礦山設備運維的智能化搭建

代業濱

（鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯 017100）

0 引言

龍王溝煤礦作為全區煤炭行業智能化建設的積極倡導者和踐行者，堅持“少人則安、無人則安”智慧礦山建設理念，以“實際、實用、實效”為原則，將科技進步和智能化裝備作為智慧礦山建設的主要途徑，在智慧礦山頂層設計、智能化系統應用、人才隊伍培養、關鍵技術創新，安全生產保障等方面探索出“目標引領+智慧運行+降本增效+本質安全”的智慧礦山建設新路，為建成國內一流智慧礦山提供重要保障。

1 理清思路并制定方案

只有高質量的頂層設計，才能建設高水平的智慧礦山。煤企管理層首先明確“創區域標桿礦井，建智慧礦山”的工作目標，通過組織全礦技術人員全國范圍內多次深入調研、邀請知名專家論證評審，制定了龍王溝煤礦全國一流智慧礦山建設方案，成立了以總經理為組長的智慧礦山建設專班，全面協調人員、資金、技術、人才，全面推進智慧礦山建設，通過全局性謀劃、戰略性布局、整體性推進，實現智慧礦山軟件系統和硬件裝備同步建設和有效集成融合，實現由單系統自動、智能向多系統智能聯動、智慧運行的快速延伸和轉變。

2 堅持因地制宜、優化組織人員

智慧礦山建設并非一朝一夕的事，也并非僅依靠煤礦企業一家就能完成，每個系統和方案都應立足實際、因地制宜，一礦一策、一礦一案開展智慧礦山建設，龍王溝煤礦從基礎設施、智能采掘系統、智能輔助系統、智能機電系統、智能運銷系統、智能物流配送等方面與60 多家廠商合作，共同破解建設、改造中的難題，搭建智慧礦智能化管控體系，優化組織機構設置，累計優化崗位作業人員1000 多人，產能效率提高兩倍以上，通過優化生產工藝，減少生產工序，單班入井作業人員控制在100 人以內，實現了礦井大幅度減人、降低成本、提高效率、總體上本質安全。智能采煤系統如圖1 所示，智慧礦山大數據分析平臺如圖2 所示。

圖1 智能采煤系統

圖2 智慧礦山大數據分析平臺

3 多項創新技術實現降本增效

3.1 智能開采關鍵技術創新

改變了以往智能工作面采用紅外定位技術存在煤機定位信號延時、中斷、跳架等問題，智能化采煤小組通過和德國瑪珂廠家廣泛溝通調研和技術攻關，創新性的在采煤機機身中部外置射頻定位裝置實現對煤機位置信號的精準監測，通過在支架頂梁安裝射頻中繼器實現煤機位置信號同步放大，改進支架控制器射頻信號接收頻率，縮短定位數據的回傳時間，歷經半年調試和技術攻關，在2020 年3 月27 日智能工作面一次試機成功，實現了工作面采煤機的精準定位和智能化開采，煤機定位精度保持在±10 cm 之內，同時在工作面自動調直和自動放煤關鍵技術方面也取得突破，通過工作面增加慣性導航裝置、三維激光掃描儀等導航探測裝備，結合瑪珂智能化采煤控制程序，慣性導航裝置實時采集煤機三維坐標，生成煤機截割軌跡，根據煤機行走軌跡，液壓支架自動修正推移行程，從而實現工作面刮板機的自動矯正；通過支架尾梁和插板油缸安裝行程傳感器以及智能煤巖識別裝置，通過設備自主學習和識別模型動態修正，結合瑪珂電液控程序實現全工作面設定序列、架次、多輪自動放煤，降低放煤工的勞動強度，提高安全系數。

3.2 智能掘進工作面關鍵技術創新

針對掘進工作面自動化程度低、掘進和支護效率低、作業人員多、環境粉塵噪聲大等問題，在2020 年12 月份首次引進MB670 掘錨一體機為核心的掘進工作面快速掘進成套裝備，同年成立礦山智慧掘進聯盟，聯合澳大利亞山特維克公司技術人員積極開展快掘裝備研究攻關，突破了三維可視化遠程集控平臺、自主定位定向、智能精準截割等10 余項關鍵技術，實現大斷面截割一次成巷、按鈕可視化式自動頂幫快速支護、破運一體化連續作業等功能，達到截割、裝載、運輸和錨護的同步平行作業，實現綜合單進400 m/月，掘進工作面由原來的18人減少到8 人。

3.3 智能化無人裝車關鍵技術創新

通過應用AI（Artificial Intelligence，人工智能）、激光雷達掃描建模等多項核心技術，實現對業務車輛位置、車廂內裝貨高度等關鍵信息建模分析以及多場景的智能判斷，實現現場設備自動控制和多維信息提示，裝車配煤時間由原先的2 min/車降低到40 s/車，裝車效率提高一倍以上，直接減少現場操作人員6人，全過程實現智能化無人裝車，為準格爾地區智能裝車站建設起到引領示范作用。

3.4 礦井集約高效開采布局創新

龍王溝煤礦自2017 年以來，對礦井開拓布局、生產系統進行系列優化，實現6 上煤與6 煤開拓大巷聯合布置；6 煤開拓大巷由四條優化為三條，分別為西翼輔助運輸、主運輸和回風大巷，不再布置二號回風大巷；調整礦井生產格局，由“一井兩面”優化為“一井一面”，不再布置6 上煤采煤工作面，為實現“一井一面一千萬”生產目標奠定了基礎。

3.5 智能化人才培養創新

為了適應智能化系統建設需要和智慧礦山未來發展，龍王溝煤礦先后成立“張秀軍防治水害創新工作室、李欣然釘釘創新工作室”和“智慧聯盟”“盧新明博士工作站”，致力于礦井水害治理、釘釘智能移動辦公、智慧礦山系統建設、關鍵核心技術攻關等課題。水害治理方面，龍王溝煤礦通過組合運用“一化、兩振、三鉆、四電”的井上下勘探手段，采用頂底板千米定向鉆和百米常規鉆相結合，實現工作面頂底板網格狀覆蓋探查與治理，同時凝練提出突水系數、底板鉆孔涌水量、底板驗證孔涌水量、驗證勘探鉆孔封孔質量、地表定期巡查、專家安全評價等7 個量化指標，實現工作面安全性評價狀覆蓋探查與治理，該標準在區域水害防治方面起到引領作用。通過“盧新明博士工作站”設立，定期邀請國家標準《智慧礦山信息系統通用技術規范》的主要起草人盧新民教授到礦進行技術指導和方案研究，共同推進智慧礦山軟件系統和智能化系統的深度融合和聯動分析，在2019 年7 月份，龍王溝煤礦通過內部選拔，成立由34 名不同專業的大學生成員組成的“智慧聯盟”，打破專業壁壘，將智慧礦山關鍵領域建設由被動接受生產廠商推廣變為主動研究推進，結合現場需要選擇性的引進先進技術，同時積極與科研院校、設備廠家、通信公司、軟件公司約60 多家單位合作對接，共同開展智慧礦山軟科學課題研究、科技項目攻關，確保智慧礦山建設成果真正能夠在提高礦井本質安全水平，提升工作效率和經濟效益。

4 設備運維智能化管理，讓企業實現提質增效

秉承“少人則安、無人則安”的理念，龍王溝煤礦通過加大對礦井固定設備系統的智能化建設力度，實現井下運輸、通風、排水的遠程自動控制和機電設備、運輸皮帶的智能巡檢，地面選煤廠實現智能干選，汽車裝車站實現智能裝車，煤炭運銷實現各環節的智能化控制和現場無人值守、日最高汽車發運量突破4 萬噸；建成井下無人值守固定場所5 個，綜采工作面直接生產人數由原來的12 人降至5 人，掘進工作面由原來的18 人減少到8 人；地面固定崗位減少40 多人，井下固定崗位減少70 多人，井上下固定場所實現“有人巡檢，無人值守”模式。目前單班下井人數不到80 人，從事安全生產人員不足500 人，在采掘、洗選、銷售等主要業務全部自營的情況下，勞動定員從原初步設計2134 人的基礎上優化至990 人，目前全礦共有924 名職工，真正實現“千人千萬噸”的建設目標。智慧調度指揮中心如圖3 所示。

圖3 智慧調度指揮中心

5 結語

龍王溝煤礦將在現有的智慧礦山基礎上重點建設煤礦智慧大腦和智慧礦山大數據平臺，積極借鑒其他單位智慧礦山建設好的經驗和做法，加強智能化系統協同管控體系建設，積極將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合，在5G+智能透明開采、高效快速掘進、遠程故障診斷、數字孿生技術應用等方面實現創新突破，實現煤礦開拓、采掘、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等過程的智慧化運行，建成國內一流智能化示范礦井。