搶占“智”高點
——山東能源鮑店煤礦智能化建設(shè)紀(jì)實

文/焦 超 李志勇 王 輝

“8302工作面，我是地面集控中心?，F(xiàn)在是否具備遠(yuǎn)程開機(jī)條件？”

“現(xiàn)場已具備開機(jī)條件，可以授權(quán)遠(yuǎn)程開機(jī)?！?/p>

隨著地面調(diào)度信息中心工作人員按下啟動鍵，8302智能化綜放工作面整套綜采機(jī)組立即啟動，隆隆的機(jī)器聲打破了地層深處亙古的沉寂。

在山東能源兗州煤業(yè)鮑店煤礦地面智能集控中心的巨大電子顯示屏上，顯示井下400多米深處工作面的采煤設(shè)備自動運轉(zhuǎn)，割煤、推溜、移架、傳送，一切井然有序。滾滾“烏金”如流水般“奔”向地面，整個過程清潔無塵、人機(jī)分離。

近年來，鮑店煤礦把智能化建設(shè)作為提高礦井安全生產(chǎn)保障水平的關(guān)鍵舉措，堅持“實際、實用、實效”原則，借助云數(shù)據(jù)平臺、萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)、礦井5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，深度融合智能化采煤、掘進(jìn)、機(jī)電、運輸、監(jiān)測監(jiān)控等各大系統(tǒng)，高標(biāo)準(zhǔn)建成7302、7304和8302三個智能化綜放工作面，在國內(nèi)首家實現(xiàn)綜放工作面智能化生產(chǎn)的常態(tài)化運行，達(dá)到“國內(nèi)一流、世界領(lǐng)先”水平，“采煤不見人”在這里成為現(xiàn)實。2020年12月，鮑店煤礦被確定為國家首批智能化建設(shè)示范煤礦。

打造“最強(qiáng)大腦”

“視頻畫面清晰，信號穩(wěn)定，實時對話流暢。”幾乎每天，在鮑店煤礦指揮礦井安全高效生產(chǎn)的“最強(qiáng)大腦”——地面智能集控中心，礦長郭英都要與井下-400米礦井安全巡檢人員進(jìn)行視頻連線。郭英說，“最強(qiáng)大腦”集安全生產(chǎn)、應(yīng)急指揮、監(jiān)測監(jiān)控、經(jīng)營調(diào)度、信息化管理為一體，而且應(yīng)用了全球首套礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)。

智能化開采，是煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型的大趨勢。過去由于技術(shù)受限，信號傳輸延時或者不穩(wěn)定，極易造成危險。低延時、高網(wǎng)速、高可靠的5G技術(shù)，為解決這一痛點找到了“鑰匙”。從2018年起，山東能源集團(tuán)先后投入上億元，組建研發(fā)團(tuán)隊攻關(guān)礦用5G技術(shù)，山東省也拿出上千萬元的財政資金予以扶持。研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)新設(shè)計三層環(huán)型組網(wǎng)，全面提升信號傳輸?shù)目煽啃浴?020年8月，企業(yè)順利拿到礦用5G系統(tǒng)“安全標(biāo)志證”。同年10月，全球首套礦用高可靠5G專網(wǎng)系統(tǒng)在鮑店煤礦正式投入運營。

“原來4G的延時大概是在2～3秒，使用5G之后，延時在25毫秒左右?！滨U店煤礦調(diào)度信息中心技術(shù)主管梁慶朋介紹，在智能化綜放工作面上，分布著50多個高清攝像頭、1000多個傳感器，利用這套5G專網(wǎng)系統(tǒng)，可以將現(xiàn)場畫面、壓力、溫度等信息實時傳送到地面控制中心。

據(jù)了解，鮑店煤礦采煤工作面部署4臺礦用5G基站，在溜頭溜尾每2臺礦用5G基站與礦用5G基站控制器之間組成環(huán)型鏈路，其中位置相同的2臺基站按照異頻部署，并部署礦用邊緣計算控制器，實現(xiàn)本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分流，降低數(shù)據(jù)傳輸時延，提高系統(tǒng)組網(wǎng)可靠性。

鮑店煤礦還利用山東能源集團(tuán)自主研發(fā)的高精度慣導(dǎo)定位導(dǎo)航及工作面自動取直算法系統(tǒng)，結(jié)合5G CPE將高精度慣導(dǎo)裝置采集到的采煤機(jī)姿態(tài)、位置等參數(shù)數(shù)據(jù)，以及5G高清攝像儀采集的現(xiàn)場音、視頻等信息回傳至采煤控制中心及礦調(diào)度指揮中心，為實現(xiàn)采煤工作面三機(jī)一架的有序協(xié)同聯(lián)動和連續(xù)高效作業(yè)提供了技術(shù)支撐。

“借助5G專網(wǎng)，依托‘最強(qiáng)大腦’，讓工作人員在地面平臺上就可以遠(yuǎn)程操控地下幾百米的采煤設(shè)備，實現(xiàn)無人智能化開采?！?梁慶朋表示，采煤機(jī)主控系統(tǒng)配置SGC模塊，實現(xiàn)了包括端頭三角煤在內(nèi)全工藝段的記憶截割，記憶截割率達(dá)93%以上；及時調(diào)整優(yōu)化跟機(jī)移架程序，自動跟機(jī)率達(dá)90%以上；時序控制自動放煤采用自動一刀一放、人工兩刀一補(bǔ)方式，每刀自動兩輪放煤量達(dá)75%。

如今，礦井員工不再需要親自去操作設(shè)備，只需拿著遙控器，進(jìn)行巡檢視檢。大部分時間，開采設(shè)備都是在自動化運行，只有出現(xiàn)異常情況時，工作人員才會拿著遙控器去干涉處理，這樣不僅使井下員工脫離了高粉塵、空氣流通不暢的工作環(huán)境，擺脫了高強(qiáng)度的體力勞動，極大地保障了人身安全，而且還使產(chǎn)能提高一倍以上。

打通“全身經(jīng)脈”

在鮑店煤礦礦燈房，即將下井的職工們只需要通過“便攜儀智能化管理系統(tǒng)”刷臉，就能快速地獲取屬于自己的下井裝備。

“現(xiàn)在領(lǐng)礦燈和自救器，再不用排隊等待了，節(jié)約了不少時間。”據(jù)鮑店煤礦副礦長駱建營介紹，依托智慧化園區(qū)系統(tǒng)，職工可通過刷臉方式實現(xiàn)考勤、用餐、出入礦井，以及領(lǐng)取工作服、便攜儀、礦燈等“一站式”服務(wù)。

按照國家煤監(jiān)局“四化建設(shè)”要求，鮑店煤礦堅持“專業(yè)融合、數(shù)據(jù)共享”原則，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，全面建成集智能考勤、智能消費、智能發(fā)放為一體的智慧化園區(qū)系統(tǒng)，以及集煤炭生產(chǎn)、設(shè)備運行、生產(chǎn)調(diào)度、人員定位、安全監(jiān)測等一體化綜合信息管控平臺，實現(xiàn)了統(tǒng)一場景下各系統(tǒng)運行狀態(tài)的集中展示與實時管理，為設(shè)備遠(yuǎn)程操控、數(shù)據(jù)智能分析、精準(zhǔn)監(jiān)測預(yù)警、科學(xué)合理調(diào)度等提供了堅實保障。

在鮑店煤礦，人員精確定位系統(tǒng)應(yīng)用UWB技術(shù)，定位精度達(dá)0.3米，實現(xiàn)了井下人員數(shù)量、作業(yè)區(qū)域和行走軌跡實時查詢；安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用綜合分站、新型電源、激光甲烷傳感器等設(shè)備，可實時監(jiān)測井下有害氣體濃度、環(huán)境參數(shù)和機(jī)電設(shè)備運行狀態(tài)。

據(jù)了解，在2021年9月18日礦井頂板事故演練中，利用應(yīng)急協(xié)調(diào)指揮系統(tǒng)，安全監(jiān)控、人員精確定位、語音廣播等多系統(tǒng)鏈路融合，迅速通知井下作業(yè)區(qū)域的所有人員，全程僅用了不到3分鐘。礦井安全應(yīng)急保障能力得到淋漓盡致的展示。

鮑店煤礦還積極搭建沖擊地壓預(yù)警平臺，建成沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警中心，可實現(xiàn)全礦井各監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)綜合展示、實時更新和統(tǒng)一管理。安裝井下采掘作業(yè)區(qū)域精確定位系統(tǒng)、井口智能安檢系統(tǒng)、智能化礦燈便攜儀無人值守發(fā)放系統(tǒng)等，全面升級人員智能化系統(tǒng)管理。

練好“強(qiáng)健內(nèi)功”

“裝備升級是引領(lǐng)智能開采的原動力，要讓智慧礦山展現(xiàn)‘真功夫’，裝備升級這個‘牛鼻子’必須得抓牢?！泵鎸ΦV井高質(zhì)量發(fā)展新要求，郭英堅定地說。

按照山東能源集團(tuán)打造安全、綠色、智能、高效“四型”礦井的要求，鮑店煤礦制定智能化礦井建設(shè)實施方案，選擇配備國內(nèi)外最先進(jìn)智能裝備，縱深推進(jìn)數(shù)字化礦井建設(shè)，高質(zhì)量建成集全面實時感知、集約融合共享、高效協(xié)同運行的綜合信息管控系統(tǒng)、智能化集控中心、5G+萬兆環(huán)網(wǎng)等，打造了“自動控制為主，人工干預(yù)為輔”的智能化生產(chǎn)新模式，礦井各系統(tǒng)智能化建設(shè)水平實現(xiàn)大幅提升。

堅持以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合礦井生產(chǎn)系統(tǒng)、環(huán)境安全、精確定位等系統(tǒng)，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)融合分析、預(yù)測預(yù)警、綜合自動化三維展示、三維GIS-全息地質(zhì)模型構(gòu)建等功能，構(gòu)建形成了全面感知、實時互聯(lián)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的綜合信息管控平臺，實現(xiàn)了多部門、多專業(yè)、多層面集中應(yīng)用、交互共享和決策支持，以及智能操控與協(xié)同聯(lián)動控制，有效提升了礦井綜合管理效率。

積極打造數(shù)字化輔助運輸交通系統(tǒng)，高效采用單軌吊、膠輪車等運輸裝備，全力構(gòu)建地面裝車至采掘工作面料場的“一站式”直達(dá)運輸新模式。打造人員入井后乘坐膠輪車至各智能化綜放工作面“半小時”工作圈，既節(jié)省了體力，又節(jié)約了時間，每年可創(chuàng)效500余萬元。

深入實施機(jī)電系統(tǒng)自動化、智能化升級改造，實現(xiàn)重點區(qū)域、關(guān)鍵崗位遠(yuǎn)程控制、無人值守、動態(tài)巡檢。其中，井下供配電系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守、運行監(jiān)視、故障錄波分析，以及遙測、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙”功能；排水系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程數(shù)字傳輸、地面集中可視化監(jiān)控；主煤流運輸系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備點檢、誤入報警、專家智能決策、語音互聯(lián)互通等功能，井下11條主運膠帶及5臺給煤機(jī)全部實現(xiàn)遠(yuǎn)程集控。其中，6條膠帶機(jī)實現(xiàn)無人值守，有效形成了“少人則安、無人則安”的安全生產(chǎn)新格局。

“現(xiàn)在我們通過裝備升級，實現(xiàn)了減員提效、安全高效的目標(biāo)?！睋?jù)鮑店煤礦采煤副礦長徐長厚介紹，單軌吊運輸系統(tǒng)的應(yīng)用，創(chuàng)下了國內(nèi)單軌吊遠(yuǎn)距離、大坡度、整體支架安全直達(dá)運輸?shù)榷鄠€紀(jì)錄；雙臂錨桿鉆車的應(yīng)用，使支護(hù)效率提升了30%以上；智能化開采的應(yīng)用，綜放工作面生產(chǎn)人員由每班需要14～16人，減少到現(xiàn)在的7人，減少用工50%以上。

激發(fā)“持續(xù)動能”

在鮑店煤礦辦公樓西側(cè)，有座不起眼的藍(lán)色小樓，被礦區(qū)職工家屬親切地稱為“大師的搖籃”。

這座藍(lán)色小樓是鮑店煤礦于2015年4月在煤炭系統(tǒng)首家建成的“大眾創(chuàng)新、全員創(chuàng)效”基地，被評為“山東省技師工作站”?；卦O(shè)有山東能源集團(tuán)勞模（技能大師）創(chuàng)新工作室10個、礦智能化生產(chǎn)創(chuàng)新工作室1個、“兗礦工匠之星”創(chuàng)新工作室1個，其中3個被評為煤炭行業(yè)技能大師創(chuàng)新工作室。

基地成立以來，累計完成創(chuàng)新創(chuàng)效項目2600余項，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。其中，《瓦斯異常區(qū)瓦斯與煤自燃耦合規(guī)律及協(xié)同預(yù)控技術(shù)》等13項科技成果獲得省部級以上科技進(jìn)步獎、技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀成果獎；《特厚煤層大斷面巷道頂煤連續(xù)化高效控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》等14項成果達(dá)到行業(yè)國際先進(jìn)水平；25項專利獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)。2018年10月，“智慧煤流運輸系統(tǒng)創(chuàng)新項目”參加全國“雙創(chuàng)周”展演。

為打造智能化建設(shè)“高端智庫”，鮑店煤礦還將智能開采與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合，在綜采二區(qū)精挑細(xì)選出20名業(yè)務(wù)技能熟練、綜合素質(zhì)高的大專以上學(xué)歷職工，成立了大學(xué)生班組。自成立以來，大學(xué)生班組所有成員自我加壓，在從設(shè)備組裝、調(diào)試到自動化系統(tǒng)的安裝程序、運行原理，再到日常維保等專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和普及工作中，積極發(fā)揮著青年先鋒的擔(dān)當(dāng)作用。

“大學(xué)生班組每個人的學(xué)習(xí)能力都很強(qiáng)，他們利用一切機(jī)會，主動與區(qū)隊技術(shù)員交流，把智能開采中遇到的難題逐個攻破?！睋?jù)綜采二區(qū)區(qū)長王彥明介紹，這種學(xué)習(xí)精神有效帶動了全區(qū)比學(xué)趕超的氛圍，推進(jìn)了智能化開采的全面應(yīng)用。

敢為人先、敢打硬仗，這支年輕的隊伍率先“操刀”試驗自動割三角煤程序。他們充分發(fā)揮一專多能優(yōu)勢，從操作支架、智能操作、檢修維修等入手，承擔(dān)下新工藝在智能化綜放工作面的試驗應(yīng)用及推廣工作，為煤礦智能開采技術(shù)的日趨成熟固本夯基。

在智能礦山建設(shè)的征程上，只有起點沒有終點。鮑店煤礦將繼續(xù)堅持以“高可靠、重裝備、用人少”為方向，大力實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，突出裝備升級、工藝改進(jìn)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，加快推進(jìn)“四型”礦井建設(shè)，堅定不移打造“世界先進(jìn)、國內(nèi)一流”的智慧礦山。