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勢不可擋,礦業智慧革命到來——從礦山智能化角度看未來礦業發展

發布時間:2022-03-10 17:27:10      點擊次數:155

“走吧,老李,該巡檢去了。”老王像往常一樣,手提礦燈招呼著老李。因為兩人一起進的礦,兩人的工段又差不多緊挨著。多少年兩人都是搭伴入井。

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

“下崗你咋還能這么高興?你逗我玩兒的吧。”老王好奇地追問起來。

這是發生在梅山鐵礦的一幕。老李還真沒騙老王。該礦自布料機器人上陣以來,就有越來越多的工人從這一工段撤下來,被分到了沒有噪音、沒有粉塵困擾的崗位上去了。

國家支持,政策引導

現代礦山將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與開發利用深度融合,形成全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統,實現采掘(剝)、運輸、洗選、安全保障、經營管理等過程的智能化運行。成為具有高科技特點的新產業成為現代礦山發展的共識。

2016年,中共中央、國務院出臺的《關于推進安全生產領域改革發展的意見》提出,推動工業機器人、智能裝備在危險工序和環節廣泛應用,運用大數據技術開展安全生產規律性、關聯性特征分析。

隨后國家安全監督管理總局(現應急管理部)發出的《關于推動安全生產科技創新的意見》提出,在金屬非金屬礦山井下危險崗位主運輸系統和固定設備實現無人值守、安全巡檢、地壓監測監控、移動生產設備遠程遙控、井下安全生產監測監控和集成管控一體化系統平臺建設、礦山安全生產物聯網建設等方面深入推進安全生產兩化融合建設。

從中不難看出,國家制定的一切舉措無非是讓礦山工人從不利于身體健康的崗位中解放出來,讓礦工工作和生活更加安全美好。

大勢所趨,必由之路

目前全球礦業正經歷著一場新的智慧革命。物聯網、大數據、人工智能等技術和礦山的結合越來越密切。

其中,最重要的環節是將礦工從艱苦的工作環境中解脫出來,由“前線”轉為“后方”,變成各類機器設備的“統領者”。降低工人的勞動強度并真正實現了“少人則安、少時則安”。

礦山生產模式不斷更新,采礦工程邁入遙控化、智能化乃至無人化的階段,選冶過程全面實現自動化,并逐步拓展到智能化階段;運輸過程也引入無人化概念,從勘探數據到儲量數據,從產量數據到運營數據,礦山大數據正逐步展露出強大的生產力。

智能化減人,機械化提效

在洛陽鉬業的三道莊礦,一線工人早晨告別家人來到礦山上班,坐在干凈整潔的辦公室,手持類似于游戲手柄的操作桿,操控著位于千米之外的采礦一線的挖掘機實施裝載作業,而滿載著礦石的無人運輸卡車井然有序地行駛在礦區蜿蜒盤旋的礦道;下班后一塵不染地回到家中,與家人一起共進晚餐。這完全改變了以往礦工灰頭土臉、礦山高危的形象。

同樣在陜西的韓家灣煤礦,該公司新引入的邁步式自移列車,采用電動控制液壓動力,列車與軌道互為支點,具有軌道免拆裝、管纜自動伸縮、多架分組遙控等功能,減少了高風險工作流程,實現了少人則安的目標。

山西同煤集團與共和國同齡。1952年,新中國煤炭行業使用的第一代采煤機在大同礦務局永定莊礦6號井投入使用,終結了煤礦工人使用鎬頭和鐵鍬采煤的歷史,使落煤和裝煤實現了機械化。

1978年,大同礦務局派出一支學習交流團,走出國門學習當時先進的綜合機械化采煤技術,并從日本引進了8套采煤設備,分給大同礦務局兩臺,分別落戶云岡礦和晉華宮礦。

一鍵啟停、遠程集控、自動采煤……近年來,隨著信息化、智能化建設的深入推進,諸如此類的關鍵詞和智能化工作面相伴而生、持續升溫。“一鍵啟停”究竟是如何實現的?以前這些懵懂的詞匯在同煤集團一一得到了解答。

如今在同煤集團同忻礦8202智能化工作面,井下2000米長、200米寬的采煤工作面上,60多個高清攝像頭,1500多個傳感器,把采集到的數據實時傳輸到地面,實現了順槽中心和地面調度指揮中心的一鍵啟動與遠程操控采煤。

依托智能化綜放開采設備和技術,同忻礦做到了用設備替代人工,將采煤工效提高到了88噸/工,同比提升了42%;同時將頂煤回采率提高到87%以上,生產能耗較以往降低了5%以上,背后的安全效益與社會效益更難以衡量。

塔山煤礦1500萬噸智能化綜放工作面是國家“十三五”資源領域重點研發計劃重點專項“千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關鍵技術研究及示范”項目工程,通過“在線監測、一鍵啟停、順序啟停”等功能,完全實現工作面“以自動控制為主,遠程干預為輔”的自動化生產模式,達到了“無人跟機作業,有人安全巡視,地面遠程操控”的目標。

如今井下一排排電液控支架,改變了過去人工支護的傳統工藝。龐大的采煤機就像好萊塢大片中的“擎天柱”。隨著機器的轟鳴聲,一片片烏金應聲而落,自動裝置不時地根據采煤機的走向自動跟機移架,膠帶輸送機、破碎機、轉載機等設備,自動自發地前行、推溜、傳輸。偌大的工作面看不到幾個工人的身影,所有的操作指令都是從幾十米外的集控中心發出的。

“以前從沒想過坐在集控室里就能采礦,現在我們礦工真的是今非昔比,在井下的工作時間越來越短,在井上的時間越來越長,有更多的時間陪伴家人、享受生活。如今,快樂工作、幸福生活已成為礦業人的新標簽。”塔山煤礦工人難掩幸福地說。

在礦產資源豐富的山東,礦產企業大力推進信息化、自動化、智能化“三化融合”,積極探索智能化發展新模式,在煤礦企業針對0.65~8.2米不同煤層條件,研發了系列化智能綜采(放)成套關鍵技術與裝備,建成了一批智能化開采示范工作面。兗礦集團與相關單位聯合完成的6~8米超大采高綜采關鍵技術與裝備項目,已通過國家技術發明一等獎初評,有望實現煤炭行業國家技術發明一等獎的突破。

據了解,近幾年兗礦集團將智能礦山建設作為煤炭產業發展優勢、應對變革挑戰、重構產業模式、贏得發展先機的重要戰略舉措。目前,該集團已制定完成智能化礦山三年建設規劃,力爭到2021年全面建成智能礦山,成為全球礦業5G應用和智能化開采的開拓者和引領者。

5G站點在山東省內礦業領域首次開通,只是移動5G+智慧礦業的開端。下一步,5G應用、融合通信、物聯網感知等方面將會是各方聯合探索的重點,依托5G大帶寬、低時延特性,打造“高清視頻+遠程開采”新生產模式;借助移動通信網絡,構筑“無線+有線+北斗衛星”融合通信系統,實現生產管理的綜合調度;完善物聯網覆蓋,實現各生產單元的集約化、精細化監管。

不僅僅是在井下的采礦一線,在井上依然可以看見智能化的身影。在紅柳林礦業公司的“礦燈超市”,本著讓員工使用方便、礦燈管理“細”起來的原則,該礦對礦燈進行了智能化升級改造。新建的智能化“礦燈超市”可對每個燈架、每盞礦燈的安全運行狀態進行動態監測,自動生成統計、報告、考勤等管理臺賬,實時提供快速、準確、全面的信息數據。每個燈柜還可實時顯示礦燈存取狀態及礦工姓名、工號等信息,職工取燈、存燈的時間大幅縮短,實現了自動管理的高效便捷性。

自動駕駛技術,礦區運輸實現無人化

不僅在井下的采煤一線,在井上運輸設備也在朝著智能化、無人化方面大步向前邁進。礦用卡車為了順應礦山發展趨勢,產品在不斷創新,各項智能化技術正在礦用卡車上快速應用,無人駕駛技術不斷成熟。

據了解,雖然無人駕駛商用已有10多年時間,但由于路權、道路復雜,及擔心被黑客困住等問題,即使像谷歌、百度這樣的企業,投巨資打造的無人駕駛汽車仍然不能在公共道路上行駛,但在露天礦由于沒有路權障礙、環境相對單一、經濟效益顯著、運貨不載人等特點,卻迎來了發展機遇。

據了解,目前我國智慧礦山已完成階段性目標規劃,并計劃在2021年將建成100個初級智能化示范煤礦,基本實現掘進工作面減人提效,綜采工作面少人或者無人操作,實現固定崗位的無人值守和遠程監控。

2025年,全部大型煤礦要基本實現智能化,形成煤礦智能化建設技術規范與標準體系,實現開拓設計、地質保障、采掘運通、洗選物流等系統的智能化決策和自動化協同運行,以及井下重點崗位機器人作業。

2035年,全面實現煤礦智能化開采,構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統,建成智能感知、智能決策、自動執行的智慧煤礦體系。

2050年,全面建成安全綠色、高效智能礦山技術體系,實現安全綠色、高效智能化生產。

未來已在眼前,但還需砥礪前行

雖然我國礦山智能化發展已進入一個新階段,但距離實現真正的無人化、智慧化礦山還有很長的路要走。從當前來看,還面臨著很多問題。

具體到技術方面,礦山企業亟須攻關的關鍵技術包括:一是井下D-GIS透明地質技術;二是井下視頻高效處理及VR技術;三是井下大容量快速通信技術;四是開采裝備精確定位與導航技術;五是輔助運輸系統連續化和無人化技術;六是智能化無人快速掘進技術;七是重大危險源智能感知與預警預報技術;八是高可靠性智能裝備(終端)技術;九是煤礦機器人路徑規劃與長時供電技術;十是露天開采無人化連續作業技術。

中國冶金礦山企業協會副秘書長南世卿則認為,現在智能礦山發展的資金投入嚴重不足;在智能數字化方面人才缺乏,沒有培養人才的通道。下一步,礦山企業應在智能化發展方面向集成化信息化發展,而不是單獨的一個小系統,必須全集成在一個網絡平臺建設下,各個子功能既能獨立運行,又可融合集成。

發展數字化、智能化礦山所針對的是一個礦山的整體,以礦山的應用技術軟件為工具,以高技能、自動化的數據采集系統為手段,最終以實現無人采礦和智能采礦以及礦山高速信息網絡系統為目標,為采礦現場各項工程采集數據,通過監控系統,讓各項采礦流程、采礦工序同時進行,并對各種工作環境做出準確判斷,實現智能化實時管理。

雄關漫道真如鐵,而今邁步從頭越。雖然這一項技術,離現實還有一段距離,但是未來并不遙遠,礦業行業正在借助新一輪技術革命和產業變革的契機,匯聚人力、物力、財力,一步步接近目標。

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