2020年02月23日 星期日
中国矿业报订阅

势不可挡,矿业智慧革命到来

——从矿山智能化角度看未来矿业发展

2019-12-23 10:31:25 来源:中国矿业报 本报记者:张继勇

“走吧,老李,该巡检去了。”老王像往常一样,手提矿灯招呼着老李。因为两人一起进的矿,两人的工段又差不多紧挨着。多少年两人都是搭伴入井。

“不好意思,老王,以后要跟您拜拜了,我‘下岗’了,以后不能和你一起下井了。”老李笑嘻嘻地说道。

“下岗你咋还能这么高兴?你逗我玩儿的吧。”老王好奇地追问起来。

这是发生在梅山铁矿的一幕。老李还真没骗老王。该矿自布料机器人上阵以来,就有越来越多的工人从这一工段撤下来,被分到了没有噪音、没有粉尘困扰的岗位上去了。

国家支持,政策引导

现代矿山将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与开发利用深度融合,形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统,实现采掘(剥)、运输、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行。成为具有高科技特点的新产业成为现代矿山发展的共识。

2016年,中共中央、国务院出台的《关于推进安全生产领域改革发展的意见》提出,推动工业机器人、智能装备在危险工序和环节广泛应用,运用大数据技术开展安全生产规律性、关联性特征分析。

随后国家安全监督管理总局(现应急管理部)发出的《关于推动安全生产科技创新的意见》提出,在金属非金属矿山井下危险岗位主运输系统和固定设备实现无人值守、安全巡检、地压监测监控、移动生产设备远程遥控、井下安全生产监测监控和集成管控一体化系统平台建设、矿山安全生产物联网建设等方面深入推进安全生产两化融合建设。

从中不难看出,国家制定的一切举措无非是让矿山工人从不利于身体健康的岗位中解放出来,让矿工工作和生活更加安全美好。

大势所趋,必由之路

目前全球矿业正经历着一场新的智慧革命。物联网、大数据、人工智能等技术和矿山的结合越来越密切。

其中,最重要的环节是将矿工从艰苦的工作环境中解脱出来,由“前线”转为“后方”,变成各类机器设备的“统领者”。降低工人的劳动强度并真正实现了“少人则安、少时则安”。

矿山生产模式不断更新,采矿工程迈入遥控化、智能化乃至无人化的阶段,选冶过程全面实现自动化,并逐步拓展到智能化阶段;运输过程也引入无人化概念,从勘探数据到储量数据,从产量数据到运营数据,矿山大数据正逐步展露出强大的生产力。

智能化减人,机械化提效

在洛阳钼业的三道庄矿,一线工人早晨告别家人来到矿山上班,坐在干净整洁的办公室,手持类似于游戏手柄的操作杆,操控着位于千米之外的采矿一线的挖掘机实施装载作业,而满载着矿石的无人运输卡车井然有序地行驶在矿区蜿蜒盘旋的矿道;下班后一尘不染地回到家中,与家人一起共进晚餐。这完全改变了以往矿工灰头土脸、矿山高危的形象。

同样在陕西的韩家湾煤矿,该公司新引入的迈步式自移列车,采用电动控制液压动力,列车与轨道互为支点,具有轨道免拆装、管缆自动伸缩、多架分组遥控等功能,减少了高风险工作流程,实现了少人则安的目标。

山西同煤集团与共和国同龄。1952年,新中国煤炭行业使用的第一代采煤机在大同矿务局永定庄矿6号井投入使用,终结了煤矿工人使用镐头和铁锹采煤的历史,使落煤和装煤实现了机械化。

1978年,大同矿务局派出一支学习交流团,走出国门学习当时先进的综合机械化采煤技术,并从日本引进了8套采煤设备,分给大同矿务局两台,分别落户云冈矿和晋华宫矿。

一键启停、远程集控、自动采煤……近年来,随着信息化、智能化建设的深入推进,诸如此类的关键词和智能化工作面相伴而生、持续升温。“一键启停”究竟是如何实现的?以前这些懵懂的词汇在同煤集团一一得到了解答。

如今在同煤集团同忻矿8202智能化工作面,井下2000米长、200米宽的采煤工作面上,60多个高清摄像头,1500多个传感器,把采集到的数据实时传输到地面,实现了顺槽中心和地面调度指挥中心的一键启动与远程操控采煤。

依托智能化综放开采设备和技术,同忻矿做到了用设备替代人工,将采煤工效提高到了88吨/工,同比提升了42%;同时将顶煤回采率提高到87%以上,生产能耗较以往降低了5%以上,背后的安全效益与社会效益更难以衡量。

塔山煤矿1500万吨智能化综放工作面是国家“十三五”资源领域重点研发计划重点专项“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”项目工程,通过“在线监测、一键启停、顺序启停”等功能,完全实现工作面“以自动控制为主,远程干预为辅”的自动化生产模式,达到了“无人跟机作业,有人安全巡视,地面远程操控”的目标。

如今井下一排排电液控支架,改变了过去人工支护的传统工艺。庞大的采煤机就像好莱坞大片中的“擎天柱”。随着机器的轰鸣声,一片片乌金应声而落,自动装置不时地根据采煤机的走向自动跟机移架,胶带输送机、破碎机、转载机等设备,自动自发地前行、推溜、传输。偌大的工作面看不到几个工人的身影,所有的操作指令都是从几十米外的集控中心发出的。

“以前从没想过坐在集控室里就能采矿,现在我们矿工真的是今非昔比,在井下的工作时间越来越短,在井上的时间越来越长,有更多的时间陪伴家人、享受生活。如今,快乐工作、幸福生活已成为矿业人的新标签。”塔山煤矿工人难掩幸福地说。

在矿产资源丰富的山东,矿产企业大力推进信息化、自动化、智能化“三化融合”,积极探索智能化发展新模式,在煤矿企业针对0.65~8.2米不同煤层条件,研发了系列化智能综采(放)成套关键技术与装备,建成了一批智能化开采示范工作面。兖矿集团与相关单位联合完成的6~8米超大采高综采关键技术与装备项目,已通过国家技术发明一等奖初评,有望实现煤炭行业国家技术发明一等奖的突破。

据了解,近几年兖矿集团将智能矿山建设作为煤炭产业发展优势、应对变革挑战、重构产业模式、赢得发展先机的重要战略举措。目前,该集团已制定完成智能化矿山三年建设规划,力争到2021年全面建成智能矿山,成为全球矿业5G应用和智能化开采的开拓者和引领者。

5G站点在山东省内矿业领域首次开通,只是移动5G+智慧矿业的开端。下一步,5G应用、融合通信、物联网感知等方面将会是各方联合探索的重点,依托5G大带宽、低时延特性,打造“高清视频+远程开采”新生产模式;借助移动通信网络,构筑“无线+有线+北斗卫星”融合通信系统,实现生产管理的综合调度;完善物联网覆盖,实现各生产单元的集约化、精细化监管。

不仅仅是在井下的采矿一线,在井上依然可以看见智能化的身影。在红柳林矿业公司的“矿灯超市”,本着让员工使用方便、矿灯管理“细”起来的原则,该矿对矿灯进行了智能化升级改造。新建的智能化“矿灯超市”可对每个灯架、每盏矿灯的安全运行状态进行动态监测,自动生成统计、报告、考勤等管理台账,实时提供快速、准确、全面的信息数据。每个灯柜还可实时显示矿灯存取状态及矿工姓名、工号等信息,职工取灯、存灯的时间大幅缩短,实现了自动管理的高效便捷性。

自动驾驶技术,矿区运输实现无人化

不仅在井下的采煤一线,在井上运输设备也在朝着智能化、无人化方面大步向前迈进。矿用卡车为了顺应矿山发展趋势,产品在不断创新,各项智能化技术正在矿用卡车上快速应用,无人驾驶技术不断成熟。

据了解,虽然无人驾驶商用已有10多年时间,但由于路权、道路复杂,及担心被黑客困住等问题,即使像谷歌、百度这样的企业,投巨资打造的无人驾驶汽车仍然不能在公共道路上行驶,但在露天矿由于没有路权障碍、环境相对单一、经济效益显著、运货不载人等特点,却迎来了发展机遇。

北京踏歌智行科技有限公司创始人、国家“万人计划”科技创新领军人才余贵珍教授表示,露天矿封闭无人,运输线路固定、点对点、低速,最适合无人驾驶落地的场景,能实现机器替人的经济价值、无人驾驶的本质安全,并且更加稳定可靠。

据了解,目前我国智慧矿山已完成阶段性目标规划,并计划在2021年将建成100个初级智能化示范煤矿,基本实现掘进工作面减人提效,综采工作面少人或者无人操作,实现固定岗位的无人值守和远程监控。

2025年,全部大型煤矿要基本实现智能化,形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系,实现开拓设计、地质保障、采掘运通、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行,以及井下重点岗位机器人作业。

2035年,全面实现煤矿智能化开采,构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统,建成智能感知、智能决策、自动执行的智慧煤矿体系。

2050年,全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系,实现安全绿色、高效智能化生产。

未来已在眼前,但还需砥砺前行

虽然我国矿山智能化发展已进入一个新阶段,但距离实现真正的无人化、智慧化矿山还有很长的路要走。从当前来看,还面临着很多问题。

南京鼎尔特科技发展有限公司董事长童国道根据自身在智能化矿山设备研究方面经验分析认为,智能化矿山不是简单的远程控制和减人自动化。而是更多地体现在矿山管理层与信息传输系统、装备系统形成智慧融合,让各个环节系统拥有人类的大脑,会独立思考,帮助人类计算并分析问题。

他介绍称,目前我国矿山智能化发展面临很多问题,需要业界共同努力。如智能矿山规划顶层设计需要进一步完善和提升,加强融合云计算、大物流、移动智能等新技术,提升智能化生产水平;关键技术有待突破,无人工作面发展缓慢;现有智能开采系统主要针对开采设备本身,缺乏全面、有效的煤层及地质环境信息,且未与工作面智能控制系统发生关联,难以实现工作面智能自适应开采;传感器检测精度不够,功能不齐全,现有传感器多为单变量传感器,单给的信息量不能准确反映设备和采场的关联情况;基础装备的数字化、智能化水平偏低,特别是对于移动装备的可靠性水平不高,极大地制约了智能化水平提升。

具体到技术方面,矿山企业亟须攻关的关键技术包括:一是井下D-GIS透明地质技术;二是井下视频高效处理及VR技术;三是井下大容量快速通信技术;四是开采装备精确定位与导航技术;五是辅助运输系统连续化和无人化技术;六是智能化无人快速掘进技术;七是重大危险源智能感知与预警预报技术;八是高可靠性智能装备(终端)技术;九是煤矿机器人路径规划与长时供电技术;十是露天开采无人化连续作业技术。

中国冶金矿山企业协会副秘书长南世卿则认为,现在智能矿山发展的资金投入严重不足;在智能数字化方面人才缺乏,没有培养人才的通道。下一步,矿山企业应在智能化发展方面向集成化信息化发展,而不是单独的一个小系统,必须全集成在一个网络平台建设下,各个子功能既能独立运行,又可融合集成。

发展数字化、智能化矿山所针对的是一个矿山的整体,以矿山的应用技术软件为工具,以高技能、自动化的数据采集系统为手段,最终以实现无人采矿和智能采矿以及矿山高速信息网络系统为目标,为采矿现场各项工程采集数据,通过监控系统,让各项采矿流程、采矿工序同时进行,并对各种工作环境做出准确判断,实现智能化实时管理。

雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。虽然这一项技术,离现实还有一段距离,但是未来并不遥远,矿业行业正在借助新一轮技术革命和产业变革的契机,汇聚人力、物力、财力,一步步接近目标。□

网站编辑:宫莉

返回新闻