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      煤科總院王金華:將礦工從惡劣工作環境中解放出來

      2017-08-10 16:41:32 來源:中國能源網

      智能化無人開采已成為引領我國煤炭技術革命的關鍵性技術之一,為何要發展該技術,中國煤礦的智能化無人開采技術關鍵技術有哪些,還有哪些難題待解決?

      為此,記者專訪了中國煤炭科工集團有限公司黨委書記、董事長,煤炭科學研究總院院長王金華。

      文丨武曉娟

      中國能源報記者

      王金華

      無人則安

      中國能源報:為何要發展智能化開采技術?

      王金華:與美國、澳大利亞等采煤大國以露天開采為主不同的是,我國煤炭開采以井工開采為主,存在著“水、火、瓦斯、煤塵、頂板”等災害。

      當前,頂板事故、瓦斯事故是我國煤礦主要事故來源,采煤工作面又是發生頂板和瓦斯事故的主要地點,時刻威脅著職工的生命安全。因此,直接減少采煤工作面的人員數量是減少人員傷亡、保障安全的重要手段,也是煤礦安全生產的迫切需要。

      只有將工人從危險、惡劣、嘈雜的工作環境中解放出來,讓設備替代工人進行煤礦開采,才能徹底改變這種局面,達到“無人則安”。

      同時,我國煤炭資源賦存條件多種多樣,一些煤層利用現有模式開采難度較大,特別是薄煤層,丟棄現象嚴重。據不完全統計,薄煤層儲量占煤炭總儲量的20%,但采出量占比不到10%。這主要是由于尺寸限制導致薄煤層難以裝備大功率設備,而操作人員在工作面內行走艱難,操作設備困難,這導致目前工作面開采能力最大只有90萬噸/年,普遍年產量僅在40萬噸/年。

      這種開采效率低下的局面,造成了薄煤層采出量與儲量比例嚴重失調。而開展無人化開采,可以提高資源回收率,是解決這類煤層經濟開采的有效途徑和必由之路。

      中國能源報:我國發展工作面無人化開采有哪些優勢?

      王金華:無人化是世界煤炭開采技術發展的必然趨勢,目前我國走在世界煤炭無人化技術研究的前列。

      首先,隨著我國煤炭化解淘汰過剩落后產能,煤炭生產開發進一步向大型煤炭基地集中,而這些新型礦井對煤礦智能化無人開采有更高的需求;

      其次,我國煤機裝備國產化取得巨大進展,除了極少數裝備還依賴進口外,絕大部分裝備都實現了國產化;

      再次,隨著綜采裝備自動化技術的迅速發展,液壓支架實現了電液控制、采煤機實現了無線遙控、運輸設備實現了集中控制,這些單機設備自動化的成功應用為工作面無人開采奠定了堅實的基礎。

      兩步走

      中國能源報:中國煤炭科工集團何時開始進行智能化無人開采研發的?

      王金華:2009年,中國煤炭科工集團研制了第一套國產綜采自動化控制系統平臺。2012年,成立了無人化項目部,組建了以“綜采工作面無人化開采”為核心的80人專業研發團隊,提出了智能化無人開采分“可視遠程干預式”和“智能自適應”兩步走的戰略。

      同時,針對第一步戰略,提出“無人操作、有人巡視”的智能化無人開采生產模式,即:采用擬人手法,把人的視覺、聽覺延伸到工作面,將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監控中心或地面,實現在順槽監控中心或地面對液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、順槽膠帶機、泵站、開關等綜采設備進行遠程操控,達到工作面無人開采的目的。

      中國能源報:“可視遠程干預式智能化無人開采”技術主要包括哪些內容?

      王金華:我的團隊首先突破的是采煤機械裝備的單機智能化,開發了智能化的采煤機、液壓支架、刮板輸送機、掘進機等,然后圍繞無人化工作的智能控制技術,創新性的突破了工作面監控中心、工作面工業以太網、工作面視頻系統、工作面語音通信系統、工作面控制模型和工作面直線控制等核心技術,它們正如人的大腦、神經網絡、眼睛、耳朵和思想一樣,遠程確保工作面割煤、推溜、移架、運輸、消塵等智能化運行,達到工作面連續、安全、高效開采。

      效益顯著

      中國能源報:推廣該技術會不會加大企業的經濟負擔?

      王金華:智能化無人開采技術的投入資金,將液壓支架電液控制系統、綜采自動化控制系統等全部計算在內,約占綜采工作面整套煤機裝備總價的10%。

      但能減少工作面內的操作工人,平均每生產班可減少5-7名操作工;將工人從危險、惡劣的采場解放到相對安全的順槽監控中心,降低工人的勞動強度;提高工作面生產效率5%-30%。

      中國能源報:智能化無人開采技術推廣應用情況如何?

      王金華:智能化無人開采技術針對煤礦各種復雜地質環境形成了多種解決方案,已在神華集團、陜煤化集團、冀中能源、陽煤集團等15個礦區推廣應用,目前看來,效果還都較滿意。(本期頭條推送了陜煤化黃陵一礦實施無人開采的詳細情況,歡迎移步圍觀~

      比如在陽煤新元礦310205高瓦斯工作面,實現了煤機速度與瓦斯濃度的聯動控制,操作人員遠離瓦斯突出危險區段,提升了工作面的安全系數,提高了生產效率;

      神華寧煤梅花井煤礦1102206工作面,煤層傾角9至20度,實現了單日推進24個工作循環的最高記錄;神華神東石圪臺煤礦31202-2工作面,實現了工作面視頻畫面拼接和采煤機、支架、移變等關鍵設備的遠程控制。

      中國能源報:還有哪些難題有待解決?

      王金華:首先是設備可靠性問題。智能無人化離不開高可靠的綜采設備,在此基礎上需要增加感知、決策、控制和智能化功能,由單機向成套裝備智能轉變。其次,要解決開采惡劣環境下可視化的難題。因為開采時產生的煤巖粉塵會嚴重影響視頻圖像的采集,所以需要研究清晰度高和實時性好的開采工作面再現技術。

      此外,控制系統實時性難題也未解決。盡管關鍵設備控制實時性能控制在毫秒級,但監測信息及地面遠程控制時間延時仍過大,需進一步提高。

      所以,首先要解決煤礦井下精確定位和導航技術,也就是地下空間的“井下GPS”或“井下北斗”。因為實現煤礦無人化開采的前提就是建立透明礦井,煤礦地質條件的透明化、井下巷道設施的透明化,井下大型移動設備透明化才能根本性解決才能解決智能采煤、災害防治、機電設備安全等全系統的智能無人化。

      “可視化遠程干預式智能化無人開采”是實現工作面少人化、無人化的有效途徑,從嚴格意義上講,這種方式還不能完全離開人的智慧,需要發揮機器和人各自的特長,規避人機各自的短處,且較適應于條件較好的工作面。

      相信隨著智能化技術的不斷發展,煤巖識別、工作面三維定位等關鍵技術逐步攻克,未來工作面將實現自適應型智能化無人開采,甚至機器人采煤,進一步將煤礦工人從惡劣的工作環境中解放出來。

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