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一企一策,開啟智能化生產新模式

發布時間 2023-02-14  來源:

稿件來源:中國煤炭報

一企一策,開啟智能化生產新模式

編者按:日前召開的全國礦山智能化建設和安全發展推進視頻會透露,煤礦智能化正進入快速發展階段,多家國有大型煤炭企業結合自身實際,加快建設腳步,取得了諸多寶貴經驗。本期選取其中典型做法,供更多企業借鑒。

中國華能集團有限公司:打造數字化礦井集群

中國華能集團(以下簡稱中國華能)現有生產煤礦23處(井工20處、露天3處),總產能11270萬噸/年,基建煤礦4處,設計產能1580萬噸/年。其中,硯北、核桃峪、伊敏露天礦3處煤礦被列為國家級智能化示范煤礦,華亭、靈露、柳巷、新莊、雨汪煤礦一井、白龍山煤礦一井、高頭窯7處煤礦被列為省級(集團級)智能化示范煤礦。

勇于嘗試示范試點

中國華能已建成的智能化工作面均具有在順槽監控中心和地面調度中心對井下設備的“一鍵啟?!笨刂坪瓦h程干預操控功能,實現了采煤機記憶割煤、液壓支架自動跟機動作、工作面設備具備聯動控制和關聯閉鎖等。沖擊地壓、煤與瓦斯突出和“三軟煤層”礦井新投入工作面裝備全部實現智能化開采和遠距離供電、供液,硯北煤礦250203下智能化綜放工作面供電供液距離超過3700米,東峽煤礦創造全國首次1140伏特電壓等級1450米遠距離供電記錄。伊敏露天礦建成國內首個露天礦山無人化示范工作面,實現了國內首批172T自卸卡車、電動寬體卡車無人駕駛(8臺)編組作業,聯合國內首臺20立電鏟實現了遠程遙控作業。

同時,中國華能引進使用掘錨一體機8臺、錨桿鉆車7臺、增高型履帶式雙臂全液壓掘進鉆車2臺、遠程控制掘進機1臺,首次在新莊煤礦引入TBM施工工藝。加大掘進裝備開發力度,首次聯合高校及制造企業定制研發了無重復碾壓柔性支護創新技術。

中國華能穩步推進重大災害智能監測預警。硯北、核桃峪、東峽煤礦構建了沖擊地壓智能化多參量監測預警平臺,形成基于“微震—應力—能量”的沖擊地壓災害災源識別與危險性綜合監測預警系統。雨汪煤礦一井搭建了煤與瓦斯突出預警平臺,實現了對瓦斯災害進行綜合分析和管控。靈東煤礦建立了復合水體下立體式水文智能監測與多參量協同預警平臺,將煤層上覆多重含水層與礦井采掘生產作業進行聯動監測預警。

中國華能還推進5G網絡探索應用試點。硯北、伊敏露天礦、魏家峁露天礦3處煤礦實現了5G開采場景應用。

全面落實五個先行

標準先行。與王國法院士團隊共同制定了《華能智能煤礦建設總體規劃設計》,先后印發了《中國華能集團有限公司煤礦智能化建設實施方案》《中國華能集團有限公司關于推進煤礦智能化建設工作的指導意見》等,明確了各煤礦企業智能化建設工作目標和階段建設任務。參編發布國家標準2項、團體標準3項,正在參與編制國家標準4項、行業標準3項、團體標準12項,正在編制企業標準13項。

試點先行。積極推進伊敏露天礦、硯北煤礦、核桃峪煤礦3處國家級智能化示范煤礦建設工作和靈露煤礦省級智能化示范煤礦建設工作。

創新先行。簽訂“關鍵核心技術實現重大突破”(智能化示范建設煤礦)攻關任務軍令狀,實行專項獎勵。資金上支持,將煤礦年度安全費、維簡費、更新改造費用優先支持煤礦智能化建設項目,在科技項目審批上建立綠色通道。資源上支撐,邀請7位院士組成中國華能煤炭產業專家咨詢委員會。

基礎先行。由煤炭技術研發中心統籌建設了煤炭產業數字化轉型,基于“華能云”構建煤炭產業云節點,聯合華能信息公司、華為公司、應急管理部信息研究院等共同打造煤炭產業智能化管控平臺和數字底座,實現了三級管理體系的統一建設、使用、迭代以及維護。

人才先行。制定了智能化人才培養規劃方案,聯合中國礦業大學舉辦了2期智能化專題脫產培訓班。建立了煤炭技術研發中心和智能煤礦建設辦公室,組建了煤炭產業專業技術專家組,選拔聘用了2名智能化技術專家。

智能成效初步顯現

煤礦重點區域和固定場所作業人員數量和勞動強度降低。智能化采煤工作面單班生產作業人數平均減少6人左右。智能化掘進單班作業人數平均減少10人左右,累計減少42人。輔運等其他智能化系統改造升級減少352人。固定崗位無人值守比率達到86.39%,比建設前增加55.78%。

安全生產管控和重大災害智能監測預警得到加強。沖擊地壓智能化監測預警平臺的沖擊地壓預警準確性達到80%以上,達到國內領先水平;硯北煤礦沖擊地壓災害得到有效管控,沖擊地壓顯現由最高2012年全年16次降至現今的“零沖擊”。

勞動工效、掘進效率、電耗水平得到改善。智能化綜采工作面人員勞動工效由120.03噸/工增加至154.41噸/工;礦區入井人員勞動工效由12.91噸/工增加至13.77噸/工。掘進最高月進尺由540米/月增加至1110米/月。開采系統噸煤電耗由10.72千瓦時/噸減少至10.07千瓦時/噸。

國家能源集團寧夏煤業公司金鳳煤礦:樹立特色示范礦井標桿

金鳳煤礦位于寧夏回族自治區吳忠市鹽池縣馬家灘礦區,資源儲量5.04億噸。礦井原設計產能400萬噸/年,2022年核增產能為440萬噸/年。

2020年,金鳳煤礦被國家能源局列為71家智能化標桿示范礦井建設之一。同年,被國家自然資源部納入“全國綠色礦山”名錄。

金鳳煤礦多年來的智能化實踐取得取得重大成效。礦井先后實現減員400余人,全員工效提升25%,實現“百人”礦井,初步形成了“自主創新、工控先行、精益運營、共享傳承”的具有金鳳特色的智能礦山新模式。

實現煤礦智能化建設覆蓋100%

采煤工作面100%實現智能化。一是突破了薄煤層開采核心技術。先后在12個薄煤層工作面常態化使用采煤機慣性導航自動控制成套裝備和技術,實現了遠程視頻監控及全覆蓋系統的集中聯動控制。工作面實現減人過半,生產效率提升30%。二是突破了復雜地質條件下透明化自適應智能開采技術。聯合科研院所,研發包括高精度動態地質模型在內的透明化工作面系統、基于大地坐標的TGIS數字“孿生”系統和高精度測量機器人系統,實現了采煤機與地質模型的高度自適應耦合,以及工作面自適應截割等工藝流程井上可視化智能管控。三是研發推廣國產TGIS礦井智能綜合管控平臺。全面構建礦井數字“孿生”系統,集成工作面設備數據采集、智能開采設備綜合定位、透明化工作面場景模型、實現“監測控制管理”的一體化、可視化管控以及歷史信息的回溯和查詢等。四是突破5G+采煤場景應用。工作面攝像儀、慣導、測量機器人等設備搭載5G無線網絡實現數據的高速互聯互通。

掘進工作面100%實現智能化。礦井4個掘進工作面全部配備掘錨一體機+掘進遠程集中控制+皮帶運輸集中控制+自移機尾,具備視頻全覆蓋+集中聯動控制+自主定位、定向自主截割功能。首次引進無反復支護快速掘進系統,用智能化快速掘進裝備實現掘支平行快速作業,達到掘、錨、運遠程可視化連續操作。

固定崗位實現100%無人值守。礦井主運輸、供電、排水、通風、壓風、配水、水源熱泵、注氮、篩分系統撿矸10個系統32個固定崗位實現無人值守,一次性實現機電隊、運輸隊減員、轉崗超過120人。

積極開展煤炭高效開采技術研究實踐。成功應用了在不同厚度、煤層傾角及埋深的工作面實施柔模泵注混凝土沿空留巷和“110工法”,突破沿空留巷+擋矸支架+單元格支架+巷道圍巖觀測技術,實現了采礦工藝技術革命。截至目前,累計成功留巷超過1.3萬米,多回收煤炭138.6萬噸,增加經濟效益5.71億元。

堅持創新驅動,實現成果轉化

一是引進基于機器視覺的智能視頻采集、分析、控制裝備和系統。具備了膠帶運輸的智能調速、防縱撕、人員違章行為拒止、物料堆積檢測等功能,實現了安全預控和節能降耗目標。

二是聯合校企成功研制巡檢機器人應用于井下變電所,實現了環境參數自動檢測、移動視頻圖像采集、設備運行監測、診斷等。大力推廣巡檢機器人應用項目,目前主運輸、清倉、噴漿等機器人項目正在安裝調試。

三是實現智能礦燈+UWB人員精確定位+車輛精確定位+入井唯一性檢測高度融合。集成照明、通信、定位、視頻、氣體檢測、調度通訊等功能,實現了入井人員安全監察、行為監督、巡檢管控、有毒有害氣體預測、S0S求救的數據共享和可視化管理,實現安全管理模式由人防和制度管理模式逐步向技防模式轉變。

四是通過“萬兆工業環網+4G/5G無線寬帶網絡+窄帶物聯網”的多網融合,實現了數據“一張網”傳輸,解決了“信息孤島”現象;一部手機一個APP就可以實現管控一體化,實現了移動遠程控制。打通了井下信息傳輸的“最后一公里”,消除了信號覆蓋盲區,成功實現對各區隊和班組水電消耗數據的精準采集、實時上傳、科學考核。

開灤集團:老牌煤企煥發新生機

開灤集團始建于1878年,至今已有144年歷史。該集團本著先進適用、務求實效的基本原則,加快推進煤礦智能化建設,取得了顯著成效。

截至2021年底,該集團完成1個國家級、2個省級智能化示范礦井建設,主要生產系統自動化率達到82%,主要生產崗位、部位具備無人值守條件的比率達到66%。

結合實際,一礦一策

開灤集團把生產方式由機械化、自動化提升到智能化生產的新模式,把主要生產崗位、部位由無人值守、有人巡視提升到無人值守、有人管理、智能巡視的新模式,配套制定《開灤集團主排水系統無人值守智能巡視技術標準》《開灤集團壓風系統無人值守智能巡視技術標準》等,統一技術路線。堅持“三統、四自”原則推進項目實施,即“統領技術路線、統籌技術資源、統一技術方案”,逐步實現“自主研發、自主設計、自主施工、自主維護”。將信息化、自動化職能部門與裝備制造產業進行機構整合,理順管理和建設職能,形成規劃、管理、裝備、建設、考核一體化管控。

結合實際,開灤集團堅持一礦一策。

一類是礦老、開采困難、資源少、前期投入不足的3個礦井,組織局部智能化系統必要建設改造。已建成應用2個智能化工作面、1個自動化工作面。二類是具備一定服務年限,基礎系統較全面的5個礦井,全面推進煤礦智能化建設。已建成國家級智能化示范礦井1個、河北省智能化示范礦井1個、在建2個。建成智能化采煤工作面14個、自動化采煤工作面3個、智能化掘進工作面1個。三類是新建礦井1個,嚴格按照智能化標準建設。紅樹梁礦智能化示范礦井通過內蒙古自治區能源局驗收,建成智能化工作面2個。

堅持模式引導、示范引領

2017年,錢家營礦1355E薄煤層自動化采煤工作面建成,是開灤集團首個智能化采煤工作面。2017年6月初至2018年6月底,該礦累計采煤67.67萬噸,生產提效10%,材料費、人工費、三機設備投入等綜合成本較9煤層工作面減少1950萬元;勞動用工較非智能開采減少36%。另外,通過5煤層生產和配選,提高精煤回收率1.8個百分點,降低灰分0.47%,增加精煤產量6.4萬噸,綜合創效6552萬元。

1356W工作面由單班固定配置22人減少到14人,用工總數減少36%。以此為引領,開灤集團有序推進智能化場景建設。一是智能化綜采工作面建設。堅持“一面一策”,實現了綜采工作面設備智能自主控制、遠程控制干預的智能化生產模式,累計建成智能化工作面18個。二是智能化掘進工作面建設。在范各莊礦3223S掘進工作面組織試點,實現掘錨一體機高效進尺、后路液壓錨桿鉆車快速打錨索跟進、皮帶自移機尾和集中控制系統流暢運行的智能化生產模式,完成智能化掘進作業線建設,簡化了支護工序,提高了支護強度,降低了勞動強度。三是智能化洗煤廠建設。選型試點在內蒙公司紅樹梁礦洗煤廠,應用洗煤廠智能化融合平臺,實現了遠程智能數據綜合管理模式, 崗位配置由原來的140人減至目前的95人,降低了32%。

開灤集團一方面高標準組織新礦的智能化建設,另一方面高標準加快老礦智能化建設改造。紅樹梁礦是開灤集團在內蒙地區投資建設的第一座智能化礦井,目前通過了國家一級安全生產標準化礦井預驗收,成為區域內新建礦井標桿。同時,東歡坨礦省級智能化示范礦建設已經完成,2個智能化礦井在建。

山東能源集團轉龍灣煤礦:實現全流程智能化管理與運轉

轉龍灣煤礦為山東能源集團兗礦能源鄂爾多斯能化公司全資子公司,礦井生產能力1000萬噸/年,井田面積43.46平方千米,資源儲量5.48億噸。2020年,轉龍灣煤礦進入國家首批智能化示范礦井建設名單,全面開啟了智能化礦井建設。

轉龍灣煤礦先后建成“5G+萬兆網”生產網絡系統,“5G+可視化遠程控制”的全流程智能綜采工作面,“數據監測+安全高效”智能掘進工作面等,闖出了一條數字化、網絡化、智能化發展之路。

針對2米至3米中厚(較?。╅_采效率低、作業環境差、危險系數高的現狀,轉龍灣煤礦利用3D虛擬現實和實體仿真技術建立工作面模型,建成了“面內2人巡視、順槽遠程干預”的420米超長中厚(較?。┟簩忧f噸智能采煤工作面,實現液壓支架自動跟機、實時俯仰采控制、煤機防碰撞、工作面自動找直、端頭自動化、三角煤自動截割技術的高效常態化應用,并通過預設工作面輪廓和程序截割實現采煤過程的完全自動化運行,支架自動跟機率、煤機自動截割率均達到99%以上,煤機速度達到15米/分,單架拉移時間9秒以內,工作面內作業人員僅為2人。

針對目前煤礦輔助運輸事故較多,轉龍灣煤礦輔助運輸系統建設了長運輸人車物實時在線精準管控系統。利用全覆蓋的UWB精確定位系統,實現了人員、車輛、運輸環境的有效監控;利用數據精準推送功能,實現了超速、車輛及人員接近、倒車防碰撞等行車安全有效預警;利用大數據精準分析和交互,實現了超速駕駛、闖紅燈等違章行為的有效管控。打造了安全、透明、高效的智能輔運系統,真正做到了車輛24小時運行在線、通話在線、監控在線、調度在線、物料在線、人員管理在線,超前有效降低了運輸安全風險。

轉龍灣煤礦應用“掘錨一體機+邁步式自移機尾+大功率帶式輸送機+智能集控中心”的智能快速掘進系統成套裝備,實現了“掘、支、錨、運”等全部工序高效機械化。先后建成23302膠運順槽、23205膠運順槽等多個智能化掘進工作面,實現了電氣開關集成化控制、機尾邁步自移、煤流運輸系統可視化集控等功能,掘進裝備水平不斷提升,掘進效率穩步提高,職工勞動強度明顯降低,正常生產期間作業人員不超過7人,常態化月進保持在1000米以上。

轉龍灣煤礦搭建選煤系統智能化信息平臺和數據中心,升級完善了計質計量、安全監控、集中控制、配電監控等底層自動化系統,建成了智能控制、智能管理等13個子系統,實現了設備集中聯鎖控制,重點區域、關鍵設備、生產環節全覆蓋實時監控,物料量遠程調節,生產過程及輔助環節智能控制,煤質在線監測、產量計量、設備安全監控系統常態化運行,生產廠區由定人定崗轉變為人員巡崗的生產模式。全系統開機時間由15分鐘縮短至3分鐘,減少固定崗位工12人,產品質量穩定率提升2%。

轉龍灣煤礦智能礦山綜合信息管控系統以5G+萬兆工業環網、私有云、物聯網、AI平臺建設為基礎,深度融合綜采、掘進等主要生產、安全系統數據,形成全面感知、實時互聯、分析決策、動態預測、協同控制的安全生產數字孿生智能化管控平臺,實現礦井多部門、多專業、多管理層面的數據集中應用、交互共享和決策支持,各主要業務系統的智能操控與協同聯動控制。

同時,轉龍灣煤礦通過AI魔鏡日常普查、智能手表實時監測等組合篩選方式,多維度對有健康安全風險的職工進行甄別、提醒、預警以及重點關注。

今后,轉龍灣煤礦將與華為煤炭軍團成立聯合創新工作組,推進礦鴻全場景及沉浸式采掘工作面聯合創新研究,進一步實現全面構建各子系統互聯互通,重點解決現場看不清、看不見、看不全的“痛點”問題。

貴州發耳煤業有限公司:全力攻堅薄煤層智能化開采

貴州發耳煤業公司成立于2004年11月30日,由貴州安晟能源公司和貴州能發電力燃料開發公司共同組建,屬于煤與瓦斯突出礦井。發耳煤礦設計生產能力300萬噸/年,為發耳電廠主要配套項目,是貴州省“西電東送”重點工程之一。

截至目前,發耳煤業公司先后建成6個(次)智能化綜采工作面,完成了礦井綜合信息化管控平臺、通風、壓風、排水、原煤運輸、供配電、工業視頻監控7個子系統升級改造項目。該公司的智能化建設被評為貴州省“大數據與實體經濟深度融合升級標桿項目”。

發耳煤業公司把智能化建設定為“一號工程”。在外出學習山東棗礦集團智能化建設經驗的基礎上,結合礦井薄煤層且地質條件復雜的實際,制定了智能化、信息化建設規劃。特別是在智能化工作面改造項目上,采用了“智能控制+遠程干預”的開采模式,并緊緊圍繞與瓦斯防治相結合的建設理念,配備先進智能裝備及配套設備,形成切合實際的智能化綜采生產系統。

發耳煤業公司智能化和信息化建設經歷了三個發展階段。一是探索試驗階段。二是全面推廣階段。三是拓展提高階段。

通過5年多的探索實踐,發耳煤業公司公司智能化、信息化建設取得了顯著成績?,F如今,在智能化綜采生產工作面,通過操作井下或地面調度指揮中心集中控制平臺,泵站、轉載機、采煤機、液壓支架等設備按照系統設定的指令自動運行,各類數據信息通過光纖傳入工業環網,實時傳輸到顯示屏上,實現了遠程控制。建成了礦井綜合信息化管控平臺、通風、壓風、排水等7個子系統。在調度指揮中心電子屏幕上,實時顯示每個子系統的運行情況,工作人員可根據告警信息及時作出判斷和快速處置。

發耳煤業公司“兩化”建設的經濟效益和社會效益十分突出,既保障了安全生產、實現了減員提效,又改善了職工工作環境、實現了穩產高產。

智能化綜采工作面實現了集控中心遠程操控“一鍵啟?!?、遠程操控,全過程對生產過程中機電設備出現的故障及時做出提示。礦井通風機、壓風機、原煤運輸、變電所、排水泵房5個子系統實現了無人值守。2個綜采工區采煤作業人員累計減人74人,每年節約人工成本903萬元,7個生產輔助子系統減少值守人員67人,每年節約人工成本633萬元。智能化綜采工作面日均產量提升至2960噸,效率提高了54%。

此外,發耳煤業公司在多個專業領域拓展持續創新。

發耳煤業公司完成了5G+膠帶機智能巡檢煤礦機器人示范項目,從主井膠帶機頭至井下沿線,膠帶巡檢機器人將巡檢的各項參數通過5G網絡進行傳輸,替代人工巡檢,實現了膠帶運輸的智能化監測。采用定向鉆機實施長距離瓦斯治理技術,今年以來定向鉆孔進尺2.3萬米,提高了瓦斯治理效率;使用鉆孔軌跡測量儀,精準定位抽采薄弱區域,保證抽采達標。實施110工法無煤柱自成巷技術,節省巷道2465米,降低成本198萬元,回收煤炭資源6萬噸,創效3000多萬元。投入4800萬元,購置薄煤層智能裝備,每年減少矸石量10萬噸。在五上采區安裝單軌吊1.3萬米,取代了24部絞車運輸。

由本報記者董衡整理


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