2019年12月14日 星期六
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煤炭工業鏗鏘的智能化之路

——從第十八屆中國國際煤炭采礦技術交流及設備展覽會傳來的信號

2019-11-11 9:32:57 來源:中國礦業報 本報記者:趙京燕

權威數據顯示,2018年,我國煤炭消費在全球一次能源消費中所占比重降至27.2%。2017年以前,煤炭一直占我國能源生產和消費70%和60%以上,2018年下降到69.1%和59%。

習近平總書記強調指出,我們正在壓縮煤炭比例,但國情還是以煤為主,在相當長一段時間內,甚至從長遠來講,還是以煤為主的格局,只是比例會下降,我們對煤的注意力不要分散。我國煤炭資源豐富,在發展新能源、可再生能源的同時,還要做好煤炭這篇文章。

現場展出的智能化煤炭設備 記者 董云超 攝

“我國大型煤炭企業采煤機械化程度由1978年的32.34%提高到2018年的96.1%;全國煤礦人均生產效率由137噸/年提高到1000噸/年,增長了6.3倍。全國煤礦百萬噸死亡率由1978年的9.713下降到2018年的0.093,下降99%以上,實現了煤礦安全形勢的明顯好轉。”強烈的數字對比,不僅吸引了人們的眼球,更振憾了人們的心。

在近日舉行的第十八屆中國國際煤炭采礦技術交流及設備展覽會同期舉行的煤機裝備發展現狀與展望論壇上,有關專家表示,近年來,煤炭工業取得的進步有目共睹,技術裝備發展功不可沒。

高站位統籌,謀定煤炭工業的智能化之路

煤機裝備是煤炭工業的重要支撐,是煤炭科技轉化為第一生產力的重要載體,是推動煤炭工業高質量發展的重要力量。

會議通報,我國煤礦技術裝備水平明顯提升,年產1000萬噸的綜采設備、采煤機、液壓支架和運輸機等成套裝備達到世界先進水平,8.8米超大采高智能綜采工作面成功應用。全國煤礦采煤、掘進機械化程度分別達到78.5%、60.4%,建成183個智能化采煤工作面,煤炭生產實現由手工作業向機械化、自動化、信息化的歷史性跨越。

“煤炭工業必須走智能化的發展道路,將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合,形成全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統,實現煤礦開拓、采掘(剝)、運輸、洗選、安全保障、經營管理等過程的智能化運行,由勞動密集型向人才技術密集型轉變,發展成為具有高科技特點的新產業。”

中國煤炭工業協會副會長、中國煤炭學會理事長劉峰介紹,2019年9月,中國煤炭工業協會和煤炭科學研究總院聯合承擔國家能源局煤炭行業研究課題“促進煤礦智能化發展研究”,繼續對煤礦智能化的標準體系、技術與裝備、發展路線圖等內容進行深入研究,為后續制定推進煤礦智能化具體措施提供建議和支撐。

為此,中國煤炭工業協會制定了三個階段的發展目標:到2021年,建成多種類型、不同模式的智能化示范礦井,初步形成煤炭開拓設計、地質保障、生產等主要環節的信息化傳輸、自動化運行技術體系,基本實現掘進工作面減人提效、綜采工作面少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監控。到2025年,大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現智能化,形成煤礦智能化建設技術規范與標準體系,實現開拓設計、運輸、洗選物流等系統的智能化決策和自動化協同運行,井下重點崗位機器人作業,露天煤礦實現智能連續作業和無人化運輸。到2035年,各類煤礦基本實現智能化,構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統,建成智能感知、智能決策、自動執行的煤礦智能化體系。對此,中國煤炭工業協會還提出了十大主要任務:一是加強頂層設計,科學謀劃煤礦智能化建設;二是加強部門協同,推進標準體系建設;三是推進科技創新,提高智能化技術與裝備水平;四是推廣新一代信息技術應用,分級建設智能化平臺;五是探索服務新模式,持續延伸產業鏈。六是加快生產煤礦智能化改造,提升新建煤礦智能化水平是發揮示范帶動作用,建設智能化示范礦井;八是實施綠色礦山建設,促進生態環境協調發展;九是加強國際合作,積極參與“一帶一路”建設;十是加快人才培養,提高人才隊伍保障能力。

為了保證任務順利完成,2019年7月,由國家能源局、國家煤監局、中國煤炭工業協會指導,中國煤炭學會、中國煤炭科工集團發起,聯合大型煤炭生產企業、高等院校、高技術企業等,共27家單位組建成立煤礦智能化創新聯盟。聯盟的主要任務是:以煤礦智能化共性技術需求為基礎,突破煤礦智能化關鍵核心技術,搭建共性技術研發平臺,培育煤礦智能化人才,加快規劃編制、生態構建、標準制定、技術研發、專利培育、設備制造、推廣應用于和產業化等進程,為行業轉型升級和科學發展提供支撐。

高科技支撐,構建智能化產業生態體系

劉峰介紹,我國煤礦智能化技術發展的總體目標是:以推動人工智能技術與現代煤炭開發利用深度融合為主線,圍繞工業物聯網基礎平臺、智能裝備和機器人、煤礦大數據三大方向持續攻關,從基礎理論、支撐體系、關鍵技術、創新應用四個層面構筑技術群和產品群,堅持多元合作、跨界聯合、開放共享,構建煤礦智能化產業生態體系,促進煤炭工業高質量發展。

“聚焦煤礦智能化前沿科學問題,以煤礦智能化基礎原理、模型和算法為重點,結合人工智能理論發展,布局煤礦智能化基礎理論研究,為煤礦智能化持續發展與深度應用提供強大支持。”劉峰說,可以歸納為以下幾點:一是時空變化條件下的礦井地質精準建模;二是面向礦井復雜環境的自適應感知,提高智能系統的魯棒性;三是礦山多源異構數據融合及信息動態關聯,支持礦山復雜信息處理;四是復雜條件下采掘設備群的智能控制;五是面向復雜礦井環境的協同控制與決策理論方法,支持人機物的虛實融合與動態調度。

國家能源投資集團有限責任公司副總經理李東表示,國家能源集團一直致力于煤礦的高端裝備研發與應用,煤礦數字化及信息化建設和推廣,取得了較好的效果——

在綜采工作面智能化方面,開發了自動化工作面集中控制系統,工作面采煤機、三機、泵站電控系統全部國產化改造,統一了接口標準協議。利用無線遙控及遠程干預技術,實現控制臺電工、機頭看護工、自移機尾司機三崗合一,減少生產人員19人,提升了自動化工作面生產效率;研發世界首個8.8米超大采高煤炭開采技術,2019年9月4日,神東上灣煤礦8.8米智能超大采高工作面12401順利貫通,安全回采1853天,并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。

在主運系統實現智能化方面,研發成功首套5400米連采后配套長距離可伸縮膠帶機,主運系統全部實現遠程集中控制,部分實現一鍵順序啟停,通過八大保護系統智能化,實現主運系統有人巡視、無人值守。

在輔助運輸系統智能化方面,在大柳塔、錦界等12個煤礦投入使用防爆電動車210臺,降低了車輛尾氣排放量,改善了井下工作環境;通過車輛智能綜合調度管理系統和智能終端,實現了車輛信息管理、用車管理、車輛定位測速、車輛智能調度、費用核算、異常報警、輔助考核等七大功能,輔助運輸管理效率顯著提高。

在生產輔助系統智能化方面,礦井井下供電、通風、排水等,地面主通風機、供電、壓風、供暖等生產輔助系統實現可視化遠程集中控制+有人巡視+無人值守,系統之間實現聯動。

在監控平臺自主化方面,自主研發了一套煤礦綜合智能一體化生產控制及生產執行軟件平臺,打破了國外軟件的行業壟斷,實現了對煤炭生產“人、機、環、管”全面監控,為煤礦安全生產及管理決策提供了強大的自動化、信息化基礎保障。

在信息傳輸高速化方面,構建礦用萬兆寬帶信息傳輸網絡,搭建了井下“信息高速公路”,實現人員定位、4G通信、IP廣播、視頻監控系統多網合一,數據高速傳輸;人員及車輛采用先進無線技術精確定位,信息實時監測;應用通4G無線通信系統,實現礦井上下通信及數據傳輸高效運行。

王虹表示,近年來,通過引進、消化、吸收和再創新,我國重大煤機裝備水平顯著提高,部分裝備達到國際領先或先進水平。

比如,在煤礦高效快速建井裝備方面,中國煤炭科工集團聯合研制成功我國最大的ZFY型系列反井鉆機,使煤礦風井建設實現綜合機械化,大幅度提高了施工速度和鑿井安全技術水平,整體達到國際先進水平,顯著提升了我國深井建設技術與裝備水平;針對斜井沿軸線凍結鉆孔難題,研制了智能控制鉆孔偏斜的專用斜井凍結孔鉆機,鉆孔率偏斜率小于等于4%;研制成功全球首臺長距離、大坡度煤礦斜井專用掘進機(TBM),集斜井施工開挖、村砌、出渣、運輸、通風、排水等功能于一體,能夠適應軟巖、硬巖和復合地層等不同復雜地質地貌的開挖掘進作業,在神東補連塔煤礦斜井成功應用,創造了單月進尺639米的紀錄。

直角轉彎重型刮板運輸機

中國煤炭科工集團聯合大同煤礦集團等15家單位,共同研發“特厚煤層大采高綜放開采關鍵技術及裝備”,研發了世界首套年產千萬噸特厚煤層大采高綜放開采成套裝備,發明了大采高綜放開采技術,創立了特厚煤層大采高綜放開采圍巖控制與三維放煤理論,放頂煤15米,實現一次采出20米;研發薄煤層自動化綜采成套裝備,實現了0.6~1.3米薄煤層工作面無人化、安全高效開采,成果獲得國家科技進步二等獎,在大同、冀中能源、新汶、平頂山、川煤等68個煤礦推廣應用,并出口到烏克蘭、俄羅斯7個煤礦;在2017年創造世界首臺8.8米采高采煤機的基礎上,研制出9米特厚煤層大功率智能采煤機,年生產能力達到1500萬噸以上,創采煤機裝機功率與開采高度的世界之最。

陽煤集團加強國際技術交流與合作,與德國布朗公司合作,實現了“國際品牌、國際監造、陽煤制造”,國際首創直角轉彎重型刮板運輸機,提高工效20%,有力推動了煤炭開采工藝技術革命,達到國際領先水平,被中煤工業協會評為2019年技術進步一等獎。

高目標引領,突破共性關鍵技術

劉峰強調,要面向智能礦山建設的重大需求,突破煤礦智能化共性關鍵技術,以智能裝備和機器人為基礎,以數據和算法為核心,全面提升礦井感知、數據處理、裝備系統、智能控制等能力,形成成熟穩定的煤礦智能化技術體系。

目前,煤礦行業亟需攻關的關鍵技術包括:一是井下D-GIS透明地質技術;二是井下視頻高效處理及VR技術;三是井下大容量快速通信技術;四是開采裝備精確定位與導航技術;五是輔助運輸系統連續化和無人化技術;六是智能化無人快速掘進技術;七是重大危險源智能感知與預警預報技術;八是高可靠性智能裝備(終端)技術;九是煤礦機器人路徑規劃與長時供電技術;十是露天開采無人化連續作業技術。

李東表示,智能化發展還存在很多問題,需要業界共同努力:一是智能礦山規劃頂層設計需要進一步完善和提升,加強融合云計算、大物流、移動智能等新技術,提升智能化生產方面。二是關鍵技術有待突破,無人工作面發展緩慢。現有智能開采系統主要針對開采設備本身,缺乏全面、有效的煤層及地質環境信息,且未與工作面智能控制系統發生關聯,難以實現工作面智能自適應開采。三是傳感器檢測精度不夠,功能不齊全。現有傳感器多為單變量傳感器,單給的信息量不能準確反映設備和采場的關聯情況。四是基礎裝備的數字化、智能化水平偏低,特別是對于移動裝備的可靠性水平不高,極大地制約了智能化水平提升。

劉峰提出,下一步,我國煤礦企業要全面啟動智能礦山建設,力爭2021年底前建成并投入運行5個示范礦井,完成20個一流煤礦智能化工作面建設,割煤自動化率達到85%以上,設備開機率達到85%以上,采煤機、支架實行遠程干預并常態化運行,生產班每班作業人員不越過5人;加強智能掘進成套裝備技術研究,優化完善選煤生產系統,優化選煤生產管理模式,自主研發智能礦山應用平臺。

劉峰表示,我國智能裝備發展的終端方向為:可以自行控制設備的運行狀態,并進行自主反饋,從而自動調節設備工作狀態;可監測周圍環境信息,包括瓦斯等危險性氣體濃度和環境濕度、溫度等;可多功能集成,探測工作對象狀態,比如鉆機工作過程中可同時探測前方煤層構造;可通過開放的數據接口,聯網組成智能生產線。充分利用機械學、機器人學和材料學等實現設備功能,減少對傳感器與控制器的依賴,降低設備的復雜性并提高可靠性。新材料技術的發展為煤礦裝備輕量化實現提供了可能,在煤機設計中應考慮采用高強度新型材料,既減少設備重量和材料消耗,又保證其強度。實現裝備健康監測,以數據驅動方式解析運行信號,提取機械故障特征,基于深度學習模型識別裝備故障,實現大數據下機械故障信息的智能表征、故障識別、壽命預測和遠程診斷,將裝備的工作環境與遠程診斷的網絡環境趨同起來,實現裝備數據的實時感知和動態分析。􀴁

網站編輯:宮莉

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