神東布爾臺煤礦智能化建設路徑及安全高效管理措施探索

楊真，蘭云峰，廖志偉

（內蒙古鄂爾多斯市神東煤炭布爾臺煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

推進煤礦智能化建設是貫徹落實國家“十四五”規劃智慧能源建設的重要內容，也是煤炭企業實現高質量發展的必由之路。對于布爾臺礦而言，2021 年是智能化建設的關鍵之年，同時也是充滿挑戰和機遇的一年。以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，把握政策先機、發揮自身優勢，抓住這次轉型發展的機遇意義重大。以“智”賦能內涵式發展縱深推進，著力提升采煤、掘進、供電、主運輸系統等方面的智能化建設，探索出了一條快速、高效建設智能化煤礦的新途徑，為煤炭行業智能化建設提供了布爾臺礦方案，實現煤炭開采利用方式的變革，提升煤礦智能化和安全水平，促進煤炭行業高質量發展。

1 布爾臺礦智能化建設成果及現狀

1.1 綜采智能化建設，形成“一中兩初”智能化綜采工作面布局

2020 年5 月，智能綜采工作面開始建設，僅用16 天完成綜采智能化工作面硬件安裝及中部記憶割煤調試、17天實現中部自動拉架調試、25 天完成中部割煤步序和端頭三角煤斜切進刀步序的切換及停機換向精確性優化、35 天就建成了神東公司復雜條件下的智能化綜采工作面。實現記憶割煤、自動收打護幫板、跟機拉架、自動推溜等功能達到初級智能化水平。

2021 年初，布爾臺煤礦聚焦智能化“提檔升級”目標，制定了“一個升級、兩個建設”（即完成22207 綜采中級智能化升級目標，實現42203 和42108 兩個放頂煤工作面初級智能化建設目標）綜采智能化發展規劃，三個工作面同時發力，僅僅用了39 天時間，將3 個采煤工作面100%實現智能化。其中，22207 綜采工作面建成中級智能化工作面，實現“協同作業+有人巡視+遠程干預”模式的常態化應用。42108 和42203 綜放工作面建成初級智能化工作面，實現“自主拉架+記憶割煤+跟機干預”模式的常態化應用。已形成“一中兩初”智能化綜采工作面布局，綜采智能化“一個升級、兩個建設”目標提前完成、邁進新階段。目前，3 個智能化工作面已經形成中級智能化和初級智能化對比、國產電控系統和進口電控系統智能化對比、放頂煤支架和綜采支架的智能化對比、支架紅外識別系統和射頻識別控制系統等多維度對比，為煤炭行業綜采智能化的安全、高效建設提供了布爾臺礦方案。

圖1 智能綜采工作面全景視頻系統畫面

圖2 智能綜采工作面支架自動拉架

圖3 智能綜采工作面自動割煤中

1.2 智能掘進系統建設，推行“三化三配套”快速掘進智能運行新模式

統籌推進高效快速掘進線建設，緊扣關鍵工序重點崗位，全方位引進機器人，逐步由“機械化換人”向“智能化無人”邁進。

基于裝備成套化、監測數字化和控制自動化的“三化”理念，遵循幾何尺寸配套、設備能力配套、動作時序配套的總體原則，我礦采用“掘錨一體機+錨桿轉載機組+大跨距橋式轉載機+兩臂錨桿鉆機+機器人群”的協同配套快速掘進模式，引進智能鉆錨機器人、智能鉆探機器人、開槽機器人、管路抓舉機器人，實現了掘進工作面所有工序作業的智能化和少人化，全流程無人工作業，有效降低了勞動強度，保證了作業安全。目前，該套技術應用于42206 輔運順槽工作面，掘進效率提高60%，試用階段達到月進960m 的水平，正常運行后可突破月進1000m 的水平，創造同類條件和裝備的新紀錄。

引進錨桿轉載機組。該機組集錨桿錨索支護、轉載、破碎、履帶行走于一體，采用橫向伸縮臂及可整體升降工作平臺，實現了巷道內不同高度、不同角度錨桿錨索的機械化作業施工，通過與掘錨機進行合理的掘、錨作業分工，有效突破了掘進工作面支護量大導致掘進效率低的瓶頸。

推動機器人群建設。采用具備自動行走、定排距、瞄準、裝填、鉆錨等功能于一體的兩臂組合式智能鉆錨機器人，代替人工支護作業，單根錨桿支護時間由5min 縮短至3min，支護效率提升40%，減員率達50%。引進智能鉆探機器人、開槽機器人、管路抓舉機器人，解決掘進工作面人工鉆孔、掏槽、起底、管路安裝等勞動強度大、作業環境差和危險系數高的問題，極大解放了勞動力。

圖4 高效智能掘進工作面

創新掘進順槽砼底板方式。運輸方式由工程車升級為防爆罐車，工程量由原來的每人每班4m3提升至目前的每人每班10m3，效率提高2.5 倍。另外，采用罐車運輸，有效解決了混凝土離析嚴重的問題，作業點鋪砼人員減少33%。同時針對目前鋪砼尚需人工操作的問題，正與有關專業廠家合作研發混凝土攤鋪機器人，屆時掘進工作面包括混凝土攤鋪作業在內的所有作業工序實現自動化。

1.3 多措并舉，形成“穩定可靠”智聯主運系統，實現無人值守

依托神東生產管控平臺建設地面集控室，在膠帶機驅動部、卸載部等關鍵部位安裝智能視頻監測裝置，建立視頻監測智能分析預警系統，同時引進主運輸智能巡檢機器人代替人工巡檢，對膠帶機跑偏、堆煤、異物卡阻、越界偵測、區域入侵等異常情況進行實時監控、智能判斷、彈屏報警、停機；安裝金屬探測裝置，應用電磁探測技術對煤流中的鐵器進行實時監測、智能判斷，根據鐵器大小發出預警或停機信號，并聯動除鐵器自動除鐵；引進膠帶機負載和視頻智能調速、空載檢測、鋼絲繩輸送帶無損檢測、設備狀態在線監測智能分析、順煤流啟動和自動潤滑等系統，替代原有固定崗位人員人工感知；值班人員通過監控畫面、智能視頻分析及語音預警系統實時監控井下設備運行情況。

1.4 引領行業新技術，多維度打造安全、經濟、高效、快捷智能供電新模式

引進架空線路供電鐵塔可調基礎加固技術，改變了傳統線路桿塔遷移治理方式，有效防范采空區地表塌陷造成的倒塔斷線風險，確保了供電可靠，同時每年可減少桿塔遷移工程費用約8525 萬元，經濟效益顯著；引進智能型防爆高壓柜，實現高壓柜分合閘及地刀動作可視化遠程控制、斷路器手車遠程電動投退、動靜觸頭溫、濕度實時監測，減少檢修開蓋掛接地線工序，提高了電氣作業的安全性和工作效率；采用電力載波技術，實現移變、饋電低壓遠程漏電試驗，達到了減員增效保安的目的；自主開發推行高壓停送電“電子兩票”，有效解決兩票填寫、辦理、執行中存在的效率低、錯填、漏填，以及現場執行不到位的問題；引進變電所巡檢機器人，實現了對供配電要害場所運行全天候巡查和智能監測預警；安裝要害場所門禁系統，實現人員進出智能管理、巡檢考勤、緊急可視通話；采用PLC軟冗余技術對主通風機核心控制器進行智能化改造，實現輕故障報警、重故障一鍵切換功能，同時對風機要害部位進行遠程可視化升級，達到風機遠程切換“數字孿生”效果，實現了主通風機無人值守。

圖5 一體化管控平臺主運系統控制界面

圖6 一體化智能管控平臺供電系統控制界面

2 布爾臺礦智能化建設主要經驗

從起步晚到敢超越，布爾臺礦在轉型升級的道路上秣馬厲兵，努力探索高效、高質量建設智能化工作面的新途徑及常態化使用方案。在2020 年上半年，布爾臺煤礦提前進行智能化工作面布局和規劃，礦井攻克了員工求穩守成思想帶來的抵觸情緒和斷層影響造成的生產任務緊迫等一系列難關，在短時間內實現了智能工作面從無到有的突破，建成了作為神東煤炭集團在復雜地質條件下的智能化綜采工作面。其探索、建設及后期的智能化升級都具有開創性意義，為復雜礦井智能化工作面建設積累了寶貴經驗。

2.1 項目建設前期：凝聚思想共識、超前制定項目規劃，統一行動

一是統一思想、統籌規劃、提前準備自動化實施改造前期設備、備件、傳感器等各項基礎準備工作。二是統一部署、分解任務，明確每個項目的日推進計劃，實行日跟蹤、周通報制度，對當周完成情況和下周計劃進行詳細安排，確保每項工作穩步、快速推進。三是針對制定的計劃，按照五定原則進行緊密落實。

2.2 項目建設中期：持續跟蹤落實、分步推進、形成項目閉環管控

項目建設實施中期，布爾臺煤礦從五個方面入手加以保障：一是從設備狀態方面著手，開展支架專項整治活動，大幅改善支架狀態，提前分解部分工作量。二是聚焦智能化備件準備環節，多渠道領用、收集所需新舊備件，做好調試及改造工作。三是合理安排檢修和生產時間，將傳感器安裝和調試穿插在每次預防性和日常檢修中，將部分調試安排在各生產班期間，合理利用空隙時間，碎片化實施；同時為確保調試進度不停滯、不間斷，選擇每日中班整班跟班調試，驗收當天檢修班整改情況，同時為次日調試做好準備，及時進行中班整班調試總結，遇到問題現場立即制定對策、協調解決；夜班進行重點調試任務安排交接，確保每日調試進度持續進行、不停滯。四是積極推廣應用新程序，并根據地質條件，對自動化程序按需改良，確保使用效果。

2.3 項目建設后期：不斷改善提升、常態跟蹤，形成全員合力，保持并不斷改善智能化運行效果

一是從使用層面找到保障智能化工作面常態使用、動態保持的平衡點。智能化建設完畢進入常態化使用后，機關和區隊每日從系統查看、分析自動化運行基礎數據（如采煤機角度、行走、紅外接收傳感器完好情況、紅外識別軌跡、電源、電壓、自動化通訊、數據上傳等完好情況），制定傳感器損壞到處理完畢不超過2 天，個別傳感器異常不超過2 處等特別規定條例，確保影響自動化使用的各類基礎傳感器問題得到及時修復和整改，防止工作量堆疊造成整改困難。二是確保重要問題能夠得到針對性、及時、重點檢修。生產期間，由采煤機司機、跟機補架人員全程記錄采煤機、支架自動化存在的其他問題，將統計的問題第一時間發至微信群里，為檢修人員提供第一手資料，給支架檢修人員提供檢修方向和參考。三是根據地質條件變化，合理錯開降架和抬底動作，有效降低備件異常損耗及對智能化應用的影響。根據地質條件變化，動態優化支架各部位動作參數，如支架自動化參數設置方面，起初為考慮提高支架拉架效率并減少浮煤堆積，設置降架的同時進行抬底，但在地質條件起伏大時，出現推拉桿容易受力斷裂的情況，備件損耗大且影響自動化率；經過現場分析和優化，我們合理減少降架和抬底的重合時間，將降柱時間修改為7s，降柱5s 后開始抬底，減少推拉桿不當受力。抬底時間設置為11s(降柱2s、拉架過程9s），推拉桿頻繁損壞得到治理。四是不斷完善自動化措施，確保現場安全，自動化應用、生產保障同步兼顧。先后制定《綜采工作面自動化生產安全技術措施》《自動化割煤人員行走及站位的補充措施》，規范自動化工作面人員操作，降低人員操作差異化干預因素，工程質量大幅提高，為自動化調試期間、生產任務的順利完成提供了可靠保障。

2.4 項目建設和維護過程中的激勵措施：正向激勵、多措并舉、共同受益、打造品牌效應

公司、礦、區隊班組3 個層面進行獎勵。一是公司獎勵按照生產管控平臺的完全自動化率計算數據，對高于公司規定（自動化率80%）的部分進行獎勵；從2020年6 月份智能化工作面建成后，累計收獲智能化應用獎勵89.5 余萬元。二是礦層面按照自動化使用率分檔進行獎勵，規定自動化率達到60%、65%、70% 及以上時，割煤產量單價分別增加5%、10%、15%，自動化率低于60%以下的，按照普通回采工藝單價結算。從2020 年開始執行自動化激勵政策以來、較常規割煤生產，累計增加工資總額180 萬元。三是區隊將自動化率使用任務合理分解各班組，將自動化率使用和績效考核掛鉤管理，其中日常績效掛鉤比例60%，自動化率績效掛鉤40%，各班組根據自動化率計算績效總得分。如當日自動化率80%，得分為60+40×0.8=92 分，最終通過班組將自動化使用情況的考核進行落地。

3 布爾臺礦智能化建設成效分析

布爾臺煤礦是神東煤炭集團的主力礦井，受制于相對復雜的地質條件，新工藝、新技術的應用往往面臨更多困難和挑戰。在礦井智能化建設相對滯后的背景下，礦井領導干部以上率下、團結一致，統一思想，凝聚合力，攻克了員工求穩守成思想帶來的抵觸情緒和斷層影響造成的生產任務緊迫、保供壓力大等一系列難關，礦井智能化建設成效明顯，取得一系列可喜成績。尤其是作為神東公司地質條件相對復雜的礦井，僅用35 天就建成首個智能化綜采工作面—22207 綜采智能工作面。其智能化綜采工作面的探索、建設、升級都具有開創性意義，特別是穩定運行以來，安全生產成效卓著，形成了自動化率高，故障率、材料消耗持續降低，生產效率、直接工效和員工工資穩定增長的“一高兩低三增長”的良好局面；綜采工作面自動化率平均高達88.8%，長期居于行業前列；故障率同比降低10.8%、配件消耗降低22%。依托自動化割煤，單班生產作業人員從11 人減少到6 人（累計減員18 人），直接工效增長16%，員工月工資增長21%；累計推進3884.5m、完成產量551.9 萬t，單產水平增長4.5%，創下了單日割煤21 刀，完成產量19340t 的智能化綜采工作面新紀錄。不僅扭轉了員工對“智能化就是花架子”的思想，而且為全行業煤礦復雜條件下的智能化工作面建設提供了重要參考依據。

4 結語

智能化建設是一個不斷探索、不斷研究嘗試的過程。同時也是一個不斷發展、不斷進步的過程。布爾臺煤礦在礦井智能化建設中取得的成績以及在建設過程中對智能化的不斷探索，為煤炭行業智能化建設積累了寶貴經驗，探索出了一條可復制的快速、高效建設智能化礦井的新途徑?？偨Y起來就是：正確站位、轉變思想、仰望星空、堅定自信、腳踏實地。我們要做好智能化建設，就要站在新的歷史起點上，以發展的眼光謀劃發展新格局，用思想上的破冰推動行動上的突圍，抓住時代發展的機遇，敢想敢干堅定信心，同時腳踏實地，讓夢想照亮現實。布爾臺煤礦正凝心聚力、砥礪攻堅，繼續在智能化建設的道路上再揚帆、再加速，為我國礦井高質量發展引擎不斷注入新的動力，以推動煤炭行業更快、更穩、更好發展。