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中國煤炭報2021年發行廣告

國家能源集團全力搶占“智”高點

中國煤炭報 作者:記者 謝吉東 2021-03-25 13:54:42

近日,國家能源集團印發《煤礦智能化建設指南(試行)》(以下簡稱《指南》)?!吨改稀钒ňっ旱V、露天煤礦、選煤廠三部分及配置建議表,重點介紹了智能化采煤、智能化掘進、智能化采剝、智能化穿爆、智能化選煤廠等初級、中級、高級建設內容。

一直以來,國家能源集團致力于煤礦智能化頂層設計,成立煤礦智能化建設辦公室,負責統籌協調、經驗共享、檢查督導、年度考核等工作。各涉煤子分公司作為智能化建設工作的主體單位,負責建立組織機構、逐級落實責任、健全考核機制、建設人才體系,全面推進煤礦智能化建設工作。

截至2021年1月底,國家能源集團16個智能化煤礦示范工程已開工建設;智能化采煤工作面已建成25個,計劃年底建成65個;智能化掘進工作面已建成10個,計劃年底建成43個;智能化選煤廠已建成5個,計劃年底建成19個;5個露天煤礦已開展無人駕駛礦用卡車現場測試,1個露天煤礦已實現5臺220噸無人駕駛礦用卡車編組重載運行;已研發應用5類21種煤礦機器人。

神東礦區:全面對標世界一流

在神東榆家梁煤礦43101薄煤層智能綜采工作面,巡檢機器人來回穿梭,國家能源集團神東煤炭集團總經理王存飛在現場詳細介紹實現自主智能割煤的“秘密武器”——三維激光掃描巡檢機器人。

“這種機器人通過智能攝像頭、慣性導航系統、三維激光掃描裝置,可以替代煤機司機的眼、耳、皮膚,實時監測和準確記錄工作面煤層地質變化和煤機、支架的運行軌跡?!蓖醮骘w說,“它的最大巡檢速度可達每分鐘60米,10分鐘內可完成工作面的掃描。通過對比工作面各項數據采集和智能分析,自主制定未來10刀煤的割煤策略,從而實現自主智能割煤?!?/p>

井工煤礦綜采工作面智能開采是國內外煤炭行業長期的研究方向,但受煤層賦存變化大、探測手段少、物探精度低,尤其是煤巖識別技術長期無法突破,導致無法精確預測回采方向煤層情況,綜采智能化只能局限在記憶割煤的技術上。

面對這一挑戰,國家能源集團開創性地提出“基于精確三維地質模型和掃描構建工作面絕對坐標數字模型的自主智能割煤技術”,即通過預知煤層變化趨勢,識別出工作面當前精確的坐標信息,采煤機可根據煤層分布情況自動調節采高,實現了沿煤層的自主割煤,并在神東榆家梁煤礦43101薄煤層智能綜采工作面成功應用,解決了長期困擾智能化開采的煤巖無法識別難題。

榆家梁煤礦通過綜采工作面智能化建設,支架跟機拉架自動化率達到90%以上,人工干預率降低到10%以下。采煤機人工干預頻次降低到2次/分。

神東上灣煤礦12306綜采工作面應用了成套設備的智能控制平臺、設備故障預警以及專家決策平臺、巡檢機器人、設備速度自適應控制技術、設備集中自動注油技術、自移機尾自動化等,實施了設備集中控制和預警、專家決策、煤巖識別、安全供電、礦壓監測等多種智能信息化管理,智能工作面集中控制系統全部實現了國產化。

為確保各類機電設備的通信接口協議的一致性和兼容性,國家能源集團從集團層面制定并發布機電設備通信接口協議,通過協議的推廣應用,加快了設備改造的進度,降低了數據集成的難度,提高了通信的實時性及可靠性,實現了多品牌機電設備間的互聯互通。

如今,上灣煤礦利用無線遙控及遠程干預技術,實現了控制臺電工、機頭看護工、自移機尾司機三崗合一,減少生產人員19人,創造了單個工作面最高日產5.84萬噸、最高月產146萬噸的新紀錄。

目前,國家能源集團在神東礦區建成了全國首個億噸礦區中央智能生產控制指揮中心,實現了對五礦六井全部系統的集中控制、關聯分析、故障診斷與決策管理,集中控制范圍達620平方公里,打造了國內首個億噸級智能礦區。

據悉,神東煤炭集團目前已制定了《創建世界一流示范企業行動方案》,設定了45項指標,明確了路線圖和時間表;確定了對標世界一流管理的32項內容、27個標桿對象、69項主要差距、68項提升目標和108項具體措施;啟動了智能礦山、機器人研發與應用等5個重點項目;取得了中低階煤層瓦斯含量精準測定技術、8.8米一次采全高成套綜采設備及開采技術、6000米可伸縮單點驅動膠帶機等18項全球領先水平的一流業績。

寧煤礦區:創造條件推進智能化

鼠標輕輕一點,轉載機、采煤機依次啟動記憶割煤,支架自動跟機移架、推溜、降架、護幫一氣呵成,智能采煤系統源源不斷地將煤炭輸送到地面……這是寧夏首個常態化智能開采工作面——國家能源集團寧夏煤業棗泉煤礦220704工作面作業的場景。

“220704智能化采煤工作面攻克了大傾角智能化開采過程中防止支架‘上竄下滑’的自動控制等技術難題。自2020年3月開始實現了常態化應用,跟機率為91.6%,記憶截割率為94.9%?!睏椚V副礦長張曉龍說。

與神東礦區不同,寧夏煤業所轄14對礦井地質條件各異,水、火、瓦斯、煤塵、頂板、地熱、動壓七害俱全,并且經常會遇到大傾角開采,生產中又面臨采掘失調,同時艱苦崗位招工越來越難,職工老齡化矛盾凸顯。

“沒條件也要創造條件上智能化,把職工從危險的作業環境中解放出來?!睂幭拿簶I領導班子成員達成共識。

“寧夏煤業的智能化從一開始就沒有追求高大上,而是從解決工作面綠色安全高效開采的最根本問題著手?!睏椚V副總工程師馬昆說。

2013年至今,寧夏煤業已累計建成20個自動化采煤工作面。2020年,棗泉煤礦、羊場灣煤礦二分區、任家莊煤礦分別有一個工作面在15度左右傾角下,采煤機記憶截割率、支架跟機移架率都達90%以上。梅花井煤礦111801工作面在26度傾角下,支架跟機移架率達100%。

作為寧夏及國家能源集團智能礦山示范建設工程,金鳳煤礦通過“工業以太環網+總線+無線”的混合架構組網,讓井上井下多媒體綜合信息雙向、實時、高效、可靠傳輸,礦井有了“千里眼”和“順風耳”。

據悉,寧夏煤業在國內率先研發了單向開采自動化連續推進技術、智能控制優化“單向進刀”開采控制工藝,提高遠程干預的準確性和效率;平均開采速度達到6.3米/分鐘,日最高產量達到1.17萬噸;首次應用了工作面全景視頻拼接、“有線+無線”一網到底的智能控制技術;創新打造了工作面高清可視化技術體系,實現了攝像儀的自清潔、自清洗,解決了動態生產情況下可視化操作的難題。

露天礦區:多場景應用新技術

“露天煤礦智能開采要通過持續優化生產工藝設計和生產裝備,實現生產過程的高效協同智能作業?!睖誓芄枮跛芈短烀旱V機電副礦長郭安斌說。

2020年9月25日,在國家能源集團準能集團黑岱溝露天煤礦礦坑下,編號為508的930E礦用卡車勻速行駛在1200平盤道路上。駕駛室里,方向盤自動旋轉、調整,車輛安然駛向前方。無人駕駛礦用卡車在準能集團正逐漸變成現實。

不久前,內蒙古呼倫貝爾氣溫達到零下30多攝氏度,在這種嚴寒天氣下,在國家能源集團大雁公司(神寶能源)寶日希勒露天煤礦生產現場,世界首個極寒工況5G+220噸無人駕駛礦用卡車空載最高運行車速達到38千米/時,較有人駕駛的30千米/時提升了26.7%,重載速度達到32千米/時,并向預定目標40千米/時推進。5臺無人駕駛礦用卡車在智能調度平臺的統一管理下,與電鏟、推土機等設備編組協同高效運轉,同時每臺無人駕駛礦用卡車均安裝了耐低溫裝置與傳感器,具備在極寒天氣下作業的能力。

這是國家能源集團新技術多場景研發應用的一個縮影。

國家能源集團將神寶露天礦原有卡調系統、超速預警系統、監控系統整合為統一平臺;對現有車載安保設備進行整合改造,增設道路交通監控設備,研發終端安全管控軟件平臺;采集多源異構數據進行統一分析管理;將安保系統與調度系統整合為一套主機兩塊屏幕,實現了防碰撞預警、盲區監控、駕駛員行為分析等功能;形成了統一的集團露天煤礦礦用車輛安保系統的整合升級改造實施標準,開發統一的礦用安全生產調度指揮平臺,形成了露天煤礦建設的標準。

準能集團利用數字礦山項目新建或整合了60多個信息系統,形成了集中統一的“數據中心”,做到了數據的共享和高效利用,實現了公司生產、安全、經營、機電、技術等各個管理領域的信息化全覆蓋。

在此基礎上,準能集團在露天煤礦的穿、采、運、排各個環節,建設了自動采集、監測和智能調度等系統,初步實現了原煤生產、洗選裝車、鐵路運輸、矸石發電、輔助生產等全產業鏈的一體化聯動管理,實現生產現場無人或少人,作業人員減少350人;大型設備的利用效率提升3%,物料消耗成本降低2元/噸。

此外,國家能源集團還建立了露天煤礦數據標準化體系,通過統一的數據中心,將采礦設計、原煤生產、洗選裝車以及應急指揮、決策支持等業務整合,實現一體化數據管理。管理人員使用大數據分析系統,縱向分析露天煤礦內部各生產環節的影響,橫向分析煤炭洗選、設備維修等環節的關聯影響,可以做到快速準確地決策與處置。同時,以每天鐵路運輸的要車計劃為依據,指導煤炭洗選、倉儲和裝車,以及原煤生產環節的實時調整,實現了煤炭全產業鏈一體化聯動管理。

選煤廠:開創“黑燈無人”時代

通過智能化改造與應用,神東上灣選煤廠發生了重大的生產變革。

該廠的技術管理員張新元用4個轉變來描述:“區域巡視向無人值守轉變、調度室集中控制向移動集中控制轉變、人工數據采集向系統自動采集轉變、運行狀態由經驗分析向大數據智能分析轉變?!?/p>

上灣選煤廠裝車車間職工武美榮的雙手再也不用高度緊張地工作在裝車操作臺前,自開發應用智能裝車系統后,她只需要根據裝車數量,設置好參數,就可以實現自動裝車。

如今,該廠建立了涵蓋洗選生產工藝全過程的數字化模型,構建了智能決策系統,并進一步打造了智能加藥、無人裝車、煤泥水智能處理等多個輔助環節智能系統,建成了全國智能化水平最高的智能洗煤廠,開創了“黑燈無人”洗煤廠的先河。

寧夏煤業各個洗煤廠已經實現所有設備遠程一鍵集中啟停車,生產工藝環節各單元設備智能化運行。

洗煤廠生產車間內,區域巡檢人員兩人一組,全面取代了現場設備崗位操作人員。再也看不到工人人工挑選矸石的“熱鬧”場景,取而代之的是各廠生產廠房內,各種設備在穩定運行,智能加藥、無人裝車……陣陣機器轟鳴聲不斷傳來。

在原煤智能破碎運輸方面,國家能源集團寧夏煤業目前實現了實時報警、智能巡檢、智能配倉、皮帶縱撕保護和智能故障識別等功能。在智能干選方面,他們在靈新選煤廠實現分選過程無人值守,使用無線跳頻擴頻通信遠程控制技術,實現遠程一鍵集中啟停車操作。在智能重介方面,他們首次利用機器視覺技術對太西無煙煤的粒度和密度組成進行在線實時檢測,實現了重介選煤生產過程的智能控制與管理。在智能跳汰方面,他們實時智能調節設備工藝參數,實現洗后產品質量的精準控制。在智能配煤裝車方面,他們按照不同用戶的熱值需求,自動精準配煤裝車,具備智能配倉、精準配煤、自動裝車、智能管理等功能,實現了洗選加工全工藝環節的智能化。

此外,國家能源集團首次在國內外工業企業成功應用智能云端技術,實現了生產集控系統操作站、視頻監控、安全監測、電子計量系統、原煤自動給配煤系統、現場生產設備運行數據等在云端服務器上的有機整合應用,做到生產狀態綜合實時監測,智能手機終端可隨時隨地查看現場生產情況,實現了管理和現場的無縫連接。

新目標:2025年煤礦全部實現智能化

目前,國家能源集團已經掌握5類具有知識產權的智能采煤核心技術,分別為薄煤層等高無人化智能開采技術、中厚煤層透明自主智能開采技術、厚煤層采煤機器人智能開采技術、大傾角厚煤層單向智能開采技術、直立煤層綜放智能開采技術;5類智能掘進技術,分別為智能綜掘技術、全斷面智能快掘技術、智能連掘技術、復雜條件智能快掘技術、TBM智能快掘技術;3類卡車無人駕駛技術,分別為300噸級卡車無人駕駛技術、220噸級卡車編組無人駕駛技術、100噸級卡車編組無人駕駛技術;5類21種機器人,分別為掘進類機器人(3種)、采煤類機器人(4種)、運輸類機器人(2種)、安控類機器人(10種)、救援類機器人(2種),實現了5大類煤礦機器人全覆蓋。

國家能源集團成立了煤礦智能化建設領導小組,健全了監督考核機制;結合自身特點,制定了煤礦智能化建設規劃及目標;梳理完善了煤礦智能化建設相應的制度體系和考核辦法;加大對人力、物力、財力投入,制定操作性強的財政支持政策和評優評先政策。

此外,國家能源集團積極做好智能化建設人才培養和儲備工作,做好自主培訓,將智能化相關技術納入安全培訓考核內容,同時借鑒國內外領先技術,按照煤礦賦存條件、礦井產能、災害防治等情況,對集團煤礦智能化建設進行頂層設計,制定智能礦山總體規劃和分類分級的建設標準,搭建智能礦山的總體應用架構、數據架構、IT基礎設施架構和安全架構,研發設計智能礦山軟件平臺。

據了解,在充分發揮神東煤炭、寧夏煤業、準能公司、信息公司等內部煤礦智能化建設團隊技術力量的同時,國家能源集團與中國煤炭科工集團聯合成立煤礦智能化協同創新中心,并積極引入其他科研實力較強的第三方研發單位,著力攻克煤礦智能化關鍵核心技術,形成世界領先的智慧煤礦建設方案和標準體系,解決國家能源集團智能化建設的現實需求和技術難題,帶動和支撐全國煤礦智能化發展。

截至目前,國家能源集團已開展大柳塔等9個國家首批智能化示范煤礦、補連塔等10個集團生產智能化示范煤礦、保德等4個集團安全智能化示范煤礦建設。未來,國家能源集團還將打造高效智能神東示范礦區、安全智能寧東示范礦區、綠色智能準能示范礦區。到2025年,該集團各煤礦全部實現智能化,推動煤礦安全生產治理體系和治理能力現代化,2025年力爭煤礦智能化技術引領行業水平,實現少人高效生產。

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