智慧升級，塔山煤礦越來越“聰明”
手持一部礦用本安型5G手機，點開應用程序，手指觸動屏幕的瞬間，晉能控股煤業(yè)集團塔山煤礦8303智能化工作面的實時畫面就出現(xiàn)在手機屏幕中。無論在哪個角落，只需在5G環(huán)境下，利用自由交互式技術(shù)可實時提供井下生產(chǎn)的畫面，并實現(xiàn)任意視角的自由監(jiān)控。
這只是塔山煤礦智能化建設的一個縮影。一大平臺、十大系統(tǒng)、27個子系統(tǒng)，3個智能化綜采工作面和1個智能化掘進工作面，12個無人值守場所，塔山煤礦初步構(gòu)建了全面感知、5G傳輸、自主決策、協(xié)同控制的智能開采新模式。
工作面有了指揮“大腦”
沒有飛揚的煤塵，也沒有機械的轟鳴，更沒有太多的采煤工人，監(jiān)控屏幕上各類數(shù)據(jù)的跳動間，滾滾烏金便離開地底，不斷奔向地面。這是筆者在塔山煤礦看到的特厚煤層工作面——8222工作面智能化開采的場景。
作為國家“十三五”資源領(lǐng)域重點研發(fā)計劃重點專項“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，塔山煤礦8222工作面配套的智能化綜放開采成套裝備由29家高等院校、科研院所、國內(nèi)外先進礦山裝備研發(fā)和制造廠商共同完成整體設計、選型配套以及生產(chǎn)制造，廣泛應用了遠距離集中供液、液壓自移式設備列車等一系列科技含量高、安全系數(shù)高的新技術(shù)、新裝備。
走進塔山煤礦井下500多米深的巷道和工作面，只見這里布滿了LED燈，亮如白晝。“這樣既方便員工行走，又提高了攝像儀器的清晰度?！彼矫旱V綜采三隊黨支部書記李珂指著支架頂梁上安裝的攝像儀說，“這是我們在井下的‘眼睛’，是視頻通信系統(tǒng)的重要組成部分，能夠清晰捕捉設備的每一個細微動作，觀察采煤機的運行位置，并通過網(wǎng)絡傳輸給‘大腦’——監(jiān)控指揮中心。”
“這些就是系統(tǒng)的‘神經(jīng)’，通過壓力、傾角等多種傳感器，實現(xiàn)液壓支架防傾倒、防片幫、防冒落等，可以自動完成工作面跟機作業(yè)，精確控制推移油缸，減小了工作面推進的誤差。”該礦監(jiān)控指揮中心主任張慧指著支架上的傳感器說。每個支架控制器和攝像儀都是信息網(wǎng)絡的節(jié)點，它們自動采集、統(tǒng)計、分析和反饋設備當時運行的數(shù)據(jù)，通過光纖傳輸至監(jiān)控指揮中心，增強了綜采的可靠性。
“現(xiàn)在開啟智能化采煤遠控模式?！痹谒矫旱V調(diào)度指揮中心，操控人員通過5G可視通信設備發(fā)出指令，沒過幾秒，通信設備發(fā)出“嘀嘀”的響應聲，各部位巡視人員陸續(xù)通過井下5G通信電話向監(jiān)控指揮中心確認后，只見操控人員輕點鼠標，大屏幕上立刻出現(xiàn)了采煤機、運輸機、轉(zhuǎn)載機等井下綜采設備相繼開始聯(lián)動運轉(zhuǎn)的畫面。
“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?！彼矫旱V生產(chǎn)副總經(jīng)理王寧說，“該項目通過建立工作面實時工業(yè)以太網(wǎng)與無線網(wǎng)絡覆蓋，將各相關(guān)設備聯(lián)系在一起，實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)高速上傳和控制信息實時下達，控制延時不超過500毫秒，將人的視聽感官延伸到工作面，降低了勞動強度，提高了安全系數(shù)?！?/p>
監(jiān)控指揮中心具有智能采集分析信息、智能指揮機械采煤、智能修正操作等功能。王寧告訴筆者，采煤機不僅能按照預先設定的牽引速度和參數(shù)要求自動割煤，還可按照示范刀記錄的工作參數(shù)、滾筒高度軌跡進行智能化預算，形成記憶截割模板，在自動截割過程中不斷修正誤差。
在不斷推進特厚煤層智能化開采的同時，塔山煤礦還在綜采工作面集成應用了眾多理論、裝備和監(jiān)測等軟硬件研發(fā)技術(shù)?！拔覀冄邪l(fā)了基于視頻識別的綜采設備防碰撞預警系統(tǒng)，運用頂煤軌跡追蹤儀，準確描繪頂煤放出軌跡，揭示了特厚煤層大尺度頂煤體運移規(guī)律，建立了群組放煤理論?！彼矫旱V總工程師張學峰介紹，“應用三維激光掃描儀，實現(xiàn)了頂煤放出量在線監(jiān)測，結(jié)合基于沖擊振動與高光譜融合的煤矸識別裝置，實現(xiàn)了混矸率精準控制，為智能放煤提供有效支撐。”
集成先進理論、技術(shù)與裝備，建成后的8222特厚煤層智能化綜放工作面年產(chǎn)量突破1500萬噸、頂煤回收率達90%、混矸率低于10%，實現(xiàn)了我國特厚煤層安全、高效、智能化開采。
解決問題更方便更精準
如果說智能化開采是實現(xiàn)煤炭安全與高效生產(chǎn)的必由之路，那么借助大數(shù)據(jù)建成智能化礦山則是孕育智能化新動能的又一要素。為此，塔山煤礦建設了礦山云圖智能決策大數(shù)據(jù)平臺，解決制約智能化礦山建設的關(guān)鍵問題。
走進塔山煤礦調(diào)度指揮中心，涵蓋全礦井除生產(chǎn)以外的各類安全實時數(shù)據(jù)一目了然，采煤、掘進、機電、運輸、通風、地測防治水、安全預控、應急救援、地面生產(chǎn)環(huán)節(jié)、綜合調(diào)度等27個底層子系統(tǒng)多維關(guān)聯(lián)。在礦山云圖智能決策大數(shù)據(jù)平臺的協(xié)助下，塔山煤礦建立了安全生產(chǎn)管理等重要環(huán)節(jié)“監(jiān)、管、控一體化”的全流程數(shù)字化運行模式。
這27個子系統(tǒng)都很實用，礦上網(wǎng)約車是其中之一?；赨WB的高精度定位技術(shù)，將定位精度由原來的200米提升至30厘米，實現(xiàn)井下無軌膠輪車日常運行網(wǎng)上及移動端申請、車輛運行無人化自動調(diào)配、車輛數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、人員乘用及物料運輸車輛全面數(shù)字化、智能化管控?！拔覀冞€配置了全自動輕型膠輪車運行性能在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線檢測車輛動力、制動、側(cè)滑等，由目測和經(jīng)驗檢查變成了電腦檢測，大大提高無軌膠輪車輔助運輸效能?！彼矫旱V車隊隊長李俊杰說。
礦山云圖智能決策大數(shù)據(jù)平臺不僅服務于井上輔助運輸系統(tǒng)，還在井下大放異彩。
當井下作業(yè)人員需要用車時，員工可以通過候車點移動終端的車輛調(diào)度程序發(fā)出用車申請，礦山云圖智能決策大數(shù)據(jù)平臺就根據(jù)用車申請及申請用車人員的位置給離該位置較近的車輛發(fā)出用車指令。
“基于UWB的煤礦高精度定位技術(shù)，將定位精度提高了，可以更高效迅速地處理井下用車需求和突發(fā)狀況。”塔山煤礦研發(fā)中心主任劉宏杰說。精確的人車位置實時數(shù)據(jù)，確保了井下運力資源的就近自動化調(diào)配，發(fā)揮了運輸資源的最大效能?！?4小時‘白+黑’作業(yè)，搭建了智慧井下交通網(wǎng)絡，不僅運輸效率比過去提高了20%以上，還減少了能耗和對環(huán)境的污染?！眲⒑杲苷f。
特厚煤層智能化開采，產(chǎn)量平衡時空預警系統(tǒng)和智能巡檢機器人……智能化在塔山煤礦的覆蓋面越來越廣?！暗V山云圖智能決策大數(shù)據(jù)平臺集中了煤礦開采的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡平臺與應用系統(tǒng)的融合；精準探測地質(zhì)信息系統(tǒng)相當于給礦井安全生產(chǎn)提供了一張高清的電子地質(zhì)地圖，一分鐘就可以掌握井上井下礦井地質(zhì)情況，實現(xiàn)地質(zhì)資料的計算機處理和動態(tài)管理；通過礦井地質(zhì)保障信息技術(shù)平臺，智能工作面三維地質(zhì)數(shù)據(jù)全部都能實時調(diào)取出來。問題一目了然，解決問題更方便、更精準。”張慧說。
5G技術(shù)大幅度提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，也為智能化礦山建設添磚加瓦。據(jù)了解，塔山煤礦在萬兆環(huán)網(wǎng)的基礎上，率先實現(xiàn)了地面井下5G無線網(wǎng)絡的全覆蓋。“目前，我們實現(xiàn)了高清工業(yè)視頻、智能視頻分析平臺、巡檢機器人、NB無線傳感器等5G+應用，5G+智慧礦山建設走在了行業(yè)前列。”塔山煤礦機電副總經(jīng)理張興說。
打造一支智能化人才隊伍
“我今天要給大家講的是新改造成功的控制系統(tǒng)PLC冗余技術(shù)，2個CPU模塊插在不同的2個機架上……”劉宏杰介紹說。
華燈初上，雖已是下班時間，塔山煤礦很多大學生圍在劉宏杰身邊。當天，劉宏杰在工作面現(xiàn)場為大家講授智能化設備的運行和維護等知識，大家不時展開熱烈討論。這是該礦智能化專業(yè)培訓上生動的一幕。
為不斷推進智慧礦山建設，塔山煤礦加大技能人才培養(yǎng)力度，讓從事智能化技術(shù)工作的行家里手、機電大咖變身“客座教授”，圍繞智能化設備快速判斷和處理故障、井巷掘進新技術(shù)等相關(guān)課題精準授課，努力打造一支智慧礦山的信息化人才隊伍。
“即使工業(yè)機器人大規(guī)模應用，人的作用仍舊無可替代。無論是在智能化生產(chǎn)的兩頭，還是對整個生產(chǎn)過程的控制，目前還是需要由人來完成?！眲⒑杲苷f，“就拿我們礦來說，雖已成功回采2個智能化工作面，但也暴露出了技術(shù)短板。智能化工作面的系統(tǒng)組成復雜，涉及的網(wǎng)絡技術(shù)、自動化控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、視頻技術(shù)等都屬于煤礦新興技術(shù)，很多技術(shù)我們還吃不透、消化不了?！?/p>
員工安裝調(diào)試、維護檢修水平如何同步升級，人才培養(yǎng)方式及人才培養(yǎng)體系如何滿足智能化工作模式的要求，成為智能化繼續(xù)高速發(fā)展的桎梏。為了使智能化人才隊伍與高效的智能化生產(chǎn)需求相匹配，塔山煤礦不斷探索，制定了《智能化綜采人員培訓的計劃》，通過豐富培訓內(nèi)容形式、健全考核機制，不斷促進智能化人才隊伍發(fā)展。
“我們請專業(yè)學校的老師進行智能化專題理論培訓，包括智能化操作系統(tǒng)的構(gòu)成、邏輯電路、主要程序編寫、部分參數(shù)以及工作原理。結(jié)束理論系統(tǒng)學習后，再由礦上的技能大師針對礦上智能化設備每個分系統(tǒng)進行逐一講解，邊教、邊學、邊做，最終實現(xiàn)個人獨立故障判斷、檢修?！彼矫旱V培訓中心主任王維東說，“每個人都要獨立動手對設備和零部件進行拆除安裝，明白設備、傳感器和零部件的原理及作用，理論專攻后還有現(xiàn)場指導，涉及全礦綜采、機電、電氣等各系統(tǒng)?！?/p>
“我們還開發(fā)了由自動化和電液控試驗區(qū)、智能化開采成果展示區(qū)、智能化配件展示區(qū)組成的實驗臺，專門用于智能化培訓?！蓖蹙S東說，“監(jiān)控指揮中心區(qū)具備了對工作面所有系統(tǒng)和設備的實時監(jiān)測、采煤機和支架視頻畫面實時監(jiān)控、遠程操控等功能，可與井下監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)互通同步對接，方便綜采一線員工進行模擬學習和實操。同時，我們還將井下順槽監(jiān)控中心的交換機、綜合接入器、信號轉(zhuǎn)換器等工業(yè)以太網(wǎng)集成系統(tǒng)和工作面的電液控系統(tǒng)、攝像儀可視系統(tǒng)等‘復制’到培訓現(xiàn)場，方便員工掌握智能化開采各系統(tǒng)組成、設備接口、通信聯(lián)絡、控制方式、故障排查、設備操作等常用知識?！?/p>
“在8222智能化工作面穩(wěn)裝前期，我遇到了智能化集控操作臺顯示器白屏無法正常顯示的問題。之前自己想不明白，參加培訓班時，我提了這個問題，通過反復商議多次試驗，最終判斷故障是由光纖轉(zhuǎn)換模塊損壞導致的，更換新的光纖轉(zhuǎn)換模塊后解決了這一問題?！本C采二隊技術(shù)員孫健回憶說。
今后，塔山煤礦將繼續(xù)完善特厚煤層智能化綜放開采相關(guān)技術(shù)，逐步形成智能化綜放工作面群組放煤理論，依托5G網(wǎng)絡高速率、低時延、廣連接等優(yōu)勢，解決智能化工作面網(wǎng)絡時延問題，全面提升煤礦智能化水平，為我國特厚煤層的智能化開采提供可靠的技術(shù)支撐。
