世界級特厚煤層智能化開(kāi)采什么樣？

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

沒(méi)過(guò)幾秒，塔山煤礦調度指揮中心的通信設備終端就發(fā)出嘀嘀聲，并傳來(lái)聲音：“外圍設備確認完畢，可以進(jìn)行遠程操控”“采煤設備確認完畢，可以進(jìn)行遠程操控”……隨著(zhù)各地點(diǎn)巡視人員陸續通過(guò)通信設備向指揮中心確認完畢，操控人員輕點(diǎn)鼠標，大屏幕上就顯示出采煤機、運輸機、轉載機等井下綜采設備相繼開(kāi)始聯(lián)動(dòng)運轉的畫(huà)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(kāi)采的場(chǎng)景。

“這個(gè)智能化綜采工作面是國家‘十三五’資源領(lǐng)域重點(diǎn)研發(fā)計劃中的重點(diǎn)專(zhuān)項——千萬(wàn)噸級特厚煤層智能化綜放開(kāi)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(lái)，其安全、高效、便捷的優(yōu)勢凸顯。”塔山煤礦黨委書(shū)記、董事長(cháng)馬占元說(shuō)， “開(kāi)展千萬(wàn)噸級特厚煤層智能化綜放開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)研究，不僅可以打造我們礦年產(chǎn)1500萬(wàn)噸特厚煤層智能化綜放開(kāi)采工作面示范工程，而且對解決特厚煤層的開(kāi)采技術(shù)問(wèn)題起到引領(lǐng)示范作用。”

據了解，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(kāi)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(kāi)采來(lái)說(shuō)，無(wú)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(kāi)采成套裝備的選型配套及生產(chǎn)制造、遠距離集中供液、液壓自移式設備列車(chē)運行等一系列新裝備、新技術(shù)，是由29個(gè)高等院校、科研院所、國內外先進(jìn)的礦山裝備研發(fā)和制造廠(chǎng)商共同設計的。通過(guò)在線(xiàn)監測、一鍵啟停等，我們礦建立了工作面以自動(dòng)控制為主、遠程干預為輔的自動(dòng)化生產(chǎn)模式，達到了無(wú)人跟機作業(yè)、有人安全巡視、地面遠程操控的目的。”塔山煤礦總經(jīng)理方志剛說(shuō)。

據了解，該項目利用礦井千兆環(huán)網(wǎng)系統構建了智能化數據平臺和遠程操控平臺，完善的視頻系統、語(yǔ)音通信系統以及設備遠程監測監控系統，將井下職工從危險的工作面采場(chǎng)置換到相對安全的智能化工作面集控中心，實(shí)現了在智能化工作面集控中心對工作面綜采設備的全過(guò)程可視化監測監控，地面調度指揮中心工作人員在大屏幕上就可以監控井下采場(chǎng)的設備作業(yè)情況和人員配備情況，實(shí)現人員合理化分配和生產(chǎn)數據深度分析利用。

“這套系統以采煤機記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機和可視化遠程監控為基礎，實(shí)現在地面調度指揮中心及井下智能化工作面集控中心對綜采設備的智能監測與集中控制，確保工作面智能化運行，實(shí)現工作面的連續、安全、高效開(kāi)采。”方志剛說(shuō)，“該項目的實(shí)施，降低了職工的勞動(dòng)強度，實(shí)現了減人提效，保障了安全生產(chǎn)。”

控制系統有了“眼睛”和“神經(jīng)”

筆者來(lái)到塔山煤礦井下400多米深的巷道和工作面，看到隨處布滿(mǎn)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(cháng)李瑞金指著(zhù)支架頂梁上安裝的攝像儀說(shuō)，“這是我們在井下的‘眼睛’，是我們視頻通信系統重要的組成部分，平均每?jì)蓚€(gè)液壓支架安裝1臺攝像儀，整個(gè)工作面共安裝了60多臺攝像儀。它能夠清晰捕捉設備每一個(gè)細微動(dòng)作，觀(guān)察采煤機的運行位置，并及時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸給‘大腦’，即智能化工作面集控中心。”

據該礦監控中心主任張慧介紹，每個(gè)液壓支架控制器和每臺攝像儀都是信息網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)，能自動(dòng)采集、統計和反饋設備當時(shí)運行的數據，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸至監控中心，然后進(jìn)行數據分析，得出結論。這一結論用于改善設備生產(chǎn)狀況，增強其可靠性。

“這些傳感器就像控制系統的‘神經(jīng)’，通過(guò)分析設備的壓力、傾角等數據，實(shí)現液壓支架防傾倒、防片幫、防冒落，自動(dòng)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(jìn)的誤差。”張慧指著(zhù)液壓支架上的傳感器對筆者說(shuō)，“你別看這個(gè)傳感器體積小，但它的技術(shù)含量可不低。在連續生產(chǎn)過(guò)程中，穩定可靠的傳感器保障了我們工作面的安全生產(chǎn)。”

能掐會(huì )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(gè)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(guò)顯示器觀(guān)察工作面的情況，及時(shí)進(jìn)行遠程操控。

據塔山煤礦生產(chǎn)副總經(jīng)理王磊介紹，采煤設備按照預先設定的牽引速度和參數要求自動(dòng)割煤，按照示范刀所記錄的工作參數、滾筒高度軌跡進(jìn)行智能化預算，形成記憶截割模板，在自動(dòng)截割過(guò)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(jìn)行遠程實(shí)時(shí)啟?？刂?。通過(guò)紅外線(xiàn)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(shí)時(shí)獲取采煤機相關(guān)信息。

“數字化、信息化、自動(dòng)化和智能化是這個(gè)工作面的安全生產(chǎn)核心，將人的視聽(tīng)感官延伸到工作面，身臨其境監控安全生產(chǎn)。”王磊說(shuō)，“我們在以太網(wǎng)的基礎上建立了統一的通信協(xié)議平臺，實(shí)現了設備數據高速上傳，控制信息實(shí)時(shí)下達，控制延時(shí)不超過(guò)500毫秒。這些系統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備高效運轉起來(lái)，塔山煤礦從全集團各礦選拔了30名學(xué)習能力強的大學(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(zhuān)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。

“綜采隊原來(lái)每班20人，實(shí)現智能化開(kāi)采后，每班不到8人，而且效率提升了50%，減下來(lái)的職工主要負責安全巡檢和設備維護工作。”李瑞金說(shuō)。

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