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全国煤矿智能化建设现场推进会材料之十四——中国煤炭科工集团
字号:[    ] 发布时间:2020-10-30 14:44:58 来源: 发布人:高玉洁

中国煤炭科工集团有限公司(以下简称中国煤科)是国务院国有资产监督管理委员会直接监管的中央企业,是全球唯一的全产业链综合性煤炭科技创新型企业。拥有国家级、省部级各类实验室等133个;承担行业50%以上国家级重大科技项目,85%以上行业技术标准的制定,95%以上国家煤矿用产品的质量检测检验;设计建成我国80%以上大型矿井、选煤厂;研发世界首台9m大采高特厚煤层采煤机、首台8m超大采高液压支架、首套超大运力刮板输送机、首套煤巷掘支运三位一体快速掘进系统、首套综采工作面智能化无人开采系统,引领了我国煤炭工业科技发展。

中国煤科以引领煤炭科技、推动行业进步为使命,坚决贯彻党中央、国务院关于新基建的重大决策部署,全面落实八部委《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,强化煤矿智能化顶层设计,强力关键核心技术攻关,着力打造全国煤矿智能化建设科技支撑中坚力量。

一、构建体系框架,夯实煤矿智能化发展基础

中国煤科较早提出煤矿智能化的发展思路,制定了煤矿智能化建设总体方案,构建了煤矿智能化技术标准体系,搭建了煤炭工业互联网平台,着力打造煤矿智能化创新生态圈。

1.制定煤矿智能化建设总体方案提出一套资源化、场景化、平台化的煤矿智能化一体化解决方案,涉及煤矿大脑、透明矿井、智能开采、智能掘进、智能运输、矿山物联网、智能安全保障、绿色矿山与智能洗选、智能制造等领域,基于泛在网、移动互联、云计算、大数据、人工智能、区块链、虚拟现实等前沿技术,具有主动感知、自动分析、深度学习的功能,形成智慧矿山建设的最优决策模型,实现对煤矿设计、生产、运营等各个环节的安全、高效、智能化控制。

2.构建煤矿智能化技术标准体系建立了科学合理的煤矿智能化标准体系,构建了由180余个标准构成的煤矿智能化标准体系框架,包括总体、支撑技术与软件、煤矿信息互联网、智能控制系统及状态、安全监控系统、生产保障等六个部分。目前完成了智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系”“智能化综采工作面分类、分级评价技术条件与指标体系等标准,启动了煤矿智能化技术标准专项。参与起草的《智能煤矿建设规范》地方标准发布,为山西省煤矿智能化建设提供了技术依据。

3.搭建煤炭工业互联网平台完成煤炭工业互联网平台(煤科云)搭建,平台包括边缘、工业PaaS、应用三大核心层级,在煤矿安全生产、经营管理各类信息大数据的基础上,充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术,为煤炭资源开采价值评估、矿山规划、开拓设计、生产安全、决策管理等进行感知、监测、仿真分析、智能化运行、智慧决策和精细化管控提供新的技术平台和强大工具。

4.打造煤矿智能化创新生态圈专门成立智能矿山研究院、矿山大数据研究院、澳大利亚矿业研发中心等专业研究机构。与中国煤炭学会共同发起成立煤矿智能化创新联盟,构建煤矿智能化---创新生态圈,并组织编制《中国煤矿智能化发展报告(2020年)》。与中国移动、华为、百度、中国电科等世界知名企业联手启动智慧矿山建设战略合作,与中国联通、中国矿业大学(北京)组建地下空间5G技术创新应用联合实验室,充分发挥产、学、研、用一体化融合优势,建立智慧矿山的新标杆。

二、强化创新驱动,引领煤矿智能化发展方向

中国煤科拥有院士领衔的煤矿智能化科研团队、入选科技部重点领域创新团队的煤炭智能化无人开采创新团队,牵头承担了多项国家重点研发计划项目,不断攻克智能地质保障、智能掘进、智能开采、煤矿机器人等方面的核心技术与装备,引领和推动了全国煤矿智能化建设。

1.煤矿智能化设计基于BIM设计理念构建了一个平台、一个模型、一个数据架构的煤炭行业智能化设计解决方案,形成包含煤矿工程设计各专业协同平台、流程管理及标准管理、物料编码、专业工具开发、一键出图、数字化交付、AI智能设计专家系统等的一体化智能设计体系,设计效率提升30%,错漏碰缺减少95%以上。采用云化部署模式,实现全矿井全要素的数字化,为煤矿施工、运维的智能化提供标准数据和三维场景支撑,有效促进智能化技术与煤矿设计、施工、运维的融合。

2.智能地质保障构建了透明矿井地质保障技术体系,研发出高精度探测技术与装备,开发出面向智能开采的透明矿井平台,形成了包含透明工作面综合探测、透明工作面多源数据融合系统、透明矿井三维地质建模系统、透明工作面规划截割系统、透明工作面数字孪生系统、透明矿井云平台等六大体系的智能开采透明工作面一体化解决方案,实现了地质模型与三机信息互馈,提升了智能化开采地质模型精度。在黄陵一矿810工作面采煤机切割剖面的精度提高至150mm以内。在阳煤新元煤矿31004工作面,推采前方25m范围内煤层顶板绝对误差达30mm以下。

3.智能掘进研发的掘支运一体化高效快速掘进系统,包括掘锚一体机、锚杆转载机、柔性连续运输系统,突破掘支运并行作业、掘锚一体化、自动支护、柔性连续运输、远程智能协同控制等关键技术,解决了掘、支、运、控的关键技术难题,构建了掘支运三位一体系统平台,形成了完备的快速掘进作业线,突破掘进效率低和安全性低的瓶颈。实现作业人员减少、劳动强度大幅降低,将巷道掘进并行作业时间由不足25%提高至70%,掘进效率提高至传统综掘的24倍。在神东大柳塔煤矿最高月进尺达3088m,创同类条件下世界纪录。

4.智能开采研制了我国首套煤炭综采成套智能系统,突破了综采工作面少人、无人开采技术,实现可视化远程干预开采,开创了有人巡视,中部跟机的智能化开采1.0阶段,在黄陵建成了我国第一个智能化工作面(工作面内12人巡视)。在可视化远程干预模式基础上,升级智能主控软件,攻克工作面自动找直技术,在转龙湾煤矿实现300m长综采工作面直线度偏差不大于500mm,推动智能化开采进入自动找直,全面跟机的智能化开采2.0阶段。目前正着力打造无人巡视,远程干预的智能化开采3.0,在工作面精准三维地质模型的基础上,突破三维激光扫描技术和数字化截割路径规划技术,已在神东榆家梁煤矿开展试验。

5.智能运输突破井下物料自动装卸、智能控制系统检测等技术,实现了主煤流系统协同联动、异常状况应急处理等功能,有效减少主运输系统作业人员,确保连续、安全、稳定运输,实现岗位无人值守。基于井下精准位置服务系统建立了辅助运输车辆智能管理及综合调度系统,无轨胶轮车初步实现远程控制,无人驾驶、远程故障诊断、大数据调度管理等新的物流配送模式,大幅提升煤矿辅助运输安全保障程度。在运输机器人技术、防爆高级驾驶辅助技术、煤矿智能物流技术、高级检测技术等方向展开攻关,全面推动各类运输系统向煤矿智能物流系统转变。

6.智能安全监测控制突破环境智能感知、电磁干扰、数字总线等先进技术,实现监控设备数字化、智能化以及高可靠性,监控数据上传时间缩短至毫秒内,异地断电时间由原有标准的60s缩短至5s内,井下实现多系统融合与应急联动。以监控设备智能化、微型化、低功耗、自供电、自定位、标准化为目标,以智能感知、位置服务、边缘计算、云计算应用为平台,打造矿山类北斗全坐标体系位置服务和一体化矿山物联网两大智能化基础体系,实现矿井安全智能管控。通风、排水、降(防)尘、防火和矿压监测等智能化系统实现了超前预测和报警、自主智能控制,数据监测准确率达95%,灾害预测准确率达90%以上,为瓦斯、冲击地压等灾害多维度、全方位、精准感知和智能管控提供决策依据。煤矿智能安全监测监控系统市场占有率达70%以上。

7.智能化洗选提出了智能无人选煤厂整体解决方案,实现选煤厂主动感知、自动分析、快速处理,无人、少人值守的订单化生产管理。研发了应用智能识别、智能重介、智能加药、智能压滤、智能巡检、智能视频识别、生产管理执行系统;开发了选煤厂生产与设备物联信息系统、选煤厂设备智能查验与检修系统、流媒体通讯系统、选煤厂移动可视化协作平台等智能选煤厂相关产品,实现选煤设备智能运行与运维、状态智能监测、过程智能控制、工艺参数智能设定、管理智能精细和决策智能调节。红柳林选煤厂设备巡检人员减少70%,能源消耗节约≥3%,配电室岗位减少60%,设备故障停机率减少≥50%

8.煤矿机器人围绕掘进、采煤、运输、安控、救援等方面开展煤矿机器人研发并取得初步成效。研发的掘进机器人,具有掘进全自动自主作业、巷道环境主动感知、远程智能监控等功能,爬坡能力优于20°,机身定位精度控制在±5cm,最大截割宽度可达6m,最大截割高度可达5m,截割边界控制误差小于10cm,综掘面人员可减少至3人以下,掘进效率提高1倍以上。研发的两臂锚杆支护机器人,实现一键钻孔、装药、安装锚杆、紧固锚杆、锚杆与药卷连续供给等全过程自动化。研发的采煤工作面巡检机器人已在煤矿井下试验,最大巡检速度60m/min,三维点云模型实测精度0.2m360m综采工作面直线度控制在±50mm。研发出中央变电所、水泵房轨道巡检机器人,具备热像、图像、噪声、气体、烟雾、人员等参数检测监测功能,实现了自主导航、定位、回充、避障和除尘。研发的煤矿井下智能巡检无人机,实现自主飞行、自动巡检,实时上传沿线音视频和相关数据,快速进行故障诊断。研发的瓦斯抽采钻孔机器人,突破一键全自动钻进、智能防卡钻、姿态自动调节、大倾角自动上下钻杆及无线遥控等先进技术,实现井下钻孔作业减人50%以上,效率提高20%以上。研发的智能选矸机器人,采用机器视觉、深度学习和智能控制技术,煤矸识别精度可达90%,矸石定位精度控制在±5mm,矸石抓取率大于85%

9.煤矿井下5G技术围绕井下5G通信技术网络架构、井下5G无线网络覆盖技术、承载网络需求等开展研究,研发SA/NSA组网的矿山专用5G无线通信系统,首批取得了煤矿安全标志认证。系统由核心网云平台、地面5G基站、矿用隔爆型远端汇聚站、矿用隔爆兼本安型无线基站、矿用本安型信号转换器、矿用本安型手机等构成,为煤矿提供高可靠、高带宽、低时延,自组织的无线通信应用平台,满足煤矿井下语音、视频等大流量数据的基础传输需求,促进增强现实和虚拟现实技术在煤矿的应用。

10.智能制造在点(智能单元)、线(智能产线)、面(数字化车间、智能工厂)层面全力推进智能制造,建成7条智能化生产线、12个智能制造单元,在建及计划建设智能产线及智能单元分别为6条、10个。建成了柔性加工数字化车间及电液控换向阀柔性智能装配生产线,实现主阀加工无人值守全自动连续生产;集成了机器人技术、智能视觉检测技术、自动拧紧技术、RFID技术等,实现了整体电液控换向阀、液压阀芯装配、液压阀高压球式涨堵等柔性智能装配及一键生产。改造升级的螺旋钻杆智能焊接生产线优质品率提高至98%,综合生产效率提高22%。建设的托辊智能化柔性生产线实现了托辊生产及物流自动化,全线人员减少70%,人均效率提升150%

三、面向现场需求,打造煤矿智能化建设新标杆

中国煤科为国家能源集团、中煤能源集团、陕煤集团、山东能源集团、同煤集团等众多国内煤炭企业的智能化建设提供了技术支撑,形成了智能化开采工作面建设、智能化煤矿建设等一批可供煤炭企业借鉴的应用案例与设计方案。

1.智能化工作面建设建立了薄及中厚煤层智能化无人开采、大采高工作面智能耦合人工协同高效开采、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤及复杂条件智能化开采模式,涵盖了薄煤层、中厚煤层、大采高、放顶煤及复杂地质条件的煤层开采。全国已建成的330多个智能化工作面,超过一半是中国煤科进行的技术支撑,实现了由粗放生产到精益生产、高质量发展,整体减少井下人员20%以上,设备运行效率平均提高30%,年成本下降10%以上。伊泰宝山矿4104薄煤层工作面操作人员从原来的10-12人减少到5-6人,铁法小青矿N2407中厚煤层工作面作业人员由12人减少至3人,东滩矿6306大采高工作面生产过程中比传统开采减少8人,王家岭矿12309综放工作面人均工效提升24.8%

2.张家峁智能化煤矿建设张家峁煤矿复杂巨系统示范矿井建设项目,涵盖了井下、地面、安全生产等10个大系统,49个子系统。基于全局优化、区域分级、多点协同控制模式,建设运营一大脑,矿山一张网,数据一片云,资源一视图和八大应用系统。通过煤矿工业互联网平台搭建、智能综合管控、高速信息传输与人员设备高精度定位、智能化开采与快速掘进,煤矿机器人应用,实现全矿井92个在用系统的集成和优化,矿井数据利用率提升50%以上,井下人员、车辆静态30cm、动态1m的精确定位,综采工作面人员减少至9人,效率提升30%,掘进月进尺突破2000m,井上下23个机房硐室,66个操作岗位的有人巡检、无人值守

3.巴拉素智能化煤矿建设巴拉素煤矿是中国煤科全力打造的新建矿井智能化样板工程。构建了10大系统、48个子系统,共计156个建设项目,融合5G通信、大数据、智能控制等技术,全力打造综合管控系统及大数据平台、5G通信网络及精准位置服务系统、地质保障及4D—GIS动态信息系统、采掘工作面智能协同控制系统、井下环境感知及安全管控系统、固定场所无人值守智能管理系统等十大智能化系统和统一平台框架、双层数据融合、全程闭环反馈、两级协同管控“1212”智能化运行平台。项目总体方案进入实施阶段,已在井下开通了5G网络,实现了基于5G网络的4k高清视频回传和井上、井下指挥互动。整个项目将在20219月全面建成并投入运行,巴拉素煤矿智能化管控平台接入点将增加5万个以上,数据传输率提升50%以上,端到端数据延迟小于5ms,全面实现矿山多专业、多部门系统作业和信息化管理。

4.天地王坡智能化煤矿建设山西天地王坡煤业隶属于中国煤科,于201910月启动了智能化建设整体方案的规划设计,以生产价值链条为主线,有机融合了中国煤科煤机装备、安全技术与装备、设计建设、示范工程等产业板块,利用互联网、5G、人工智能、云计算等技术,打造基于煤科云工业互联网平台的智慧大脑,实践中国煤科煤矿智能化一体化解决方案。智能化建设分设备层、网络层、边缘层、IaaS层、PaaS层、SaaS层六个层次展开,共包含23个大系统,86个子系统。通过智能化建设项目,实现采煤自动化、工作面透明化、平台智能化、运营管理全面信息化、生产安全可靠、决策支持高效,可实现井下作业人数从600人减少至450人左右,践行了煤炭资源开采的安全、高效、智能、绿色理念。

作为保障国家能源安全、引领煤炭行业科技进步的中央企业,中国煤科以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,积极践行新发展理念和能源安全新战略,以强化创新驱动,打造煤矿智能化科技创新排头兵为总体方向,着力解决煤矿智能化建设中遇到的实际难题,为煤炭行业高质量发展提供科技支撑,建设集研发-生产-服务于一体的顶级煤矿智能化创新基地,成为煤矿智能化一体化解决方案的实践者和引领者!

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