智能礦山建設實踐及關鍵技術

王龍洛 付陽 臨沂會寶嶺鐵礦有限公司

隨著“中國制造2025”和“互聯網+”的強國政策深入實施，對于能源型企業來說，信息化與工業化的深度融合、促進傳統產業轉型升級，勢在必行。聚焦國家及地方政策導向，加快煤礦智能化發展，實現智能化、無人化運行，是煤炭企業未來的發展目標。

一、智能礦山概述

智能礦山以信息化建設為基礎，以自動化建設為手段，融合5G 通信、物聯網、云計算、大數據、智能傳感、人工智能等先進技術，最大程度地減少井下作業人數，改善礦井員工作業環境，提高工作效率，并打造跨系統多維度的數據分析平臺，為管理層制定礦井發展方向與決策提供可靠數據支持。智能礦山建設技術架構，其包括感知層、傳輸層、數據層、平臺支撐層和應用層。感知層將前端感知的視頻監控數據、安全監測數據、生產自動化數據等通過串口、網關、PLC、綜合分站、移動設備等進行集中采集。傳輸層利用井上下工業環網、視頻專網、4G/5G 無線網絡等對感知數據進行傳輸。數據層按照統一標準對感知層數據進行分類存儲。平臺支撐層基于實時數據和業務需求進行數據抽取、數據可視化、大數據分析等，提供基礎技術支撐服務、數據管理支撐服務、數據共享與交換服務、應用與分析支撐服務。應用層提供面向業務應用的服務，主要包括基于時空GIS“一張圖”的安全監測系統、基于時空GIS“一張圖”的生產監控系統、生產執行系統、經營管理系統及綜合決策大數據分析系統，并通過調度大屏、PC 應用端、門戶網站、移動APP 等方式進行展示，PC 應用端、門戶網站和移動APP 均可基于權限控制實現煤礦不同用戶需求。

二、智能化建設規劃基本思路

（一）單機裝備的智能化建設

整個工藝鏈條是由若干獨立生產單元組成，而針對每個獨立生產單元又是諸多功能設備的組合體，因此若實現整體智能化藍圖，則單機裝備的智能化就是先行基礎。實現單機裝備的智能化，理論上智能煤機應該具備以下特征：

1）具備深度感知能力。實現智能，感知是基礎。不但要做到其本身狀態的實時自檢、實現功能的質檢，還應與上游關聯設備運行狀態、物料或介質流瞬變信息等，形成一定的工業預判或建立起數據共享機制。

2）具備記憶與思維能力。針對記憶的設計需區分設備本身數據積累和實現功能質量數據積累2 個主要部分，設備自身運行與狀態數據是為設備全壽命周期管理和故障診斷預判體系服務的；實現功能質量數據則是為工藝調整的智能決策服務的。針對思維能力，則是最基本的預判分析能力，也是核心需求。不但要預判設備的運行狀態及故障并分析應對的處置策略，還要提前預判上游物料及介質流變化并分析應對的生產策略。

3）具備行為決策能力。對于基本的思維預判分析結果，在充分驗證復核后，必須得實際解決問題。針對設備本身的運行狀態出現偏差，必須采取對應閉環糾偏調節；針對設備本身故障，得按照故障等級采取對應的緊急保障措施；針對上游物料及介質流變化，得提前調節對應的工藝參數保證功能質量。在行動方案得到有效決策后，對應的執行機構應該快速有效的得到監督執行，進而才能達到預期效果。

4）具備自學與自適應能力。設備的固定功能容易實現，但后期的特殊情況則較為復雜。在智能化實現之前基本都是人為決策，雖然過程控制不一定精準，但也不易出現生產質量等其他問題，智能化實現之后在無須人為干預的情況下，如出現特殊情況就必須得要求其實現類人腦功能，自動修改工藝參數以改進過程控制，使得質量控制范圍達到最佳或至少是容許范圍內，并做到設備安全可控，甚至在該類似問題再次發生時必須自動識別并有效從容應對。

（二）多機裝備的智能化協同

在單機裝備實現智能化的基礎上，需進一步有效開展獨立生產單元的集成整合，因此建立健全相關標準體系、開發智能一體化管控平臺等相關工作，將是實現多機裝備智能化協同的宏觀要求。當然，受單機裝備智能化升級進程的制約，相關標準體系的建立和智能一體化管控平臺的開發等相關工作，一般將會與其同步開展并配合實施。在平臺建立、智能單機裝備之間形成互聯互通關系的同時，關鍵問題是怎么協同，這里就涉及了“智能決策”的問題，只有真正意義上的智能決策或智能輔助分析決策有效應用的情況下，才能真正做到一鍵智能化生產的終極目標。

三、智能礦山建設需攻堅的關鍵技術

（1）采煤機自主割煤技術，特別是煤巖識別、采煤機與液壓支架數據交互、機器人巡檢等技術。

（2）連采機自主割煤技術。特別是連采機定姿定位技術需進一步優化，實現連采機自主生產，提升巷道掘進工程質量和掘進效率。

（3）移動設備人員接近探測技術。在掘進工作面移動設備上加裝360°全景影像輔助識別設備，當監測到掘進設備周圍有人員接近時發出警報，避免人員傷害。

（4）無線傳感技術。如設備無線溫度、振動等狀態監測技術，工作面環境無線監測技術等，以減少人員工作量，保證現場作業安全。

（5）智能油脂集中潤滑、集中加油技術。根據油位、油壓、油質等監測數據，實現自動加油或注油，減輕現場工作人員的勞動強度。

（6）井口智能安檢技術。通過建設安檢系統實現人員和車輛管控、車輛重點部位識別、下井人員和車輛記錄、車輛闖紅燈拍照記錄等功能。

（7）梭車無人駕駛技術。在梭車上方安裝激光雷達，基于先進算法，實現梭車自動定位、自主建圖、路徑規劃。中央控制器不斷采集角度傳感器、速度傳感器、堆煤傳感器、人體感應傳感器數據，對數據進行分析處理后發出控制指令至執行系統，實現梭車接煤、運煤、卸煤各環節自動運行。