示范煤矿建设概况

煤矿智能化将新一代信息技术与传统煤炭开发利用技术进行深度融合,是实现矿井安全生产的治本之策,也是煤炭行业转型升级实现高质量发展的核心动力与必然选择。为推进煤矿智能化建设,2020 年2 月,国家发展改革委、国家能源局、应急管理部等八部委联合下发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,并明确要建设多种类型、不同模式的智能化示范煤矿;2020 年12 月,国家能源局、国家矿山安全监察局联合下发了《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》,确定了71 处煤矿作为国家首批智能化示范建设煤矿,其中井工煤矿66处、露天煤矿5 处,矿井总产能超过6.2 亿t,采煤工作面单面平均生产能力超过500 万t/a。

为落实上述文件精神,山西、陕西、内蒙古、河南、贵州、新疆等主要产煤省(区),以及国家能源投资集团有限责任公司、中国中煤能源集团有限公司、山东能源集团有限公司、晋能控股集团有限公司、陕西煤业化工集团有限责任公司、山西焦煤集团有限责任公司等大型煤炭企业全面开展了智能化煤矿建设,带动全国近600 处煤矿全面开展智能化建设。2023 年12 月,国家能源局公布了首批47座已经通过验收的智能化示范建设煤矿,其中井工煤矿42 座、露天煤矿5 座,首批智能化示范建设煤矿总投资超过230 亿元,初步形成了适应多种煤层条件的智能化煤矿建设模式。

经过3 年的探索实践,在5G/F5G通信网络、工业互联网平台、智能化采掘工作面、智能主/辅运输、智能供配电、智能供排水、智能通风、双重预防等方面取得了阶段性成效,煤矿井上井下固定场所实现了常态化无人值守作业,煤矿智能化技术装备的国产化、成套化水平显著提升,为实现煤矿减人、增安、提质、创效奠定了基础。

国家能源集团在产煤矿73 处,总产能约6.5 亿t,通过构建“1235”煤矿智能化建设模式(1 套体系全面统筹、2 种模式激发创新、3 类煤矿示范引领、5 位一体高效推进),建成9 处国家首批智能化示范煤矿,建成33 处煤矿一体化管控平台和数据中心。其中,上湾煤矿建成容量最大的企业5G定制专网;乌东煤矿建成急倾斜特厚煤层高精度地质保障系统;榆家梁煤矿建成“无人监视+远程巡视”的无人采煤模式;布尔台煤矿建成“掘锚机+锚运破+大跨距桥式转载机+机器人”快速掘进模式;12 处露天煤矿开展无人驾驶试点运行。近3 年来,煤矿各岗位用工减少5 300 余人,单进、单产、全员工效分别为全国平均水平的2.0、3.5、5.0 倍。

中国中煤共建有煤矿82 处,总产能近3 亿t,截至2023 年10 月,累计建成智能化煤矿24 处,智能化选煤厂9 处,智能化采煤工作面122 个,智能化快速掘进工作面56 个,智能化产能超过1.7 亿t,30 处煤矿建成智能一体化综合管控平台,14 处煤矿开展“5G+”智能化煤矿建设,30 处煤矿共计应用了63台机器人,井上井下固定场所基本实现无人值守,灾害严重矿井全面建设了灾害大数据融合分析与智能监测预警平台,扎实推进6 处国家首批智能化示范煤矿建设,另外遴选7 处集团级示范煤矿,形成了煤矿智能化“6+7+N”示范体系。

陕煤集团共建有煤矿38 处,总产能约2.11 亿t,其中生产矿井37 处,共建成智能化采煤工作面50个,实现了薄、中、厚煤层智能化开采全覆盖,建成智能快速掘进系统96 套,针对不同地质条件探索应用了全断面掘锚一体机快掘系统、护盾式智能快速掘进机器人、TBM硬岩盾构机等5 大类快速掘进模式,研发应用了5 类280 个巡检与特殊作业机器人,13 类792 个生产辅助系统全部实现远程集中控制,井下固定场所全部实现“无人值守、智能巡检”。近3 年,陕煤集团煤炭板块百万吨死亡率下降了90%,累计减少井下用工15 000 余人,全员工效增加了52%,回采工效增加了28.5%,综合单产提高了61.54%,掘进工效提高了33%,企业吨煤能耗下降了30%。

山东能源集团共有9 处国家首批智能化示范煤矿,实施智能化建设项目约256 项,投资约18.5 亿元,截至2023 年6 月,9 处示范煤矿及配套选煤厂全部通过验收,采煤工作面作业人员由平均15 人减至平均7 人,掘进工作面由平均11 人减至平均8 人;9 处煤矿的采煤机自动截割率、液压支架自动跟机率由之前的50%提高至85%以上,转龙湾、金鸡滩等煤矿智能化采煤工作面的自动截割率达到95%以上;通过采用固定场所无人值守、有人巡检等技术,9 处煤矿共减少固定岗位工400 余人;付村、唐口煤矿实现了单轨吊点对点无人驾驶;双欣煤矿应用具有超大矸石处理能力的智能煤矸分拣机器人,矸石捡出率达到90%以上;金鸡滩煤矿建设智能无人装车站,实现了汽车装车自动引导、自动定位等全自动化装车。

晋能控股集团坚持科技赋能智能化矿山,截至2023 年底,建成智能化矿井31 座,智能化采掘工作面286 个,智能化煤矿总产能将达到1.53 亿t,约占生产矿井总产能的34.1%;建成148 个井下无人值守变电所、62 个无人值守泵房,实现减员850 余人;塔山煤矿建成1 大平台、10 大系统、27 个子系统和12 个无人值守场所,联合开发了井下带式输送机、泵房、变电所巡检机器人,构建了5G传输、协同控制的智能开采新模式;同忻煤矿以智能综合管控平台为核心,接入原有26 个信息化子系统,并新建14个智能化子系统,实现了系统之间的互联互通。

煤矿智能化建设重大进展

经过近3 年的煤矿智能化探索实践,攻克了部分“卡脖子”关键基础理论,研发应用了一批技术先进、经济适用性强、可靠性高的装备,煤矿智能化创新成果得到深入推广应用,提升了智能化技术装备的国产化、成套化水平。

(1) 针对煤矿智能化建设存在的基础理论难题,构建了数字煤矿智慧逻辑模型,突破了多源异构数据处理理论方法,建立了跨系统智能控制方法及系统维护决策机制,初步形成了数字煤矿及智能化开采基础理论体系。

(2) 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司研发了由掘锚一体机、锚杆转载机、柔性连续运输系统和协同控制平台等组成的“煤海蛟龙”快速掘进系统,实现了简单煤层条件下月最高进尺3 088 m;北京天玛智控科技股份有限公司创新研制了基于工业以太网的智能开采控制系统,提出“规划割煤+可视化远程干预”的无人化开采方案,在国能神东煤炭榆家梁煤矿、陕煤集团黄陵一号煤矿等实现了中厚煤层常态化少人开采;中煤科工开采研究院有限公司与陕西陕煤陕北矿业有限公司联合创新研发了综采工作面装备快速精准推移与超前联动控制技术,实现了工作面快速跟机移架;标准体系是煤矿智能化技术体系的重要组成部分,中国煤炭科工集团构建了由580 多项标准组成的煤矿智能化标准体系框架,与陕西陕煤陕北矿业有限公司制定发布了4 类17 项智能化系统运维管理标准,填补了国内外煤矿智能化系统运维标准的空白;中国煤炭科工集团与陕煤集团联合聚力打造煤矿机器人集群作业,突破了井下防爆及受限空间机器人设计理论方法及关键技术,创新煤矿机器人协同管控一体化平台,研发应用50 余套机器人,初步形成了业务横向协同、流程纵向贯通的智能化煤矿机器人群管控模式;安标国家矿用产品安全标志中心有限公司通过揭示射频电磁能瓦斯引燃机制,明确了大功率射频电磁能在井下环境中的安全阈值,突破了传统的6W功率限制,为5G在煤矿井下应用奠定了基础。

(3) 山东能源集团与中国煤炭科工集团联合创立了深部煤炭资源开发数字化基础、全业务链数字化运行和智能化开采模式,建立了矿山大模型人工智能中心训练、边缘推理、云边协同、边用边学的人工智能运行管理体系,涵盖40 多个应用场景;发明了工作面多应力场耦合围岩智能控制的深部厚煤层开采新方法,研制了6~10 m系列化高端智能支护装备和智能制造体系;研发了首套矿井5G专网和装备;研制了高效节能智能高压变频调速一体机系列化产品,节能减排达30%,形成了煤炭高效开发利用新模式。

(4) 陕煤集团针对曹家滩煤矿坚硬特厚煤层开采条件,创新研发应用了世界首套10 m超大采高智能化综采成套技术与设备,创造了“装机功率、装备总质量、一次开采高度、单面产能”4 项世界第一,工作面年产量由1 300 万t 提高到2 000 万t 以上;陕煤集团小保当煤矿建成全国首个中厚煤层450 m智能化超长工作面,最高日产达4.6 万t,实现了工作面“顶板可控可预测、智能开采提效率、高速截运创效益”的超长工作面智能化开采模式;陕西陕煤黄陵矿业有限公司通过建设“采制化全流程+在线检测”煤炭质量数字化车间、智能选矸系统、智能火车装车系统等,建成了“智选、质检、质售”为一体的智能化选煤厂。

(5) 国能神东煤炭榆家梁煤矿创新研发应用了基于全景视频拼接的自适应开采技术,形成了综采工作面“0+2+2”无人化开采模式,即生产期间工作面0 人操作,进、回风巷2 人监控,地面2 名操作员远程监控,实现了每日均衡割煤14刀以上。

(6) 中国中煤能源集团大海则煤矿通过开发基于5G技术的透明地质工业互联网平台、复杂地质条件下常态化智能采掘技术、巡检、喷浆、接管等系列机器人等,建成了年产2 000 万t 的世界最大产能智能化立井开拓矿井。

(7) 陕西延长石油(集团) 有限责任公司研发应用了斜井全断面敞开式掘进机“探、掘、支、锚、运”高效协同智能掘进技术,研制了首套斜井全断面敞开式智能掘进技术装备及安全保障技术装备,使斜井掘进速度提高了3~5 倍。

(8) 中国矿业大学研发的煤矿安全风险隐患综合一体化智能防控关键技术与装备,实现了风险隐患超前防控的一体化、标准化、综合化和智能化。

智能化煤矿建设经验与案例分析

“煤智云”工业互联网平台

“煤智云”工业互联网平台“煤智云”工业互联网平台将云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术与煤炭行业业务深度融合,构建以数据驱动、知识驱动为核心的互联网生态体系,深度挖掘全过程数据资源价值,开展大数据知识服务,为煤矿企业、研究机构及从业者提供数字化、智能化的工作平台。将煤矿生产技术融入大数据服务能力、工业互联网数据建模和分析能力、工业微服务能力等技术功能,提供全矿井智能监控、安全生产管理、时空数字化服务和智能决策支持服务,构建智能化透明矿井,实现了智能管控。

2021 年8 月,“煤科云”智能一体化管控平台在山西天地王坡煤业有限公司进行了全方位部署建设(图1),基于数据采集平台、云组态工具、大数据平台、PaaS 平台、矿山信息模型(即三维GIS) 和边缘计算等基础支撑服务,通过有效融合井上井下各自动化、信息化子系统数据,构建一体化融合平台,实现了全矿井采、掘、运、安全监测等核心业务系统间的横向协同和纵向联动。

矿用5G 融合通信网络

矿用5G融合通信技术依托5G移动通信,融合通信和矿用设备安全设计技术,构建大带宽、低时延、高可靠、多融合的智能矿山高速信息通道,为煤矿提供安全、可靠、稳定的信息传输“高速公路”。

通过构建核心网+承载网+接入网的矿用5G网络架构(图2),核心网支持轻量化核心网或UPF下沉,承载网具备超万兆传输能力,接入网支持稳定可靠的5G无线信号覆盖。

国能神东煤炭上湾煤矿5G专网首次将100 G承载网应用于全矿井,将5G和UWB技术进行融合应用,为井下无人驾驶、高清视频传输、数字孪生采掘工作面、工业控制、机器人智能巡检等应用场景提供大带宽、低时延的信息传输“高速公路”和井下精准的“定位导航”;在狭小空间的薄煤层工作面电缆槽和液压支架间部署5G漏缆天线,实现了少干扰、免切换,满足采煤机移动场景下的远程控制。5G专网端到端时延小于20 ms,可支持基于UWB的井下人、车精确定位。

采煤工作面自动化控制系统

采煤工作面自动化控制系统以工作面导航定位、视觉感知、数字孪生、自主规划截割与视频拼接跟机监控、工作面装备协同连续开采控制等技术为核心,主要解决了工作面“三机”协同联动、无人巡检、目标识别与异常监测等难题,实现了工作面“有人巡视、无人操作”的无人化开采模式,综采工作面自动化控制系统架构图3 所示。

基于TOS控制器的三岗合一操作台是综采自动化控制系统的集中控制核心,将马蒂尔操作工、机头看护工、控制台电工3 个岗位合于1 个岗位。TOS控制器采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,部署在边缘侧,可更快地响应工作面实时业务、智能应用、安全等方面的控制需求,为综采工作面各系统提供边缘计算,支持对综采工作面设备的远程控制、故障诊断、数据分析等功能。三岗合一操作台通过TOS控制器实现了井下就近提供近端集控服务,该控制器命令延时小于10 ms。

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巡检机器人搭载具有超长续航能力的多种设备,包括云台摄像仪、微型摄像仪、红外热成像仪、拾音器、气体传感器等,采用无线通信、精准定位导航、动态图像采集、三维采场模型构建等关键技术,实现了视频监控、环境检测功能;图像智能识别模块具备工作面环境状态的实时感知功能、关键设备及目标对象状况(采煤机滚筒、护帮板状态、井下人员、大块煤等目标) 的自动检测识别功能和异常状况的智能监测与报警功能;自主规划截割模块可依据工作面高精度三维动态地质模型数据规划采煤机滚筒截割深度、截割高度,实现自适应规划截割线的可视化编辑及常态化应用;数字孪生功能可对综采装备机械物理约束参数化建模,构建、预测工作面煤层顶底板地质模型,对割煤仿真预演和同步生产验证,为综采设备自主割煤控制提供辅助决策。

“掘支运”一体化智能快掘技术

“掘支运”一体化智能快掘成套装备主要解决了掘进效率低、安全水平低、智能化不足、采掘失衡等我国煤矿开采过程中面临的关键问题。成套装备主要包括掘锚一体机、锚杆转载机、连续运输系统、远程集控系统等,具有自主割煤、连续运输、连续钻孔等工序的地面一键启停和故障诊断等功能,通过远程集控系统对成套装备协同控制,形成了“掘支运”一体化、自动化作业线。“掘支运”一体化智能快掘装备如图4 所示。

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通过研制交流变频电牵引掘锚一体机,实现了研发了锚杆转载机+跨骑式锚杆机+连续运输系统+智能控制的快速掘进配套系统,建立了完整的快速掘进作业线;开发了智能控制系统,具有协同控制、健康管理、安全预警等特性,实现了采掘工序高阶自动、少人作业,辅助工序协同控制、无人操作。

针对神东矿区“采掘”接续紧张问题,构建了由掘锚一体机+PZL1200/207 履带式转载破碎机+CMM10—30 锚杆钻车+DZY100/160/135 可弯曲带式转载机等构成的智能掘进成套装备,在国能神东煤炭大柳塔煤矿、补连塔煤矿应用,累计掘进5 万余m,单班最高进尺132 m,单日最高进尺158 m,单月最高进尺3 088 m。

掘进设备高效截割、“掘支”同步;采用双驱高速合流截割减速器和伸缩式全宽截割部,截割能力提升了25%,可一次成巷;采用双圆柱低阻滑动底盘,油缸+滑架推进截割,实现了机载钻机同步支护;研发了交流变频调速宽履带行走系统,响应快、过载强,解决了底板适应性难题。

智能通风系统

智能通风系统主要是实现井下通风参数实时精准感知、通风网络解算、风量智能调配,由于受《煤矿安全规程》相关要求限制,现阶段对井下风网进行调控需要由矿井主要负责人签字,尚不允许进行智能调风,智能通风系统技术架构见图5 所示。

针对风速传感测量精度低、受粉尘影响严重等问题,研究了多通道超声波测风技术,实现了点风速精准测量。针对传感器在线监测以点带面,无法准确测量平均风速,人工监测费时费力,测风结果闭合性差等问题,研发了龙门式、折叠式和扫描对射式3 种测风机器人,可适应不同断面形状、安装条件、测试精度需求,多点多线快速采样,全矿井风量精准同步测试,自动剔除人车扰动,自动计算测风结果,自动更新测风牌板,自动生成测风报表,自动完成测风数据上图,大幅提高了风速监测准确性,降低了测风员工作强度。

采用前端浏览器/移动App−中间服务器−管理客户端−后端云平台的软件架构,建立了全场景通风系统三维模型,可生动形象地展示井下巷道和通风设施;通过人机交互实现了通风系统变化前后风量、阻力分布情况模拟仿真;接入监控系统光纤测温、束管、瓦斯抽放等通防专业数据,可实时解算通风网络,掌握通风系统运行状态,对供风不足、风速超限、风流短路、设备异常等故障及时诊断和报警,智能辅助决策风流调控方案,远程定量调控风机、风门、风窗等通风设备和设施,实现了通风监测、解算、诊断、决策、控制一体化。

陕煤集团张家峁煤矿建设了智能通风管控系统,在矿井通风智能感知监测方面,布置了47 台双向风速传感器、10 台多参数传感器、23 套测风机器人;在矿井通风智能控制方面,布置了2 套风量定量调节风窗、9 套远程自动控制风门、1 套局部通风机,形成了22202 工作面智能通风管控系统、主运大巷灾变应急控风系统、22203 辅助运输巷掘进工作面智能局部通风系统。并开展了“一键测风”“一键调风”“一键反风”、掘进工作面按需供风等工业试验,风量调节控制准确度大于95%,全矿井一次全断面移动测风耗时3 min 左右,有效地提高了通风管理的信息化水平,保证了通风系统安全可靠。

灾害融合预警及管控平台

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灾害融合预警及管控平台基于工业互联网“云、边、端”一体化技术架构,按照“统一标准、统一数据、统一分析、统一展示”的基本原则,建设1图5 智能通风系统技术架构8套灾害风险判识预警标准体系、构建1 张灾害基础信息感知网络、形成1 套多种灾害融合预警分析方法及模型、开发1 套多灾种融合预警及管控平台,实现了灾害信息全面感知与集成共享、灾害风险智能辨识与融合预警、灾后联动控制与应急辅助。灾害预警综合管控平台如图6 所示。

针对陕煤集团曹家滩煤矿地质条件,研发应用微震监测系统和水害监测预警及突水仿真演练系统,实现了顶板主要含水层、井下主要出水点、井下重点密闭、中央水仓等重点部位监测数据的实时分析与预测、预警;研发应用瓦斯精准预警系统(图7),实现了对井下主要作业环境瓦斯浓度变化的实时在线监测,并能够根据瓦斯监测数据进行瓦斯超限区域的智能断电;研发应用顶板灾害分析预警系统,可对采煤工作面矿压和掘进工作面顶板离层量等参数的实时在线采集、数据自动分析、安全态势实时预警;研发应用综合防尘智能监控系统,实现了粉尘关键位置的实时监测、自动上传、超限报警和远程控制。

陕煤集团曹家滩煤矿对灾害融合预警及管控平台进行了矿井多灾种、多类型监测数据的统一采集、交互共享、分类存储、融合分析、及时通信和应急响应等分析和管控,实现了多种灾害监测数据的统一采集、分类存储、实时分析和融合共享;能够进行煤矿安全态势的动态评估、预测预警,具备矿井应急救援工作管理及指挥能力,并能够根据灾害监测预警、综合评估结果,自动调用应急救援预案和避灾路线,实现了应急救援辅助指挥,矿井环境参数的实时监测信息、重点区域的安全状态实时评估及预警信息具有与人员单兵装备进行实时互联的功能;能够对监测系统整体和主要“采、掘、机、运、通”系统安全运行状态进行实时评估;能够根据灾害监测与评估信息,自动预测事故发生的可能性,并具有对重大应急事件、重大卫生安全事件的应急处置管理能力。总体实现了多灾害监测数据的集中存储和融合共享、煤矿安全态势的准确评估及预警、事故发生可能性预测分析、事故应急预案管理和自动调用、与人员单兵装备的实时互联。

煤矿机器人

为进一步减少井下作业人员数量,实现井下作业人员的机器人化替代,在陕煤集团柠条塔煤矿建成智能化综合管控平台与机器人集群协同调度平台(图8),将煤矿机器人作为实现矿井智能化的重要路径,打造“生产决策集中控制+井下机器人(智能装备) 操作”为特色的智能化煤矿。以煤矿机器人和智能装备为抓手,将智能化采掘和危险、繁重岗位的机器人替代作为智能化示范煤矿建设的重点任务。

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目前,陕煤集团柠条塔煤矿已具有巡检机器人、井下复杂环境侦测机器人、探水钻孔机器人、智能仓储机器人、扫地机器人、讲解机器人、大疆无人机等各类机器人22 台,各类机器人覆盖《煤矿机器人重点研发目录》5 类38 种机器人近40%。其中,机器人集群协同调度平台和喷浆机器人入选工业和信息化部、国家矿山安全监察局煤矿机器人优秀应用场景。

智能洗选技术

华晋焦煤有限责任公司沙曲选煤厂以“在线−智能−融合”为建设理念,运用中子活化瞬发伽马分析技术、X 荧光分析技术、天然射线探测技术,建设煤炭分类入仓、均质入洗、产品“三位一体”的煤质实时在线检测分析系统,实现了重介分选全流程煤质数据透明化;建设入仓原煤自动识别系统,实现了入仓原煤质量数据实时动态检测,根据煤质、煤量、仓位情况实现了智能布料,构建了基于多源数据的实时可视化仓储;建设入选原煤自动配煤系统,实现了原煤入选的自动调整,稳定了入选原煤煤质,降低了入洗原煤煤质波动,为重介分选提供了合适的悬浮液密度调整策略,保证了重介分选过程稳态化运行和精煤产率最大化;攻克了精煤灰分、硫分高精度在线检测技术难题,为实现智能分选提供了精准的检测基础。

建设重介旋流器压力闭环控制与重介分选桶位平衡控制,通过对重介系统全流程的数据检测分析,采用“PID+模糊规则”控制算法,建立悬浮液密度调控模型,实现了分流、补水快速精准控制;建设重介分选介质净化全流程检测与智能控制系统,通过检测与控制混料桶、合介桶、煤泥桶和磁选机等液位、浓度、密度、阀门开度等关键参数,实现了对介质回收环节检测与控制和扫地泵智能控制功能;结合重介精煤灰分的高精度在线检测数据,采用“密度前馈+灰分反馈”的控制方法,创建基于灰分实时数据的重介分选智能动态寻优控制规则,建立基于原煤煤质与精煤灰分的数学分选模型,实现了重介悬浮液密度的智能调整。通过建设重介智能分选系统,提升了选煤厂重介分选系统智能水平,保障了重介精煤产品质量,提高了总精煤回收率,实现了生产效率、效益双提升。

露天矿卡无人驾驶

华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天矿在5G+矿用卡车无人驾驶、纯电动宽体卡车应用场景中持续深入发力,形成了5G+无人驾驶、绿色清洁运输生产新模式。通过建设投运14 座5G基站、350 个桌面ONU (无缘光网络总端设备)、铺设光缆78 余km,实现了矿山生产区域的5G 网络覆盖(图9)。通过对4 台172 t 级自卸卡车、4 台60 t 级纯电动宽体卡车进行无人化改造,更换、加装车辆底盘电控阀组,实现了车辆油门、制动、转型、灯光控制等横纵向的线控化控制;通过加装激光、毫米波雷达、惯性导航系统、定位设备及车载计算单元,实现了无人驾驶卡车的自主感知和车身控制,并基于5G网络结合无人驾驶调度平台实现了车辆的智能调度。

伊敏露天矿已实现8 台无人驾驶卡车改造,复杂工况作业效率达到人工效率的80%以上,减少驾驶人员36名,直接降低人工成本1 044 万元/年。

智能化煤矿发展范式与方向

经过近3 年的建设,我国煤矿智能化取得了显著成效,但受制于技术装备的可靠性、适用性及人才、管理、运维等多种因素制约,我国智能化煤矿建设仍处在初级阶段,常态化运行水平仍有较大提升空间。为此,针对不同建设条件、建设基础的煤矿,按照分类建设、分级达标的原则,提出了未来智能化煤矿3种发展范式:

(1) 针对建设条件、建设基础较好的I 类煤矿,应全面开展“十化”建设,即信息感知数字化、数据模型多元化、管控平台一体化、系统设备可靠化、工艺流程精细化、灾害防治精准化、智能运行常态化、管理运维标准化、开发利用绿色化、生产供给柔性化,实现智能生产、绿色矿区、智慧生活。

(2) 针对建设条件、建设基础一般的II 类煤矿,应开展“五优先、五重点”建设,即优先建设固定场所无人值守、优先建设主/辅运输智能系统、优先建设智能化采掘工作面、优先建设供电与供排水系统、优先建设安全保障一体系统;重点突破灾害精准预测预警、重点突破机器人集群作业、重点突破一体化综合管控、重点突破智能地质探测与建模、重点突破智能快速掘进技术,实现减人、增安、提质、创效。

(3) 针对建设条件、建设基础较差的III 类煤矿,应开展“人机协同智能”建设,根据矿井生产技术条件,重点开展固定场所无人值守、智能采掘作业、智能主/辅运输系统、智能供电供排水等建设,最大程度地提升矿井的安全生产与开采智能化水平。

智能矿山建设是一项复杂的系统工程,建设理念、技术架构、关键技术装备、机器人、标准体系等需要不断进行迭代更新。深入开展智能矿山基础理论与关键技术装备研发,构建智能矿山复杂巨系统知识图谱,探索煤矿数据治理及行业数据大模型开发,推进煤矿装备成套化、智能化、高端化转型升级,构建煤矿智能装备制造全产业链条、全生命周期服务的高端制造产业集群,推进煤矿从系统智能化向煤矿全域、全生命周期、全产业链智能系统化迈进,助力煤炭工业高质量发展。


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责任编辑: 李金松


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