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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
煤矿智能化建设之路怎么走?

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匿名 提出于2023-04-04
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中煤科工上海公司-

应该结合自身实际,分步骤、分阶段实施。智能化只是锦上添花,安全可靠的工艺装备、完善的工作流程和制度、熟练的作业技术人员才是根本。

发布于 2023-09-20 08:37
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  陕西省能源局以点带面建设多类型智能化煤矿

  近年来,陕西省能源局全力推动陕西省煤矿智能化建设工作,助推行业高质量发展。

  完善顶层设计

  一是完善顶层设计。结合陕西省煤矿智能化建设实际,组织相关科研院所、院士和专家制订印发了《陕西省煤矿智能化建设实施方案》和《陕西省煤矿智能化建设指南(试行)》。陕煤集团同时发布了智能化企业标准,以点带面,全面推进煤矿智能化建设。

  二是分类推进。对全省煤矿智能化建设做出整体安排部署,因地制宜、因矿施策、分类推进。新建煤矿同步建成投产智能化采煤工作面,300万吨/年及以上煤矿、灾害严重煤矿先行建设采掘智能化,力争到2025年全省大型煤矿及其他具备条件煤矿基本实现生产经营管理智能化。

  三是智能化建设初见成效。截至目前,陕西省96处煤矿开展了智能化建设相关工作,建成了102个智能化采煤工作面、66个智能化掘进工作面,45个采煤工作面和40个掘进工作面智能化建设正在推进。灾害集中的咸阳市90万吨/年以上在产矿井全部实现了智能化开采。陕西省入选的15处全国首批智能化示范建设煤矿中,12处已经建成。

  发挥示范作用

  陕煤集团加强陕北、关中等地三类煤层赋存条件煤巷快速掘进关键技术研究与应用,根据不同地质条件分区域推广应用五大类快速掘进系统,智能快掘效率提高3倍以上。延长石油集团树立“智能化建井,建智能矿井”的技术理念,牵头研发应用了国内首套斜井全断面敞开式智能掘进装备,与传统工艺相比,速度提升了3倍到5倍。陕投集团积极探索薄煤层智能化开采关键技术研究,凉水井煤矿创新研发了坚硬薄煤层智能化成套设备,单面年生产能力达到百万吨。

  从96处已开展的智能化建设煤矿来看,陕西省已初步形成了多种类型、不同模式的智能化煤矿,智能化示范煤矿的建成达到了“减人增安提效”的效果,能够为全省乃至全国煤矿的智能化建设提供经验借鉴。

  坚持创新驱动

  陕西省紧紧围绕人工智能、机器人、智能装备等技术的研发与应用,大力推动煤矿智能化建设,智能采掘、智能选煤、智能装车、智能库房等智能化技术得到广泛应用。同时,成立了煤矿安全研究院,加强煤矿智能化、顶板以及冲击地压、水害防治等方面的科技攻关。

  近年来,陕西省煤炭工业在高质量发展之路上加速推进。煤炭产量由2011年的4亿吨增加到2021年的7亿吨,百万吨死亡率由2011年的1.18降低到2021年的0.025,单井规模由2011年的不足90万吨/年增加到现在的230万吨/年。

  国家矿山安全监察局山东局推动单系统向智能系统转变

  国家矿山安全监察局山东局多措并举,综合施策,推动煤矿智能化建设由单系统向智能系统转变。目前,山东建有智能化采煤工作面91个、智能化掘进工作面54个,分别占总数的54%、15%,智能化产能占比75%,智能化采煤工作面平均常态化运行率约70%。

  下好先手棋

  一是强化规划引领。会同山东省应急管理厅、山东省能源局将矿山智能化建设纳入山东省“十四五”安全规划。坚持每年下发一个智能化建设推进工作方案,每年一个建设目标。二是加强政策支持。会同山东省发改委、山东省能源局争取煤矿安全中央预算内投资项目,足额配套省级资金。与多部门联合探索实施智能化建设与改造、机器人研发应用纳入安全生产费用提取和使用范围,提出国有煤矿企业将推进智能化建设方面的投入,在经营业绩考核中视同利润。三是加强组织保障。联合山东省应急管理厅、山东省能源局等成立由主要领导任组长的智能化建设专班,建立多部门参与的省级推进矿山智能化建设工作协调机制,明确责任分工。

  打好组合拳

  设置专人,每月收集、报送智能化建设工作经验和矿山智能化亮点,供全省矿山企业学习借鉴。每季度调度煤矿企业智能化建设情况。组织智能化建设培训班。邀请全国知名专家对矿山生产技术人员开展业务培训。

  大力推进新装备、新工艺、新技术应用,选树一批矿山智能化示范矿井。山东能源枣矿集团滨湖煤矿装备了全国首套具有实战意义的薄煤层智能化采煤机组;兖矿能源赵楼煤矿首次通过了基于5G网络柴油机单轨吊无人驾驶功能试验。鼓励支持矿山企业、设备厂家和高校科研院所成立各种形式的矿山智能化技术合作联盟和创新机构,开展联合攻关合作。坚持每年征集智能化先进适用技术装备,形成《山东煤矿安全生产先进适用技术装备汇编》,免费向煤矿企业发放。目前,全省应用矿山智能机器人50多台(套)。除采煤机器人、远控掘进机器人、TBM盾构机器人外,30处煤矿研发、使用机器人共计47台。

  用好执法权

  研究起草《智能化矿井监察指导手册》,把智能化建设纳入监察执法内容。开展了查规划、查规程、查设计、查人员、查责任、查措施、查现场“七查”活动,对未按时间节点和要求完成建设的煤矿,严格实施“三个一律”,即该停止作业的一律停止作业,该约谈的一律实施约谈,该处罚的一律严格处罚,共责令停止11个采掘头面作业。健全完善“互联网+执法”工作机制,用好风险监测预警系统平台,建立“三个一”工作机制(每日一检查、每周一调度、每月一分析)。2022年,山东局共开展远程监察70矿次,查处隐患470条,行政处罚80余万元,责令停止采掘工作面8个,停止设备使用22台(套),责令停产整顿1矿次。

  国家矿山安全监察局安徽局以防灾为目的发力系统升级改造

  国家矿山安全监察局安徽局以智能化治灾防灾为着力点,以系统改造升级为抓手,制定全省煤矿智能化发展规划。2021年以来,全省煤矿累计投入智能化建设资金29亿元,建成智能化采掘工作面67个。11处煤矿应用了机器人,6类井下作业场景正在开展机器人适用科研攻关和工业性试验。

  精准施策推进

  2020年以来,安徽局先后召开智能化建设推进座谈会、现场会13场次,组织专家宣讲8场次,利用机电运输专项监察、“回头看”责任监察开展执法督促35矿次。安徽局联合安徽省发改委、安徽省能源局等部门,出台《关于加快煤矿智能化发展的实施意见》,构建了省、市、企业三级联动、共抓共建共促的工作机制。安徽局会同安徽省能源局等单位,推荐杨柳、顾桥、刘庄3处煤矿建设国家级智能化示范矿井,遴选信湖、张集、钱营孜3处煤矿建设省级第一批示范矿井,目前6处示范矿井均顺利通过了现场验收。

  安徽局将灾害严重矿井作为智能化建设的主攻方向。推动煤矿企业试点形成7条灾害普查治理自动化钻进作业线。推动杨柳、信湖、朱仙庄等煤矿建成三维智能建模与可视化系统。推进工业视频AI识别在重点灾害治理工程、重大风险防控措施落实、智能回采、安全围栏、辅助运输等场景下的应用。推动顾桥、杨柳等26处煤矿实施主井提升无人化改造,钱营孜等28处煤矿实施副井提升智能化升级;选取5处煤矿试点开发矿井辅助运输监控调度系统,基本实现了辅助运输信息化、智能化管理。加强重要设备全生命周期管理系统试点建设单位建设,选定4处试点建设煤矿先行先试。目前,全省56个智能化采掘工作面常态化运行率达95%。

  减人提效增安

  通过大力推进煤矿智能化建设,安徽省煤矿减人提效增安成效明显。

  一是井下作业人员持续减少。每个智能化采煤工作面生产班单班作业较常规减少12人、智能化掘进作业面较以往减少5人,运输系统实现连续化、自动化、无人化,变电硐室、井下水泵房全部实现无人值守。全省煤矿在产能基本不变的情况下,人员同2019年相比减少1万人。

  二是灾害治理效率大幅提升。煤巷最高单进水平由2019年的403米/月提升到2022年的529米/月,高(低)抽瓦斯治理巷道最高单进水平由2019年的196米/月提升到2022年的303米/月。

  三是“三违”现象下降明显。41处生产煤矿共安装各类工业摄像仪2.1万个,实现数据监测、灾害治理、关键工序、操作行为和设备管理“五个可视化”。与2019同期相比,全省煤矿“三违”人数减少1.24万人次、降幅17%。

  四是安全生产水平稳步提高。全省煤矿事故起数从2018年的12起减少至2021年的1起。2022年,全省煤矿发生瓦斯超限4起,同比减少3起、降幅43%,4个矿业集团中有2个实现瓦斯“零超限”。2019年,辅助运输系统智能化改造以来,全省煤矿未发生绳链牵引类运输事故。

  河南省工业和信息化厅煤矿危险区域减人达50%以上

  近年来,河南省工业和信息化厅不断提升煤炭行业高质量发展水平。截至2022年底,河南已累计建成19处智能化煤矿、79个智能化采煤工作面和121个智能化掘进工作面,已建成智能化采掘工作面总数约占全国的17.3%。全省煤矿危险区域作业人员减少50%以上,累计减少井下用工超8000人,智能化采掘工作面均实现长周期安全生产。

  河南省制定印发了《河南省人民政府办公厅关于印发河南省煤矿智能化建设三年行动方案(2021-2023)》,成立了煤矿智能化建设协调推进工作专班。

  河南省财政拿出专项资金采取以奖代补方式支持煤矿智能化建设,对2021年、2022年、2023年建设完成的智能化项目分别按照投入升级改造资金的35%、30%、25%进行奖补。截至2022年底,已获取财政奖补资金3.3亿元,拉动企业投资38.9亿元。河南省工业和信息化厅相继出台了《河南省煤矿智能化建设评估办法》等一系列文件;建立了河南省煤矿智能化技术创新联席会议机制,组建了河南省煤矿智能开采装备产业研究院,成立了河南省煤矿智能化建设创新中心。

  采煤方面,实现成套智能采煤装备“薄中厚”煤层全覆盖,智能化采煤工作面直接工效普遍提高1倍以上,智能化采煤队人数压减至60人以下。

  掘进方面,成套快速掘进作业线在平煤十三矿、赵固一矿等不同条件煤矿成功应用,皮带机尾自移装置全面推广,掘进工作面单进水平提高约30%,当班作业人数大幅下降。以基础设施为先导加快数字转型。积极推动5G、F5G新一代通信网络建设,开展多种生产作业场景应用实践。平宝公司5G智慧矿山建设项目入选2022年度全国能源领域5G应用优秀案例;新桥煤矿实现5G+4K高清视频、井下5G矿灯等多场景智能化融合应用,获全国“绽放杯”智慧能源专题赛一等奖;陈四楼煤矿联合华为公司在采煤工作面建设应用F5G项目,实现设备远程操控、数据实时监控,取消多个工种。

  “十四五”期间,河南将深入推进煤矿智能化建设,加强示范引领,强化要素保障,确保到2023年底,全省累计建成15处至20处智能化煤矿、80个以上智能化采煤工作面和200个以上智能化掘进工作面。到2025年底,年产能120万吨以上煤矿基本实现地质保障、采掘、运输等系统的智能化决策和自动化协同运行;年产能60万吨至120万吨煤矿具备条件的实现采掘智能化;年产能60万吨以下的煤矿基本实现采掘机械化。

  山东能源集团金鸡滩煤矿推进基础智能化系统建设

  金鸡滩煤矿是山东能源集团下属特大型现代化矿井,核定产能1700万吨/年。该矿以智能技术装备改善高危作业环境,全矿入井职工减少至560人,矿井生产班下井人数稳定控制在100人以内。

  搭建智能化建设平台。该矿建成万兆工业骨干网络平台、矿井5G网络、工业视频网络、工业云数据中心、工控信息安全防护系统五大基础网络系统,打通智能开采上下行传输的高速通道。5G应用场景涵盖采掘设备、辅助运输、无线通信等,接入570余台智能终端。将矿井建设的76项子系统进行数据标准化处理,统一数据采集、传输、融合、共享标准以及规范。

  该矿建设矿井综合信息库、职工信息库等基础信息系统,选用可扩展性强、兼容性强平台的作为基础系统开发,将生产类手机客户端控制在2个、办公生活类手机端控制在1个,实现资源共享。

  根据各系统情况,金鸡滩煤矿全面推进基础智能化系统建设。

  智能采煤工作面重点抓好采煤机程序截割、液压支架自动跟机移架、三角煤截割、多机协同控制等基础智能化功能应用。割煤程序先后进行五次升级,简化三角煤截割程序折返点,截割步骤由36步减少为24步,“三角煤”截割更加平顺,记忆截割率达到95%以上。支护系统移架速度压缩10秒以上,与程序截割速度相匹配,自动跟机移架率达到98%以上。综采、综放工作面参与生产人数控制在5人以内。

  该矿重点推进连采机程序截割应用,编制符合现场实际的连采机自动截割程序,根据不同生产工况实现程序快速切换,自动截割率提升至70%。

  该矿主煤流运输系统8部胶带运输机全部使用自动纠偏框架,安装强力带面清扫装置,变频驱动,有效解决跑偏、撒煤、积煤问题。主煤流运输系统减少固定岗位10个,全部实现无人值守。

  自动润滑系统建设涵盖主煤流运输系统、泵房等220余个注油点。建成统一的智能供电系统,覆盖中央变电所等17个主要变配电点。智能排水控制系统涵盖井下4个泵房,实现阶梯式联合排水。机电系统全面实现无人值守,累计减少固定岗位21个,52人次转岗。

  该矿建成了智能选煤系统,搭建网络、数据中心、专家知识库等基础平台,实现了重介分选、粗煤泥分选、浓缩、压滤、装车、停送电等环节的智能控制。4个装车系统全面实现智能化升级,减少岗位人员12人。

  同时,采煤工作面开展国产IMOSS惯导系统研发与应用,采集精度达到100毫米以内。连采工作面成功应用“履带式自移机尾+6000米超长运距皮带”,效率大幅提升,减少4名作业人员。

  建设“5G+AI”身份识别闭锁系统、人员接近保护系统、智能门禁系统。与科研院校合作,首创了基于全微服务架构的“一通三防”智能管控软件平台。建立国产版本的平战结合通风安全跟踪决策系统,实现矿井灾变条件下风网通风参数的动态模拟预测。建设职业健康大数据管理系统,通过智能穿戴设备对职工健康状况进行监测预警,班前排查预警、班中实时报警、班后数据分析。

  山西天地王坡煤业公司以“六个一”开启兵团作战模式

  山西天地王坡煤业公司隶属于中国煤炭科工集团,矿井生产能力300万吨/年,井田面积25.35平方千米,资源储量2.1亿吨,建有配套选煤厂和铁路专用线。2020年起,该公司采用兵团作战模式,开始了以“一个平台、一朵云、一个标准、一张图、一张网加一系列智能化子系统”为主要的“六个一”煤矿智能化建设,涵盖信息基础设施、地质保障系统、采煤系统、掘进系统等十大专业系统和智能化选煤厂。

  该公司建设了基于“煤科云”智能一体化管控平台,构建矿井“智慧大脑”。该平台基于工业互联网、EIP对象模型体系和微服务架构设计,采用设备数字孪生方法实现矿用装备数据标准化,以“云—边—端”分层架构将综采、综掘、运输、安全等各系统数据汇聚融合,与矿井信息化系统互联互通,形成矿级智能化综合控制系统、业务综合分析系统,用数据驱动矿山安全生产高效运营。

  目前,该平台已接入了采煤、掘进、供电、排水、通风、装运等智能化子系统,集成20余种行业算法、7类指标集,130多种数据指标和7个智能化综合应用,具有“采、掘、机、运、通”等主要生产环节、井下环境安全、经营管理、分析决策等实时信息综合集成与可视化展示功能,实现预警报警、指挥调度和协同控制。

  该公司建设了超万兆工业以太环网,井下部署“4G+UWB+WiFi6+千兆接入”的一体化综合基站,将4G/5G无线通信、人车UWB精确定位、视频监控、语音扩播、调度指挥等多业务统一接入、统一承载、统一管理,实现多系统数据共享融合,彻底解决矿井“通信孤岛”问题。

  该公司构建了主煤流智能协同管控系统,具备AI煤量智能识别、人员违规作业智能监测、大块煤/堆煤/异物识别与预警等功能,确保带式输送机的智能、安全、高效、经济运行,开创“无人值守、有人巡视”管理新模式。建设全矿井智能通风系统,构建“通风感知监测预警+智能解算分析决策+远程自控联控集控”智能通风应用新模式,测风精度达到0.1米/秒,实现了全矿井通风系统“一键管控”,重构了通风系统“数据动态监测—分析—解算—决策—展示”全过程业务流。

  通过智能化建设,矿井累计减人87人,采、掘效率分别提高20%和33%,劳动强度降低80%;机电事故率较以往降低33%,现场安全隐患减少5.22%,矿井数据综合利用率提高50%,矿井综合管理效率提升40%,为全国煤炭行业树立智能化建设的“煤科标杆”。

  准能集团黑岱沟露天煤矿初步实现全产业链一体化管理

  准能集团黑岱沟露天煤矿年生产能力为3400万吨,属特大型露天煤矿。作为国家首批智能化示范煤矿,该矿在生产、经营、机电各个领域,基础设施、智能穿爆、智能采剥、灾害预警各环节均实现了智能化建设和技术的100%全覆盖。

  黑岱沟露天煤矿对各个生产工艺环节进行智能化建设升级,建设自动采集、监测和智能调度等系统,初步实现了原煤生产、洗选装车、辅助生产等全产业链的一体化管理。构建一体化综合性管控平台,涵盖露天采矿、洗选、装车、铁路运输、仓储、发电、生产辅助,实时监测全公司生产运行状态。构建可视化生产指挥系统,将生产经营完成情况、安全环保、工业视频、边坡监测、生态治理、企业成就以及煤炭全产业链联动等内容进行分析展现。构建大数据分析平台,将生产、经营、安全、设备、地质等数据全面融合,建设统一的数据中心,实现了生产任务的实时动态管理。

  应用航测无人机、多角度高清相机、激光雷达传感器等设备,对露天矿采区进行摄影测绘和激光点云测绘相结合的智能勘查,建立三维矿山模型,及时精准更新采区地质数据,现场测量人员无需在复杂高危的地质环境中工作,即可精准完成采矿设计工作。

  运用模拟软件辅助爆破设计、安全分析和效果预测,采用炮孔测量机器人,可智能巡航炮孔位置,自动测量炮孔孔深、水深、温度等数据,应用了北斗定位和智能布孔系统、智能装药系统、智能起爆系统,实现了钻孔作业的可视化、炮孔精准定位、炸药种类用量精准调配、自动精准装药,以及安全高效智能起爆。

  国内首创“抛掷爆破、吊斗铲倒堆”工艺,利用三维激光扫描、无人机航测等技术和爆破数字化综合处理系统,配套远程操控电动牙轮钻机、炮孔智能测量机器人、智能装药车等设备,实现了自动布孔、精准装药、微差爆破。抛掷爆破单次装药1200吨,可将40米厚、6个足球场大小的岩石瞬间爆破,近40%的岩石被精准抛入预定位置,被誉为“亚洲第一爆”;吊斗铲采用AI识别、全息影像综合监测预警系统,实现关键部位实时监控、设备状态远程诊断,电气系统故障自动报警、自动灭火、运行状态监控、盲区高清视频监控。年无运输倒堆1800万立方米,该工艺可替代3台55立方米电铲、12台300吨级矿用卡车同时作业,年节约成本1.15亿元,节能2万吨标准煤。

  实施“一网双控多元”5G+无人驾驶项目建设,部署5G核心网,搭建地面、车载双向控制平台、应用4D光场、惯导等先进感知技术,安装卡车防撞预警、毫米波雷达防碰撞、超速管理、司机疲劳预警等系统,实现了18台300吨级用卡车无人驾驶,累计安全运行400多天、6万余公里,减少司机60人。

  在激光扫描、无人机航测、胶带机巡检类机器人、矿用维修机器人等技术装备研发应用方面取得新突破。选煤厂跳汰洗选工艺智能研究及应用、长距离输送系统安全智能监测、变电所无人值守等项目,实现了机器人换人、自动化减人。

来源:《中国煤炭报》

发布于 2023-04-04 11:34
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