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智慧大腦,讓“千人千萬噸”煤礦迸發活力

——中國大唐集團國源礦業龍王溝煤礦智能礦山建設紀實

中國煤炭報 作者:記者 麻文斌 石寶川 通訊員 楊德忠 宋冰冰 2021-05-20 10:25:03

坐上防爆膠輪車,沿著巷道向下駛去,巷道兩側的燈光飛奔向后,仿佛走進時光隧道。來到采煤工作面,鉆進高大的液壓支架間,突然頭頂前方的支架裂開一道縫兒,一個支架緩慢向前移動了一點兒距離,右手邊的支架巷幫護板隨之升起,支撐住煤壁,整個過程就像電影《變形金剛》里的機器人變身一樣……這是近日記者在中國大唐集團國源礦業龍王溝煤礦井下見到的場景。

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對于這樣“驚心動魄”的畫面,采煤工作面的人員似乎已司空見慣。站在記者身旁的綜采工區區長殷培東笑著說:“這就是我們智能化采煤系統的魅力所在。當采煤機邊采煤邊向前移動時,液壓支架會隨之跟機移動。單個重達65噸的液壓支架就像有了生命,緊跟著采煤機,保障采煤安全有序推進?!?/p>

龍王溝煤礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗境內,是中國大唐集團投資建設的第一處千萬噸級井工礦,年設計生產能力1000萬噸,于2020年6月30日正式投產。

該礦調度指揮中心主任陰永生介紹說:“我們堅持以機械化、自動化、信息化、智能化‘四化’融合為引領,以智能開采為龍頭,以‘實際、實用、實效’為原則,堅定不移走智慧礦山建設之路,先后應用了采煤機射頻定位、慣性導航調直、智能運銷及無人裝車、特厚煤層自動化放煤、快速掘進等技術,建成了全國首個特厚煤層智能綜放工作面和達到行業領先水平的智能掘進工作面、智能煤炭運銷系統、無人裝車站等,實現了經濟效益和社會效益雙豐收?!?/p>

智慧調度高效協同,集控員由遠控變監控

現如今,龍王溝煤礦綜采工區職工李剛的工作變得更輕松了。經過技術培訓,他搖身一變,成為調度指揮中心一名智能化采煤監控員。

“我現在的工作就是看著電腦屏幕上的數據,監控井下的采煤設備?!崩顒偢吲d地說,“以前,我在井下采煤工作面干活兒,不但環境較差,而且一個班下來疲憊不堪?,F在,我坐在電腦前實時監控工作面各類設備運行情況,按下自動化按鈕后,采煤機就會按照設定的線路工作,同時液壓支架按照預定程序自動完成一系列跟機、拉架、推溜、噴霧等智能化動作,不需要人為遠程頻繁干預,所有的工作由智能機器來完成,不僅解放了雙手,還大大降低了勞動強度?!?/p>

像李剛這樣變成白領的井下職工,該礦還有很多。該礦打造了十大智慧礦山系統,即智能采煤系統、智能掘進系統、智能煤炭運銷系統、智能主煤流控制系統、智能排水系統、智能無人裝車站、智能機器人巡檢系統、智能礦井通風系統、智能移動辦公系統、礦井天網工程。而調度指揮中心作為十大系統的“大腦”,管控和調度著全礦采、掘、機、運、通等生產環節。

記者走進調度指揮中心,一個曲面大屏映入眼簾,大屏上各類生產數據實時更新,高清視頻圖像實時回傳。在各區域屏幕前一米的地方各有一個弧形區域,監控人員坐在辦公桌前,實時監測和調度著各類系統數據和現場設備情況。大屏與各工位實時聯動、多源切換、靈活組合,實現所有顯示界面高度融合。

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技術人員使用智慧礦山真三維系統進行研究分析

走到曲面大屏中間,一幅礦區高清實景圖吸引了記者的注意,原本以為是無人機拍攝的高空實景圖,經過詢問得知,這是該礦為選煤廠量身打造的數字孿生平臺。目前,該礦已完成礦區實景的高清建模、選煤廠設備巡檢等模塊建設,結合正在上線的設備遠程會診系統,可實現選煤廠設備遠程巡檢、遠程會診和故障處理。

該礦智慧聯盟盟主張海君告訴記者,調度指揮中心包括六區一中心,分別負責調度指揮、監測監控、智能采煤、智能掘進、皮帶運輸、智能洗選、運銷調度等方面工作,監控著全礦井上井下30多個子系統。

該礦副總經理代業濱介紹,智能綜放工作面使用國內先進的智能采煤裝備,配備了新型智能采煤系統,在特厚煤層綜放智能采煤技術領域解決了三大核心難題。一是將采煤機紅外定位系統升級改造為射頻定位系統,確保了采煤機精準定位和運行軌跡的實時跟蹤,實現了包括三角煤在內的全區域自動化割煤等,同時具備了設備遠程集中控制等功能;二是采用慣性導航調直技術,解決了工作面刮板機頻繁出現不平直的問題,實現液壓支架根據煤機行走軌跡,自動修正推移行程;三是在放頂煤液壓支架上安裝智能傳感器和煤巖識別裝置,優化放煤程序邏輯順序和放煤工藝,同時根據大數據推算后部放煤規律,實現綜放工作面智能連續放煤的目標。

“通過智能化建設,智能化綜放工作面直接生產人數由原來的12人減至5人,與傳統工藝相比,人員減幅達50%以上,煤炭回收率達到98%以上,人均采煤工效提高92%,各項經濟技術指標均達到同類型礦井先進水平?!贝鷺I濱說。

在智能化掘進方面,該礦通過引進以掘錨一體機為核心的快速掘進成套裝備,開展快掘裝備研究攻關,突破了三維可視化遠程集控平臺、自主定位定向、智能精準截割等10余項關鍵技術,實現了大斷面截割一次成巷、破運一體化連續作業等,以及截割、裝載、運輸和錨護同步平行作業,月單進尺達到400米以上,掘進工作面作業人數由原來的18人減少到8人。與此同時,該礦建成了具有行業領先水平的智能煤炭運銷系統,實現了運銷各環節的智能化控制和現場無人值守,效率提高近3倍;通過實施主煤流系統智能化改造,實現了主煤流系統的智能聯鎖控制及智能調速,降低了皮帶機運行功耗;積極推廣應用瓦斯、皮帶、機電設備等巡檢機器人,在降低職工巡檢強度的同時,提高了巡檢效率。

突破核心技術,建智慧礦山大數據倉庫

“實現各類設備的自動化、智能化運行是智慧礦山建設的基礎。我們只有不斷突破核心技術,才能讓智能化建設更加完善?!标幱郎f,“我們按照國家標準,明確了智慧礦山的建設施工順序,并制定了智慧礦山軟件系統實施方案,目前已經完成四維地理信息系統、安全管理系統、物資管理系統、設備管理系統、采礦協同系統等30多個子系統建設?!?/p>

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綜放工作面智能化集控中心

在這些子系統建設中,智慧聯盟發揮了重要作用。記者來到智慧聯盟智慧礦山操作運行廳,看到一個大屏幕上顯示著一個長方形圖。該圖由無數個深藍色小正方形組成,其中一些小正方形呈橘色或黃色。

張海君介紹,這是他們智慧礦山軟件系統中的一項重點內容。該圖能夠顯示當前采區的礦壓。圖中顏色越淺表示礦壓越大。而這個結果正是該系統通過收集近幾年該礦礦壓數據,經過分析得出的。該礦相關人員根據這一數據,能夠更好地分析預判來壓時間和強度,從而避免災害發生。

最讓張海君驕傲的是,該礦所有大數據有了一個“家”——智慧礦山大數據倉庫。該倉庫是該礦建設的一個網絡私有云端,不僅為所有生產、安全、管理、經營等數據開辟了規范的存儲空間,建立了元數據結構、數據索引和數據立方體,而且提供了各類結構化、非結構化等異構數據的共享交換平臺,實現其他監測監控、工業自動化等系統即插即用,為各應用系統的互聯互通開辟了方便快速通道。

此外,該礦還利用四維地測地理信息系統、三維建模與可視化平臺、全程煤質管控系統等,構建了煤礦真三維空間模型;通過集成安全監測監控、微震監測等系統,搭建了透明礦山管控平臺,在地面集控中心就可以直觀看到井下所有場景及與地質模型匹配的瓦斯屬性、水文屬性、礦山壓力分布及動態變化等。

“我們利用安全風險分級管控、安全隱患排查管理等系統,搭建了礦山本質安全保障系統,配置了隱患排查指標、安全風險分級管控、檢查點布置等體系,利用系統中自帶的、面向煤礦災害預警防治的數學模型和算法,可實時調取各項數據,比人工經驗管理方法更有效、精準、及時,實現隱患和風險閉環管控?!贝鷺I濱告訴記者。

代業濱介紹,他們還利用安全生產協同管控一張圖、事故風險三維地圖、災害預警與應急指揮等系統搭建了智能調度平臺,實現應急資源調度、數字應急指揮智能執行、事故救援事后處置等全過程可視化、自動化。同時,該礦引進釘釘移動辦公平臺,自主研發人臉識別考勤、會議簽到、資產管理、乘車管理、黨建管理等應用軟件100多個,集成融合智慧礦山各類數據3萬多條,每年降低辦公成本300余萬元。

組建智囊團,井下勞動者成技術大拿

龍王溝煤礦綜采工區井下集控員高彪告訴記者,三年前,他收到了太原理工大學研究生考試復試通知,但同時得知龍王溝煤礦招聘。面對抉擇,他選擇來到龍王溝煤礦。

“當初聽說龍王溝煤礦智能化建設不錯,有發展前景,而且離我老家也不遠,我就選擇來這里了。礦領導重視人才培養,讓我們有地方發揮專業優勢?!备弑胝f。

“我們的智能化、信息化系統越來越多,人員素質和能力無法與之匹配。為此,我們加大了培訓力度,讓一線操作人員去設備廠家接受培訓,也邀請廠家技術人員來礦給大家培訓交流。此外,我們在安裝設備時,要求相關崗位職工跟著廠家技術人員一同安裝,確保他們能學會弄懂,將來上得了手?!痹摰V黨群工作部部長高永軍說。

該礦黨委書記、總經理朱樹來提出要打破專業界限、消除信息孤島、創新管理模式,充分利用青年優勢,培養組建一支高質量信息化專業團隊。經過積極籌備,他們采用自主報名海選、民主測評優選、現場演講競選的方式,選拔出一批不同專業的優秀青年,組建了智慧聯盟,全程參與智慧礦山建設,專門從事智慧礦山軟件開發應用、智能裝備運維、數據集成分析、系統模型搭建等工作。同時,他們積極打造智能化人才培養平臺,發現和培養復合型人才,加大對高端科技人才的吸引力度,為煤礦智能化發展提供了充足的人才保障。

該礦機運工區職工張樂成為受益者之一。他的工作從井下搬到井上,成為調度指揮中心一名綜合自動化集控員。張樂告記者,他以前的工作非常繁瑣,不僅要到井下巡查皮帶機等設備,還要守候在關鍵設備旁,負責啟停工作,一旦遇到故障,就得一點一段去查找故障源,研究故障原因和處理。方法,一個班下來,他幾乎筋疲力盡。

經過選拔、考核、培訓后,張樂的工作變得輕松多了,在調度指揮中心的電腦前就能完成以前井下的一系列工作。如遇到故障,他能從電腦系統中查詢到具體的故障點、故障原因和處理方法,第一時間告訴巡檢人員及時進行處理。

此外,該礦還實施了班組長選拔培養聘用制度,并將每年的4月18日定為“班組長日”,提升班組長責任感和榮譽感;成立了大學生采煤隊、掘進隊和鉆機隊三支高知型生產隊伍,充分發揮了青年技術人才優勢;建立了“國源工匠”評選機制,培養復合型企業管理人才隊伍、創新型技術人才隊伍和工匠型生產技能人才隊伍。

朱樹來說:“下一步,我們將在鞏固現有智慧礦山建設成果基礎上,重點在煤礦智慧大腦、智慧礦山大數據平臺建設和基于四維地理信息系統開發應用上下功夫,積極借鑒國內外智慧礦山先進技術和經驗,加強智能化系統融合聯動和數據智能分析體系建設,建成三大智慧中心和一個人才培養基地,即智慧礦山數據治理中心、智慧礦山智能決策中心、基于數字孿生技術的遠程設備診斷中心和智能化人才培養基地,大力推進人工智能、大數據、機器人、智能裝備與安全生產、經營管理、災害防治等方面進行深度融合,在5G+智能透明開采、高效快速掘進、遠程故障診斷、數字孿生技術應用等方面實現創新突破,實現煤礦生產經營全領域、全過程的智慧化運行?!?/p>

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