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2019年11月17日 星期日
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煤炭工业铿锵的智能化之路

——从第十八届中国国际煤炭采矿?#38469;?#20132;流及设备展览会传来的信号

2019-11-11 9:32:57 来源:中国矿业报 本报记者:赵京燕

权威数据显示,2018年,我国煤炭消?#35328;?#20840;球一次能源消费中所占比重降至27.2%。2017年以前,煤炭一直占我国能源生产和消费70%和60%以上,2018年下降到69.1%和59%。

习近平总书记强调指出,我们正在压缩煤炭比例,但国情还是以煤为主,在相当长一段时间内,甚至从长远来讲,还是以煤为主的格局,只是比例会下降,我们对煤的注意力不要分散。我国煤炭资源丰富,在发展新能源、可再生能源的同时,还要做好煤炭这篇文章。

现场展出的智能化煤炭设备 记者 董云超 摄

“我国大型煤炭企业采煤机械化程度由1978年的32.34%提高到2018年的96.1%;全国煤矿人均生产效率由137吨/年提高到1000吨/年,增长了6.3倍。全国煤矿百万吨死亡率由1978年的9.713下降到2018年的0.093,下降99%以上,实?#33267;?#29028;矿安全形势的明显好转。”强?#19994;?#25968;字对比,不仅吸引了人们的眼球,更振?#35835;?#20154;们的心。

在近?#31449;?#34892;的第十八届中国国际煤炭采矿?#38469;?#20132;流及设备展览会同期举行的煤机装备发展现?#20174;?#23637;望论坛上,有关专家表示,近年来,煤炭工业取得的进步?#24515;?#20849;睹,?#38469;?#35013;备发展功不可没。

高站位统筹,?#20493;?#29028;炭工业的智能化之路

煤机装备是煤炭工业的重要支撑,是煤炭科技转化为第一生产力的重要载体,是推动煤炭工业高质量发展的重要力量。

会议通报,我国煤矿?#38469;?#35013;备水平明显提升,年产1000万吨的综采设备、采煤机、液压支架和运输机等成套装备达到世界先进水平,8.8米超大采高智能综采工作面成功应用。全国煤矿采煤、掘进机械化程度?#30452;?#36798;到78.5%、60.4%,建成183个智能化采煤工作面,煤炭生产实现由手工作业向机械化、?#36828;?#21270;、信息化的历史性跨越。

“煤炭工业必须走智能化的发展道路,将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合,形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统,实现煤矿开拓、采掘(剥)、运输、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行,由?#25237;?#23494;集型向人才?#38469;?#23494;集型转变,发展成为具有高科技特点的新产业。”

中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长刘峰介绍,2019年9月,中国煤炭工业协会和煤炭科学研究总院联合?#26800;?#22269;家能源局煤炭行业研究课题“促进煤矿智能化发展研究”,继续对煤矿智能化的标准体系、?#38469;?#19982;装备、发展路线图等内容进行深入研究,为后续制定?#24179;?#29028;矿智能化具体措施提供建议和支撑。

为此,中国煤炭工业协会制定了三个阶段的发展?#21208;輳?#21040;2021年,建成多种类型、不同模式的智能化示范矿井,初步形成煤炭开拓设计、地质保障、生产等主要?#26041;?#30340;信息化传输、?#36828;?#21270;运行?#38469;?#20307;系,基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。到2025年,大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化,形成煤矿智能化建设?#38469;?#35268;范与标准体系,实现开拓设计、运输、洗选物流等系统的智能化决策和?#36828;?#21270;协同运行,井下重点岗位机器人作业,露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。到2035年,各类煤矿基本实现智能化,构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统,建成智能感知、智能决策、?#36828;?#25191;行的煤矿智能化体系。?#28304;耍?#20013;国煤炭工业协会还提出了十大主要任务:一是加强顶层设计,科学谋划煤矿智能化建设;二是加强部门协同,?#24179;?#26631;准体?#21040;?#35774;;三是?#24179;?#31185;技创新,提高智能化?#38469;?#19982;装备水平;四是推广新一代信息?#38469;?#24212;用,分级建设智能化平台;五是探索服务新模式,?#20013;由?#20135;业链。六是加快生产煤矿智能化改造,提升新建煤矿智能化水平是发?#37038;?#33539;带动作用,建设智能化示范矿井;八是实施绿色矿山建设,促进生态环境协调发展;九是加强国际合作,积极参与“一带一路”建设;十是加快人才培养,提高人才队伍保障能力。

为了保证任务顺利完成,2019年7月,由国家能源局、国家煤监局、中国煤炭工业协会指导,中国煤炭学会、中国煤炭科工集团发起,联合大型煤炭生产企业、高等院校、高?#38469;?#20225;业等,共27?#19994;?#20301;组建成立煤矿智能化创新联盟。联盟的主要任务是:以煤矿智能化共性?#38469;?#38656;求为基础,突破煤矿智能化关键核心?#38469;酰?#25645;建共性?#38469;?#30740;发平台,培育煤矿智能化人才,加快规划编制、生态构建、标准制定、?#38469;?#30740;发、专利培育、设备制造、推广应用于和产业化等进程,为行业转型升级和科学发展提供支撑。

高科技支撑,构建智能化产业生态体系

刘峰介绍,我国煤矿智能化?#38469;?#21457;展的总体?#21208;?#26159;:以推动人工智能?#38469;?#19982;现代煤炭开发利用深度融合为主线,围绕工业物联网基础平台、智能装备和机器人、煤矿大数据三大方向?#20013;?#25915;关,从基础理论、支撑体系、关键?#38469;酢?#21019;新应用四个层面构筑?#38469;?#32676;和产品群,坚持多元合作、跨界联合、开放共享,构建煤矿智能化产业生态体系,促进煤炭工业高质量发展。

“聚焦煤矿智能化前沿科学问题,以煤矿智能化基础原理、模型和算法为重点,结合人工智能理论发展,布局煤矿智能化基础理论研究,为煤矿智能化?#20013;?#21457;展与深度应用提供强大支持。”刘峰?#25285;?#21487;以归纳为以下几点:一是时空变化条件下的矿井地质精准建模;二是面向矿井复杂环境的自?#35270;?#24863;知,提高智能系统的鲁棒性;三是矿山多源异构数据融合及信息动态关联,支持矿山复杂信息处理;四是复杂条件下采掘设备群的智能控制;五是面向复杂矿井环境的协同控制与决策理论方法,支持人机物的虚?#31561;?#21512;与动态调度。

国家能源投资集团有限责任公司副总经理李东表示,国家能源集团一直致力于煤矿的高端装备研发与应用,煤矿数字化及信息化建设和推广,取得了较好的效果——

在综采工作面智能化方面,开发了?#36828;?#21270;工作面集中控制系统,工作面采煤机、三机、泵站电控系统全部国产化改造,统一了接口标准协议。利用无线遥控及远?#35848;?#39044;?#38469;酰?#23454;现控制台电工、机头看护工、自移机尾司机三岗合一,减少生产人员19人,提升了?#36828;?#21270;工作面生产效率;研发世界首个8.8米超大采高煤炭开采?#38469;酰?019年9月4日,神东上湾煤矿8.8米智能超大采高工作面12401顺利贯通,安全回采1853天,并创造了单个工作面最高日产5.84万吨、最高月产146万吨的新纪录。

在主运系统实现智能化方面,研发成功首套5400米连采后配套长距离可伸缩胶带机,主运系统全部实现远程集中控制,部?#36136;?#29616;一键?#25215;?#21551;停,通过八大保护系统智能化,实现主运系统有?#25628;?#35270;、无人值守。

在辅助运输系统智能化方面,在大柳塔、锦界等12个煤矿投入使用防爆电动车210台,降?#22303;顺?#36742;尾气排放量,改善了井下工作环境;通过车辆智能综合调度管理系统和智能终端,实?#33267;顺?#36742;信息管理、用车管理、车辆定位测速、车辆智能调度、费?#29028;?#31639;、异常报警、辅助考核等七大功能,辅助运输管理效率显著提高。

在生产辅助系统智能化方面,矿井井下供电、通风、排水等,地面主通风机、供电、压风、供暖等生产辅助系统实现可视化远程集中控制+有?#25628;?#35270;+无人值守,系统之间实现联动。

在监控平台自主化方面,自主研发了一套煤矿综合智能一体化生产控制及生产执行软件平台,打破了国外软件的行业垄断,实?#33267;?#23545;煤炭生产“人、机、环、管”全面监控,为煤矿安全生产及管理决策提供了强大的?#36828;?#21270;、信息化基础保障。

在信息传输高速化方面,构建矿用万兆宽带信息传输网络,搭建了井下“信息高速公路”,实现人?#20493;?#20301;、4G通信、IP广播、视频监控系统多网合一,数据高速传输;人员及车辆采用先进无线?#38469;?#31934;确定位,信息实时监测;应用通4G无线通信系统,实现矿井上下通信及数据传输高效运行。

王虹表示,近年来,通过引进、消化、吸收和再创新,我国重大煤机装备水平显著提高,部分装备达到国际领先或先进水平。

比如,在煤矿高效快速建井装备方面,中国煤炭科工集团联合研制成功我国最大的ZFY型系列反井钻机,使煤矿风井建设实现综合机械化,大幅度提高了施工速度和凿井安全?#38469;?#27700;平,整体达到国际先进水平,显著提升了我国深井建设?#38469;?#19982;装备水平;针对?#26412;?#27839;轴线冻结钻孔难题,研制了智能控制钻孔偏斜的专用?#26412;?#20923;结孔钻机,钻孔?#21183;?#26012;率小于等于4%;研制成功全球首台长距离、大坡度煤矿?#26412;?#19987;用掘进机(TBM),集?#26412;?#26045;工开挖、村砌、出渣、运输、通风、排水等功能于一体,能够?#35270;?#36719;岩、硬岩和复合地层等不同复杂地质地貌的开挖掘进作业,在神东补连塔煤矿?#26412;?#25104;功应用,创造了单月进尺639米的纪录。

直角转弯重型刮板运输机

中国煤炭科工集团联合大同煤矿集团等15?#19994;?#20301;,共同研发“特厚煤层大采高综放开采关键?#38469;?#21450;装备”,研发了世界首套年产千万吨特厚煤层大采高综放开采成套装备,发明了大采高综放开采?#38469;酰?#21019;立了特厚煤层大采高综放开采围岩控制与三维放煤理论,放顶煤15米,实现一次采出20米;研发薄煤层?#36828;?#21270;综采成套装备,实?#33267;?.6~1.3米薄煤层工作面无人化、安全高效开采,成果获得国家科技进步二等?#20445;?#22312;大同、冀中能源、新汶、平顶山、川煤等68个煤矿推广应用,并出口到乌?#27515;肌?#20420;罗斯7个煤矿;在2017年创造世界首台8.8米采高采煤机的基础上,研制出9米特厚煤层大功率智能采煤机,年生产能力达到1500万吨以上,创采煤机装机功率与开采高度的世界之最。

阳煤集团加强国际?#38469;?#20132;流与合作,与德国布朗公司合作,实?#33267;?ldquo;国?#21183;放啤?#22269;际监造、阳煤制造”,国际首创直角转弯重型刮板运输机,提高工效20%,有力推动了煤炭开采工?#21344;际?#38761;命,达到国际领?#20154;?#24179;,被中煤工业协会评为2019年?#38469;?#36827;步一等?#34180;?/p>

高?#21208;?#24341;领,突破共性关键?#38469;?/strong>

刘峰强调,要面向智能矿山建设的重大需求,突破煤矿智能化共性关键?#38469;酰?#20197;智能装备和机器人为基础,以数据和算法为核心,全面提升矿井感知、数据处理、装备系?#22330;?#26234;能控制等能力,形成成熟稳定的煤矿智能化?#38469;?#20307;系。

目前,煤矿行业亟需攻关的关键?#38469;?#21253;括:一是井下D-GIS透明地质?#38469;酰?#20108;是井下视频高效处理及VR?#38469;酰?#19977;是井下大容量快速通信?#38469;酰?#22235;是开采装备精确定位与导航?#38469;酰?#20116;是辅助运输系统连续化和无人化?#38469;酰?#20845;是智能化无人快速掘进?#38469;酰?#19971;是重大危险源智能感知与预警预报?#38469;酰?#20843;是高可靠性智能装备(终端)?#38469;酰?#20061;是煤矿机器人路径规划与长时供电?#38469;酰?#21313;是露天开采无人化连续作业?#38469;酢?/p>

李东表示,智能化发展还存在很多问题,需要业界共同努力:一是智能矿山规划顶层设计需要进一步完善和提升,加强融合云计算、大物流、移动智能等新?#38469;酰?#25552;升智能化生产方面。二是关键?#38469;?#26377;待突破,无人工作面发展缓慢。现有智能开采系统主要针对开采设备本身,缺乏全面、有效的煤层及地质环境信息,且?#20174;?#24037;作面智能控制系统发生关联,难以实现工作面智能自?#35270;?#24320;采。三是传感器检测精度?#36824;唬?#21151;能不齐全。现有传感器多为单变量传感器,单给的信息量不能准确?#20174;?#35774;备和采场的关联情况。四是基础装备的数字化、智能化水平偏?#20572;?#29305;别是对于移动装备的可靠性水平不高,极大地制约了智能化水平提升。

刘峰提出,下一步,我国煤矿企业要全面启动智能矿山建设,力争2021年底前建成并投入运行5个示范矿井,完成20个一流煤矿智能化工作面建设,割煤?#36828;?#21270;率达到85%以上,设备开机率达到85%以上,采煤机、支架实行远?#35848;?#39044;并常态化运行,生产班每班作业人员不越过5人;加强智能掘进成套装备?#38469;?#30740;究,优化完善选煤生产系统,优化选煤生产管理模式,自主研发智能矿山应用平台。

刘峰表示,我国智能装备发展的终端方向为:可以自行控制设备的运行状态,并进行自主反馈,从而?#36828;?#35843;节设备工作状态;可监测周围环境信息,包括瓦斯等危险?#20113;?#20307;浓度和环境湿度、温度等;可多功能集成,?#35762;?#24037;作对象状态,比如钻机工作过程中可同时?#35762;?#21069;方煤层构造;可通过开放的数据接口,联网组成智能生产线。充分利用机械学、机器?#25628;?#21644;材料学等实现设备功能,减少对传感器与控制器的?#35272;担?#38477;低设备的复?#26377;?#24182;提高可靠性。新材料?#38469;?#30340;发展为煤矿装备轻量化实现提供了可能,在煤机设计中应考虑采用高强度新型材料,既减少设备重量和材料消?#27169;直?#35777;其强度。实现装备健康监测,以数据驱动方式解析运行信号,提取机械?#25910;?#29305;征,基于深度学习模型识别装备?#25910;希?#23454;现大数据下机械?#25910;?#20449;息的智能表征、?#25910;?#35782;别、寿命预测和远程诊断,将装备的工作环境与远程诊断的网络环境趋同起来,实现装备数据的实?#22791;?#30693;?#25237;?#24577;分析。􀴁

网站编辑:宫莉

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