無(wú)人開(kāi)采，美夢(mèng)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(jiǎn)稱(chēng)黃陵一礦）1001工作面，成功通過(guò)順槽控制中心遠程干預的方式首次實(shí)現了無(wú)人化開(kāi)采，創(chuàng )造了連續3個(gè)工作循環(huán)采場(chǎng)無(wú)人的紀錄，生產(chǎn)過(guò)程中，采煤工作面支架支護區域沒(méi)有一個(gè)人。

一個(gè)煤炭行業(yè)的老教授，到黃陵一礦參觀(guān)后，非常激動(dòng)地說(shuō)：“我一直夢(mèng)想，有一天煤礦工人可以在地面上很體面地采煤，穿著(zhù)白襯衫。沒(méi)想到真的實(shí)現了！”

借鑒無(wú)人飛機的發(fā)展經(jīng)驗，無(wú)人化開(kāi)采項目的開(kāi)發(fā)方北京天地瑪珂電液控制系統有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)天瑪公司）董事長(cháng)張良將實(shí)現井下“無(wú)人開(kāi)采夢(mèng)”分成兩步走，第一步是實(shí)現遙控式無(wú)人開(kāi)采，操作人員在順槽監控中心遠程干預遙控設備運行，工作面落煤區域無(wú)人操作；第二步是實(shí)現智能化無(wú)人開(kāi)采，采煤機、液壓支架等設備自動(dòng)化智能運行，就像飛機進(jìn)入自動(dòng)駕駛狀態(tài)一樣。

在張良看來(lái)，黃陵一礦1001工作面的成功實(shí)踐，是煤礦開(kāi)采從綜合機械化開(kāi)采到無(wú)人化開(kāi)采的轉折點(diǎn)，邁出了“無(wú)人開(kāi)采夢(mèng)”的第一步，經(jīng)過(guò)多年的努力，迎來(lái)了無(wú)人化開(kāi)采的曙光。

天瑪公司的“無(wú)人化采煤夢(mèng)”

讓黃陵一礦在無(wú)人開(kāi)采領(lǐng)域有此突破的是一個(gè)名為“較薄煤層國產(chǎn)裝備采場(chǎng)無(wú)人化技術(shù)研究與應用”的項目。5月25日，中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )對該項目進(jìn)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(kāi)發(fā)方天瑪公司看來(lái)，取得這樣的成績(jì)并不是偶然。該公司于2001年成立之初，就把無(wú)人開(kāi)采作為公司的戰略目標。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，實(shí)現了對進(jìn)口的替代，為無(wú)人開(kāi)采奠定了一定的基礎，后又專(zhuān)門(mén)成立了無(wú)人化項目部，研發(fā)無(wú)人開(kāi)采的全套控制技術(shù)和控制設備。

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

“無(wú)人開(kāi)采就是要把這90萬(wàn)人逐步解放出來(lái)。剛開(kāi)始或許只能解放出20%至30%，然后再一步一步推進(jìn)。”張良認為，這是天瑪公司作為一個(gè)煤礦裝備、服務(wù)提供企業(yè)對于整個(gè)煤炭行業(yè)的責任。

“國內外的一些研究機構也在探索智能化無(wú)人開(kāi)采，但都沒(méi)有商業(yè)推廣應用。我們公司提出了兩步走的戰略，將遙控式無(wú)人開(kāi)采作為過(guò)渡階段，同時(shí)對智能化無(wú)人開(kāi)采進(jìn)行同步研究。”天瑪公司無(wú)人化項目部經(jīng)理黃曾華說(shuō)，“方向明確了之后，我們就想方設法技術(shù)攻關(guān)。”

據了解，2013年在神華寧煤集團梅花井煤礦的一個(gè)項目中，天瑪公司做了大量前期探索，實(shí)現了遠程干預割煤，其系統已經(jīng)具備了遙控式無(wú)人開(kāi)采的功能。

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

黃陵礦業(yè)的無(wú)人化開(kāi)采之路

2014年元宵節過(guò)后，天瑪公司的一個(gè)項目組便常駐黃陵一礦，與礦方深入探討、逐項攻關(guān)，陸續解決了工作面視頻監控全覆蓋、三角煤自動(dòng)化開(kāi)采、轉載機和液壓支架聯(lián)動(dòng)、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(gè)技術(shù)難題。

又經(jīng)過(guò)了大概一個(gè)月的磨合，于4月2日，黃陵一礦1001工作面創(chuàng )造了連續生產(chǎn)9個(gè)工作循環(huán)工作面采場(chǎng)內無(wú)人操作、僅有一人巡視的良好應用效果。

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

5月8日，黃陵一礦1001工作面又創(chuàng )造了連續3個(gè)工作循環(huán)工作面采場(chǎng)內無(wú)人的最高紀錄。在此過(guò)程中，1001工作面采場(chǎng)沒(méi)有一個(gè)人。

“這是多少煤炭人的夢(mèng)想，在地面，穿著(zhù)白襯衫，就把煤采出來(lái)了。”黃曾華說(shuō)，中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )組織11名專(zhuān)家對該項目進(jìn)行技術(shù)鑒定時(shí)，專(zhuān)家們都感到很震撼，不僅因為該項目實(shí)現了“無(wú)人開(kāi)采”，還真正實(shí)現了“無(wú)人開(kāi)采”常態(tài)化。

當時(shí)專(zhuān)家的鑒定意見(jiàn)是：該項目首次實(shí)現了地面調度指揮中心遠程操控，整套生產(chǎn)系統運行實(shí)現了常態(tài)無(wú)人化，穩定可靠，實(shí)現減人提效，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

“常態(tài)化的井下無(wú)人開(kāi)采，即使美國、澳大利亞都沒(méi)有做到。”張良說(shuō)，他曾多次去國外考察無(wú)人開(kāi)采，在美國，看到的最先進(jìn)水平是液壓支架自動(dòng)跟機，但采煤機司機需要在現場(chǎng)操作；在德國，刨煤機工作面實(shí)現了無(wú)人開(kāi)采，但無(wú)人開(kāi)采的采煤機工作面還沒(méi)有。

目前，黃陵礦業(yè)公司的2個(gè)礦都準備全面推廣無(wú)人開(kāi)采工作面。同時(shí)，其他四五個(gè)煤礦用戶(hù)正在與天瑪公司接洽應用該項技術(shù)。

可推廣的遙控式無(wú)人開(kāi)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場(chǎng)會(huì )在陜西省神木縣召開(kāi)。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(shí)時(shí)生產(chǎn)畫(huà)面接到了會(huì )場(chǎng)外的監控中心和大屏幕上。

會(huì )議期間，盡管淅淅瀝瀝地下起了雨，但是很多參會(huì )代表都圍在露天的監控視頻前向技術(shù)人員咨詢(xún)。除了對先進(jìn)技術(shù)本身的好奇，咨詢(xún)內容重點(diǎn)圍繞該技術(shù)能否復制推廣及它所帶來(lái)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(gè)優(yōu)勢。

“現在還是示范，接下來(lái)要解決的就是大多數地質(zhì)條件下都能推廣應用的問(wèn)題。這是一個(gè)逐漸的過(guò)程，需要技術(shù)上不斷地突破。”張良說(shuō)，現在天瑪公司不僅有專(zhuān)門(mén)的無(wú)人化項目部，還有為無(wú)人化項目部提供電氣類(lèi)產(chǎn)品和技術(shù)配套的電氣自動(dòng)化部等技術(shù)部門(mén)。在推廣應用過(guò)程中，遇到任何阻礙無(wú)人開(kāi)采實(shí)現的問(wèn)題，就及時(shí)攻關(guān)解決。

“無(wú)人開(kāi)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(shuō)，例如，設備的維護需做好，其中某個(gè)設備出問(wèn)題，會(huì )影響其他設備。

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

再接下來(lái)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(gè)綜采隊減員16人。據估算，一年約能增加產(chǎn)值1.4億元。

據張良介紹，將一個(gè)綜合機械化開(kāi)采工作面升級成無(wú)人開(kāi)采工作面，如果是較薄煤層工作面，所需綜采自動(dòng)化控制系統的費用約為采面設備總費用的10%至15%；如果是較厚煤層工作面，大概需要采面設備總費用的5%至10%。當然他所指的是國產(chǎn)綜采自動(dòng)化控制系統，如果是進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格會(huì )高很多，而且用戶(hù)有可能被附加要求使用一些進(jìn)口裝備，那樣設備總成本就會(huì )更高。

最終目標是智能化無(wú)人開(kāi)采

天瑪公司在進(jìn)一步完善其遙控式無(wú)人開(kāi)采的軟件和系統。“我們今年的目標是實(shí)現連續5個(gè)工作循環(huán)工作面內無(wú)人。”黃曾華說(shuō)，之所以定在5個(gè)工作循環(huán)，是因為這是一個(gè)小班的工作量，如果能夠實(shí)現，就意味著(zhù)工作面可以整個(gè)生產(chǎn)班內都沒(méi)有人。

因無(wú)人開(kāi)采領(lǐng)域的初步成功，天瑪公司有了向國外推廣的設想。“我們以前專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)液壓支架電液控制系統，對美國、澳大利亞的市場(chǎng)沒(méi)有興趣，因為美國一共只有50多個(gè)長(cháng)壁開(kāi)采工作面，澳大利亞只有40多個(gè)。而現在，我們可以跟國內的煤機設備整體打包，向他們出口無(wú)人開(kāi)采成套綜采設備了，他們一向對于‘無(wú)人’的要求更迫切。”張良說(shuō)。

然而對天瑪公司而言，遙控式無(wú)人開(kāi)采只是一個(gè)過(guò)渡階段，他們最終的目標是智能化無(wú)人開(kāi)采，就像無(wú)人飛機進(jìn)入自動(dòng)飛行模式后一樣，設備智能地自動(dòng)運行，人只需要監視就行。

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

要實(shí)現智能化無(wú)人開(kāi)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(dòng)找直等。

由于各個(gè)煤礦煤巖特性不一，很難找到一種統一的方法來(lái)解決機器的煤巖識別問(wèn)題。“這個(gè)難題已經(jīng)存在半個(gè)世紀了，目前國際上還沒(méi)有一家公司敢肯定地說(shuō)自己已經(jīng)解決了。”黃曾華說(shuō)。

在工作面自動(dòng)找直問(wèn)題上，目前黃陵一礦1001工作面沒(méi)有出現嚴重的狀況，工作面的推進(jìn)比人工控制得還要直。但專(zhuān)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，不出現彎曲度過(guò)大導致的設備損壞，可能就有相當的難度。

天瑪公司無(wú)人化項目部已經(jīng)將這些問(wèn)題立項，作為下一步攻關(guān)的重點(diǎn)。“如果進(jìn)展較快的話(huà)，應該3年至5年內，智能化無(wú)人開(kāi)采的工作面就能實(shí)現。”張良說(shuō)這番話(huà)的時(shí)候語(yǔ)氣中充滿(mǎn)堅定。