礦山設(shè)備運(yùn)維的智能化搭建

代業(yè)濱

（鄂爾多斯市國(guó)源礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017100）

0 引言

龍王溝煤礦作為全區(qū)煤炭行業(yè)智能化建設(shè)的積極倡導(dǎo)者和踐行者，堅(jiān)持“少人則安、無(wú)人則安”智慧礦山建設(shè)理念，以“實(shí)際、實(shí)用、實(shí)效”為原則，將科技進(jìn)步和智能化裝備作為智慧礦山建設(shè)的主要途徑，在智慧礦山頂層設(shè)計(jì)、智能化系統(tǒng)應(yīng)用、人才隊(duì)伍培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，安全生產(chǎn)保障等方面探索出“目標(biāo)引領(lǐng)+智慧運(yùn)行+降本增效+本質(zhì)安全”的智慧礦山建設(shè)新路，為建成國(guó)內(nèi)一流智慧礦山提供重要保障。

1 理清思路并制定方案

只有高質(zhì)量的頂層設(shè)計(jì)，才能建設(shè)高水平的智慧礦山。煤企管理層首先明確“創(chuàng)區(qū)域標(biāo)桿礦井，建智慧礦山”的工作目標(biāo)，通過(guò)組織全礦技術(shù)人員全國(guó)范圍內(nèi)多次深入調(diào)研、邀請(qǐng)知名專家論證評(píng)審，制定了龍王溝煤礦全國(guó)一流智慧礦山建設(shè)方案，成立了以總經(jīng)理為組長(zhǎng)的智慧礦山建設(shè)專班，全面協(xié)調(diào)人員、資金、技術(shù)、人才，全面推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，通過(guò)全局性謀劃、戰(zhàn)略性布局、整體性推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)智慧礦山軟件系統(tǒng)和硬件裝備同步建設(shè)和有效集成融合，實(shí)現(xiàn)由單系統(tǒng)自動(dòng)、智能向多系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)、智慧運(yùn)行的快速延伸和轉(zhuǎn)變。

2 堅(jiān)持因地制宜、優(yōu)化組織人員

智慧礦山建設(shè)并非一朝一夕的事，也并非僅依靠煤礦企業(yè)一家就能完成，每個(gè)系統(tǒng)和方案都應(yīng)立足實(shí)際、因地制宜，一礦一策、一礦一案開展智慧礦山建設(shè)，龍王溝煤礦從基礎(chǔ)設(shè)施、智能采掘系統(tǒng)、智能輔助系統(tǒng)、智能機(jī)電系統(tǒng)、智能運(yùn)銷系統(tǒng)、智能物流配送等方面與60 多家廠商合作，共同破解建設(shè)、改造中的難題，搭建智慧礦智能化管控體系，優(yōu)化組織機(jī)構(gòu)設(shè)置，累計(jì)優(yōu)化崗位作業(yè)人員1000 多人，產(chǎn)能效率提高兩倍以上，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少生產(chǎn)工序，單班入井作業(yè)人員控制在100 人以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了礦井大幅度減人、降低成本、提高效率、總體上本質(zhì)安全。智能采煤系統(tǒng)如圖1 所示，智慧礦山大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)如圖2 所示。

圖1 智能采煤系統(tǒng)

圖2 智慧礦山大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)

3 多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)降本增效

3.1 智能開采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

改變了以往智能工作面采用紅外定位技術(shù)存在煤機(jī)定位信號(hào)延時(shí)、中斷、跳架等問(wèn)題，智能化采煤小組通過(guò)和德國(guó)瑪珂廠家廣泛溝通調(diào)研和技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)新性的在采煤機(jī)機(jī)身中部外置射頻定位裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)煤機(jī)位置信號(hào)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)在支架頂梁安裝射頻中繼器實(shí)現(xiàn)煤機(jī)位置信號(hào)同步放大，改進(jìn)支架控制器射頻信號(hào)接收頻率，縮短定位數(shù)據(jù)的回傳時(shí)間，歷經(jīng)半年調(diào)試和技術(shù)攻關(guān)，在2020 年3 月27 日智能工作面一次試機(jī)成功，實(shí)現(xiàn)了工作面采煤機(jī)的精準(zhǔn)定位和智能化開采，煤機(jī)定位精度保持在±10 cm 之內(nèi)，同時(shí)在工作面自動(dòng)調(diào)直和自動(dòng)放煤關(guān)鍵技術(shù)方面也取得突破，通過(guò)工作面增加慣性導(dǎo)航裝置、三維激光掃描儀等導(dǎo)航探測(cè)裝備，結(jié)合瑪珂智能化采煤控制程序，慣性導(dǎo)航裝置實(shí)時(shí)采集煤機(jī)三維坐標(biāo)，生成煤機(jī)截割軌跡，根據(jù)煤機(jī)行走軌跡，液壓支架自動(dòng)修正推移行程，從而實(shí)現(xiàn)工作面刮板機(jī)的自動(dòng)矯正；通過(guò)支架尾梁和插板油缸安裝行程傳感器以及智能煤巖識(shí)別裝置，通過(guò)設(shè)備自主學(xué)習(xí)和識(shí)別模型動(dòng)態(tài)修正，結(jié)合瑪珂電液控程序?qū)崿F(xiàn)全工作面設(shè)定序列、架次、多輪自動(dòng)放煤，降低放煤工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全系數(shù)。

3.2 智能掘進(jìn)工作面關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

針對(duì)掘進(jìn)工作面自動(dòng)化程度低、掘進(jìn)和支護(hù)效率低、作業(yè)人員多、環(huán)境粉塵噪聲大等問(wèn)題，在2020 年12 月份首次引進(jìn)MB670 掘錨一體機(jī)為核心的掘進(jìn)工作面快速掘進(jìn)成套裝備，同年成立礦山智慧掘進(jìn)聯(lián)盟，聯(lián)合澳大利亞山特維克公司技術(shù)人員積極開展快掘裝備研究攻關(guān)，突破了三維可視化遠(yuǎn)程集控平臺(tái)、自主定位定向、智能精準(zhǔn)截割等10 余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大斷面截割一次成巷、按鈕可視化式自動(dòng)頂幫快速支護(hù)、破運(yùn)一體化連續(xù)作業(yè)等功能，達(dá)到截割、裝載、運(yùn)輸和錨護(hù)的同步平行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)綜合單進(jìn)400 m/月，掘進(jìn)工作面由原來(lái)的18人減少到8 人。

3.3 智能化無(wú)人裝車關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

通過(guò)應(yīng)用AI（Artificial Intelligence，人工智能）、激光雷達(dá)掃描建模等多項(xiàng)核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)車輛位置、車廂內(nèi)裝貨高度等關(guān)鍵信息建模分析以及多場(chǎng)景的智能判斷，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)控制和多維信息提示，裝車配煤時(shí)間由原先的2 min/車降低到40 s/車，裝車效率提高一倍以上，直接減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員6人，全過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人裝車，為準(zhǔn)格爾地區(qū)智能裝車站建設(shè)起到引領(lǐng)示范作用。

3.4 礦井集約高效開采布局創(chuàng)新

龍王溝煤礦自2017 年以來(lái)，對(duì)礦井開拓布局、生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行系列優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)6 上煤與6 煤開拓大巷聯(lián)合布置；6 煤開拓大巷由四條優(yōu)化為三條，分別為西翼輔助運(yùn)輸、主運(yùn)輸和回風(fēng)大巷，不再布置二號(hào)回風(fēng)大巷；調(diào)整礦井生產(chǎn)格局，由“一井兩面”優(yōu)化為“一井一面”，不再布置6 上煤采煤工作面，為實(shí)現(xiàn)“一井一面一千萬(wàn)”生產(chǎn)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

3.5 智能化人才培養(yǎng)創(chuàng)新

為了適應(yīng)智能化系統(tǒng)建設(shè)需要和智慧礦山未來(lái)發(fā)展，龍王溝煤礦先后成立“張秀軍防治水害創(chuàng)新工作室、李欣然釘釘創(chuàng)新工作室”和“智慧聯(lián)盟”“盧新明博士工作站”，致力于礦井水害治理、釘釘智能移動(dòng)辦公、智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)等課題。水害治理方面，龍王溝煤礦通過(guò)組合運(yùn)用“一化、兩振、三鉆、四電”的井上下勘探手段，采用頂?shù)装迩锥ㄏ蜚@和百米常規(guī)鉆相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工作面頂?shù)装寰W(wǎng)格狀覆蓋探查與治理，同時(shí)凝練提出突水系數(shù)、底板鉆孔涌水量、底板驗(yàn)證孔涌水量、驗(yàn)證勘探鉆孔封孔質(zhì)量、地表定期巡查、專家安全評(píng)價(jià)等7 個(gè)量化指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工作面安全性評(píng)價(jià)狀覆蓋探查與治理，該標(biāo)準(zhǔn)在區(qū)域水害防治方面起到引領(lǐng)作用。通過(guò)“盧新明博士工作站”設(shè)立，定期邀請(qǐng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》的主要起草人盧新民教授到礦進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和方案研究，共同推進(jìn)智慧礦山軟件系統(tǒng)和智能化系統(tǒng)的深度融合和聯(lián)動(dòng)分析，在2019 年7 月份，龍王溝煤礦通過(guò)內(nèi)部選拔，成立由34 名不同專業(yè)的大學(xué)生成員組成的“智慧聯(lián)盟”，打破專業(yè)壁壘，將智慧礦山關(guān)鍵領(lǐng)域建設(shè)由被動(dòng)接受生產(chǎn)廠商推廣變?yōu)橹鲃?dòng)研究推進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需要選擇性的引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)積極與科研院校、設(shè)備廠家、通信公司、軟件公司約60 多家單位合作對(duì)接，共同開展智慧礦山軟科學(xué)課題研究、科技項(xiàng)目攻關(guān)，確保智慧礦山建設(shè)成果真正能夠在提高礦井本質(zhì)安全水平，提升工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4 設(shè)備運(yùn)維智能化管理，讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效

秉承“少人則安、無(wú)人則安”的理念，龍王溝煤礦通過(guò)加大對(duì)礦井固定設(shè)備系統(tǒng)的智能化建設(shè)力度，實(shí)現(xiàn)井下運(yùn)輸、通風(fēng)、排水的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和機(jī)電設(shè)備、運(yùn)輸皮帶的智能巡檢，地面選煤廠實(shí)現(xiàn)智能干選，汽車裝車站實(shí)現(xiàn)智能裝車，煤炭運(yùn)銷實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的智能化控制和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、日最高汽車發(fā)運(yùn)量突破4 萬(wàn)噸；建成井下無(wú)人值守固定場(chǎng)所5 個(gè)，綜采工作面直接生產(chǎn)人數(shù)由原來(lái)的12 人降至5 人，掘進(jìn)工作面由原來(lái)的18 人減少到8 人；地面固定崗位減少40 多人，井下固定崗位減少70 多人，井上下固定場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)“有人巡檢，無(wú)人值守”模式。目前單班下井人數(shù)不到80 人，從事安全生產(chǎn)人員不足500 人，在采掘、洗選、銷售等主要業(yè)務(wù)全部自營(yíng)的情況下，勞動(dòng)定員從原初步設(shè)計(jì)2134 人的基礎(chǔ)上優(yōu)化至990 人，目前全礦共有924 名職工，真正實(shí)現(xiàn)“千人千萬(wàn)噸”的建設(shè)目標(biāo)。智慧調(diào)度指揮中心如圖3 所示。

圖3 智慧調(diào)度指揮中心

5 結(jié)語(yǔ)

龍王溝煤礦將在現(xiàn)有的智慧礦山基礎(chǔ)上重點(diǎn)建設(shè)煤礦智慧大腦和智慧礦山大數(shù)據(jù)平臺(tái)，積極借鑒其他單位智慧礦山建設(shè)好的經(jīng)驗(yàn)和做法，加強(qiáng)智能化系統(tǒng)協(xié)同管控體系建設(shè)，積極將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，在5G+智能透明開采、高效快速掘進(jìn)、遠(yuǎn)程故障診斷、數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用等方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程的智慧化運(yùn)行，建成國(guó)內(nèi)一流智能化示范礦井。