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淺論煤礦智能化礦井建設高質量發展現狀研究

作者:王利雄 2024-05-21 09:56 來源:煤礦安全網 礦井 高質量 現狀

  摘要:煤礦智能化對于保障煤炭安全穩定供應、推動行業高質量發展具有重要意義;煤礦智能化是煤炭安全增產保供的關鍵舉措,是實現行業高質量發展的必由之路,陜煤集團神木檸條塔礦業有限公司將多措并舉加快推進煤礦智能化建設,推動采掘工作面智能化建設積極扎實開展,助力煤炭行業高質量發展,進一步夯實陜煤集團神木檸條塔礦業公司安全基礎。同時,提出要加快推進煤礦智能化建設,提高本質安全水平,為高質量發展提供強有力的支撐。

  關鍵詞:煤礦智能化;采掘技術;現狀

  引言:

  智能礦山行業涉及工業控制、網絡通信等多領域技術的綜合應用,并且因煤礦工作環境復雜多樣,相應系統產品存在定制化特征,因此智能礦山信息系統我們不僅需要掌握大量相關專業技術,還需要對產品的復雜應用環境及多樣應用場景擁有深刻理解,對技術人員的專業素質要求較高。然而由于智能礦山的核心技術、工業物聯網技術等在我國起步較晚,綜合型專業人才較為缺乏,從而難以在短期內培養出一批具備技術開發實力并擁有深厚行業實踐經驗儲備的專業技術隊伍;綜上,進入本行業面臨較高的人才壁壘。 煤礦智能化主要技術分類 (一)5G技術應用

  加快人工智能、5G技術、工業物聯網、大數據與云計算等為智能化礦山建設提供內核動力。5G的應用將會重新定義煤礦生產的協同交互,充分利用5G技術的低延時特征,可以實現云技術等廣泛應用,通過梳理包含煤礦智能工作面、高精密傳感器、工業圖像處理等在內的智能化開采應用場景,從而建立全新的生態鏈與產業鏈,促進行業更高效、更安全地發展。在礦井中創新落地及行業聯動方面還有待提升。5G技術的應用不單是網絡建設的問題,更應該將它看作是一次生態的提升,要研究制定適應煤礦井下安全運行要求的5G設備和工業模組的標準,加強上下游企業的互聯互通,在技術研發、供應鏈改造、基礎設施建設、智能終端應用乃至商業化運營模式等方面,還需要進行更深一步的協同共建。

  (二)新型數字人才培養

  礦山企業專業化發展急需培養新型數字人才。礦山企業破解發展困局、化解過剩產能、控制生產成本、實現高效發展,必須培養數字化、專業化、知識化的新型數字人才。智慧礦山將會把企業生產、輔助運輸、安全管控、綜合調度、分選、供應整合為一體,實現礦井“管、控、營”一體化、安全可靠化、效益最大化。提升礦山企業的競爭力,需要引進國內外更加先進的智能化綜采設備和高精尖端技術,靠新工藝和新裝備來提升工作效率;礦業生產主動調節供求關系,去產能、調結構、穩增長,綠色生產、清潔利用、高效轉化等都需要大批新型數字人才。

  (三)機器人集群

  目前,安標國家中心發布實施了《煤礦井下機器人安全標志管理方案》《煤礦井下機器人基本安全要求(試行)》,正在申辦安全標志的產品包括輸送帶沿線的掛軌式巡檢機器人、機電硐室中的巡檢機器人、采煤工作面巡檢機器人等,主要用于替代人工在特殊場所實現對環境、設備狀態等進行巡視檢查。其中,掛軌式巡檢機器人是在原有井下掛軌式巡檢裝置的基礎上,通過增加圖像識別、自主導航、自主避障等智能化功能,并經過防爆安全設計研發而成,雖然外觀結構相似,但在功能和技術指標上均有大幅度提升。

  (四)圖像識別技術

  圖像識別技術在煤礦井下的主要應用場景是對設備狀態的識別,包括帶式輸送機的物料狀態、儀表讀數的視頻識別,以及對人臉、人員行為識別等,可以在一些特定區域替代人員值守和監督,實現帶式輸送機異物識別、煤量檢測 、違章作業監督等,還可用于煤矸識別和分選。目前,圖像識別技術已在部分礦井試用,但受到煤礦井下環境的影響,以及識別技術水平的參差不齊,應用效果也不盡相同。

  (五)透明地質應用技術

  針對煤礦采、掘、機、運、通等全生產流程及地質探測的智能化,國內外學者開展了廣泛而深人的研發與實踐。針對智能化開采地質保障技術,提出了煤礦地質透明化概念、基于GIS (地理信息系統)與BIM (建筑信息模型)融合,構建高精度地質模型,建設地質云等相關思路;針對制約煤巷快速掘進的主要因素,從掘、支、錨、運、破等全工藝流程分析人手,研發了適用于不同巷道條件的快速掘進技術與裝備,提出了基于遠程控制的巷道智能快速掘進方法;針對我國煤層賦存及生產技術條件的多樣性,研發了工作面實現智能化開采的4種成套技術與裝備模式,開發了基于煤層厚度變化的采煤機自適應截割、液壓支架自適應支護、刮板輸送機智能調速、多設備智能協同控制等技術與裝備。

  二、煤礦智能化主要技術問題

  (一)難以適應復雜工作面。綜放工作面智能.化放頂煤技術尚無實質性突破;煤機裝備的可靠性及自適應控制技術有待突破;綜采設備群智能協同控制效果有待提升;工作面端頭支架、超前支架智能化水平較低;采煤機自主精準智能調高、工作面慣性導航自動調直等未取得良好的應用效果,相關感知信息有效利用率較低,不同類型感知信息的融合分析效果較差,尚未形成完善的感知、分析、決策、控制閉環,特別在復雜開采條件下,智能化開采大多沒有發揮出理想效果。

  (二)大系統、多系統兼容協同困難。煤礦智能化是一個復雜的巨系統,由于技術和商務利益等多重因素影響,各子系統設計標準和技術水準參差不齊,智能化煤礦不同系統之間的數據兼容、網絡兼容、業務兼容和控制兼容效果不佳,主要表現為數據格式不統一、網絡通信協議兼容性差、業務系統兼容性較差、系統間協同控制兼容性差。

  (三)無線控制的可靠性有待進一步研究。未來5G、WiFi6等無線通信技術將廣泛應用于煤礦井下,將無線通信應用于重要設備的控制,其可靠性相對于之前的有線或現場控制,究竟有多大差別,目前缺乏依據和深人的研究,是否可替代有線和就地控制,是否需要冗余設計也有待進一步研究。如果無線控制的可靠性無法保證,還需另敷設有線設備,將在很大程度上限制井下無線通信的發展。

  (四)網絡及信息化安全水平有待進一步提高。與之前相比,現在煤礦的信息化水平已大幅提高,有些煤礦還將井上和井下的系統都接人了外部.公網,在一定程度上方便了煤礦的信息化工作,但是所帶來的信息安全隱患也大幅提高,煤礦信息網絡的安全性和可靠性直接影響到煤礦的安全生產,一旦煤礦內網包括井下網絡遭遇黑客攻擊,將極有可能影響煤礦的安全生產。

  (五)機器人可靠性和適應能力不足。煤礦機器人基礎共性關鍵技術存在諸多不足,動力、行走機構、定位、自主感知與決策、精準導航、避障、續航管理以及輕型防爆材料等相關技術尚未突破;現有煤礦機器人智能化程度較低、體型較笨重、靈活性較差,對復雜煤層適應性較差;特殊作業機器人待開發。

  三、煤礦智能化存在的管理問題

  (一)相關標準缺乏對實際效果的評判?,F有的大部分智能礦山相關標準基本對各生產環節、分項子系統的技術裝備、軟件功能做了規定,量化了評分標準和評定辦法,強化了達標的概念。但仍然存在比拼技術裝備而忽視應用效果的問題。例如,大部分標準都提到礦山巡檢機器人的應用,但對于

  機器人必須完成的細化功能或者能夠達到的最終應用效果,并未詳細說明,對某項指標的描述,往往不涉及覆蓋面,僅強調對標不缺項。

  (二)相關標準法規需要與時俱進。智能礦山的發展,存在部分標準法規發展相對滯后的問題,一定程度上影響了智能礦山的應用效果。例如,《煤礦安全規程》對于巡檢、值守、瓦檢等有明確的規定,而要求采用煤礦工人實現巡檢會對智能化巡檢機器人及裝置的大規模應用推廣產生-定影響。

  (三)缺少相關政策性指導。煤礦井下運輸一直以來都是煤礦安全的重要環節,然而針對目前煤礦井下無人駕駛、無人運輸,缺乏政策性的指導。

  (四)制定適合各類煤礦實際情況的智能化標準。智能化標準是煤礦建設、設備廠商設計生產等過程中必須遵守的要求和規定;因此,制定標準時應當充分考慮各類不同特點的礦井,明確其應該達到的智能化要求,并且應當考慮智能化給煤礦帶來的實際效果及解決的問題,避免出現比拼技術裝備的情況,避免人力物力浪費。

  (五)推進多系統融合。目前煤礦使用的系統均需經過本安關聯檢驗,多系統融合之間的本安關聯與配接問題直接與煤礦井下防爆安全相關。其次,還需要推進煤礦信息通信協議的統一。應針對目前煤礦各種用途、各種應用層級以及各種通信方式的協議統一,從前端數據采集、網絡傳輸、邏輯、控制等多方面統一煤礦通信協議。只有在保證防爆安全、協議統一的基礎上,才能真正實現煤礦各種系統、設備間的融合、聯動與統一協調管控。

  (六)建立無線、有線相結合的井下通信網絡。如前文中所提到的,無線通信用于對重要設備的遠程控制,缺少對其可靠性及穩定性的相關研究。因此,一方面要加強相關領域的研究,另一方面為了保證煤礦安全,采用無線與有線相結合的方式,對重要安全設備的控制以及安全信息數據的采集,應采用有線或有線無線相結合的設計,而普通數據的傳輸可采用高質量無線傳輸的方式,建立煤礦井下高效、高可靠性融合組網技術。

  參考文獻:

  [1]劉備戰 鄧建春 趙洪輝 對煤礦智能化建設現狀分析及思考[J].中國知網。[2]趙金升 丁宇輝 王鵬 劉偉 智能化礦山建設[J].龍源期刊網。

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