世界級特厚煤層智能化開采什么樣？

“各部位巡視人員請注意，現(xiàn)在開啟智能化采煤遠(yuǎn)程操控模式。”在山西大同煤礦集團塔山煤礦調(diào)度指揮中心，操控人員通過4G可視通信設(shè)備發(fā)出指令。

沒過幾秒，塔山煤礦調(diào)度指揮中心的通信設(shè)備終端就發(fā)出嘀嘀聲，并傳來聲音：“外圍設(shè)備確認(rèn)完畢，可以進行遠(yuǎn)程操控”“采煤設(shè)備確認(rèn)完畢，可以進行遠(yuǎn)程操控”……隨著各地點巡視人員陸續(xù)通過通信設(shè)備向指揮中心確認(rèn)完畢，操控人員輕點鼠標(biāo)，大屏幕上就顯示出采煤機、運輸機、轉(zhuǎn)載機等井下綜采設(shè)備相繼開始聯(lián)動運轉(zhuǎn)的畫面。

這是前不久筆者在塔山煤礦看到特厚煤層工作面——8222工作面智能化開采的場景。

“這個智能化綜采工作面是國家‘十三五’資源領(lǐng)域重點研發(fā)計劃中的重點專項——千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關(guān)鍵技術(shù)研究及示范項目工程，也是同煤集團2019年十項科技攻關(guān)項目之一。自今年2月27日正式投入運行以來，其安全、高效、便捷的優(yōu)勢凸顯。”塔山煤礦黨委書記、董事長馬占元說， “開展千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關(guān)鍵技術(shù)研究，不僅可以打造我們礦年產(chǎn)1500萬噸特厚煤層智能化綜放開采工作面示范工程，而且對解決特厚煤層的開采技術(shù)問題起到引領(lǐng)示范作用。”

據(jù)了解，在我國煤炭資源探明儲量中，厚煤層約占總儲量的44%，其產(chǎn)量也占總產(chǎn)量的40%以上，但14米以上的特厚煤層安全高效開采技術(shù)卻成為世界性難題。而塔山煤礦平均煤層厚度在18米左右，最厚可達20米，對煤炭開采來說，無異于打撈“深海沉船”。

將智能化貫穿生產(chǎn)工作面

“8222工作面智能化綜放開采成套裝備的選型配套及生產(chǎn)制造、遠(yuǎn)距離集中供液、液壓自移式設(shè)備列車運行等一系列新裝備、新技術(shù)，是由29個高等院校、科研院所、國內(nèi)外先進的礦山裝備研發(fā)和制造廠商共同設(shè)計的。通過在線監(jiān)測、一鍵啟停等，我們礦建立了工作面以自動控制為主、遠(yuǎn)程干預(yù)為輔的自動化生產(chǎn)模式，達到了無人跟機作業(yè)、有人安全巡視、地面遠(yuǎn)程操控的目的。”塔山煤礦總經(jīng)理方志剛說。

據(jù)了解，該項目利用礦井千兆環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建了智能化數(shù)據(jù)平臺和遠(yuǎn)程操控平臺，完善的視頻系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)以及設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，將井下職工從危險的工作面采場置換到相對安全的智能化工作面集控中心，實現(xiàn)了在智能化工作面集控中心對工作面綜采設(shè)備的全過程可視化監(jiān)測監(jiān)控，地面調(diào)度指揮中心工作人員在大屏幕上就可以監(jiān)控井下采場的設(shè)備作業(yè)情況和人員配備情況，實現(xiàn)人員合理化分配和生產(chǎn)數(shù)據(jù)深度分析利用。

“這套系統(tǒng)以采煤機記憶截割、液壓支架自動跟機和可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，實現(xiàn)在地面調(diào)度指揮中心及井下智能化工作面集控中心對綜采設(shè)備的智能監(jiān)測與集中控制，確保工作面智能化運行，實現(xiàn)工作面的連續(xù)、安全、高效開采。”方志剛說，“該項目的實施，降低了職工的勞動強度，實現(xiàn)了減人提效，保障了安全生產(chǎn)。”

控制系統(tǒng)有了“眼睛”和“神經(jīng)”

筆者來到塔山煤礦井下400多米深的巷道和工作面，看到隨處布滿了LED燈，井下亮如白晝。

“這樣的布局既方便職工行走，又能提高攝像儀的清晰度。”該礦智能化綜采隊隊長李瑞金指著支架頂梁上安裝的攝像儀說，“這是我們在井下的‘眼睛’，是我們視頻通信系統(tǒng)重要的組成部分，平均每兩個液壓支架安裝1臺攝像儀，整個工作面共安裝了60多臺攝像儀。它能夠清晰捕捉設(shè)備每一個細(xì)微動作，觀察采煤機的運行位置，并及時通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給‘大腦’，即智能化工作面集控中心。”

據(jù)該礦監(jiān)控中心主任張慧介紹，每個液壓支架控制器和每臺攝像儀都是信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，能自動采集、統(tǒng)計和反饋設(shè)備當(dāng)時運行的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心，然后進行數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論。這一結(jié)論用于改善設(shè)備生產(chǎn)狀況，增強其可靠性。

“這些傳感器就像控制系統(tǒng)的‘神經(jīng)’，通過分析設(shè)備的壓力、傾角等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)液壓支架防傾倒、防片幫、防冒落，自動完成工作面跟機作業(yè)，精確控制推移油缸，減小工作面推進的誤差。”張慧指著液壓支架上的傳感器對筆者說，“你別看這個傳感器體積小，但它的技術(shù)含量可不低。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，穩(wěn)定可靠的傳感器保障了我們工作面的安全生產(chǎn)。”

能掐會算的智能“大腦”

智能化工作面集控中心是該工作面的“大腦”，每個指令都從這里發(fā)出，操作人員只需坐在智能化工作面集控中心里便可通過顯示器觀察工作面的情況，及時進行遠(yuǎn)程操控。

據(jù)塔山煤礦生產(chǎn)副總經(jīng)理王磊介紹，采煤設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定的牽引速度和參數(shù)要求自動割煤，按照示范刀所記錄的工作參數(shù)、滾筒高度軌跡進行智能化預(yù)算，形成記憶截割模板，在自動截割過程中不斷修正誤差。智能化工作面集控中心還可對采煤機進行遠(yuǎn)程實時啟?？刂?。通過紅外線發(fā)射器和接收器，智能化工作面集控中心的操作人員可跟蹤采煤機運行狀態(tài)，實時獲取采煤機相關(guān)信息。

“數(shù)字化、信息化、自動化和智能化是這個工作面的安全生產(chǎn)核心，將人的視聽感官延伸到工作面，身臨其境監(jiān)控安全生產(chǎn)。”王磊說，“我們在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺，實現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)高速上傳，控制信息實時下達，控制延時不超過500毫秒。這些系統(tǒng)的運用將井下職工從操作工變成巡檢工。”

為了讓智能化綜采設(shè)備高效運轉(zhuǎn)起來，塔山煤礦從全集團各礦選拔了30名學(xué)習(xí)能力強的大學(xué)生，由該礦的業(yè)務(wù)骨干牽頭組建了智能化綜采隊伍和“1+N”全方位專業(yè)化檢修隊伍，全力加快特厚煤層綜放工作面安全智能保障技術(shù)體系的建設(shè)。

“綜采隊原來每班20人，實現(xiàn)智能化開采后，每班不到8人，而且效率提升了50%，減下來的職工主要負(fù)責(zé)安全巡檢和設(shè)備維護工作。”李瑞金說。

“下一步，我們將繼續(xù)努力，力爭建成工作面回收率達到95%以上、混矸率不超過30%的一流智能化綜采工作面。”王磊如是說。