麻地梁煤礦智能化裝備應用與生產管理變革的思考

吳勁松，徐 輝，闞 磊

(內蒙古智能煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

根據2019年《BP世界能源統計年鑒》，以煤炭為代表的化石能源占世界能源供給的主要部分，煤炭在我國能源消費總量中所占比例高達58%[1]，且預計在未來10年內煤炭仍將占據我國能源消費總量的50%以上[2]。同時，中國煤炭開采技術日趨成熟，各地區礦井機械化程度不斷提高，采煤機械與自動控制、電子信息化、工業互聯網、大數據、人工智能等技術深度融合[3-4]，智能感知、智能決策和智能控制的智能化開采已成為我國煤炭安全高效開采的發展方向[5-6]。

目前，針對煤礦采掘裝備的智能化，許多學者已展開了研究。王俊吉等[7]采用以煤量為依據的智能變頻技術對輸送機進行控制；郝志偉[8]利用具有人工智能功能的內嵌GPU攝像機和基于5G技術的CPE終端智能設備，實現對帶式輸送機傳送的智能化控制；楊森[9]選擇巖體分類系統，通過數據采集與分析方法的數字化與自動化探索，研究了煤巷掘進工作面頂板質量智能感知；胡艷[10]根據選煤工藝流程設計的實際需要，構建了合適的智能選煤工藝流程系統的結構模型；范志忠等[11]開發了工作面頂板狀態實時監測與動態感知技術，實現了頂板來壓位置、持續時間及來壓強度的模式識別；劉俊峰等[12]將片幫控制技術納入工作面智能化開采控制系統，有效解決了智能化開采煤壁控制難題，并在黃陵礦區二號井順利實施了大采高智能化開采。

智能采掘裝備的應用大大提升了煤礦開采效率，但是許多煤礦企業仍然采用傳統的管理模式，導致煤炭企業仍然面臨人力資源短缺、運營成本高、本質安全礦井建設不完善、員工作息不規律等問題[13-14]。針對這些問題，本文結合高速發展的互聯網技術、5G以及智能裝備等，以麻地梁煤礦智慧礦山智能化工作面建設為工程背景，構建了以煤礦大數據庫為基礎的管理體系，提出了“管設備，就是管生產、管安全”的全新生產管理理念和體系。該理念和體系的提出和實施，不僅提高了設備的開機率，降低了生產運營成本，也從根本上取消了檢修班、夜班，為新型智能化煤礦建設及突破傳統的生產管理提供了參考。

1 傳統煤礦裝備及生產管理現狀

傳統煤礦企業運營過程中，工作面生產系統復雜，裝備固化，加之為企業提供設備的廠家眾多，設備之間互相不匹配、不兼容，沒有數據傳輸，因此設備的調試和維修浪費大量時間，直接導致機械化設備效率低，無法充分發揮其優勢，嚴重影響了生產效率，提高了生產成本。目前煤礦企業管理模式仍未革新，在生產管理上仍存在一些問題，主要表現如下所述。

1) 檢修班。傳統煤礦的循環作業模式為三班制，即早班檢修，中班和夜班生產。由于設備系統復雜，檢修班工人檢修沒有針對性，僅進行形式上的檢修，例如清理灰塵、涂抹潤滑油等，導致機械事故不斷，經常搶修設備。加之工人對所有設備不了解，需要廠家到現場確認事故原因，從廠家派人到設備正常運轉周期長，嚴重影響正常生產。

2) 生產班。傳統煤礦生產班為完成生產任務對設備進行野蠻操作，只注重任務，不維護設備，只注重作業，不關心生產，造成設備的過度使用，不能實現精準的檢修維護，因而設備故障、事故不斷。

3) 設備庫存。煤礦的井下裝備和地面裝備至少需要一套備用配件，但由于機械設備眾多，導致配件占用資金、庫存，顯著增加了生產成本。

4) 生產管理。傳統的生產管理僅僅停留在經驗管理上，管理對象重點為工人和設備，占用了大量的人力、物力、財力，管理人員疲于工作，效率低下，人力成本卻居高不下。

2 智能化裝備應用與生產管理

根據我國建設數字強國的發展趨勢，目前綜采裝備水平普遍提高，各類傳感器性能卓越，以及互聯網的飛速發展，煤礦智能化裝備應運而生。基于此，投建了內蒙古智能煤炭有限公司麻地梁煤礦智慧礦山，并提出了新的管理思路。

2.1 智能化裝備的組建

智能化裝備需要保證各個環節鏈接暢通，針對目前廠家設備之間互相不匹配、不兼容的問題，智能化裝備在組建時，需滿足以下5個條件：①設備招標采購之前，在技術規格書中，要求所有的設備需要具備數據傳輸功能，主要體現在設備各種運行狀態的實時傳輸、監測監控；②設備生產過程中，進一步與生產廠家溝通、協調，深入研討技術問題；③全礦區整體規劃，建設萬兆信息高速公路，所有的數據均需要與之兼容；④建設全礦井所有設備的信息數據庫，并將設備數據與廠家共享；⑤主要設備采用自動化倉儲，如圖1所示，廠家在其集團設立有數據調度集控中心，實時監控千里之外的設備運行狀態。

圖1 自動化設備及配件倉儲Fig.1 Storage of automation equipment and accessories

圖2 設備數據庫Fig.2 Device database

圖3 地面監控室Fig.3 Ground monitoring room

2.2 智能化裝備的功能

由于工作面采用在線式壓力傳感器、距離傳感器、離層傳感器等，工作面所有設備建立了設備數據庫，設備運行狀態均具有數據傳輸功能，設備監控人員可以實時監控整套綜采工作面設備的運行狀態，如圖2和圖3所示。主要實現的功能如下所述。

1) 智能預警。通過設備運行的溫度、頻率、磨損間隙等數據分析，判斷設備的運行狀態，對設備進行預警；通過設備的過煤量、設備使用時間、運行時間等，結合設備的全生命周期，對設備進行預警；通過對設備的智能預警，實現設備故障的精準檢測、設備可靠性的精準預判，精準預報設備的剩余安全使用壽命，保障科礦井的安全、高效、可持續生產。

2) “遠程會診”。當智能化工作面突然出現故障，現場技術人員無法解決時，可以立即啟動三方“遠程會診”，授權設備廠家的專家遠程判斷、解決。煤礦開采過程中，采掘智能化裝備獲取信息精度高，信息量大，同時突破了時間、場合的限制，可以全天候實時獲取；依靠程序進行決策，可復制、重復性強，通過自主學習，可進一步提高決策能力和水平；智能裝備操作相比人工操作，智能裝備執行精準、堅決、快速。

2.3 智能化裝備的庫存管理

設備制造廠家根據設備數據庫，可以及時研判設備的使用狀態，對有故障可能的設備廠家可提前準備，并及時將設備的備用配件發送至使用單位；由于礦井主要設備的備用配件均具備數據傳輸功能，可以實現變“廠家庫房”為設備“使用單位庫房”的轉變，極大減少了礦井的庫存成本。

2.4 智能化裝備的生產管理

盡管隨著煤礦開采綜合機械化研究的不斷深入，煤礦綜合機械化開采工藝得到廣泛推廣，但許多生產單位在生產過程中對其實際應用不夠重視，仍然采用傳統的管理模式，并沒有把對生產管理的重點轉移到先進設備上，導致生產問題頻發。

針對目前煤礦企業生產管理存在的問題，提出新的管理理念：“管設備”即是“管生產”，即重視智能裝備的應用，把對生產的管理重點轉移到對設備的管理，借助大數據和互聯網，把對設備的管理轉移到對“數字”的管理，即通過設備在線數據庫即可掌握設備的運行狀態，設備正常運行，生產自然順暢，同時也提高了管理效率，解放了管理人員的壓力。

設備的智能預警、遠程會診實現了設備的實時動態監護，使得設備的隱患、故障可以提前處理，不僅沒有弱化檢修，反而強化了設備的檢修，顛覆了以往設備檢修的理念。

2.5 智能化工作面運行的優勢

與傳統煤礦工作面相比，智能化裝備工作面有著無法比擬的優勢，主要表現在以下5個方面：①設備的智能預警結合設備的全生命周期的管理，減少了設備的備配件庫存；②系統運行穩定，變經驗管理為數字管理，機器決策精準、快速、可靠；③設備代替人工，生產人員大幅減少，降低了企業的用人成本，同時提高了工作效率；④所有設備匹配兼容，實現一鍵化操作，設備的集中控制得以實現；⑤智能化系統的建設應用是煤礦思維方式的變革、勞動組織的變革，實現了煤礦的生產效益最大化，員工幸福指數最大化。

2.6 取消檢修班的成功實踐

2015—2016年期間，通過對礦井檢修工人試行彈性工作制，調動了工人的勞動積極性，實現了“一井一面”安全高效回采，并創造了年度產量的最好成績，設備故障率達到了建礦以來的最低水平，為礦井取消檢修班打下了堅實的基礎，積累了管理經驗，增強了管理自信。

目前通過智能化的裝備，在生產實際中，工作面的設備實時數據傳輸，不需要傳統意義上的檢修班，檢修實現了精準操作、智能預判，將例行檢修變成精準維護，設備問題在生產中動態解決。為此，智能檢修、遠程會診在不減產的前提下，在全國率先取消檢修班提供了技術支撐，打破了傳統的生產模式，從機制上礦井實現了“兩班生產、動態維護、夜班取消”。

3 結語與展望

開發和推廣應用綜放開采自動化和智能化裝備，減人提效是實現煤炭安全高效開采的有效途徑。麻地梁煤礦通過引進先進的智能化裝備，構建了智慧礦山，提出了“管設備，就是管生產；管數字，就是管設備”的管理理念，提高了設備的開機率，降低了生產運營成本。

未來，麻地梁煤礦將加快5G技術的引進與應用，將煤礦運輸設備與其他先進裝備、科技融合，實現礦井運輸的無人駕駛，實現采掘裝備的自動識別、自動截割、自動決策，實現危險區域設備機器人操作更換，采空區采用無線數據傳輸，礦井通風實現自動調節、自動檢測監控通風系統。