無人開采，美夢成真

5月8日，陜西煤業(yè)化工集團黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦（簡稱黃陵一礦）1001工作面，成功通過順槽控制中心遠程干預的方式首次實現(xiàn)了無人化開采，創(chuàng)造了連續(xù)3個工作循環(huán)采場無人的紀錄，生產(chǎn)過程中，采煤工作面支架支護區(qū)域沒有一個人。

一個煤炭行業(yè)的老教授，到黃陵一礦參觀后，非常激動地說：“我一直夢想，有一天煤礦工人可以在地面上很體面地采煤，穿著白襯衫。沒想到真的實現(xiàn)了！”

借鑒無人飛機的發(fā)展經(jīng)驗，無人化開采項目的開發(fā)方北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司（簡稱天瑪公司）董事長張良將實現(xiàn)井下“無人開采夢”分成兩步走，第一步是實現(xiàn)遙控式無人開采，操作人員在順槽監(jiān)控中心遠程干預遙控設(shè)備運行，工作面落煤區(qū)域無人操作；第二步是實現(xiàn)智能化無人開采，采煤機、液壓支架等設(shè)備自動化智能運行，就像飛機進入自動駕駛狀態(tài)一樣。

在張良看來，黃陵一礦1001工作面的成功實踐，是煤礦開采從綜合機械化開采到無人化開采的轉(zhuǎn)折點，邁出了“無人開采夢”的第一步，經(jīng)過多年的努力，迎來了無人化開采的曙光。

天瑪公司的“無人化采煤夢”

讓黃陵一礦在無人開采領(lǐng)域有此突破的是一個名為“較薄煤層國產(chǎn)裝備采場無人化技術(shù)研究與應(yīng)用”的項目。5月25日，中國煤炭工業(yè)協(xié)會對該項目進行了科技成果鑒定，認為其整體技術(shù)已達到國際領(lǐng)先水平。

在該項目開發(fā)方天瑪公司看來，取得這樣的成績并不是偶然。該公司于2001年成立之初，就把無人開采作為公司的戰(zhàn)略目標。在此期間，該公司先是自主研發(fā)了液壓支架電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對進口的替代，為無人開采奠定了一定的基礎(chǔ)，后又專門成立了無人化項目部，研發(fā)無人開采的全套控制技術(shù)和控制設(shè)備。

目前，全國井下從業(yè)人員約304萬人，按采煤工人大約占30%的比率推算，從事一線直接采煤工作的人大約有90萬。

“無人開采就是要把這90萬人逐步解放出來。剛開始或許只能解放出20%至30%，然后再一步一步推進。”張良認為，這是天瑪公司作為一個煤礦裝備、服務(wù)提供企業(yè)對于整個煤炭行業(yè)的責任。

“國內(nèi)外的一些研究機構(gòu)也在探索智能化無人開采，但都沒有商業(yè)推廣應(yīng)用。我們公司提出了兩步走的戰(zhàn)略，將遙控式無人開采作為過渡階段，同時對智能化無人開采進行同步研究。”天瑪公司無人化項目部經(jīng)理黃曾華說，“方向明確了之后，我們就想方設(shè)法技術(shù)攻關(guān)。”

據(jù)了解，2013年在神華寧煤集團梅花井煤礦的一個項目中，天瑪公司做了大量前期探索，實現(xiàn)了遠程干預割煤，其系統(tǒng)已經(jīng)具備了遙控式無人開采的功能。

黃陵礦業(yè)公司一直積極探索應(yīng)用先進的開采技術(shù)，對無人化開采如饑似渴，經(jīng)過與天瑪公司的合作、交流，達成共識，雙方共同攻關(guān)進行以前不敢想的無人開采嘗試。

黃陵礦業(yè)的無人化開采之路

2014年元宵節(jié)過后，天瑪公司的一個項目組便常駐黃陵一礦，與礦方深入探討、逐項攻關(guān)，陸續(xù)解決了工作面視頻監(jiān)控全覆蓋、三角煤自動化開采、轉(zhuǎn)載機和液壓支架聯(lián)動、采煤機電纜防脫槽、工作面遠程配液、采煤機和液壓支架遙控等十幾個技術(shù)難題。

又經(jīng)過了大概一個月的磨合，于4月2日，黃陵一礦1001工作面創(chuàng)造了連續(xù)生產(chǎn)9個工作循環(huán)工作面采場內(nèi)無人操作、僅有一人巡視的良好應(yīng)用效果。

“我們鼓勵礦方試著再往前走一步，半個月內(nèi)快速給他們提供了2套地面監(jiān)控系統(tǒng)，地面一鍵啟停取得了成功。”黃曾華說。

5月8日，黃陵一礦1001工作面又創(chuàng)造了連續(xù)3個工作循環(huán)工作面采場內(nèi)無人的最高紀錄。在此過程中，1001工作面采場沒有一個人。

“這是多少煤炭人的夢想，在地面，穿著白襯衫，就把煤采出來了。”黃曾華說，中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織11名專家對該項目進行技術(shù)鑒定時，專家們都感到很震撼，不僅因為該項目實現(xiàn)了“無人開采”，還真正實現(xiàn)了“無人開采”常態(tài)化。

當時專家的鑒定意見是：該項目首次實現(xiàn)了地面調(diào)度指揮中心遠程操控，整套生產(chǎn)系統(tǒng)運行實現(xiàn)了常態(tài)無人化，穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)減人提效，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

“常態(tài)化的井下無人開采，即使美國、澳大利亞都沒有做到。”張良說，他曾多次去國外考察無人開采，在美國，看到的最先進水平是液壓支架自動跟機，但采煤機司機需要在現(xiàn)場操作；在德國，刨煤機工作面實現(xiàn)了無人開采，但無人開采的采煤機工作面還沒有。

目前，黃陵礦業(yè)公司的2個礦都準備全面推廣無人開采工作面。同時，其他四五個煤礦用戶正在與天瑪公司接洽應(yīng)用該項技術(shù)。

可推廣的遙控式無人開采

5月23日至24日，全國煤炭行業(yè)兩化深度融合型智能礦山現(xiàn)場會在陜西省神木縣召開。天瑪公司將遠在500多公里以外的黃陵一礦1001工作面井下的實時生產(chǎn)畫面接到了會場外的監(jiān)控中心和大屏幕上。

會議期間，盡管淅淅瀝瀝地下起了雨，但是很多參會代表都圍在露天的監(jiān)控視頻前向技術(shù)人員咨詢。除了對先進技術(shù)本身的好奇，咨詢內(nèi)容重點圍繞該技術(shù)能否復制推廣及它所帶來的經(jīng)濟效益。

黃陵一礦1001工作面煤層地質(zhì)條件較好，煤層薄、傾角小。這是大家都不否認的一個優(yōu)勢。

“現(xiàn)在還是示范，接下來要解決的就是大多數(shù)地質(zhì)條件下都能推廣應(yīng)用的問題。這是一個逐漸的過程，需要技術(shù)上不斷地突破。”張良說，現(xiàn)在天瑪公司不僅有專門的無人化項目部，還有為無人化項目部提供電氣類產(chǎn)品和技術(shù)配套的電氣自動化部等技術(shù)部門。在推廣應(yīng)用過程中，遇到任何阻礙無人開采實現(xiàn)的問題，就及時攻關(guān)解決。

“無人開采工作面對礦方的管理水平和操作人員素質(zhì)是有要求的。”張良說，例如，設(shè)備的維護需做好，其中某個設(shè)備出問題，會影響其他設(shè)備。

此外，操作人員最好文化水平高一點，這樣對整個系統(tǒng)能理解更充分。“當然對操作人員來說，認真、負責是第一位的，知識不夠的可以通過培訓來提高，目前煤礦上的人員素質(zhì)一般能夠滿足無人開采的要求。”張良說。

再接下來是經(jīng)濟效益的考量。

黃陵一礦1001工作面生產(chǎn)班操作人員由11人減少至3人，整個綜采隊減員16人。據(jù)估算，一年約能增加產(chǎn)值1.4億元。

據(jù)張良介紹，將一個綜合機械化開采工作面升級成無人開采工作面，如果是較薄煤層工作面，所需綜采自動化控制系統(tǒng)的費用約為采面設(shè)備總費用的10%至15%；如果是較厚煤層工作面，大概需要采面設(shè)備總費用的5%至10%。當然他所指的是國產(chǎn)綜采自動化控制系統(tǒng)，如果是進口產(chǎn)品，價格會高很多，而且用戶有可能被附加要求使用一些進口裝備，那樣設(shè)備總成本就會更高。

最終目標是智能化無人開采

天瑪公司在進一步完善其遙控式無人開采的軟件和系統(tǒng)。“我們今年的目標是實現(xiàn)連續(xù)5個工作循環(huán)工作面內(nèi)無人。”黃曾華說，之所以定在5個工作循環(huán)，是因為這是一個小班的工作量，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，就意味著工作面可以整個生產(chǎn)班內(nèi)都沒有人。

因無人開采領(lǐng)域的初步成功，天瑪公司有了向國外推廣的設(shè)想。“我們以前專門生產(chǎn)液壓支架電液控制系統(tǒng)，對美國、澳大利亞的市場沒有興趣，因為美國一共只有50多個長壁開采工作面，澳大利亞只有40多個。而現(xiàn)在，我們可以跟國內(nèi)的煤機設(shè)備整體打包，向他們出口無人開采成套綜采設(shè)備了，他們一向?qū)τ?lsquo;無人’的要求更迫切。”張良說。

然而對天瑪公司而言，遙控式無人開采只是一個過渡階段，他們最終的目標是智能化無人開采，就像無人飛機進入自動飛行模式后一樣，設(shè)備智能地自動運行，人只需要監(jiān)視就行。

“智能化無人開采的研究，與遙控式無人開采是同步走的，我們一直都在做。”黃曾華說。

要實現(xiàn)智能化無人開采，目前還有一些國際上公認的技術(shù)難題需要解決，如煤巖識別、采煤機自主定位以及工作面自動找直等。

由于各個煤礦煤巖特性不一，很難找到一種統(tǒng)一的方法來解決機器的煤巖識別問題。“這個難題已經(jīng)存在半個世紀了，目前國際上還沒有一家公司敢肯定地說自己已經(jīng)解決了。”黃曾華說。

在工作面自動找直問題上，目前黃陵一礦1001工作面沒有出現(xiàn)嚴重的狀況，工作面的推進比人工控制得還要直。但專家認為這是因為該礦地質(zhì)條件較好，如果碰到傾角較大的工作面，想要讓運輸機、支架自主排列整齊，不出現(xiàn)彎曲度過大導致的設(shè)備損壞，可能就有相當?shù)碾y度。

天瑪公司無人化項目部已經(jīng)將這些問題立項，作為下一步攻關(guān)的重點。“如果進展較快的話，應(yīng)該3年至5年內(nèi)，智能化無人開采的工作面就能實現(xiàn)。”張良說這番話的時候語氣中充滿堅定。