5G力量如何重塑煤礦井下

4月20日，在中國平煤神馬集團平寶公司調(diào)度室，工作人員正在用5G電話詢問綜采二隊跟班干部綜采工作面的生產(chǎn)情況。該公司5G網(wǎng)絡(luò)開通后，地面和井下可以進行無線視頻，綜采工作面的各種設(shè)備傳感器通過5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息即時傳輸?shù)降孛?，不僅速度更快，而且畫面更清晰。

平寶公司調(diào)度室

“我們將加速5G網(wǎng)絡(luò)與礦井實際應(yīng)用的深度融合，依托5G技術(shù)，全力打造智能礦山新樣板，實現(xiàn)礦井安全可靠化、管理高效化、效益最大化?！痹摴靖笨偨?jīng)理、總工程師王海濤說。

據(jù)了解，平寶公司由中國平煤神馬集團與寶武集團共同出資組建，于2010年投產(chǎn)，2019年建成河南省首個6.5米采高智能化采煤工作面和1個智能化掘進工作面，智能化水平邁上新臺階。

打鉆視頻室

系統(tǒng)規(guī)劃，高標(biāo)準(zhǔn)建礦

作為礦井智能化建設(shè)全過程的見證人之一，該公司副總經(jīng)理李民中提及智能化建設(shè)感觸頗深。

“我們以‘設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動化、管理信息化、辦公移動化、決策智能化’為方向，引進先進技術(shù)和裝備，開展智能化建設(shè)，構(gòu)建了監(jiān)測、控制、管理一體化信息集成系統(tǒng)，實現(xiàn)了全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動化、業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)流程化、信息管理智能化?！崩蠲裰姓f。

據(jù)悉，平寶公司已連續(xù)多年被評為中國平煤神馬集團“信息化建設(shè)先進單位”“兩化融合示范單位”，2016年又榮獲中國煤炭工業(yè)協(xié)會“兩化融合示范煤礦”稱號，2019年3月被確定為河南省智能煤礦建設(shè)試點培育對象，并于2020年5月通過河南省一級智能礦山建設(shè)驗收。

李民中介紹，早在建礦初期，平寶公司就將綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)納入設(shè)計規(guī)劃，重點建設(shè)井上下千兆光纖工業(yè)環(huán)網(wǎng)、調(diào)度大屏顯示系統(tǒng)、地面辦公網(wǎng)絡(luò)、井上下通信系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，同時在礦井安全監(jiān)測、瓦斯抽放、主井裝載及提升、副井提升、主扇通風(fēng)等關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)建設(shè)可靠、高效的自動化控制系統(tǒng)，為后續(xù)智能礦山建設(shè)和發(fā)展提供基本保障。

目前，該公司所有皮帶運輸系統(tǒng)、井下局部通風(fēng)機均實現(xiàn)了地面一鍵啟動和井下實時動態(tài)監(jiān)控；主井提升系統(tǒng)、壓風(fēng)機、采區(qū)變電所、水泵房排水系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程控制、無人值守；主扇實現(xiàn)了“動葉可調(diào)、不停風(fēng)一鍵倒臺”和雙電源快速切換；無線精確人員定位精度達到5米之內(nèi)；“燈卡合一”的信息礦燈可以準(zhǔn)確了解人員位置信息，有效杜絕了“一人多卡”入井現(xiàn)象。

智能化掘進機地面操作平臺

循序漸進，智能開采升級

該公司在不斷完善和應(yīng)用好18個自動化控制子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，于2019年積極探索實施了采掘工作面的智能化改造，在己15—17—12100工作面建成河南省首個6.5米大采高智能化綜采工作面，在己15—17—12110機巷建成中國平煤神馬集團首個智能化掘進工作面并投運。

“目前，掘進工作面作業(yè)人員由每班13人減至6人，綜采工作面作業(yè)人員每班由16人減至6人到8人，綜采隊三班生產(chǎn)人員由126人減至58人?！痹摴拘畔⒒行闹魅卫顤|坡說。

據(jù)李東坡介紹，在引進新裝備的時候，還需優(yōu)先考慮配置自動化接口，便于子系統(tǒng)能夠接入綜合管控平臺，減少因基礎(chǔ)設(shè)備缺陷更新改造和重復(fù)投入。該公司將通過應(yīng)用井上下無線終端平臺，完善井上下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)對各自動化、智能化子系統(tǒng)集中操作、集中監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度。

“必須改變原有的管理思維慣性，緊跟煤礦智能化建設(shè)發(fā)展趨勢，以安全生產(chǎn)、經(jīng)營管控等重點領(lǐng)域為切入點，大力推進信息化綜合應(yīng)用?！崩顤|坡說。

張工廠是該公司綜采二隊智能化方面的技術(shù)負(fù)責(zé)人。據(jù)他介紹，在智能化礦山建設(shè)過程中，他們也遇到過許多艱難坎坷。

“在公司首個智能化采煤工作面調(diào)試過程中，現(xiàn)有的自動割三角煤程序大多是依據(jù)及時支護方式編程出來的，給超前支護方式下自動化割三角煤帶來了極大的困難?！睆埞S說。

據(jù)張工廠介紹，為了讓自動跟機拉架、割三角煤程序適用于該公司，他和調(diào)試人員現(xiàn)場跟班，實時記錄液壓支架的動作時間、動作區(qū)間、動作順序等參數(shù)，同時繪制出工作面生產(chǎn)工藝流程圖，給廠家程序調(diào)試提供依據(jù)。他們還邀請德國工程師到現(xiàn)場，面對面探討自動割三角煤的移架和推溜方式。經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試和修改，最終形成了適合超前支護的自動化割三角煤程序。

“為解決變頻器干擾井下語音通信問題，我們單位的調(diào)試人員與設(shè)備廠家工程師一起，盯在現(xiàn)場查找原因，優(yōu)化線路布置，現(xiàn)場修改程序代碼，添加抗干擾模塊，最終解決了干擾問題，保證了井上下語音通信正常。”張工廠說。

勇于創(chuàng)新，構(gòu)建5G礦山新模式

作為中國平煤神馬集團工業(yè)化、信息化“兩化融合”建設(shè)示范礦井，平寶公司在加快采煤智能化建設(shè)的同時，積極推進掘進智能化建設(shè)、煤礦主要生產(chǎn)系統(tǒng)智能化改造以及煤礦信息系統(tǒng)智慧化建設(shè)。

目前，該公司已完成己15—17—12110智能化采煤工作面、己15—17—12120機巷智能化掘進工作面以及包含瓦斯含量、通風(fēng)情況等多種生產(chǎn)信息的“一張圖”安全生產(chǎn)信息共享平臺等智能化建設(shè)工作，構(gòu)建了涵蓋通風(fēng)、提升、運輸、瓦斯抽采等各專業(yè)的綜合自動化生產(chǎn)輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)了全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動化、業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)流程化、信息管理智能化。

“智能化礦山建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。思想認(rèn)識、組織保障、資金支持、調(diào)研論證、過程控制、考核追責(zé)等方面都要到位，構(gòu)建智能化建設(shè)的長效機制，才能使智能化建設(shè)工作順利推進?！崩蠲裰姓f，“總體規(guī)劃、分步實施、重點突破、持續(xù)改進”是他們的總原則。

“我們參觀了很多礦井，周圍的礦井都跑遍了?！崩顤|坡說。一開始建設(shè)智能化礦井，沒有模板，只有不斷地學(xué)習(xí)才能“打開思路”。他們調(diào)研考察了國內(nèi)先進煤礦的建設(shè)情況和成功經(jīng)驗，同時梳理了當(dāng)前各大煤礦在智能化建設(shè)上存在的問題和“卡脖子”難題，立足平寶公司實際條件和需求，探索構(gòu)建5G智慧礦山建設(shè)新模式。

據(jù)李東坡介紹，今年，該公司將持續(xù)加大軟硬件等基礎(chǔ)建設(shè)的投入力度，科學(xué)合理布局、統(tǒng)籌智能礦山項目建設(shè)規(guī)劃，不斷完善現(xiàn)有系統(tǒng)規(guī)模、功能，全力推進智慧能源建設(shè)，對各類信息系統(tǒng)收集的海量數(shù)據(jù)進行挖掘利用，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、人工智能為切入口不斷提升智能礦山建設(shè)水平。

改進雙臂鉆車搖臂

管理變革，打破傳統(tǒng)職能分工

值得一提的是，平寶公司井下的5G網(wǎng)絡(luò)為目前國內(nèi)井下最深處的5G網(wǎng)絡(luò)，既展現(xiàn)了5G通信技術(shù)在煤礦智能化建設(shè)中的廣闊前景，又創(chuàng)造了5G通信技術(shù)在煤礦井下應(yīng)用的“河南第一”，標(biāo)志著中國平煤神馬集團智能化煤礦建設(shè)“平寶方案”取得了初步成果。

“井下智能采煤系統(tǒng)通過人工智能實現(xiàn)人機態(tài)勢全感知，具備趨勢性的預(yù)判功能，而不是檢測到問題才進行信息反饋，極大地提高了生產(chǎn)的安全系數(shù)。”說到智能化煤礦的先進之處，李東坡說，未來，平寶公司井下作業(yè)人員將減少20%以上，設(shè)備運行效率平均提高30%，年成本下降10%以上，人員工效提升1倍以上。

此外，智能化礦井也將打破傳統(tǒng)煤礦的職能分工?！爸悄芑V井必然改變煤礦傳統(tǒng)思維和管理模式。我們積極探索5G智能化煤礦管理的新模式，最終確定了5個業(yè)務(wù)中心，即生產(chǎn)管理功能中心、生產(chǎn)控制功能中心、礦山安全功能中心、運維保障功能中心與運營管理功能中心?！痹摴径麻L、總經(jīng)理張國川說。

未來，平寶公司將利用這5個業(yè)務(wù)中心對煤礦進行全部管理。生產(chǎn)管理功能中心包含生產(chǎn)調(diào)度、物資供應(yīng)、工程管理等；礦山安全功能中心包含安全環(huán)保部、監(jiān)察部以及地測部等；傳統(tǒng)生產(chǎn)中的一線人員調(diào)整到生產(chǎn)控制功能中心及運維保障功能中心；運維保障功能中心包括智能運營中心和智能化運維隊，涉及的專業(yè)包括網(wǎng)絡(luò)、5G、通信、視頻、大數(shù)據(jù)、軟件、BIM、自動控制、人工智能、傳感器、大屏幕顯示系統(tǒng)、智慧園區(qū)等專業(yè)和系統(tǒng)；經(jīng)營管理中心包括黨建、財務(wù)、人力資源、工會等機關(guān)部門。

據(jù)了解，隨著自動化控制、5G、人工智能、機器人等先進技術(shù)陸續(xù)引入平寶公司，未來3年，該公司智能化煤礦管控平臺將擁有不少于50個子系統(tǒng)，礦井?dāng)?shù)據(jù)的實際利用率將提升至50%以上；系統(tǒng)平臺接入點增加到5萬個以上；實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)延時小于5毫秒，全面實現(xiàn)礦山多專業(yè)、多部門系統(tǒng)作業(yè)和信息化管理，打造“統(tǒng)一平臺框架、多級業(yè)務(wù)融合、流程閉環(huán)反饋、分時協(xié)同管控”的煤礦智能化運行平臺，打破信息孤島，實現(xiàn)信息共享。

“下一步，我們將全力打造5G智慧礦山，重點完善綜合自動化、基礎(chǔ)平臺以及應(yīng)用系統(tǒng)，加快實現(xiàn)5G井下5G手機應(yīng)用、5G井上無人機、5G+VR安全培訓(xùn)、煤礦巡檢機器人、AI+5G煤礦鐵路集運站智慧管理系統(tǒng)的應(yīng)用，建成統(tǒng)一完備的5G信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理平臺、系統(tǒng)平臺、智能分析平臺，打造更加安全智能高效的新型礦山?！睆垏ㄕf。