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如何科学发展煤矿智能化?

2019-09-18   来源:煤炭科学技术

  日前召开的河南省煤矿智能化建设现场推进会提出,河南将全面启动煤矿智能化建设,力争到2021年底,河南省年产60万吨及以上煤矿基本完成智能化改造,年产60万吨以下煤矿全面实现机械化生产。


  按照《河南省煤矿智能化建设实施方案》,河南将稳步推进全省煤矿智能化建设3年计划。


  2019年,他们将建成8~10个智能化采煤工作面示范工程、3~5个智能化掘进工作面示范工程。


  2020年,冲击地压、采深超千米的煤与瓦斯突出矿井所有采煤和掘进工作面实现智能化,年产60~120万吨煤矿具备条件的采煤和掘进工作面实现自动化和智能化生产,年产60万吨以下煤矿的装备水平大幅提升。


  到2021年底,年产60万吨及以上煤矿基本完成智能化改造,年产60万吨以下煤矿全面实现机械化生产。


  值得注意的是,已开采60多年的老矿区,中国平煤神马集团大部分矿井已进入深部开采,煤与瓦斯突出、高地应力等灾害威胁日趋严重。该集团把智能化改造作为产业转型升级的切入点,全面推进采煤、掘进智能化建设。今年,该集团计划上马4个智能化工作面,到2020年再上马12套智能化装备,到2021年所有矿井实现智能化开采。


  与河南一样,煤矿智能化建设的新高潮正在全国兴起,企业的积极性也是空前高涨,但一个严峻的现实是,我国煤矿智能化发展仍然处于初级阶段,存在许多问题,如发展理念不清晰、研发滞后于企业发展需求、智能化建设技术标准与规范缺失、技术装备保障不足、研发平台不健全、高端人才匮乏等。


  以“煤矿智能化相关术语”为例,就存在定义不清晰、相关概念不明确,甚至滥用智能化相关概念等问题。对此煤矿智能化的科技领军者——王国法院士团队对相关术语进行了定义。煤矿智能化,是指煤矿开拓设计、地测、采掘、运通、分选、安全保障、生产管理等主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基本能力。煤矿智能化并不等同于煤矿信息化、煤矿数字化。


  煤矿智能化的发展也不能全面追求速度,而是有原则需要遵循的。主要表现在要坚持“四个结合”:坚持市场主导与政府引导相结合,坚持当前与长远相结合,典型示范与整体推进相结合,自主创新与开放合作相结合。


  现代技术的根基是现代科学,科学的根基是以数学为主要工具的基础科学理论。我国的智能化基础理论研究还存在诸多难点,主要表现在以下3点:(1)井下局部系统虽然实现了运行数据的采集、分析、展示,但没有相互关联,难以挖掘开采过程的动态演进规律,无法实现大数据应用;(2)综采系统与开采环境的耦合作用控制机制不清晰,无法满足复杂条件下的智能控制及整个矿井设备群的协同控制需求;(3)现有的单个设备或组件的健康管理方法无法得出矿井设备群最佳维护策略,难以满足多目标决策下的智能开采保障要求。


  煤矿智能化建设是一项负责的系统工程,合理的顶层设计是进行智能化煤矿建设的基础, 智能化煤矿应基于一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云服务平台,面向不同业务部门实现按需服务。


  智能化煤矿系统架构


  利用煤矿机器人实现井下智能化、无人化开采是煤炭产业发展的终极目标。目前无人开采仍然面临诸多技术短板与工程难题,表现在:地下开采装备精确定位和导航核心技术,地下低照度空间视频监控及VR 技术,地下复杂条件智能感知传感器,深地机器人核心技术,矿山采掘装备关键元部件进口替代。


  我国煤层赋存条件具有多样性和复杂性,不同区域的煤炭开采技术水平、管理水平等发展不平衡,因此,应因地制宜,根据不同的煤层赋存条件、开采技术水平、管理水平等,开发煤炭资源条件适应型智能化开采技术。


  针对我国西部晋陕蒙等煤层赋存条件较好的矿区,应大力推广应用薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能高效人机协同巡视模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式,实现薄煤层、厚及特厚煤层的智能化、无人化开采,变电所、水泵房等固定作业场所推广应用无人值守技术,主辅运输系统应用智能无人运输技术,最大程度减少井下作业人员数量,提高煤矿智能化开采水平。


  针对云贵川等煤层赋存条件比较复杂的矿区,应推广应用机械化+智能化开采模式,液压支架采用电液控制系统进行自动跟机移架控制,减少工作面作业人员劳动强度,变电所、通风机、泵房等固定作业场所应用无人值守技术,瓦斯、水、火、顶板等采用智能监测预警技术,根据矿井实际地质条件,最大程度地应用智能化开采技术与装备,减轻井下工人劳动强度,实现安全、高效、智能化开采。


  由于受制于煤层赋存条件、开采技术水平等,不同矿区的智能化发展呈现较大的差异性,因此,不能按统一标准对煤矿智能化水平进行评判,应因地制宜,制定不同煤层条件、不同矿区的煤矿智能化评判标准。


  参考文献:《煤矿智能化(初级阶段)研究与实践》


  责任编辑:宫在芹

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