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智能“催化剂” 创造高效率

晋能控股煤业集团同忻矿智能化建设成长之路

2021-08-04 来源: 中国煤炭报

  晋能控股煤业集团同忻矿,正对着七峰山。整整12年,七峰山依旧挺立,见证了同忻矿翻天覆地的变化。
  12年前,国家发改委“同忻煤矿千万吨级高效综采关键技术创新及产业化示范工程”项目正式落地。
  项目筹建之初,“一穷二白”。工程设备如何起势?首次在地下尝试应用人工智能,要解决哪些技术难题?数百米地下,数千名建设者摆开了“战场”。
  2016年7月,同忻矿8202综采工作面正式运行。经过3年筹备、5年升级完善,截至2021年,同忻矿共建设完成5个智能化综放工作面,井下生产班作业人员由原来的20人降到现在的8人,资源回收率提高了5%,工作面回采率平均达到92%以上,生产能耗降低5%以上。

建起来,还得高效运转

  搜索煤矿智能化,最常见的图片是员工坐在顺槽监控中心,盯着监控屏幕,完成远程操作。但是很多人不知道的是,这个画面最早就是在同忻矿8202智能化综放工作面定格的。
  2013年8月,同忻矿与北京天地玛珂公司合作,率先开启了特厚煤层综放智能化开采的探索之路。
  “当时全国很多矿井都尝试建设了智能化工作面,但成效一般。总结原因,智能化工作面涉及电脑编程等众多新领域,煤矿懂这个的人特别少,一旦遇到了故障,只能干等着厂家来修,自然就成了花架子。”时任同忻矿董事长的韩利军介绍, “那时候我们的目标是,不光要把智能化工作面建起来,还要让它高效运转!”
  新设备上马前,同忻矿抽调精兵强将赶赴厂家学习培训,组建了集团首支智能化综采队伍。“我们矿机械化水平达90%以上,大学毕业生占比达到75%。”时任智能化综采队技术主管的董合祥回忆道, “经过筛选,首批35名一线技术人员在北京的设备研究所实地培训了1个月,后来又跟着专家在矿上学了3个月的稳装、调试以及日常故障排查和处理。”
  “那时候,所有人都憋着一口气,几乎每天下井,升井以后再聚在一起,把当天见到的、不会的搞明白。最初接触的时候,厂家技术讲师看见我们都要跑。我们还总给人家打电话,也不看时间,后来被拒接了好几次才发现已经凌晨了。”中国矿业大学研究生毕业、现任综采二队技术主管的王亚军回忆道。
  据了解,8202智能化综放工作面最核心的是智能化综采工作面系统。该系统分为工作面集中控制系统、视频监控系统、设备姿态监测系统、三位一体大型控制系统。通过建立工作面实时工业以太网与无线网络覆盖,将各个相关设备联系在一起,实现与各个装置的数据交换。
  太原理工大学毕业、现任同忻矿综采二队队长的徐昕说:“每项技术、每个子系统的后面都有一个团队在做。设备稳装时,我们需要根据井下的情况调试设备,每天都进行技术思路碰撞和交流;争吵是家常便饭,每天还得看大量的专业技术资料和书籍,为了攻关整夜不睡觉是常事。”
  智能化设备稳装1个月后,智能化控制系统“死机”了,即使将工作模式切换为手动档、重启都无法正常工作。“眼看设备无法正常运转,我们只能干着急。这件事对我的触动特别大,智能化设备硬件和软件留给了我们巨大的学习提升空间。”徐昕说。
  打开徐昕的笔记本,会发现他像记日记一样记录着智能化设备稳装过程中学习到的经验和方法,大至事故处理对策,小至仪器设备使用的技巧,而2020年5月3日的智能系统“死机”事件,他用红字进行了着重标记。
  首个智能综放工作面运行后,智能化设备的优势逐步体现,红利持续释放:工作面回采率达85%以上,原煤生产能耗降低5%以上,工作面瓦斯、煤尘以及自然发火防治均实现了安全可控。

智能化拥有“同忻芯”

  “推进智能化建设,关键在于跟得上。在8202智能化综放工作面,一线采煤工人要跟得上智能化装备的技术要求。在8309智能化综放工作面,智能化装备要跟得上矿井的生产要求。”全国煤炭行业技能大师、同忻矿机电“大拿”杨继彪说, “高效的运作需要智能的设备,更需要软件系统的全面配合。没有人比我们更了解同忻矿的井下生产需求,要让智能化发挥最大的功效,必须量体裁衣,拥有‘同忻芯’。”
  以杨继彪为首的技术团队由小到大,由浅入深,从小改小革入手,先增加支架跟机移架邻架助推功能,保障快速跟机移架到位,再增加支架单点启动、密码登录等功能,方便支架操作……一年多的时间里,同忻人完成了一次又一次突破。
  2017年4月,同忻矿总结了前四次系统升级经验,结合新时期井下生产需要,完成了第五次系统升级,开发“矿压分析系统1.0V”版本,替代原有的尤洛卡数显仪,在电液控的基础上,对工作面所有支架初撑力、工作阻力、周期来压的实时动态进行精准监测,同时进行单组支架,工作面二维、三维、全方位矿压分析。
  “新系统每5秒记录一次支架前后柱压力,具备存储、分析118个支架工作阻力的能力,与以往每间隔10个支架布置的尤洛卡在线监测系统相比,消除了矿压分析的盲区。”王亚军介绍道, “与以往相比,我们现在每班可减少1名矿压检测工。”
  2019年8月,同忻矿第三代8305智能化综放工作面稳装完成。同时,该矿在推进煤炭绿色开采上持续发力,使得临空巷道留设6米小煤柱成为可能。
  “小煤柱的布置需要进行大量数值模拟和试验分析。只有精确掌握了井下来压规律,才能使小煤柱技术在智能化工作面应用成为可能。”同忻矿综采二队技术员刘建伟说, “两大周期来压中间一般间隔2个至3个小周期来压,小周期来压最小来压步距12.65米,最大来压步距35.05米,这些精确到厘米的数据都是依靠升级后的系统平台获得的。我们利用‘砌体梁—悬臂梁’工艺,通过对悬臂梁破断位置的分析,将停采不放煤的距离在原有支护不变的情况下成功缩短了5米。”
  第六次升级的智能化系统引进了远程控制等8项智能化高效采煤技术,通过大数据平台,将支架电液控制系统、煤机传感器监测系统等采集到的信息,实时上传至地面调度监控中心。监控中心对数据进行集成处理后,生成直观形象的图表或模拟动画,实现了操作人员对工作面设备的远程控制。
  2019年伊始,同忻矿在第七次系统升级中将智能化的辐射范围不断扩大,由综放开采到监测监控,再到“一通三防”等。
  “我们经历了50多次的反复试验,选择顶梁合适位置安装高清摄像仪,既可以准确把握采煤机的运行情况又可以清晰捕捉设备每一个细微的动作。再通过压力、倾角等多种传感器,自动采集、统计、分析和反馈设备实时运行数据,精确控制推移油缸,实现液压支架防倾倒、防片帮、防冒落,做到自动收护帮板、跟机喷雾,自动推溜、移架和补压,减小了工作面推进的误差。”杨继彪团队的陈军介绍说。
  第八次升级杨继彪及其团队继续以“特厚煤层运移、冒放理论与自动化放煤机理研究”等五大课题研究为依托,升级完善采煤机智能采集分析信息、智能指挥机械采煤、智能修正操作等功能。
  “我们将通过设定采煤机的牵引速度等参数进行自动割煤,按照示范刀所记录的工作参数、滚筒高度轨迹进行智能化预算,形成记忆截割模板,在自动截割过程中不断修正误差,实现真正的无人化开采。”杨继彪说。

5G加持,步入新轨道

  随着万兆工业环网+5G网络数据传输通道在矿山运用,如今的同忻矿物联网、大数据、云计算、移动互联等先进技术手段一应俱全。该矿集成生产管理及设计协同综合门户、全息一张图、生产执行管理系统、综合自动化、智能调度决策分析、移动门户系统和三维透明矿山8个系统,实现了矿井生产过程自动化、综合调度指挥、多系统联动、经营辅助决策等多个功能。
  在后续使用维护方面,大数据平台支持统一的基于地测的真实数据,只需一处维护,所有系统即自动更新,通过真实的1∶1大场景模拟,将数据还原显示到系统中,使管理人员可以快速直观地了解到煤矿的实时生产状态、设备运行状况和生产管理,形成人、机、环境在安全运行中的闭环管控,同时通过大数据分析、人工智能技术为矿山2020年香港马开奖方面出现的情况快速做出相应的调度和决策,进一步提升了矿山的智能化程度。
  “在近几年的智能化建设过程中,我感受最深的就是对人才需求的转变 。矿工不光要懂采煤、机电,还要懂电脑程序。设备安装、运行以及维护不可能时刻依靠厂家,必须打造自己的智能化团队。”同忻矿副总经理王冬波说。
  近年来,同忻矿对内依托技能大师、智能化工作室等平台建立人才培养孵化基地;对外吸引包括高校名师、专家的团队,重点围绕综放智能化开采、智能监测监控、智能系统控制等领域,加大技术创新及成果转化力度,力求打通“产、学、研、用”最后一公里。同时,该矿加大大学毕业生、青工培养力度,邀请设备厂家的专家到矿开展培训,定期组织专题讲座等,组织人员前往智能化水平高的企业实地考察、交流和学习,加强人才培养,打造矿山自己的科技创新团队。
  据王冬波介绍,作为全国最早进行智能化建设的矿井之一,在建设过程中也遇到了很多行业发展的共性问题:当前煤矿智能化发展尚处于初级阶段,各研究机构及厂商均按照各自的设计思路和技术路线进行研究,造成通信协议难以统一,装备与控制、通信无法有效配套融合,形成信息壁垒;数据端口不统一,导入难、不兼容、运行不稳定都是“拦路虎”。这些问题有的可以通过升级改造解决,但有些设备和端口必须是整体建立行业统一标准,才能推动智能化由简单的“互联网+”到“集大成于一体”智慧化矿山的转变。在系统建设分布上,虽然同忻矿在生产调度系统、通风系统、运销系统等建成了智能化开采示范工程,但在相互融合和子系统建设上还要加强。
  下一步,同忻矿将在总结智能化开采成果的基础上,以大数据化、信息化为支撑,以更宽广的视野不断创新发展理念,推动理论创新、技术革新和系统集成创新。晋能控股煤业集团将继续运用先进的测控、信息和通信技术手段,感知测量、分析整合现阶段运行核心系统的各项关键信息,加快智能化矿山建设步伐, 不断提高全集团智能化开采技术水平 。 (吴玲 孙炎宾)

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