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    科技推廣
    王國法:智慧煤礦與智能化開采技術的發展方向
    2019-05-13 11:10:36   來源: 煤炭科學技術

      智慧煤礦的總體目標是形成煤礦完整智慧系統,全面智能運行,科學綠色開發的全產業鏈運行新模式。

      煤炭是我國的主體能源,也是最經濟和可以清潔高效利用的能源。

      我國煤炭以井工開采為主,經過多年發展,我國煤炭綜采技術裝備已從依賴進口到全部國產化。近10年來,通過智能化開采技術與裝備的創新研發,突破多項關鍵技術,在薄和較薄煤層智能化綜采,大采高和超大采高智能化綜采以及特厚煤層綜放開采智能化技術與裝備方面實現領跑。建成了如黃陵智能化開采示范礦井、兗礦金雞灘煤礦世界首套8.2 m超大采高綜采成套技術與裝備等標志性成果。已建成一批現代化特大型安全高效煤礦,為全面推進智慧煤礦建設和智能化開采發展奠定了基礎。

      智慧煤礦技術架構

      做好智慧煤礦頂層設計是保證智慧煤礦建設沿著正確方向的首要條件。

      智慧煤礦應基于一套標準體系、構建一張全面感知網絡、建設一條高速數據傳輸通道、形成一個大數據應用中心、開發一個業務云服務平臺,面向不同業務部門實現按需服務。

      智慧煤礦總體架構包括八大智慧系統:
      1. 地下精準定位導航系統
      2. 隨掘隨采精準探測地質信息系統
      3. 智能快速掘進和采準系統,礦井通風、供排水、主副運智能系統
      4. 工作面智能開采系統
      5. 危險源智能預警與災害防控系統
      6. 礦井全工位設備設施健康智能管理系統
      7. 煤礦地面分選運銷與生態建設智能系統
      8. 煤礦物聯網綜合智能管理系統

    ▲智慧煤礦總體架構

      智慧煤礦智能系統設計建設的基本原則是要以網絡融合安全、信息互聯互通、數據共享交換、功能協同聯動為智慧煤礦實現物聯網全部功能的總原則。

      在智慧煤礦頂層設計和建設中,遵循“打通信息壁壘” 、鏟除“信息煙囪”、消除“信息孤島”、避免“重復建設”的技術方法,要遵循采礦規律,實現人工智能與采礦工藝技術深度融合。

      智能開采是智慧煤礦的核心,智能感知、智能決策和自動控制是智能化開采的三要素。

      智能開采區別于一般自動化開采的顯著特點是設備具有自主學習和自主決策功能,具備自感知、自控制、自修正的能力。具備這樣能力的智能化綜采系統才能充分的響應生產環境變化,實現真正意義上的智能化開采,實現有限條件下的無人開采目標。

      智慧煤礦關鍵核心技術

      煤礦智能化開采和煤礦物聯網技術目前已取得了重要進展,已建成一批以工作面智能化開采和數字化信息化管理系統為標志的先進煤礦。

      但是,由于煤礦開采條件的復雜性和多樣性,大多數智能化工作面還遠沒有達到理想效果,智慧煤礦建設還處于初級起步階段。

      目前,智慧煤礦需要重點進行以下5個方向的攻關研發:

      1. 精準地質信息系統及隨掘隨采探測技術與裝備

      2. 智慧煤礦物聯網技術與裝備

      3. 巷道智能化快速掘進技術與裝備

      4. 智能化無人開采關鍵技術與裝備

      5. 煤礦機器人技術及產品研發

    ▲智能化無人開采技術與裝備總體技術路線

      智慧煤礦巨系統綜合管理平臺

      智慧煤礦巨系統綜合管理操作平臺是面向整個智慧礦山的一體化基礎操作系統,對下獲取和處理數據,對上支撐應用業務的功能性軟件、通信、大數據分析、云計算等,是構建智慧礦山的基礎操作平臺,解決子系統數據割裂、無法聯動、無法大數據分析支持等關鍵問題。

      它的基本特征包括:全面的數據標準化;統一的數據存儲方案;數據實時傳輸;組態化可配置;支持大數據分析;具有開放性。

      所有信息包括實時數據、多媒體數據和管理數據可以通過局域網和廣域網進行準時、可靠、安全的傳輸,必要的數據要保證時鐘同步。

      智慧煤礦巨系統綜合管理操作平臺核心包括:

      1. 基于Ethernet/IP的生產過程控制數據交換標準化

      2. 基于Web Service的信息系統跨平臺交互

      3. 建設煤礦大數據采集分析處理平臺

      4. 開放式多系統管理軟件及操作平臺

      智慧煤礦巨系統綜合管理操作平臺根據其業務邏輯,可建設為以智慧煤礦多系統綜合管理操作平臺為核心的包括:

      1. 井下精確定位、導航、5G通信管理操作平臺

      2. 地質及礦井采掘運通信息動態管理操作系統平臺

      3. 視頻增強及實時數據驅動三維場景再現遠程干預操作平臺

      4. 環境及危險源感知與安全預警系統管理操作平臺

      5. 智能化無人工作面系統管理操作平臺

      6. 井下機器人群協同智慧和饋電管理操作平臺

      7. 全礦井設備和設施健康管理操作平臺

      8. 分選運銷及采區規劃設計智能管理操作平臺

      通過這“1+8智能操作平臺”,實現多層級、多信息融合處理與操作,從而實現各生產環節智能化協同生產。

      智慧煤礦與智能化開采發展目標

      作為煤炭產業轉型升級和技術革命的戰略目標,智慧煤礦和智能化開采核心技術的研發已成為采礦行業升級發展的強大推動力。

      然而,建設智慧煤礦不是簡單技術改造就能建成的,其中包含的系列關鍵技術需要進行不斷的探索和攻關,并借助新一代信息技術帶來的發展機遇,借助第4次工業革命和新技術發展的成果,與煤炭開發技術深度融合,開創綠色、安全、高效的煤礦發展新模式。

      智慧煤礦的總體目標是形成煤礦完整智慧系統,全面智能運行,科學綠色開發的全產業鏈運行新模式。智能化開采是煤炭綜合機械化、自動化開采技術的新發展,其總目標是實現無人化開采。

      智慧煤礦與智能化開采技術的發展尚處于起步階段,必然經歷一個不斷發展的過程,要經歷從初級智能化到高級智能化的過程,其分階段目標如下:

      近期目標:到2020年,在目前煤礦信息化、數字化和智能化開采技術成果基礎上,通過推廣應初和技術升級,建設100個示范煤礦,初步構建智慧煤礦系統框架,實現采掘運主要環節單個系統、單項技術的智能化決策和自動化運行,實現工作面內無人操作、有人巡視,遠程監控的自動化生產。

      中期目標:到2025年,攻克一批智慧煤礦與智能化開采的短板技術,提高煤礦智能化水平,全部大型煤礦全面實現的智能化開采,構建起多信息融合的智慧煤礦系統,實現采掘運通多個系統的智能化決策和自動化協同運行,井下主要崗位作業、安控與應急救援的機器人替代,工作面無人化作業。

      遠期目標,到2035年,全面突破和完善智慧煤礦與智能化開采的關鍵技術,全面實現煤礦的智能化和現代化,構建起煤礦及礦區多產業鏈、多系統集成的智慧煤礦系統,全面實現生產和管理信息的數字化,全部主要生產環節的智能決策和自動化運行,達到全礦井一線作業、安控和應急救援的機器人化,無人化作業。

      來源:王國法,杜毅博.智慧煤礦與智能化開采技術的發展方向[J].煤炭科學技術,2019,47(1):1-7.


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