智能礦山建設(shè)實踐及關(guān)鍵技術(shù)

王龍洛 付陽 臨沂會寶嶺鐵礦有限公司

隨著“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的強國政策深入實施，對于能源型企業(yè)來說，信息化與工業(yè)化的深度融合、促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，勢在必行。聚焦國家及地方政策導向，加快煤礦智能化發(fā)展，實現(xiàn)智能化、無人化運行，是煤炭企業(yè)未來的發(fā)展目標。

一、智能礦山概述

智能礦山以信息化建設(shè)為基礎(chǔ)，以自動化建設(shè)為手段，融合5G 通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能傳感、人工智能等先進技術(shù)，最大程度地減少井下作業(yè)人數(shù)，改善礦井員工作業(yè)環(huán)境，提高工作效率，并打造跨系統(tǒng)多維度的數(shù)據(jù)分析平臺，為管理層制定礦井發(fā)展方向與決策提供可靠數(shù)據(jù)支持。智能礦山建設(shè)技術(shù)架構(gòu)，其包括感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、平臺支撐層和應用層。感知層將前端感知的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、生產(chǎn)自動化數(shù)據(jù)等通過串口、網(wǎng)關(guān)、PLC、綜合分站、移動設(shè)備等進行集中采集。傳輸層利用井上下工業(yè)環(huán)網(wǎng)、視頻專網(wǎng)、4G/5G 無線網(wǎng)絡(luò)等對感知數(shù)據(jù)進行傳輸。數(shù)據(jù)層按照統(tǒng)一標準對感知層數(shù)據(jù)進行分類存儲。平臺支撐層基于實時數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)需求進行數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)分析等，提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐服務(wù)、數(shù)據(jù)管理支撐服務(wù)、數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)、應用與分析支撐服務(wù)。應用層提供面向業(yè)務(wù)應用的服務(wù)，主要包括基于時空GIS“一張圖”的安全監(jiān)測系統(tǒng)、基于時空GIS“一張圖”的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)及綜合決策大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，并通過調(diào)度大屏、PC 應用端、門戶網(wǎng)站、移動APP 等方式進行展示，PC 應用端、門戶網(wǎng)站和移動APP 均可基于權(quán)限控制實現(xiàn)煤礦不同用戶需求。

二、智能化建設(shè)規(guī)劃基本思路

（一）單機裝備的智能化建設(shè)

整個工藝鏈條是由若干獨立生產(chǎn)單元組成，而針對每個獨立生產(chǎn)單元又是諸多功能設(shè)備的組合體，因此若實現(xiàn)整體智能化藍圖，則單機裝備的智能化就是先行基礎(chǔ)。實現(xiàn)單機裝備的智能化，理論上智能煤機應該具備以下特征：

1）具備深度感知能力。實現(xiàn)智能，感知是基礎(chǔ)。不但要做到其本身狀態(tài)的實時自檢、實現(xiàn)功能的質(zhì)檢，還應與上游關(guān)聯(lián)設(shè)備運行狀態(tài)、物料或介質(zhì)流瞬變信息等，形成一定的工業(yè)預判或建立起數(shù)據(jù)共享機制。

2）具備記憶與思維能力。針對記憶的設(shè)計需區(qū)分設(shè)備本身數(shù)據(jù)積累和實現(xiàn)功能質(zhì)量數(shù)據(jù)積累2 個主要部分，設(shè)備自身運行與狀態(tài)數(shù)據(jù)是為設(shè)備全壽命周期管理和故障診斷預判體系服務(wù)的；實現(xiàn)功能質(zhì)量數(shù)據(jù)則是為工藝調(diào)整的智能決策服務(wù)的。針對思維能力，則是最基本的預判分析能力，也是核心需求。不但要預判設(shè)備的運行狀態(tài)及故障并分析應對的處置策略，還要提前預判上游物料及介質(zhì)流變化并分析應對的生產(chǎn)策略。

3）具備行為決策能力。對于基本的思維預判分析結(jié)果，在充分驗證復核后，必須得實際解決問題。針對設(shè)備本身的運行狀態(tài)出現(xiàn)偏差，必須采取對應閉環(huán)糾偏調(diào)節(jié)；針對設(shè)備本身故障，得按照故障等級采取對應的緊急保障措施；針對上游物料及介質(zhì)流變化，得提前調(diào)節(jié)對應的工藝參數(shù)保證功能質(zhì)量。在行動方案得到有效決策后，對應的執(zhí)行機構(gòu)應該快速有效的得到監(jiān)督執(zhí)行，進而才能達到預期效果。

4）具備自學與自適應能力。設(shè)備的固定功能容易實現(xiàn)，但后期的特殊情況則較為復雜。在智能化實現(xiàn)之前基本都是人為決策，雖然過程控制不一定精準，但也不易出現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量等其他問題，智能化實現(xiàn)之后在無須人為干預的情況下，如出現(xiàn)特殊情況就必須得要求其實現(xiàn)類人腦功能，自動修改工藝參數(shù)以改進過程控制，使得質(zhì)量控制范圍達到最佳或至少是容許范圍內(nèi)，并做到設(shè)備安全可控，甚至在該類似問題再次發(fā)生時必須自動識別并有效從容應對。

（二）多機裝備的智能化協(xié)同

在單機裝備實現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)上，需進一步有效開展獨立生產(chǎn)單元的集成整合，因此建立健全相關(guān)標準體系、開發(fā)智能一體化管控平臺等相關(guān)工作，將是實現(xiàn)多機裝備智能化協(xié)同的宏觀要求。當然，受單機裝備智能化升級進程的制約，相關(guān)標準體系的建立和智能一體化管控平臺的開發(fā)等相關(guān)工作，一般將會與其同步開展并配合實施。在平臺建立、智能單機裝備之間形成互聯(lián)互通關(guān)系的同時，關(guān)鍵問題是怎么協(xié)同，這里就涉及了“智能決策”的問題，只有真正意義上的智能決策或智能輔助分析決策有效應用的情況下，才能真正做到一鍵智能化生產(chǎn)的終極目標。

三、智能礦山建設(shè)需攻堅的關(guān)鍵技術(shù)

（1）采煤機自主割煤技術(shù)，特別是煤巖識別、采煤機與液壓支架數(shù)據(jù)交互、機器人巡檢等技術(shù)。

（2）連采機自主割煤技術(shù)。特別是連采機定姿定位技術(shù)需進一步優(yōu)化，實現(xiàn)連采機自主生產(chǎn)，提升巷道掘進工程質(zhì)量和掘進效率。

（3）移動設(shè)備人員接近探測技術(shù)。在掘進工作面移動設(shè)備上加裝360°全景影像輔助識別設(shè)備，當監(jiān)測到掘進設(shè)備周圍有人員接近時發(fā)出警報，避免人員傷害。

（4）無線傳感技術(shù)。如設(shè)備無線溫度、振動等狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，工作面環(huán)境無線監(jiān)測技術(shù)等，以減少人員工作量，保證現(xiàn)場作業(yè)安全。

（5）智能油脂集中潤滑、集中加油技術(shù)。根據(jù)油位、油壓、油質(zhì)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動加油或注油，減輕現(xiàn)場工作人員的勞動強度。

（6）井口智能安檢技術(shù)。通過建設(shè)安檢系統(tǒng)實現(xiàn)人員和車輛管控、車輛重點部位識別、下井人員和車輛記錄、車輛闖紅燈拍照記錄等功能。

（7）梭車無人駕駛技術(shù)。在梭車上方安裝激光雷達，基于先進算法，實現(xiàn)梭車自動定位、自主建圖、路徑規(guī)劃。中央控制器不斷采集角度傳感器、速度傳感器、堆煤傳感器、人體感應傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析處理后發(fā)出控制指令至執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)梭車接煤、運煤、卸煤各環(huán)節(jié)自動運行。