楊真，蘭云峰，廖志偉

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯市神東煤炭布爾臺煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)是貫徹落實(shí)國家“十四五”規(guī)劃智慧能源建設(shè)的重要內(nèi)容，也是煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。對于布爾臺礦而言，2021 年是智能化建設(shè)的關(guān)鍵之年，同時也是充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的一年。以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，把握政策先機(jī)、發(fā)揮自身優(yōu)勢，抓住這次轉(zhuǎn)型發(fā)展的機(jī)遇意義重大。以“智”賦能內(nèi)涵式發(fā)展縱深推進(jìn)，著力提升采煤、掘進(jìn)、供電、主運(yùn)輸系統(tǒng)等方面的智能化建設(shè)，探索出了一條快速、高效建設(shè)智能化煤礦的新途徑，為煤炭行業(yè)智能化建設(shè)提供了布爾臺礦方案，實(shí)現(xiàn)煤炭開采利用方式的變革，提升煤礦智能化和安全水平，促進(jìn)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 布爾臺礦智能化建設(shè)成果及現(xiàn)狀

1.1 綜采智能化建設(shè)，形成“一中兩初”智能化綜采工作面布局

2020 年5 月，智能綜采工作面開始建設(shè)，僅用16 天完成綜采智能化工作面硬件安裝及中部記憶割煤調(diào)試、17天實(shí)現(xiàn)中部自動拉架調(diào)試、25 天完成中部割煤步序和端頭三角煤斜切進(jìn)刀步序的切換及停機(jī)換向精確性優(yōu)化、35 天就建成了神東公司復(fù)雜條件下的智能化綜采工作面。實(shí)現(xiàn)記憶割煤、自動收打護(hù)幫板、跟機(jī)拉架、自動推溜等功能達(dá)到初級智能化水平。

2021 年初，布爾臺煤礦聚焦智能化“提檔升級”目標(biāo)，制定了“一個升級、兩個建設(shè)”（即完成22207 綜采中級智能化升級目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)42203 和42108 兩個放頂煤工作面初級智能化建設(shè)目標(biāo)）綜采智能化發(fā)展規(guī)劃，三個工作面同時發(fā)力，僅僅用了39 天時間，將3 個采煤工作面100%實(shí)現(xiàn)智能化。其中，22207 綜采工作面建成中級智能化工作面，實(shí)現(xiàn)“協(xié)同作業(yè)+有人巡視+遠(yuǎn)程干預(yù)”模式的常態(tài)化應(yīng)用。42108 和42203 綜放工作面建成初級智能化工作面，實(shí)現(xiàn)“自主拉架+記憶割煤+跟機(jī)干預(yù)”模式的常態(tài)化應(yīng)用。已形成“一中兩初”智能化綜采工作面布局，綜采智能化“一個升級、兩個建設(shè)”目標(biāo)提前完成、邁進(jìn)新階段。目前，3 個智能化工作面已經(jīng)形成中級智能化和初級智能化對比、國產(chǎn)電控系統(tǒng)和進(jìn)口電控系統(tǒng)智能化對比、放頂煤支架和綜采支架的智能化對比、支架紅外識別系統(tǒng)和射頻識別控制系統(tǒng)等多維度對比，為煤炭行業(yè)綜采智能化的安全、高效建設(shè)提供了布爾臺礦方案。

圖1 智能綜采工作面全景視頻系統(tǒng)畫面

圖2 智能綜采工作面支架自動拉架

圖3 智能綜采工作面自動割煤中

1.2 智能掘進(jìn)系統(tǒng)建設(shè)，推行“三化三配套”快速掘進(jìn)智能運(yùn)行新模式

統(tǒng)籌推進(jìn)高效快速掘進(jìn)線建設(shè)，緊扣關(guān)鍵工序重點(diǎn)崗位，全方位引進(jìn)機(jī)器人，逐步由“機(jī)械化換人”向“智能化無人”邁進(jìn)。

基于裝備成套化、監(jiān)測數(shù)字化和控制自動化的“三化”理念，遵循幾何尺寸配套、設(shè)備能力配套、動作時序配套的總體原則，我礦采用“掘錨一體機(jī)+錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組+大跨距橋式轉(zhuǎn)載機(jī)+兩臂錨桿鉆機(jī)+機(jī)器人群”的協(xié)同配套快速掘進(jìn)模式，引進(jìn)智能鉆錨機(jī)器人、智能鉆探機(jī)器人、開槽機(jī)器人、管路抓舉機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)工作面所有工序作業(yè)的智能化和少人化，全流程無人工作業(yè)，有效降低了勞動強(qiáng)度，保證了作業(yè)安全。目前，該套技術(shù)應(yīng)用于42206 輔運(yùn)順槽工作面，掘進(jìn)效率提高60%，試用階段達(dá)到月進(jìn)960m 的水平，正常運(yùn)行后可突破月進(jìn)1000m 的水平，創(chuàng)造同類條件和裝備的新紀(jì)錄。

引進(jìn)錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組。該機(jī)組集錨桿錨索支護(hù)、轉(zhuǎn)載、破碎、履帶行走于一體，采用橫向伸縮臂及可整體升降工作平臺，實(shí)現(xiàn)了巷道內(nèi)不同高度、不同角度錨桿錨索的機(jī)械化作業(yè)施工，通過與掘錨機(jī)進(jìn)行合理的掘、錨作業(yè)分工，有效突破了掘進(jìn)工作面支護(hù)量大導(dǎo)致掘進(jìn)效率低的瓶頸。

推動機(jī)器人群建設(shè)。采用具備自動行走、定排距、瞄準(zhǔn)、裝填、鉆錨等功能于一體的兩臂組合式智能鉆錨機(jī)器人，代替人工支護(hù)作業(yè)，單根錨桿支護(hù)時間由5min 縮短至3min，支護(hù)效率提升40%，減員率達(dá)50%。引進(jìn)智能鉆探機(jī)器人、開槽機(jī)器人、管路抓舉機(jī)器人，解決掘進(jìn)工作面人工鉆孔、掏槽、起底、管路安裝等勞動強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差和危險系數(shù)高的問題，極大解放了勞動力。

圖4 高效智能掘進(jìn)工作面

創(chuàng)新掘進(jìn)順槽砼底板方式。運(yùn)輸方式由工程車升級為防爆罐車，工程量由原來的每人每班4m3提升至目前的每人每班10m3，效率提高2.5 倍。另外，采用罐車運(yùn)輸，有效解決了混凝土離析嚴(yán)重的問題，作業(yè)點(diǎn)鋪砼人員減少33%。同時針對目前鋪砼尚需人工操作的問題，正與有關(guān)專業(yè)廠家合作研發(fā)混凝土攤鋪機(jī)器人，屆時掘進(jìn)工作面包括混凝土攤鋪?zhàn)鳂I(yè)在內(nèi)的所有作業(yè)工序?qū)崿F(xiàn)自動化。

1.3 多措并舉，形成“穩(wěn)定可靠”智聯(lián)主運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人值守

依托神東生產(chǎn)管控平臺建設(shè)地面集控室，在膠帶機(jī)驅(qū)動部、卸載部等關(guān)鍵部位安裝智能視頻監(jiān)測裝置，建立視頻監(jiān)測智能分析預(yù)警系統(tǒng)，同時引進(jìn)主運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人代替人工巡檢，對膠帶機(jī)跑偏、堆煤、異物卡阻、越界偵測、區(qū)域入侵等異常情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、智能判斷、彈屏報警、停機(jī)；安裝金屬探測裝置，應(yīng)用電磁探測技術(shù)對煤流中的鐵器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、智能判斷，根據(jù)鐵器大小發(fā)出預(yù)警或停機(jī)信號，并聯(lián)動除鐵器自動除鐵；引進(jìn)膠帶機(jī)負(fù)載和視頻智能調(diào)速、空載檢測、鋼絲繩輸送帶無損檢測、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測智能分析、順煤流啟動和自動潤滑等系統(tǒng)，替代原有固定崗位人員人工感知；值班人員通過監(jiān)控畫面、智能視頻分析及語音預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控井下設(shè)備運(yùn)行情況。

1.4 引領(lǐng)行業(yè)新技術(shù)，多維度打造安全、經(jīng)濟(jì)、高效、快捷智能供電新模式

引進(jìn)架空線路供電鐵塔可調(diào)基礎(chǔ)加固技術(shù)，改變了傳統(tǒng)線路桿塔遷移治理方式，有效防范采空區(qū)地表塌陷造成的倒塔斷線風(fēng)險，確保了供電可靠，同時每年可減少桿塔遷移工程費(fèi)用約8525 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著；引進(jìn)智能型防爆高壓柜，實(shí)現(xiàn)高壓柜分合閘及地刀動作可視化遠(yuǎn)程控制、斷路器手車遠(yuǎn)程電動投退、動靜觸頭溫、濕度實(shí)時監(jiān)測，減少檢修開蓋掛接地線工序，提高了電氣作業(yè)的安全性和工作效率；采用電力載波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移變、饋電低壓遠(yuǎn)程漏電試驗(yàn)，達(dá)到了減員增效保安的目的；自主開發(fā)推行高壓停送電“電子兩票”，有效解決兩票填寫、辦理、執(zhí)行中存在的效率低、錯填、漏填，以及現(xiàn)場執(zhí)行不到位的問題；引進(jìn)變電所巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了對供配電要害場所運(yùn)行全天候巡查和智能監(jiān)測預(yù)警；安裝要害場所門禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出智能管理、巡檢考勤、緊急可視通話；采用PLC軟冗余技術(shù)對主通風(fēng)機(jī)核心控制器進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)輕故障報警、重故障一鍵切換功能，同時對風(fēng)機(jī)要害部位進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化升級，達(dá)到風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程切換“數(shù)字孿生”效果，實(shí)現(xiàn)了主通風(fēng)機(jī)無人值守。

圖5 一體化管控平臺主運(yùn)系統(tǒng)控制界面

圖6 一體化智能管控平臺供電系統(tǒng)控制界面

2 布爾臺礦智能化建設(shè)主要經(jīng)驗(yàn)

從起步晚到敢超越，布爾臺礦在轉(zhuǎn)型升級的道路上秣馬厲兵，努力探索高效、高質(zhì)量建設(shè)智能化工作面的新途徑及常態(tài)化使用方案。在2020 年上半年，布爾臺煤礦提前進(jìn)行智能化工作面布局和規(guī)劃，礦井攻克了員工求穩(wěn)守成思想帶來的抵觸情緒和斷層影響造成的生產(chǎn)任務(wù)緊迫等一系列難關(guān)，在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了智能工作面從無到有的突破，建成了作為神東煤炭集團(tuán)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化綜采工作面。其探索、建設(shè)及后期的智能化升級都具有開創(chuàng)性意義，為復(fù)雜礦井智能化工作面建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2.1 項(xiàng)目建設(shè)前期：凝聚思想共識、超前制定項(xiàng)目規(guī)劃，統(tǒng)一行動

一是統(tǒng)一思想、統(tǒng)籌規(guī)劃、提前準(zhǔn)備自動化實(shí)施改造前期設(shè)備、備件、傳感器等各項(xiàng)基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。二是統(tǒng)一部署、分解任務(wù)，明確每個項(xiàng)目的日推進(jìn)計劃，實(shí)行日跟蹤、周通報制度，對當(dāng)周完成情況和下周計劃進(jìn)行詳細(xì)安排，確保每項(xiàng)工作穩(wěn)步、快速推進(jìn)。三是針對制定的計劃，按照五定原則進(jìn)行緊密落實(shí)。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)中期：持續(xù)跟蹤落實(shí)、分步推進(jìn)、形成項(xiàng)目閉環(huán)管控

項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施中期，布爾臺煤礦從五個方面入手加以保障：一是從設(shè)備狀態(tài)方面著手，開展支架專項(xiàng)整治活動，大幅改善支架狀態(tài)，提前分解部分工作量。二是聚焦智能化備件準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，多渠道領(lǐng)用、收集所需新舊備件，做好調(diào)試及改造工作。三是合理安排檢修和生產(chǎn)時間，將傳感器安裝和調(diào)試穿插在每次預(yù)防性和日常檢修中，將部分調(diào)試安排在各生產(chǎn)班期間，合理利用空隙時間，碎片化實(shí)施；同時為確保調(diào)試進(jìn)度不停滯、不間斷，選擇每日中班整班跟班調(diào)試，驗(yàn)收當(dāng)天檢修班整改情況，同時為次日調(diào)試做好準(zhǔn)備，及時進(jìn)行中班整班調(diào)試總結(jié)，遇到問題現(xiàn)場立即制定對策、協(xié)調(diào)解決；夜班進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)試任務(wù)安排交接，確保每日調(diào)試進(jìn)度持續(xù)進(jìn)行、不停滯。四是積極推廣應(yīng)用新程序，并根據(jù)地質(zhì)條件，對自動化程序按需改良，確保使用效果。

2.3 項(xiàng)目建設(shè)后期：不斷改善提升、常態(tài)跟蹤，形成全員合力，保持并不斷改善智能化運(yùn)行效果

一是從使用層面找到保障智能化工作面常態(tài)使用、動態(tài)保持的平衡點(diǎn)。智能化建設(shè)完畢進(jìn)入常態(tài)化使用后，機(jī)關(guān)和區(qū)隊(duì)每日從系統(tǒng)查看、分析自動化運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如采煤機(jī)角度、行走、紅外接收傳感器完好情況、紅外識別軌跡、電源、電壓、自動化通訊、數(shù)據(jù)上傳等完好情況），制定傳感器損壞到處理完畢不超過2 天，個別傳感器異常不超過2 處等特別規(guī)定條例，確保影響自動化使用的各類基礎(chǔ)傳感器問題得到及時修復(fù)和整改，防止工作量堆疊造成整改困難。二是確保重要問題能夠得到針對性、及時、重點(diǎn)檢修。生產(chǎn)期間，由采煤機(jī)司機(jī)、跟機(jī)補(bǔ)架人員全程記錄采煤機(jī)、支架自動化存在的其他問題，將統(tǒng)計的問題第一時間發(fā)至微信群里，為檢修人員提供第一手資料，給支架檢修人員提供檢修方向和參考。三是根據(jù)地質(zhì)條件變化，合理錯開降架和抬底動作，有效降低備件異常損耗及對智能化應(yīng)用的影響。根據(jù)地質(zhì)條件變化，動態(tài)優(yōu)化支架各部位動作參數(shù)，如支架自動化參數(shù)設(shè)置方面，起初為考慮提高支架拉架效率并減少浮煤堆積，設(shè)置降架的同時進(jìn)行抬底，但在地質(zhì)條件起伏大時，出現(xiàn)推拉桿容易受力斷裂的情況，備件損耗大且影響自動化率；經(jīng)過現(xiàn)場分析和優(yōu)化，我們合理減少降架和抬底的重合時間，將降柱時間修改為7s，降柱5s 后開始抬底，減少推拉桿不當(dāng)受力。抬底時間設(shè)置為11s(降柱2s、拉架過程9s），推拉桿頻繁損壞得到治理。四是不斷完善自動化措施，確?，F(xiàn)場安全，自動化應(yīng)用、生產(chǎn)保障同步兼顧。先后制定《綜采工作面自動化生產(chǎn)安全技術(shù)措施》《自動化割煤人員行走及站位的補(bǔ)充措施》，規(guī)范自動化工作面人員操作，降低人員操作差異化干預(yù)因素，工程質(zhì)量大幅提高，為自動化調(diào)試期間、生產(chǎn)任務(wù)的順利完成提供了可靠保障。

2.4 項(xiàng)目建設(shè)和維護(hù)過程中的激勵措施：正向激勵、多措并舉、共同受益、打造品牌效應(yīng)

公司、礦、區(qū)隊(duì)班組3 個層面進(jìn)行獎勵。一是公司獎勵按照生產(chǎn)管控平臺的完全自動化率計算數(shù)據(jù)，對高于公司規(guī)定（自動化率80%）的部分進(jìn)行獎勵；從2020年6 月份智能化工作面建成后，累計收獲智能化應(yīng)用獎勵89.5 余萬元。二是礦層面按照自動化使用率分檔進(jìn)行獎勵，規(guī)定自動化率達(dá)到60%、65%、70% 及以上時，割煤產(chǎn)量單價分別增加5%、10%、15%，自動化率低于60%以下的，按照普通回采工藝單價結(jié)算。從2020 年開始執(zhí)行自動化激勵政策以來、較常規(guī)割煤生產(chǎn)，累計增加工資總額180 萬元。三是區(qū)隊(duì)將自動化率使用任務(wù)合理分解各班組，將自動化率使用和績效考核掛鉤管理，其中日?？冃煦^比例60%，自動化率績效掛鉤40%，各班組根據(jù)自動化率計算績效總得分。如當(dāng)日自動化率80%，得分為60+40×0.8=92 分，最終通過班組將自動化使用情況的考核進(jìn)行落地。

3 布爾臺礦智能化建設(shè)成效分析

布爾臺煤礦是神東煤炭集團(tuán)的主力礦井，受制于相對復(fù)雜的地質(zhì)條件，新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用往往面臨更多困難和挑戰(zhàn)。在礦井智能化建設(shè)相對滯后的背景下，礦井領(lǐng)導(dǎo)干部以上率下、團(tuán)結(jié)一致，統(tǒng)一思想，凝聚合力，攻克了員工求穩(wěn)守成思想帶來的抵觸情緒和斷層影響造成的生產(chǎn)任務(wù)緊迫、保供壓力大等一系列難關(guān)，礦井智能化建設(shè)成效明顯，取得一系列可喜成績。尤其是作為神東公司地質(zhì)條件相對復(fù)雜的礦井，僅用35 天就建成首個智能化綜采工作面—22207 綜采智能工作面。其智能化綜采工作面的探索、建設(shè)、升級都具有開創(chuàng)性意義，特別是穩(wěn)定運(yùn)行以來，安全生產(chǎn)成效卓著，形成了自動化率高，故障率、材料消耗持續(xù)降低，生產(chǎn)效率、直接工效和員工工資穩(wěn)定增長的“一高兩低三增長”的良好局面；綜采工作面自動化率平均高達(dá)88.8%，長期居于行業(yè)前列；故障率同比降低10.8%、配件消耗降低22%。依托自動化割煤，單班生產(chǎn)作業(yè)人員從11 人減少到6 人（累計減員18 人），直接工效增長16%，員工月工資增長21%；累計推進(jìn)3884.5m、完成產(chǎn)量551.9 萬t，單產(chǎn)水平增長4.5%，創(chuàng)下了單日割煤21 刀，完成產(chǎn)量19340t 的智能化綜采工作面新紀(jì)錄。不僅扭轉(zhuǎn)了員工對“智能化就是花架子”的思想，而且為全行業(yè)煤礦復(fù)雜條件下的智能化工作面建設(shè)提供了重要參考依據(jù)。

4 結(jié)語

智能化建設(shè)是一個不斷探索、不斷研究嘗試的過程。同時也是一個不斷發(fā)展、不斷進(jìn)步的過程。布爾臺煤礦在礦井智能化建設(shè)中取得的成績以及在建設(shè)過程中對智能化的不斷探索，為煤炭行業(yè)智能化建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，探索出了一條可復(fù)制的快速、高效建設(shè)智能化礦井的新途徑?？偨Y(jié)起來就是：正確站位、轉(zhuǎn)變思想、仰望星空、堅定自信、腳踏實(shí)地。我們要做好智能化建設(shè)，就要站在新的歷史起點(diǎn)上，以發(fā)展的眼光謀劃發(fā)展新格局，用思想上的破冰推動行動上的突圍，抓住時代發(fā)展的機(jī)遇，敢想敢干堅定信心，同時腳踏實(shí)地，讓夢想照亮現(xiàn)實(shí)。布爾臺煤礦正凝心聚力、砥礪攻堅，繼續(xù)在智能化建設(shè)的道路上再揚(yáng)帆、再加速，為我國礦井高質(zhì)量發(fā)展引擎不斷注入新的動力，以推動煤炭行業(yè)更快、更穩(wěn)、更好發(fā)展。