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我国煤矿产业要消除发展痛点让智能化进阶

2021-11-17 来源:潍坊农业机械网

我国煤矿产业要消除发展痛点,让智能化“进阶”

目前,我国煤矿智能化建设仍处于培育示范阶段,发展不充分、不平衡,总体水平还不高,距离实现全面智能化还有不小差距。须全力消除痛点,取得更多阶段性成果。

痛点一:智能化认识和理念不统一

部分地区和煤矿企业没有认识到智能化是行业发展的必然趋势,片面强调投入大、技术难、要求高,甚至是“面子工程”。既怕增加负担、影响经济效益,又怕承担失败的风险,有畏难情绪和消极心理,发展脚步相对滞后。

智能化煤矿建设是高新技术融入矿山场景、渐进迭代的发展过程,不是一次性结果,更不是“交钥匙工程”。对煤矿智能化认识和理念的不统一,本质上不是对智能化概念的纠缠,而是因循守旧的保守思维对技术变革的不适应。在煤矿智能化发展尚不充分、技术装备还不完善的初级阶段,这是自然存在的分歧,与煤矿综合机械化发展之初的情况类似。但是,我们不能全面否定和滥用智能化概念。

痛点二:各地智能化发展不平衡

由于我国煤层赋存条件复杂多样,不同条件矿井进行智能化建设的技术路径、难易程度、可实现效果等均不相同。目前,我国煤矿智能化发展不平衡主要表现在:不同矿区智能化建设基础不平衡,不同地区智能化建设水平发展不平衡,煤矿不同系统智能化水平发展不平衡,智能化技术需求与技术发展现状不平衡,硬件与软件投入不平衡,煤矿智能化相关投入与产出比不平衡。

痛点三:5G应用场景和生态匮乏

5G作为新一代信息技术,具有大带宽、广连接、低时延等优点。联合网络切片、边缘计算等核心技术,5G可以为垂直行业带来变革性的应用场景。

煤矿5G应用经过第一阶段的探索和实践,取得了很多宝贵经验,但也发现了诸多实际问题,如5G网络系统架构不统一、5G应用场景有待挖掘、5G技术及终端生态匮乏等。

痛点四:“透明地质”技术支撑能力不足

地质探测技术与装备的智能化,探测信息的数字化、模型化及地质信息与工程信息的有效融合,是打造“透明地质”或“透明工作面”的基础。目前,受地质探测理论、技术与装备发展水平的限制,“透明地质”技术保障支撑能力明显不足。主要表现在:地质数据尚未全部实现数字化,地质探测技术的探测精度和范围尚难以满足煤矿智能化建设要求,地质体三维高精度建模技术有待提升,现有技术难以建立高精度“透明地质”模型,地质信息与工程信息尚未实现融合,地质探测技术与装备的智能化程度较低。

痛点五:采掘失衡、掘支失衡问题尚未解决

目前,我国煤矿巷道掘进的机械化程度约为60%,且普遍存在采掘失衡、掘支失衡等问题。巷道掘进智能化尚处于起步阶段,主要表现在:掘进工作面空间狭小、作业工序复杂,掘、支、锚、运协同作业困难;截割与支护设备的可靠性和适应性有待提高;受强干扰、高粉尘、狭长作业空间等因素影响,难以实现掘进设备定姿和定位;智能化快速掘进相关技术与装备投入少、技术进步缓慢。

痛点六:智能化技术难以适应复杂工作面条件

截至2020年上半年,我国已经建成不同类型、模式和效果的智能化综采工作面338个,形成了4种智能化工作面开采模式。工作面智能化开采效果有待提高,主要表现在:综放工作面智能化放顶煤技术未能有效突破;煤机装备的可靠性及自适应控制技术有待突破;智能化开采技术对复杂煤层条件的适应性差,综采设备群智能协同控制效果有待提升;工作面端头支架、超前支架智能化水平较低;工作面设备的智能决策能力有待提升,相关感知信息有效利用率较低,不同类型感知信息的融合分析效果较差,尚未形成完善的感知、分析、决策、控制闭环管理。

痛点七:智能化巨系统兼容协同困难

智能化煤矿需要建设基础应用平台、掘进系统、开采系统等近百个子系统,是一个复杂的巨系统。不同系统之间的数据兼容、网络兼容、业务兼容和控制兼容效果较差,难以实现系统间智能协同作业。主要表现在:数据格式尚未实现统一,网络通信协议兼容性差,业务系统兼容性较差,系统间协同控制兼容性差。

痛点八:智能机器人作业技术有待突破

应用机器人技术将工人从繁重危险的地下采矿作业中解放出来,是实现煤矿智能化的重要途径。井上下智能机器人作业技术有待突破。

突破点主要表现在:煤矿机器人基础共性关键技术有待突破,机器人精准定位、自主感知与决策、精准导航与调度、避障、集群管控与续航管理以及轻型防爆材料等相关技术尚未突破;现有煤矿机器人主要通过集成各类传感器对井下各类环境信息进行感知,功能比较单一,智能化程度较低。按照井下防爆要求,现有机器人比较笨重、灵活性较差,对复杂煤层条件的适应性较差;现有煤矿机器人以巡检为主,且多为轨道巡检机器人,性能有待提升;掘进机器人、喷浆机器人、支护机器人、救援机器人等相关机器人亟待开发。

痛点九:智能化煤矿管理与人才储备不足

目前,煤矿智能化专业技术人才不足,主要表现在:传统管理模式难以适应智能化煤矿,煤矿缺少智能化专业职能部门,智能化煤矿从业人员整体技术水平偏低,智能化人才培养体系不健全,缺少专业化运维团队。

痛点十:智能化煤矿投入保障不足

煤矿智能化建设需要较大的资金投入。不过,一些效益较差的企业智能化发展资金不足,特别是短期收益不明显,影响企业投资的决心。

主要表现在煤矿智能化投入整体强度仍然偏低,企业间差距较大;煤矿智能化短期收益主要表现为安全效益,经济效益不显著;智能化煤矿运营过程中形成的大量数据资源价值尚未得到充分挖掘;缺少客观、专业、真实反映煤矿智能化投入与效益的评价方法。

如何消除煤矿智能化发展痛点?

1. 建立智能化煤矿建设标准与技术规范体系。规范智能化煤矿数据中心、主干网络、云平台、井下人员与设备定位、智能化地质保障系统、智能化掘进、智能化采煤、智能化主煤流运输、智能化辅助运输、智能化供电、智能化排水、智能化通风、智能化安全监测监控,制定智能化煤矿建设指南,为智能化煤矿建设提供标准指引。

2 .基于微服务架构设计思想,开发应用统一技术架构的智能化煤矿综合管控平台,实现各业务系统的监测实时化、控制自动化、管理信息化、业务流转自动化、知识模型化、决策智能化,实现煤矿井下各系统的数据融合共享与统一协调管控。

3. 研究应用5G+F5G+WiFi6的高效、高可靠性融合组网技术,研究5G等新一代无线通信技术在煤矿井下不同应用场景的可行性及应用前景,开展井上下5G应用场景研发与示范。研究煤炭板块云、数据中心建设技术,构建智能化煤矿知识图谱,为煤矿各系统的智能分析决策提供支撑。

4 .开展井上下瓦斯智能抽采技术与装备、精细探测及全息数字化三维地质模型构建技术、煤矿高精度地质模型构建技术、基于4D-GIS的采掘工程数据自动处理与实时更新技术、GIS与BIM融合技术等,为煤矿智能化提供地质信息与工程信息支撑。

5 .开展不同类型煤层赋存条件巷道快速掘进基础理论与关键共性技术、装备的研发与应用,重点突破掘支平行作业关键技术瓶颈,实现快速掘进;开展基于5G数据传输的智能化掘进机与全自动锚杆(索)钻车、基于UWB(Ultra Wide Band,超宽带)技术的掘进机精确定位、智能截割、远程集中控制等技术的研究应用,探索适应不同煤层条件的智能掘进新模式。

6 .研发带式输送机智能变频调速技术、智能综合保护技术、井下人员与车辆精准定位技术、机车智能调度系统、基于5G的无轨胶轮车无人驾驶技术与智能调度技术、基于5G与物联网技术的机车遥控驾驶技术及机车无人驾驶配套技术与装备、智能仓储技术等,提高主辅运输系统智能化水平。

7 .研究主供电系统远程集控技术、电能大数据分析与监控管理技术、矿井灾害风险智能分级管控与预警技术、煤自燃智能监测预警与主动分级防控技术、高精度冲击地压智能监测预警技术与装备、矿井大型机电设备全生命周期智能管理技术与系统等,提高矿井安全保障水平及智能化水平。

8 .研发应用选煤厂重介密度、跳汰分选、浮选及加药、粗煤泥分选、浓缩系统及加药、沉降处理、装车配煤系统、干燥系统、压滤机集群等工艺过程的智能化控制技术与装备,研发选煤厂安全生产监控联动平台、基于大数据的智能选煤决策平台、商品煤智能检验与管控体系、选煤系统数字孪生技术与装备等,实现选煤厂无人值守作业。

9 .推广应用井上下机器人作业技术,研发井下锚、钻、喷浆类机器人,实现钻锚作业的机器人化;研发探水钻孔、防突钻孔、防冲钻孔等钻探机器人,解决钻孔机器人的井下自主移动、导航定位、自动钻进等问题;研发巷道清理机器人、煤仓清理机器人、水仓清理机器人,大幅降低井下作业人员劳动强度。

10 .研发智能装备和机器人从设计到使用全生命周期管理系统,对设备全寿命过程的健康状况进行管理与预测,并根据设备健康特征对维修策略进行决策、给出合理维修建议,从而实现对煤矿全工位机电设备健康智能管理。

(作者系中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家)