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王国法:智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向

来源:煤矿自动化网  日期:2019年01月28日  文字:【 加粗】【高亮】【还原

智慧煤矿的总体目标是形成煤矿完整智慧系统,全面智能运行,科学绿色开发的全产业链运行新模式。


煤炭是我国的主体能源,也是最经济和可以清洁高效利用的能源。


我国煤炭以井工开采为主,经过多年发展,我国煤炭综采技术装备已从依赖进口到全部国产化。近10年来,通过智能化开采技术与装备的创新研发,突破多项关键技术,在薄和较薄煤层智能化综采,大采高和超大采高智能化综采以及特厚煤层综放开采智能化技术与装备方面实现领跑。建成了如黄陵智能化开采示范矿井、兖矿金鸡滩煤矿世界首套8.2 m超大采高综采成套技术与装备等标志性成果。已建成一批现代化特大型安全高效煤矿,为全面推进智慧煤矿建设和智能化开采发展奠定了基础。


智慧煤矿技术架构


做好智慧煤矿顶层设计是保证智慧煤矿建设沿着正确方向的首要条件。


智慧煤矿应基于一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云服务平台,面向不同业务部门实现按需服务。


智慧煤矿总体架构包括八大智慧系统:

1. 地下精准定位导航系统

2. 随掘随采精准探测地质信息系统

3. 智能快速掘进和采准系统,矿井通风、供排水、主副运智能系统

4. 工作面智能开采系统

5. 危险源智能预警与灾害防控系统

6. 矿井全工位设备设施健康智能管理系统

7. 煤矿地面分选运销与生态建设智能系统

8. 煤矿物联网综合智能管理系统


▲智慧煤矿总体架构


智慧煤矿智能系统设计建设的基本原则是要以网络融合安全、信息互联互通、数据共享交换、功能协同联动为智慧煤矿实现物联网全部功能的总原则。


在智慧煤矿顶层设计和建设中,遵循“打通信息壁垒” 、铲除“信息烟囱”、消除“信息孤岛”、避免“重复建设”的技术方法,要遵循采矿规律,实现人工智能与采矿工艺技术深度融合。


智能开采是智慧煤矿的核心,智能感知、智能决策和自动控制是智能化开采的三要素。


智能开采区别于一般自动化开采的显著特点是设备具有自主学习和自主决策功能,具备自感知、自控制、自修正的能力。具备这样能力的智能化综采系统才能充分的响应生产环境变化,实现真正意义上的智能化开采,实现有限条件下的无人开采目标。


智慧煤矿关键核心技术


煤矿智能化开采和煤矿物联网技术目前已取得了重要进展,已建成一批以工作面智能化开采和数字化信息化管理系统为标志的先进煤矿。


但是,由于煤矿开采条件的复杂性和多样性,大多数智能化工作面还远没有达到理想效果,智慧煤矿建设还处于初级起步阶段。


目前,智慧煤矿需要重点进行以下5个方向的攻关研发:

1. 精准地质信息系统及随掘随采探测技术与装备

2. 智慧煤矿物联网技术与装备

3. 巷道智能化快速掘进技术与装备

4. 智能化无人开采关键技术与装备

5. 煤矿机器人技术及产品研发


▲智能化无人开采技术与装备总体技术路线


智慧煤矿巨系统综合管理平台


智慧煤矿巨系统综合管理操作平台是面向整个智慧矿山的一体化基础操作系统,对下获取和处理数据,对上支撑应用业务的功能性软件、通信、大数据分析、云计算等,是构建智慧矿山的基础操作平台,解决子系统数据割裂、无法联动、无法大数据分析支持等关键问题。


它的基本特征包括:全面的数据标准化;统一的数据存储方案;数据实时传输;组态化可配置;支持大数据分析;具有开放性。


所有信息包括实时数据、多媒体数据和管理数据可以通过局域网和广域网进行准时、可靠、安全的传输,必要的数据要保证时钟同步。


智慧煤矿巨系统综合管理操作平台核心包括:

1. 基于Ethernet/IP的生产过程控制数据交换标准化

2. 基于Web Service的信息系统跨平台交互

3. 建设煤矿大数据采集分析处理平台

4. 开放式多系统管理软件及操作平台


智慧煤矿巨系统综合管理操作平台根据其业务逻辑,可建设为以智慧煤矿多系统综合管理操作平台为核心的包括:

1. 井下精确定位、导航、5G通信管理操作平台

2. 地质及矿井采掘运通信息动态管理操作系统平台

3. 视频增强及实时数据驱动三维场景再现远程干预操作平台

4. 环境及危险源感知与安全预警系统管理操作平台

5. 智能化无人工作面系统管理操作平台

6. 井下机器人群协同智慧和馈电管理操作平台

7. 全矿井设备和设施健康管理操作平台

8. 分选运销及采区规划设计智能管理操作平台


通过这“1+8智能操作平台”,实现多层级、多信息融合处理与操作,从而实现各生产环节智能化协同生产。


智慧煤矿与智能化开采发展目标


作为煤炭产业转型升级和技术革命的战略目标,智慧煤矿和智能化开采核心技术的研发已成为采矿行业升级发展的强大推动力。


然而,建设智慧煤矿不是简单技术改造就能建成的,其中包含的系列关键技术需要进行不断的探索和攻关,并借助新一代信息技术带来的发展机遇,借助第4次工业革命和新技术发展的成果,与煤炭开发技术深度融合,开创绿色、安全、高效的煤矿发展新模式。


智慧煤矿的总体目标是形成煤矿完整智慧系统,全面智能运行,科学绿色开发的全产业链运行新模式。智能化开采是煤炭综合机械化、自动化开采技术的新发展,其总目标是实现无人化开采。


智慧煤矿与智能化开采技术的发展尚处于起步阶段,必然经历一个不断发展的过程,要经历从初级智能化到高级智能化的过程,其分阶段目标如下:

近期目标:到2020年,在目前煤矿信息化、数字化和智能化开采技术成果基础上,通过推广应初和技术升级,建设100个示范煤矿,初步构建智慧煤矿系统框架,实现采掘运主要环节单个系统、单项技术的智能化决策和自动化运行,实现工作面内无人操作、有人巡视,远程监控的自动化生产。


中期目标:到2025年,攻克一批智慧煤矿与智能化开采的短板技术,提高煤矿智能化水平,全部大型煤矿全面实现的智能化开采,构建起多信息融合的智慧煤矿系统,实现采掘运通多个系统的智能化决策和自动化协同运行,井下主要岗位作业、安控与应急救援的机器人替代,工作面无人化作业。


远期目标,到2035年,全面突破和完善智慧煤矿与智能化开采的关键技术,全面实现煤矿的智能化和现代化,构建起煤矿及矿区多产业链、多系统集成的智慧煤矿系统,全面实现生产和管理信息的数字化,全部主要生产环节的智能决策和自动化运行,达到全矿井一线作业、安控和应急救援的机器人化,无人化作业。

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