井工煤礦“四化”建設(shè)助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的探索及研究

＊羅 會

（新疆烏蘇四棵樹煤炭有限責任公司 新疆 833019）

煤礦應積極實施煤礦安全技術(shù)改造，不斷提高煤礦機械化程度，改善礦山安全生產(chǎn)條件、降底工人勞動強度和提高生產(chǎn)效率。建議改進如下方面：

1.機械化

（1）目前井工煤礦掘進開拓工作面輔助材料運輸方式多為半機械+人工搬運，隨著掘進距離不斷增加，人工搬運材料距離長強度大，尤其是斜巷掘進或開拓，不利于礦井安全管理。建議采用單軌吊解決輔助材料運輸問題。因單軌吊運載能力大、機動靈活，適應性強，不受底板狀況的影響，連續(xù)運輸距離長，安全可靠，能實現(xiàn)重載貨物的整體搬運，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工、半機械化運輸方式，實現(xiàn)煤礦井下運輸過程連續(xù)化和綜合化、驅(qū)動方式多樣化，減少人員以及降低人員的勞動強度。

（2）目前井工煤礦掘進開拓工程量較多，采掘接續(xù)緊張，受地質(zhì)條件及礦壓顯現(xiàn)影響，掘進齊頭處不及時支護風險較高，為降低職工勞動強度、職業(yè)病危害和提高支護效率，建議推廣使用掘錨一體機，實現(xiàn)巷道支護工崗位裝備替代，提高頂板支護機械化及掘進自動化水平，實現(xiàn)掘進效率大幅提升，保障采掘平衡，避免系統(tǒng)性風險。

（3）目前井工煤礦采煤工作面長度一般在200m及其以上，工作面裝備成套綜采設(shè)備較多，工作面安裝、回撤基本上以絞車、提升機、軌道平板車等多段分散落后的傳統(tǒng)輔助運輸方式為主，機械化程度低，并且存在作業(yè)人員勞動強度高，作業(yè)環(huán)境風險多，工作效率低、采空區(qū)氣體管理難度大等問題。近幾年來，綜采工作面快速搬家的成套裝備和根據(jù)各礦區(qū)地質(zhì)條件采用的多點、雙點、單點回撤工藝技術(shù)已經(jīng)得到普及應用，實行面到面快速搬遷，綜采工作面的搬家已由早期的4-6周縮短到現(xiàn)在的2周以內(nèi)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。建議推薦使用綜采回撤安裝設(shè)備，以降低作業(yè)人員勞動強度，提升綜采成套設(shè)備回撤安裝作業(yè)安全系數(shù)和效率，減少安全風險，提高經(jīng)濟效益。

（4）目前井工煤礦部分硐室、巷道開口或聯(lián)絡(luò)巷受空間及長度的限制，無法使用大型機械進行施工，大多采用炮掘或人工風鎬掘進，人工裝渣，作業(yè)勞動強度大且施工效率低，投入人工成本高，嚴重影響施工進度，建議采用煤礦用挖掘式裝載機解決該施工及裝渣問題，可大幅提高施工進度，同時降低工人施工作業(yè)勞動強度、提高施工效率。

2.自動化

自動化是指機械設(shè)備或生產(chǎn)過程、過程管理在沒有人直接參與的情況下，經(jīng)過自動檢測、信息傳輸、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)所要達到的目標。

（1）井工煤礦可應用智能識別煤礦電網(wǎng)管理系統(tǒng)、多水平階梯式聯(lián)合排水智能監(jiān)控系統(tǒng)、中央集控平臺等為一體的礦井智能無人值守系統(tǒng)，代替人工井下現(xiàn)場值守，并對主要子監(jiān)測系統(tǒng)組建融合平臺。

（2）由于煤炭地質(zhì)條件變化較大，煤炭中含矸量變化也較大，為有效改善和穩(wěn)定原煤煤炭質(zhì)量，確保經(jīng)濟效益，建議各煤礦可采用TDS智能分選設(shè)備，該智能分選設(shè)備自動化水平高，具有分選精度高、分選粒度寬、處理能力大、自動及智能化程度高等特點，且系統(tǒng)不用水、不用介質(zhì)，投資小，運行成本低，建設(shè)周期短，設(shè)備臺數(shù)少，系統(tǒng)簡單，改造對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，可實現(xiàn)集中控制、無人值守，提高了分選效率與精度的同時，也避免了傳統(tǒng)選矸對人體健康的傷害。

（3）首先，目前礦山煤炭的主要運輸方式是膠帶運輸，從以往維護的角度看，設(shè)備巡檢需要人工巡檢，占用人員多，巡檢過程中故障診斷靠經(jīng)驗，沒有數(shù)據(jù)支撐，隨機性大，且無法根據(jù)現(xiàn)狀預測設(shè)備未來的運行狀況；其次，因為沒有膠帶定位，人員隨意性大容易出現(xiàn)漏檢、錯檢，對膠帶接頭故障發(fā)現(xiàn)晚，設(shè)備檢修預防性檢修較少，事故性檢修較多，維修維護費工費力；第三，操作人員和巡檢人員工作區(qū)域分散，距離長，遠程視頻、遠程監(jiān)測、遠程控制、遠程移動通話都沒有實現(xiàn)，造成維護人員在井下來回奔波，勞動強度大，勞動效率低。建議采用礦用移動巡檢裝置機器人代替巡檢工巡檢，通過機器人技術(shù)代替人的眼、耳、手，利用高速處理器有效的分析算法代替人的大腦，以達到實時、準確預警的功能，從而減輕工作人員的勞動強度、降低勞動風險，及時發(fā)現(xiàn)問題，避免事故擴大化，可大大降低生產(chǎn)過程中的非正常停機時間。

（4）目前煤礦原煤經(jīng)選煤系統(tǒng)篩選后的商品煤主要通過人工初步判斷其熱值進行分類，然后通過人工取樣檢測掌握煤炭發(fā)熱量，檢測熱值與實際有一定偏差，易因煤炭質(zhì)量出現(xiàn)銷售事故，建議采用在線無源灰分儀在線檢測煤炭質(zhì)量，可實現(xiàn)對煤炭灰分、含水量、煤炭熱值實時監(jiān)測，精準分類，以提升煤炭質(zhì)量管理，提高不同類型煤炭的銷售收入。

3.信息化

煤礦信息化是指對礦井地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理和市場等方面和信息進行采集、傳輸處理、應用和集成等等，從而完成自動化目標。

（1）根據(jù)《國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于加快推進煤礦安全風險監(jiān)測預警系統(tǒng)建設(shè)的指導意見》的要求，2020年底前，完成所有煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測及工業(yè)視頻數(shù)據(jù)的上傳；2022年底前，實現(xiàn)煤礦安全監(jiān)控、自動化等所有子系統(tǒng)感知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)全面接入，實現(xiàn)煤礦安全風險研判“智能化”、應用系統(tǒng)“平臺化”、數(shù)據(jù)交換“標準化”、監(jiān)察執(zhí)法“精準化”的建設(shè)目標。建議各煤礦與專業(yè)科研院所或集團公司的信息公司、中央研究院合作建成將煤礦監(jiān)測監(jiān)控各子系統(tǒng)集合而成的煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度管理信息綜合性系統(tǒng)，實時監(jiān)測生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的運行情況以及安全情況，不斷獲取煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種信息，并將這些信息與作業(yè)規(guī)程或其它標準進行比較，一旦發(fā)現(xiàn)偏差與異常情況，就及時發(fā)出調(diào)度指令進行調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)、有效、安全地運行，并實現(xiàn)各業(yè)務(wù)板塊實時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成、共享與可視化交互，滿足管理層及業(yè)務(wù)部門從業(yè)務(wù)全局視角分析生產(chǎn)經(jīng)營過程的需求。

（2）目前部分煤礦使用的有線通訊，受線路限制，不能滿足礦山通訊布置，建議升級改造為基于NGN的軟交換或5G技術(shù)的通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，支持無線手機、有線調(diào)度電話互聯(lián)互通，支持有線、無線一體化調(diào)度，同時還支持礦山廣播系統(tǒng)接入，以能夠幫助指揮調(diào)度人員通過多媒體方式實現(xiàn)指揮調(diào)度，并且能夠與各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行高度集成，提高指揮調(diào)度的智能化和自動化水平。

（3）針對煤礦運輸設(shè)備運行過程中存在的盲區(qū)安全隱患，建議在運輸車輛上安裝GPS定位系統(tǒng)，同時在主要運輸?shù)缆?、重點運輸路段、臨時重點區(qū)域分別設(shè)置固定、半固定、移動三種測速監(jiān)控裝置，監(jiān)測并顯示車速，查處車輛超速違章現(xiàn)象，規(guī)范安全文明駕駛行為，提升操作人員安全素養(yǎng)；針對臨時工程位置、臨時交叉區(qū)域、特殊天氣等，臨時設(shè)置移動測速監(jiān)控，管控現(xiàn)場違章行為，同時在運輸車輛上安裝360°環(huán)視影像系統(tǒng)、毫米波雷達主動防碰撞系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)、自動語音播報系統(tǒng)等系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備關(guān)鍵部件運行狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)生成、預測報警、預檢預修、遠程傳輸?shù)雀黜椆δ埽瑫r系統(tǒng)后臺可實時發(fā)揮監(jiān)控全面監(jiān)管作用，有力的促進人機一體化的安全運行管理。

4.智能化

煤礦智能化需在以往的機械化、自動化和信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同煤礦的煤層賦存條件和災害特點，形成多種模式并存的智能化建設(shè)格局。

（1）井工煤礦隨著開采深度的不斷加深、工作面煤層傾角不斷增大，煤質(zhì)逐漸破碎以及現(xiàn)有設(shè)備的不斷老化，頂板管理難度隨之增加，導致生產(chǎn)效率降低，且現(xiàn)有設(shè)備配備人員較多、安全風險點多，部分綜采設(shè)備已不能完全滿足井下安全生產(chǎn)的需要，建議下一步采購具備智能化綜采工作面控制系統(tǒng)的綜采成套設(shè)備，要求控制系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)，各系統(tǒng)具備綜采設(shè)備姿態(tài)定位、綜采設(shè)備安全感知、工作面直線度控制、視頻圖像處理等功能，集成綜采工作面環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、工作面設(shè)備故障診斷系統(tǒng)等，形成綜采工作面的一體化監(jiān)控樞紐，實現(xiàn)綜采作業(yè)的自動化控制及遠程遙控，完善采煤機、液壓支架和運輸系統(tǒng)的整體控制，實現(xiàn)綜采設(shè)備的就地／集中／遠程三級網(wǎng)絡(luò)管理控制技術(shù)，能夠根據(jù)運輸系統(tǒng)負荷的大小和工作面地質(zhì)環(huán)境的變化，自動調(diào)控采煤機的生產(chǎn)能力，通過工作面網(wǎng)絡(luò)覆蓋，實現(xiàn)工作面環(huán)境下的可靠通訊及視頻、語音和數(shù)據(jù)的三網(wǎng)融合，實現(xiàn)綜采工作面安全可靠高效生產(chǎn)。

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)，建議井工煤礦建設(shè)完善煤礦萬兆工業(yè)網(wǎng)，隨著各類傳感器技術(shù)的發(fā)展，將煤礦生產(chǎn)、安全、經(jīng)營管理、營銷等可采集的信息數(shù)據(jù)以數(shù)字的形式通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，使數(shù)字、語音、視頻等各種信息可以在同一網(wǎng)絡(luò)平臺上傳輸，各種信息得到高度的集成和更大的共享，同時對煤礦作業(yè)現(xiàn)場的機電設(shè)備實現(xiàn)遠程自動控制，減少現(xiàn)場作業(yè)人員，實現(xiàn)少人甚至無人操作。

（3）根據(jù)井工煤礦煤層賦存條件及災害類型，應建設(shè)完善的災害防治系統(tǒng)，并將智能監(jiān)測、預測、預警信息集成在智能安全監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)基于多種災害互聯(lián)、互動、互監(jiān)、智能預警、避災路線智能規(guī)劃等綜合防治。

5.結(jié)語

根據(jù)《關(guān)于印發(fā)<關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見>的通知》（發(fā)改能源〔2020〕283號）文件要求，要大力推進煤礦機械化、自動化、信息化、智能化建設(shè)，到2025年，大型礦井和災害嚴重的煤礦基本實現(xiàn)智能化，當前正以智能化發(fā)展為契機，持續(xù)推動煤礦生產(chǎn)的新技術(shù)革命浪潮，將煤炭開發(fā)技術(shù)與智能化設(shè)施深度融合，建立礦山自學習-自分析-自預測-自決策與控制的完整智能系統(tǒng)，進而通過管理活動整合生產(chǎn)運作過程，提高生產(chǎn)效率。