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全国煤矿智能化建设现场推进会材料之九——阳泉煤业集团
字号:[    ] 发布时间:2020-10-30 14:36:08 来源: 发布人:高玉洁

党的十九大报告提出,加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,对于提升煤矿安全生产水平、促进煤炭产业转型升级具有重要意义。

作为有着70年发展史的国有大型煤炭企业,阳煤集团始终将智能化矿井建设作为厚植煤炭产业发展优势、重构产业模式、赢得发展先机的重要战略举措,以重大技术研发为切入点,推动5G、大数据、云计算为代表的新一代信息技术与传统煤炭产业深度融合,大力构建以安全绿色智能化开采为鲜明特点的现代煤炭开采模式,建设全国最大的无烟煤生产利用基地。特别是5G在阳煤新元矿工业化的探索应用,使5G技术实现了上天入地

一、坚持创新引领,打造煤矿智能化开采新模式

构建“8+3”瓦斯治理阳煤模式,为智能化开采创造条件。智能化开采必须以治理瓦斯为前提。阳泉矿区是全国瓦斯治理难度最大的矿区。我们始终把瓦斯治理能力、治理水平、治理标准作为第一能力、第一水平、第一标准,以煤层增透为核心技术,开展技术理论研究和创新实践,形成了以8项技术和3种手段为主要内容的“8+3”瓦斯治理阳煤模式解决了沁水煤田深度开采低渗、碎软、突出、难抽采的世界性难题,为全国煤炭行业的瓦斯治理提供了阳煤方案、阳煤实践解决了沁水煤田瓦斯抽采世界性难题。

“8”,即八项先进技术一是保护层开采比如新景采用保护层开采技术,8#煤瓦斯含量由15.37m3/t降至10.37m3/t,瓦斯压力由1.7MPa降至0.65MPa二是以岩保煤比如寺家庄15117工作面采用以岩保煤技术,单进提高到月进240m以上提高2倍以上三是沿空留巷比如新元3107工作面采用沿空留巷Y型通风,瓦斯涌出量降低1多回收45m煤柱、28.6万吨煤,矿井资源利用提高到98%四是气相压裂比如新元31004掘进工作面试验气相压裂技术,煤层透气性系数提高5090煤层钻孔衰减系数降低80%五是水力压裂比如新景南六底抽巷采用水力压裂技术,抽采浓度提高25倍,抽采纯量提高16六是造穴卸压高突矿井预抽钻孔平均抽采浓度及抽采纯较原预抽钻孔分别提高7倍和66七是小煤柱掘进在靠近采空区侧的卸压范围内布置煤巷掘进,瓦斯压力得到释放,有效降低掘进工作面突出危险性八是沿空留墙比如寺家庄15119工作面回风巷应用沿空留墙技术,平均月进尺160米,最高242米的高水平纪录。

“3”抽采系统标准化、钻孔施工在线监测、抽采量精准计量种管理手段一是抽采系统标准化。新元公司瓦斯抽采新工艺的应用,使地面瓦斯抽采泵站抽采浓度由35%提高到20%以上,单元最高抽采浓度为72%,单孔最高抽采浓度为91%,相比旧工艺顺槽管路瓦斯抽采浓度提高了34%,需抽采天数比旧工艺减少56天;二是钻孔施工在线监控。井下钻孔施工的钻机均安装打钻视频监控系统,在地面通过视频对打钻现场的钻进、退杆进行实时监督,代替人工验孔,真正做到了一钻一视频,确保钻孔施工实现真打孔、真到位、真落实、真数据;三是抽采量精准计量。为采掘工作面瓦斯达标评判、区域及局部防突措施的效果检验提供了可靠依据,为阳煤集团瓦斯工资结算提供了保障。目前阳煤集团所有高瓦斯、突出矿井主、干、支管路均安装了抽采监测设备。

(二)建立一张网、一张图,推进实施互联网+煤矿阳煤集团煤矿空间信息服务关键技术研究与产业化应用项目,采用透明地球、云计算、大数据、物联网、移动互联网等信息技术,构建了技术一张图、管理一张网、设备全周期的新型模式,实现了基础设施共建共用、信息系统整体部署、数据资源汇聚共享、业务应用有效协同,基于一张网、一张图的技术支撑,建成了国内第一个高度透明展示和一体化管控的智慧、高科技矿区

我们建立了综合调度、地测、生产技术、通风、机电、安全等安全生产管理系统,以及电子商务、物流、储装运、法律审计、节能环保、党建、档案、经营、企廉网等日常管理运营系统。通过一张网、一张图一是管理运营情况自下而上分层展示、自上而下集中管理,实现了矿区管理透明化和各业务板块大调度协同指挥、集中监管二是实时监测人员、设备和环境的位置和状态,数据在线上传及自动汇总、统计分析,使安全生产情况看得见、管得了、控得住

利用大数据、云计算等新技术实现设备全生命周期管理,是阳煤技术一张图、管理一张网的重要子系统,就是用大数据将煤机装备全生命周期中的客户需求、研发设计、制造、销售、安装、运行、拆除、再制造、大修直至报废各环节全过程串联,实现对煤机装备全生命周期内的大数据分析和管控。

)加强智能化装备研发应用提升煤矿智能化水平。我们持续推进大型煤机装备、煤矿机器人研发及产业化应用,实施机械化换人、自动化减人智能化少人专项行动,全面提升智能化生产水平

综采工艺与装备方面,累计投入30亿元,完成40个自动化工作面和百余个电液控支架工作面建设和生产。一是坚持标准引领在煤炭行业首家实施综采设备工作面选型配套技术规范研究项目,起草编制《煤矿综采工作面总体配套导则》等8项国家标准,已于2019830发布,202031正式实施。二是薄煤层开采完成山西省煤机重点科技攻关项目薄煤层智能化综采关键技术与装备开发,实现薄煤层工作面正常作业条件下地面一键启停、顺槽集中控制、工作面无人操作的目标,获中国煤炭工业科学技术二等奖。三是中厚煤层开采与王国法院士团队合作的国家重点研发计划项目煤矿智能开采安全技术与装备研发结合与彭苏萍院士团队合作的煤矿隐蔽致灾地质因素动态智能探测技术研究内容,在新元矿试验,预计20216月份完成后,将在国内打造类似开采条件下,最先进的透明智能化综采生产案例。四是综采运输关键设备成功研发全球首台套直角转弯刮板运输机,集综采工作面输送、转载、破碎功能于一体,引领煤炭开采技术新方向,获得中国煤炭工业科学技术一等奖。五是绿色充填开采试验盾构机掘进矸石井下就地充填开采技术,可有效解决2.4米小采高条件下密实充填矸石行业难题

掘进工艺与装备方面在新景矿成功应用直径4.53TBM掘进机,两年内累计完成岩巷进尺7500米,最高月进562米,均创国内煤矿应用最高水平。目前,正在试验EBZ200M-2掘锚机煤巷快掘系统和矩形护盾式掘锚机快掘系统。下一步,我们还将试验全国井下首套直径3m的煤矿用小断面TBM掘进机。

煤矿机器人研发应用方面,投资4360万元,开展井下灾变区侦测机器人9项研究,变电站巡检机器人、输电线路巡检机器人已投入使用实现了对变电站的智能实时监控、数据分析和故障预警,具有极大的推广使用价值。

建成全国首座5G煤矿,开启智能化矿井建设新时代

2019527日,召开专家座谈会,开始布局5G下井;95日,联合中国移动、华为公司成立“5G通信煤炭产业应用创新联盟,运用产学研用合作形式探索5G通信技术在煤矿通信、管理、生产、安全、监测等方面的应用落地2020429日,创新联盟在阳煤新元公司完成首个国内煤矿井下5G网络的开通和优化;612日,新华社通过中文和英文,在阳煤集团新元矿井下进行了40分钟的全球5G+智慧矿山现场直播,让人们看到了一个智能化、现代化的煤炭井工生产文明;84日,央视《新闻联播》头条对阳煤集团井下5G技术的运用和实践进行了重点报道。

(一)5G下井的技术创新成效。通过在新元矿的应用与实践,在三个典型应用场景取得成效:煤矿固定岗位无人值守探索测试实现硐室4K高清视频回传、机器人监测数据回传和机器人实时控制。井下综采工作面5G应用探索测试实现地面对工作面采煤机、液压支架、三机设备的远程操作,工作面监控数据、视频回传。井下掘进工作面5G应用探索测试通过5G网络,在新元公司地面调度集控中心,对上海厂房正在调试的智能掘进机,实现了所有动作的远程操控,时延低于50ms,效果超出预期。

三个方面的技术创新取得突破:一是新元公司5G网络拓扑结构,采用MEC边缘计算架构、环网冗余等技术,实现设备安全、网络安全、信息安全,自交换性,并且确保发挥5G大带宽、低时延性能。二是采用网络授时技术,完成了高精度30ns同步授时,解决了井下无法使用卫星定位系统进行精准授时的问题。三是结合井下监测数据上传量大、指令下传量小的特点,将传统的大下载8:2时隙比研发为大上传1:3时隙比,单台基站上行峰值速率达到1100兆位每秒以上,下行峰值速率达到300兆位每秒以上,开创了大上传时隙比的先河。

5G下井的情景展望。通过5G技术在新元矿的实践,我们感觉到,5G在煤矿的意义,将在以下个方面成为可能一是实现监测监控可靠。井下的监测监控系统有海量的数据在上传,如果没有5G通道,监测可以实现,但控制难以实现;有了5G通道,监测监控更加可靠。二是实现三无即:采掘头面无人操作、设备硐室无人巡检、运输车辆无人驾驶。三是实现透明可视化。所有的井下场所都可以在地面显示,管井下、管煤矿变成了管地面、管工厂,管理更加方便、简单。四是实现万物互联。所有的设备运行、劳动用工、材料仓储等全方位物联、全方位管控。五是实现远程协同、运维。现场的信息可以通过5G网络传输到远端,专家通过网络远程协同、专业化运维服务。六是倒逼应用端技术和产品升级。也就是促进控制总线与5G的技术融合演进、催生视频AI软硬件的系统解决方案和各种物联网产品的研发和应用。

三、下一步我们还需要解决以下问题

一是亟待引领构建智能化煤矿建设的标准体系。智能矿山,标准先行。今年2月份,国家八部委和山西省八厅局下发的文件要求,明确了智能化煤矿建设的时间和目标节点;7月份,国家能源局又下发了开展首批智能化示范煤矿建设推荐工作的通知,所以急需标准的支持。

煤矿智能化改造建设标准技术规范,包含了煤矿信息化传输网络等五方面、几十个子系统的建设内容。现在,最前沿的通信、网络技术等,已经迫在眉睫地进入到了生产过程。所以,标准的制定,需要充分考虑系统的庞杂性、适用性和融合性,在合理分类基础上,归纳出逻辑清晰的标准体系,和需要先行制定的门类具体项目。

二是需要通力合作,制定5G+智能化技术标准体系,构建良好的5G+应用合作生态。阳煤集团与中国煤炭工业协会合作,正在研究制定煤矿5G+工业互联网与智能化矿山建设企业技术标准,需要产业链企业广泛参与标准的研究验证工作,共同推进基于5G传输技术的煤矿设备及其智能控制系统的研发。

5G工业应用研发投入大,涉及领域广,应遵循深化试点、总结经验、制定标准、形成体系的原则进行实施。需要政府、行业、企业同时发力,成立更广泛的技术应用联盟,互有重点,互通有无,互相借鉴,共同推动5G工业应用发展。

三是需要改变原有的思维模式和管理模式。智能化煤矿建设中“5G+”技术与煤炭开发利用技术的融合,无疑将衍生出一系列新技术、新业态、新职业、新岗位。传统的技术和管理模式将因此被打破,要积极探索“5G+”智能化煤矿管理的新模式、新规范、新业态,加强煤矿工人的转型培训和培养。

  习近平总书记再次视察山西,提出在新基建、新技术、新材料、新装备、新产品、新业态上不断取得突破的重大要求。阳煤集团将坚决贯彻习近平总书记六新要求,抢滩5G应用新基建,打造全国“5G+智慧矿山行业标杆和标准规范的制定者,以互联网+”重新定义未来采矿行业的新概念,为煤炭行业高质量转型发展做出新的贡献。

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