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        平朔東露天礦智能化礦山建設(shè)的研究與應(yīng)用

        2022-06-30 09:55:26李亞林李金典
        露天采礦技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:礦山智能化智慧

        李亞林,寧 浩 ,李金典 ,韓 猛

        (1.中煤平朔集團(tuán)有限公司 東露天礦,山西 朔州 036000;2.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司,遼寧 撫順 113122;3.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 撫順 113122)

        煤炭工業(yè)的飛速發(fā)展為智能開采打下了良好的基礎(chǔ)。而智能開采在5G 通信和精確傳感等技術(shù)的逐步發(fā)展中,已成為煤礦進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要手段,智慧礦山逐步成為我國煤炭開采技術(shù)的前沿發(fā)展方向[1]。為從根本上提升煤礦產(chǎn)業(yè)競爭力,實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、綠色與可持續(xù)的發(fā)展目標(biāo),通過智能化高新技術(shù)促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與升級(jí)顯得尤為重要[2]。因此,為解決當(dāng)前煤炭工業(yè)面臨的問題及發(fā)展需要,建設(shè)智能煤礦、發(fā)展智能化開采成為了必然選擇,而露天礦相較于井工礦更適合開展智慧化、現(xiàn)代化礦山建設(shè)[3-4]。我國智能化開采技術(shù)相較于國外起步較晚,但在穿孔爆破、模型更新等領(lǐng)域有了一定的突破,并一定程度上實(shí)現(xiàn)了功能的單一或幾個(gè)聯(lián)合模塊的數(shù)據(jù)化管控。山煤集團(tuán)霍爾辛赫煤礦在智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)建設(shè)的內(nèi)容和功能等方面進(jìn)行了實(shí)踐,智慧礦山系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化,達(dá)到了降本增效的目的[5]。皖北煤電集團(tuán)麻地梁煤礦在頂層設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、創(chuàng)新管理、數(shù)據(jù)治理等方面開展了智慧礦山體系的建設(shè),在生產(chǎn)過程智能化、安全監(jiān)控?cái)?shù)字化、企業(yè)管理信息化、信息管理集成化等方面逐步向礦山智慧化邁進(jìn)[6];白音華三號(hào)礦基于開采工藝和信息化建設(shè)現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了智慧礦山1 個(gè)智慧管控平臺(tái)、4 個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)構(gòu)架,并提出建設(shè)智慧礦山的3 個(gè)階段的建設(shè)思路,為推動(dòng)我國露天礦信息化、智慧化和現(xiàn)代化建設(shè)做出了實(shí)踐[7]。隨著我國露天煤礦對(duì)智慧礦山建設(shè)的不斷探索,在網(wǎng)絡(luò)通信建設(shè)、生產(chǎn)過程管控、無人駕駛等方面取得了大量成果,但在智慧礦山建設(shè)上仍存在智能化及信息化標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、多學(xué)科交叉應(yīng)用不充分、重硬件輕軟件、信息孤島化嚴(yán)重、高新技術(shù)人才稀缺、自動(dòng)化及感知范圍不足、未形成統(tǒng)一綜合管控平臺(tái)等問題[8-9]。為此,中煤平朔集團(tuán)東露天礦針對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)施、礦山設(shè)計(jì)、智能穿爆、礦山工程、智能輔助、管理與決策、智能化園區(qū)、智能化選煤廠等方面對(duì)智能化礦山建設(shè)進(jìn)行。

        1 平朔東露天礦智能化礦山體系建設(shè)

        平朔東露天礦以智能化建設(shè)為抓手,以安全、高效、智能、綠色發(fā)展為目標(biāo),使智能化基礎(chǔ)支持系統(tǒng)、智能化設(shè)備工藝系統(tǒng)、智能化綜合管理系統(tǒng)得以有機(jī)匯接,實(shí)現(xiàn)礦山工業(yè)的分布式協(xié)同工作,在安全保障、高效生產(chǎn)、綠色環(huán)保3 個(gè)方面取得了良好效益,帶動(dòng)礦山安全高效生產(chǎn),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)提高,為高質(zhì)量發(fā)展提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐。東露天礦智能化建設(shè)內(nèi)容概覽圖如圖1。

        圖1 平朔東露天礦智能化建設(shè)內(nèi)容概覽圖

        1.1 智能化基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)

        1)平朔東露天礦已建成的通信網(wǎng)絡(luò)高速可靠并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)、文件、視頻等快速傳輸,滿足智能化礦山建設(shè)具備網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境的需求。核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用3 層交換機(jī),5G 網(wǎng)絡(luò)目前主要覆蓋東露天礦南幫1260 平盤至東西向的爆破、采裝、運(yùn)輸、排土等作業(yè)區(qū)域。

        2)平朔數(shù)據(jù)中心已部署3 臺(tái)超融合一體機(jī)、2 臺(tái)業(yè)務(wù)接入交換機(jī)、2 臺(tái)存儲(chǔ)交換機(jī),重要的數(shù)據(jù)與服務(wù)器均采用冗余配置,具有結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能,具備專業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件、虛擬化軟件、防病毒軟件。

        3)平朔東露天礦管控一體化平臺(tái)具備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)決策、安全管理和設(shè)備控制統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控的條件,支持大屏顯示、PC 端顯示、筆記本電腦顯示,現(xiàn)已完成平臺(tái)功能的開發(fā)和全部22 個(gè)子系統(tǒng)的接入。

        4)平朔智能調(diào)度指揮中心協(xié)調(diào)管控露天礦現(xiàn)場作業(yè),并對(duì)各系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理,具備智能化指揮、調(diào)度、管控、辦公、培訓(xùn)、展示等功能。同時(shí)建設(shè)辦公自動(dòng)化管理系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、EAM 系統(tǒng),各系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)交互。東露天礦智能化基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)概覽圖如圖2。

        圖2 東露天礦智能化基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)概覽圖

        1.2 智能化設(shè)備及工藝系統(tǒng)

        1)已建設(shè)鉆機(jī)無人值守技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目,以智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為鉆機(jī)遠(yuǎn)程遙控和無人駕駛的中樞系統(tǒng),通過環(huán)境感知技術(shù)、精準(zhǔn)自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)等,能夠?qū)崿F(xiàn)鉆機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、異常報(bào)警、故障智能診斷、故障預(yù)測功能,在遠(yuǎn)程操作鉆機(jī)駛的情況下能夠完成鉆機(jī)的運(yùn)行、鉆孔和水平找正等操作,完成無人值守下的布孔工作。

        2)無人值守鉆機(jī)利用精準(zhǔn)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位鉆孔,并結(jié)合傾角儀、深度檢測系統(tǒng)、激光測距傳感器和振動(dòng)傳感器獲取當(dāng)前炮孔傾角、鉆孔深度、阻力情況,動(dòng)態(tài)調(diào)整自動(dòng)鉆孔的姿態(tài)。

        3)已建設(shè)爆破遠(yuǎn)程監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng),在礦坑南北幫較高位置處各部署1 臺(tái)超長焦距熱成像雙光譜云臺(tái)槍機(jī),對(duì)爆破區(qū)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)和現(xiàn)場工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,通過后臺(tái)人形偵測和移動(dòng)檢測算法判定是否有人或者移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入爆破警戒區(qū)域。

        4)智能調(diào)度管理系統(tǒng)、大型設(shè)備安全預(yù)警系統(tǒng)通過高精度組合慣導(dǎo)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)單斗挖掘機(jī)智能精準(zhǔn)定位、軌跡回放;單斗挖掘機(jī)的電控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)能耗監(jiān)測、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測異常報(bào)警、故障診斷、故障預(yù)測功能。

        5)車輛防撞預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)卡車防碰撞安全保障功能;大型設(shè)備安全預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)卡車防疲勞駕駛、超速報(bào)警安全保障功能;礦用卡車無人駕駛技術(shù)改造項(xiàng)目的故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)卡車的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測異常報(bào)警、故障診斷、故障預(yù)測功能。

        6)卡車智能調(diào)度管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)精確計(jì)量、調(diào)度—終端通信、高精地圖顯示、軌跡回放、調(diào)度圖表、統(tǒng)計(jì)查詢、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析報(bào)告等功能;礦用卡車無人駕駛技術(shù)改造項(xiàng)目能夠?qū)崿F(xiàn)智能配車、高精地圖顯示、路徑智能規(guī)劃、智能導(dǎo)航等功能。

        7)已建設(shè)礦用卡車無人駕駛技術(shù)改造項(xiàng)目,無人礦卡系統(tǒng)通過V2C 通信,自主沿著規(guī)劃好的路徑向任務(wù)指定地點(diǎn)行駛,在行駛的過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行障礙物檢測,當(dāng)檢測到障礙物時(shí),自動(dòng)規(guī)劃局部最優(yōu)路徑進(jìn)行安全避障行駛;實(shí)現(xiàn)“1+7+13”即1 臺(tái)電鏟、7 臺(tái)無人礦卡、13 臺(tái)輔助作業(yè)設(shè)備的協(xié)同作業(yè)功能,完成1 臺(tái)套作業(yè)設(shè)備的全面測試與工業(yè)化運(yùn)行。

        8)推土機(jī)的電控系統(tǒng)能夠?qū)ζ渥陨碓O(shè)備構(gòu)件及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,同時(shí)對(duì)其傳動(dòng)、制動(dòng)、液壓等系統(tǒng)的相關(guān)部位實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警,進(jìn)一步向自主保護(hù)、遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控、遠(yuǎn)程操控等方面探索。平朔東露天礦智能化設(shè)備及工藝系統(tǒng)概覽圖如圖3。

        圖3 平朔東露天礦智能化設(shè)備及工藝系統(tǒng)概覽圖

        1.3 智能化綜合管理系統(tǒng)

        1)已建成EAM 系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、Linkone 系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備維修、材料消耗、設(shè)備運(yùn)維和配件庫存信息管理、輔助分析。

        2)ERP 系統(tǒng)、法律系統(tǒng)、主數(shù)據(jù)平臺(tái)、采購一體化(原電子商務(wù)系統(tǒng))、可視化管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)銷售和采購、資金信息和經(jīng)營指標(biāo)、投資和成本信息管理、輔助分析。

        3)雙預(yù)控系統(tǒng)、綜合信息集成平臺(tái)、煤炭監(jiān)管信息平臺(tái)、ERP 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)信息、經(jīng)營信息和人力資源信息管理。東露天智能化綜合管理系統(tǒng)概覽圖如圖4。

        圖4 東露天智能化綜合管理系統(tǒng)概覽圖

        2 智能化建設(shè)效益分析

        東露天礦智能化礦山建設(shè)效益主要體現(xiàn)在安全保障、高效生產(chǎn)、綠色環(huán)保3 個(gè)方面。

        1)安全保障。管理與決策方面,風(fēng)險(xiǎn)管控與隱患排查系統(tǒng)通過專項(xiàng)安全檢查和常態(tài)巡檢,全過程參與完成現(xiàn)場安全隱患的信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、排查整改和隱患消除等閉環(huán)跟蹤與管理。機(jī)電設(shè)備安全方面,單斗挖掘機(jī)電控系統(tǒng)、車輛防碰撞系統(tǒng)、推土機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷;卡車智能調(diào)度系統(tǒng),無人駕駛技術(shù)具備自動(dòng)避障及控制能力。環(huán)境安全方面,邊坡雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測并具備預(yù)警報(bào)警功能。

        2)高效生產(chǎn)。管理與決策方面,綜合管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互,生產(chǎn)經(jīng)營中的各種綜合數(shù)據(jù)上報(bào)至生產(chǎn)運(yùn)營管理部,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營的全局管控。穿爆方面,實(shí)現(xiàn)鉆孔智能精準(zhǔn)定位,鉆機(jī)無人值守常態(tài)化使用。運(yùn)輸排土方面,具備單斗挖掘機(jī)-無人駕駛卡車協(xié)同作業(yè)功能,實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸排土的智能與高效。供電方面,變電所實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控以及無人值守,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)智能控制。排水方面,排水泵站具備集中監(jiān)控、無人值守功能。

        3)綠色環(huán)保。排水泵站具有水位自動(dòng)監(jiān)測功能和根據(jù)水位情況自動(dòng)選擇水泵啟停,提高礦山疏干效率,降低耗電量。無人智能變電站具備智能開關(guān)和關(guān)鍵負(fù)荷電纜的測溫報(bào)警功能,提高礦山電能利用率。

        3 結(jié)語

        平朔東露天礦在基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)、設(shè)備及工藝系統(tǒng)、綜合管理系統(tǒng)3 個(gè)方面積極推動(dòng)智能化礦山建設(shè),在安全保障、高效生產(chǎn)、綠色環(huán)保3 個(gè)方面充分體現(xiàn)了應(yīng)用效益,為高質(zhì)量發(fā)展提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐。東露天礦在智能化建設(shè)上的研究與應(yīng)用,在智慧化礦山建設(shè)道路上進(jìn)行了深入探索,為國內(nèi)智能化礦山建設(shè)形成了示范作用。

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