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[中國煤炭報 ] 把整座煤礦建成一個“機器人”
發布時間:2019-08-23     作者:佚名   點擊量:3629   分享到:


中國煤炭報  2019年08月22日  4版


把整座煤礦建成一個“機器人”



本報記者 鄢麗娜 通訊員 姚媛

現代傳感技術、信息技術、通信技術、自動控制技術等與采礦技術加速融合。這深刻影響和改變著傳統煤炭行業的生產工藝和組織管理模式。黨中央、國務院對兩化深度融合提出要求,以信息化帶動工業化、以工業化促進信息化,走新型工業化的道路。可以說,建設智慧礦山是大勢所趨,誰能搶先布局、下好“先手棋”,誰就能贏得發展先機。

在眾多實踐探索中,陜西陜煤榆北煤業有限公司發揮后發優勢,在建設之初就搭建好智慧礦山建設框架,把煤礦建設成會思考、能決策的機器人。

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一個生產班僅需8人左右

在榆北煤業公司下屬的曹家灘公司綜采區智能分控中心,墻上的大屏幕顯示著綜采工作面的各項數據,屏幕下是2臺工業控制計算機。

曹家灘公司綜采區技術員劉安強告訴《中國煤炭報》記者,在辦公室操作這2臺計算機,用鼠標點擊按鈕,就可實現一鍵啟動,控制地下三四百米深處的綜采設備。隨后,工作面設備進行智能化割煤,系統設備相互聯動,實現智能化開采運輸。

今年4月以來,曹家灘公司122106綜采工作面實現了智能化開采。一個生產班,僅需8人左右就能完成當班生產任務。采煤機司機、支架工等無需跟機操作設備。當地質條件變化或設備出現故障時,作業人員及時處理即可。

在曹家灘公司5月以來的自動割煤記錄清單上,記者看到上面列出了每班自動割煤的刀數、開采狀況、設備狀態、現場隱患問題處理情況等。

“從幾個月的綜采智能化系統運行數據看,相較于人工操作,實施智能化割煤后,綜采工作面單產水平可提高10%到12%,全員工效可提高16%,開機率可提高8%。”曹家灘公司黨委書記、總經理雷亞軍說。

引入最先進的技術,榆北煤業公司以最高標準推進智慧礦山建設。目前,小保當一號煤礦和曹家灘公司的綜采工作面均已實現了記憶割煤為主,人工干預為輔。

除了智能化開采,榆北煤業公司也在下大力氣解決制約行業發展的關鍵問題,加快掘進速度。

據介紹,包括榆北煤業公司在內的6家單位目前正在研發智能快速掘進成套裝備。

5月16日,第一套快速掘進裝備進入曹家灘公司,經過安裝調試,6月5日正式進入生產階段。目前,日進尺已經穩定在了50米以上,最高日進尺可達69米。

“我們的初期目標是每月掘進1500米。”雷亞軍說,“隨著設備改進,人員、設備、環境磨合到位,最終要實現每月掘進2000米。”

當前,曹家灘公司需要11個月才能完成一個工作面的準備工作。快速掘進成套裝備成功運行后,僅需三四個月即可準備好一個工作面。“井下作業點減少,工作效率提高,安全系數也大大提高。”雷亞軍說。

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建設之初就搭建好智慧礦山框架

事實上,引進幾項技術、幾套設備,建成一個自動化工作面,還不是他們的初衷,他們的愿景比這個更宏大。

“我們要把整座煤礦建成一個智能機器人,讓它能自主思考、解決問題。”榆北煤業公司黨委副書記、總經理石增武說,“一座煤礦就是一個大型機器人,內部各套系統是機器人的組成構件,從井下到井上,從生產到經營,所有系統要致力于打造智慧化系統。”

比如根據《智慧礦山信息系統通用技術規范》,突水透水事故的預警準確率要達到90%,解警準確率要達到98%。而小保當一號煤礦和曹家灘公司的水害事故預警準確率均在98%以上;煤礦無人綜采工作面應能實時采集煤壁和圍巖參數,實現工作面周圍煤巖層和采空區的實時精細建模和煤巖物性的超前預測;綜采工作面測量系統可精準定位,自動找直,全工作面連續推進過程中工作面相鄰支架間前后偏差小于50毫米,全工作面連續推進過程中不需要人工調架,全工作面誤差小于200毫米。曹家灘公司和小保當一號煤礦正在這條路上探索努力。

以小保當一號煤礦為例。小保當公司智慧礦山管理部副主任李杰介紹,該礦的智慧礦山建設規劃,從下至上可分為4層。

最底層為執行層,包含各種傳感設備。該層的各種設備如同人的五官和四肢,將煤礦的各種數據信息收集上來,匯總給智慧礦山“大腦”,進行感知、分析、決策、執行。

第二層為傳輸層,如同神經系統,負責信息傳輸。目前,小保當一號煤礦建成了萬兆的視頻網和千兆的信息網、控制網、安全網,織就了一張井下的信息傳輸“高速公路網”。

再往上是管控層。管控層對采集到的數據進行分析,實現對井下設備的遠程操控。

管控層上面是管理層。小保當一號煤礦采用“兩中心三部室”的管理模式,即生產管理中心、經營管理中心和安全監督管理部、智慧礦山管理部、綜合管理部,實現和諧高效管理。

小保當一號煤礦共規劃建設了65個子系統,今年計劃完成41個子系統的建設工作。記者采訪時,該礦已建成30個子系統,其中18個已接入智慧化管控平臺。

與小保當一號煤礦類似,曹家灘公司也規劃了這樣的智慧礦井建設框架。根據實際需要,曹家灘公司規劃了55個子系統,目前已建成31個子系統,并已全部接入智慧化管控平臺。

礦井各個層面收集產生的數據全部集中到云計算中心,各子系統可利用這些數據學習、分析,最終實現自主決策。

3

煤礦也要會思考、能決策

在已建成的子系統中,有不少顯得聰明而實用。井下網約車就是其中之一。

在手機上輸入上車時間和人數,系統自動定位,自動安排調度,員工可就近乘車。

有了井下網約車,員工錯過班車,也不用擔心乘車問題,同時也可減少車輛空轉,節省成本。

“一張圖”則為煤礦井下的安全生產管理提供了強有力的保障。

雷亞軍介紹,“一張圖”包含六方面信息。一是地質地表地貌信息。二是井下巷道工程信息,包括運輸大巷、采煤工作面、掘進工作面等井下巷道工程信息。三是環境在線監控數據,包含風速、一氧化碳等數據。四是通過鉆探等手段獲得的水文地質數據。五是車輛、人員等移動目標實時監控信息。六是設備動態管理信息。

六方面的信息集中在一張圖上,信息展示更直觀。“打開‘一張圖’,隨便點一個位置,就能了解到該地點的環境、供排水布置情況,有沒有人和車以及地質構造和地表等信息。”雷亞軍說。

“一張圖”不僅讓圖紙使用時更加直觀,制圖也更加方便。

馬越是小保當公司技術員,主要負責地測防治水相關工作。“以前制好圖,交給相關人員,需要打印出來。地質圖很大,需要拼接,打印費時費力。”馬越說,“現在繪制好圖,通過系統大家都可了解,并且大大節省紙張成本,提高了工作效率。”

不僅讓工作更方便,榆北煤業公司在智慧礦山建設方面目標更高:煤礦要能思考,學會自主決策。

在小保當公司新啟用的智能調度控制中心,李杰介紹,小保當一號煤礦已建設了火災模擬分析、透水淹沒決策分析等多個智慧決策系統。

系統與人員定位、井下廣播系統聯動,當煤礦發生火災或透水事故時,可自動通過廣播或人員定位系統通知相關人員撤離。同時,系統可根據火災、透水情況,結合礦井布置,自動為每名員工規劃不同的安全逃生路線。

“現在我們還處于建設初期,系統還需要更多數據來完善。”李杰說,“以后肯定會越來越好用。”隨著各子系統的應用迭代,煤礦的“智力”水平也將不斷提升。

同時,在運行過程中,平臺接口開放,還可根據需要隨時增加新的系統。

4

員工和煤礦一起成長

奔著建設世界一流智慧礦井的目標,許多人來到了榆北煤業公司。

1994年出生的張安平慕名來到小保當公司。張安平有同學在小保當公司,覺得這邊發展前景比較好,他主動前來應聘,經過考核也進入了小保當公司。談起當時的情況,張安平臉上透出些許稚氣。

雖然臉上有稚氣,但他工作卻不含糊。2018年來小保當公司,由于表現優異,今年6月,他成為了機電運輸區的一名技術員。這樣的速度在老礦井是難以實現的。

近幾年來,整體而言,煤炭行業老齡化比較嚴重,特別是許多老礦區。然而在榆北煤業公司,員工和煤礦都很年輕。

榆北煤業公司目前已建成的2座礦井都是新礦,大部分員工也是最近2年招錄的,有的是從其他礦井過來的年輕骨干,有的是剛畢業的大學生、研究生。

面對年輕、高學歷的員工和智慧礦山建設目標,榆北煤業公司在員工職業規劃和體制機制上有許多創新。這些成為支撐智慧礦山建設的基礎保障。

員工晉升打破年齡和資質的限制,張安平方能在1年內成為一名技術員。不僅張安平,小保當公司和曹家灘公司大部分中層管理干部都是“80后”。“都說我們一幫‘80后’帶著一幫‘90后’在建設智慧礦山,員工和煤礦一起成長。”小保當公司綜合管理部副主任李順麗說。

榆北煤業公司打通了3條職業發展通道(管理通道、專業技術通道、技能操作通道),讓員工在適合的崗位上拔節生長。員工還可以進行跨通道職業轉換。

即便是有了3條職業發展通道,面對這樣一群有活力的年輕人,小保當公司黨委書記、總經理楊征已經在考慮為人才提供更大平臺,留住專業人才。

“5年以后,這一批員工都是要經驗有經驗,要學歷有學歷。”楊征說,“他們需要更大的舞臺。”

楊征的考慮是把小保當公司建成一個智能高效、管理科學、集成創新的綜合公司平臺,引導科研院所的專家來合作研發項目,讓小保當公司的研究生、本科生參與到項目中,“高素質的員工必須要在科研上出成果”。如果員工有好的課題,小保當公司也會大力支持,甚至可以為他們建設專業的實驗室。

目前,小保當公司與中國工程院院士王雙明等專家合作進行保水開采的研究。小保當公司選派出的幾名研究生和本科生都在這個團隊中。“他們建了個微信群,每天都在進行技術交流。”楊征說。

張安平加入了防治水科技攻關小組。攻關小組一共有6人。張安平暫時負責一些資料搜集、溝通的工作。攻關小組一周討論一次,一個月匯報一次,有時小保當公司領導也會參加。

除了為員工搭建更大的平臺,榆北煤業公司也在機構設置上進行創新。與傳統煤礦不同,他們建立了與智慧化系統相匹配的、橫寬縱短的扁平化柔性管理體系。

曹家灘公司和小保當公司職能部門設置都是“兩中心三部室”。“兩中心三部室”中的一個部室就是智慧礦山管理部。這在傳統煤礦中很少見。

目前,榆北煤業公司正在推行全面預算和內部市場化機制。

小保當公司內部核算室副主任常奔介紹,他們將全面預算與內部市場化結合,把全面預算作為戰略目標的控制工具,通過內部市場化落地執行。

小保當公司讓員工、部門根據工作需要提出預算和內部市場化的考核目標,“目標制定更貼合實際,后面也更方便執行。”常奔說。預算從下往上制定,最后匯總成全公司的整體預算,公司再根據戰略目標等進行調整,最后發下去,作為考核標準。

目前,小保當公司正在做管理考核的信息系統。管理考核系統接入智慧礦山平臺后,可以利用皮帶秤等其他設備、系統自動收集到的數據,自動根據后臺設定的規則,計算員工工資。在他們的規劃中,不僅要實現生產智慧化,經營管理也要智慧化。

5

迎難而上,為行業摸索標準

榆北煤業公司的智慧礦山建設走在了行業前列。正是因為走在前面,少有經驗可借鑒,遇到的困難也自然不少。

“目前,我們對煤礦的災害認識還不足,對自然規律的掌控還不充分。”石增武說。

石增武表示,煤礦環境非常特殊,當設備投用于煤礦,就需要考慮如防爆等更多因素。已有的軟件系統和硬件設備還不能完全適應現場生產需要,需要一段時間調整適應。

同時,受制于基礎工業發展,已有的材料還不能完全滿足煤礦生產需要,“有些設備需要輕型化,用起來才比較簡單、方便,但目前還不能實現。”石增武說。

有時想要實現某種功能,市面上可能還沒有成熟的系統和設備,需要定制化開發。不過石增武認為,按照當前技術水平,很多功能都可以實現,關鍵是提出需求。而當市面上出現各種新技術,榆北煤業公司也會盡快引進,比如該公司井下已應用的4G技術,等5G技術商業化后,也會盡快引進。

楊征也認為最難的不是硬件技術,量化標準才是真正令他頭疼的。

“我們要建56個子系統,可以實現很多功能。系統要運行,需要許多量化指標,這個不好做。”楊征說。

楊征舉了個例子。安全決策中心下的一個子系統,里面就有指標定不下來,“我們要建一個井下不安全人的數據庫。難就難在,不安全人的標準是什么?怎么定義?”楊征說,“現在大框架都有,功能也可以實現,但沒有合適的量化指標。”

以往煤礦對不安全人的界定比較粗略,而要讓系統自動精準識別,則需要更細致可靠的指標。

面對智慧礦山建設中遇到的各種問題,榆北煤業公司的建設者們迎難而上,一個一個解決,既為了企業發展,也為行業摸索智慧礦山建設的標準。

楊征介紹,小保當公司正計劃將井下不安全人標準作為一個專門的課題進行研究,“探討一下在井下特殊作業環境中,什么樣的人是不安全人”。

這樣的標準探索工作,他們在智慧礦山建設中還做了很多。

“智慧礦井建設是一個漫長的過程,需要開發許多軟件和系統。”石增武說,“但我們的方向和目標已經定了,一定會朝著這個方向不斷前進。”

陜西陜煤榆北煤業有限公司2012年經陜西省國資委批準成立,受托管理小保當公司、曹家灘公司。

小保當公司是國家煤炭工業“十二五”規劃重點開發的大型煤礦項目,按照“一礦兩井”模式建設,可采儲量30億噸,一號煤礦規劃建設規模1500萬噸/年,服務年限73.8年;二號煤礦規劃建設規模1300萬噸/年,服務年限70.4年。小保當一號煤礦2018年進入聯合試生產。小保當公司現有在冊員工576人,本科及以上文化程度的占45%。

曹家灘公司可采儲量15.11億噸,規劃建設規模1500萬噸/年,服務年限72年,2018年7月進入聯合試生產。曹家灘公司現有在冊員工450人,本科及以上文化程度的占49%。


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