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加快数字化转型 推动高质量发展丨5G为煤炭综采工作面转型带来新愿景,全国首例煤矿5G智能综采工作面在台头煤矿落成

发稿时间: 2020-12-29 16:24 来源:人民邮电报 作者:周振龙 2020-12-29

煤矿智能化建设一直都是当前煤炭行业转型的重要方向。近年来,我国煤矿智能化发展脚步不断加快,全国已建成300多个智能化工作面。然而,不少业内人士也认为,我国的煤矿智能化建设的定位是“仍处于初级阶段”。不少煤矿总工程师也直言“还不敢让其常态化地进行远程控制”。

煤炭行业转型发展,渴望新技术新手段新模式,那么在5G等新基建技术条件下怎么转?以怎样的方式来转?山西乡宁焦煤集团台头煤焦有限责任公司(简称“台头煤矿”)今年在中国联通5G技术的加持下着手打造智能矿山项目,给出了更多答案。为了深入了解项目进展情况以及收到的成效,记者近日采访了相关企业负责人。

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煤矿智能化转型是大势所趋

“煤炭行业是高度流程行业,历来以工作地质条件复杂,环境恶劣,自然灾害多为特点,安全形势严峻,严重阻碍了煤炭行业高质量发展。”台头煤矿高永林在接受记者采访时表示,原有的作业模式已不符合新时代对矿山发展的新要求,急需智能化升级。

风险高、条件差、用人难、功效低等一直都是以往煤炭行业生产难以避免的难题。高永林表示:“煤矿智能化转型是大势所趋。这也是新时期推动能源科技创新、培育转型升级新动能、激发能源革命新活力、实现煤矿高质量发展的战略任务和必由之路。”

12月4日,国家能源局、国家煤矿安全监察局发布《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》提到,审核确定内蒙古双欣矿业有限公司杨家村煤矿等71处煤矿,作为国家首批智能化示范建设煤矿。《通知》提到,以建设少人无人智能化示范煤矿为目标。

联通(山西)产业互联网有限公司总经理李艺告诉记者:“5G设备下井,从根本上解决了传统网络技术难以满足井下高危环境、恶劣环境、移动生产环境、生产现场环境多变、战线长、设备及传感器数量庞大、用人多等生产特点需要。”

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智能综采工作面是智能矿山建设核心

综采工作面全称综合机械化回采工作面,是指以拥有液压支架、大功率刮板输送机、双滚筒采煤机的回采工作面。综采工作面是现代化煤矿生产的主要环节,是煤矿生产中设备最多、环境最恶劣、工作最复杂的系统。以往在没有5G无线技术的条件下,综采工作面只能采用有线网络作为保证,将各个相关设备联系在一起,实现彼此数据通讯。

而5G下的智能综采工作面就是要改变以往传统作业方式,要应用物联网、云计算、大数据、人工智能等先进技术,使工作面采煤机、液压支架、输送机及电液动力设备等形成具有自主感知、自主决策和自动控制运行功能的智能系统,实现工作面落煤、支护、运煤作业工况自适应和工序协同控制的开采方式。

业内人士指出,智能综采工作面是智能矿山建设核心。2020年2月25日,国家发改委、国家能源局等8部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》明确提出,到2021年,基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。

为保障台头煤矿智能综采工作的有序推进,中国联通多次与台头煤矿进行深入沟通交流,2020年8月27日,中国联通与台头煤矿成功签署合同,着力进行智能综采工作面建设,打造全国首例煤矿井下5G智能综采工作面项目标杆及示范模板。

在前期沟通调研中,中国联通5G+智能矿山项目负责人峁秋琪发现,台头煤矿7201-1工作面部分设备老旧,不适合智能化改造,需新购采煤机、乳化液泵、负荷中心等核心设备,前期投入资金压力大;综采工作面环境复杂、设备数量多、工作空间有限,智能化改造后通信线缆容易与设备发生拉扯断裂,严重影响智能化生产效率和安全等痛点问题,需要以5G无线网络解决综采工作面通信稳定的问题,确保智能综采工作面改造的质量和效果。

峁秋琪介绍,为了实现5G对台头煤矿智能综采工作面改造,中国联通在工作面部署了“一个核心控制系统+九个子系统”,并针对综采设备的控制系统进行改造。

“整个综采工作面智能控制成套装备可以看作是一个大型的采煤机器人,其核心控制系统——综采工作面自动化顺槽集中控制系统就是它的大脑,通过操作人员的人机交互实现指挥采煤,井下调度,一键启停采煤工作,并监控采煤工作面的设备运行情况。”高永林向记者介绍道,“其九个组成子系统可以看作是采煤机器人的四肢,实现对各个综采工作面运行设备的远程控制,操作人员在井上、硐室等更加安全的位置操控系统,5G网络是一条高速公路,负责高速并可靠地将指令传送给安装在采煤机上的控制器,控制采煤机的工作,将采煤工作的操作端拉远综采面,一定程度上保障工人的生命安全。”

5G+综采工作面实现煤矿颠覆性变革

以往,煤矿环境条件非常恶劣,长期在井下的工人们常常伴随着呼吸道职业病,采煤过程中需要工人对综采工作面设备进行手动开关操作,人力投入比较大,危险系数也比较大。而5G+综采工作面利用5G技术,以其大带宽、广连接、低时延的特点,以及拥有较高的下行速率和上行速率,能够保证对综采工作面综采设备可靠高速的网络连接,对综采设备进行实时监测和自动控制,实现综采工作面自动化开采,将整个综采工作面的操作人员节减至6人,最大化实现减员提效,实现安全、高效生产。

高永林说:“今后综采面的工作,一名顺槽集控中心操作人员以外,仅需5名工人在井下对整个综采工作中采煤机、液压支架、运输等设备进行巡检,大大减少了人力投入。另外远程智能化控制与就地手动控制能够灵活切换,是检修工作的一份保障。”

此外,在正常生产过程中,操作人员在顺槽集控中心远程操作,综采设备控制器与5G技术无缝结合,综采设备的集中控制能够进行多设备的联动闭锁控制,通过液压支架自动跟机、采煤机记忆割煤技术,结合设备姿态反馈、工作面视频监控,实现在顺槽集控中心对自动化设备和系统工作状态的远程控制(干预)、远程控制、故障警告、故障记录及 “一键”启停,能够在一定程度上提高采煤效率,将煤矿的采煤工作方式革新为5G无线集中监测控制结合机械化的自动化采煤工作方式,为煤矿高效、安全、绿色开采提供科技和安全基础,达到5G+综采工作面自动化采煤的目标。

“5G+综采工作面从台头煤矿实际出发,认真分析综采工作面业务场景,选取液压支架、采煤机工业控制作为低延时应用场景,选取重点区域摄像仪视频图像监控传输作为大带宽的应用场景,积极采用先进、可靠、实用的技术与装备,利用5G网络切片功能,保持业务隔离,保障业务安全。”李艺向记者透露,该项目实现了台头煤矿五个方面的“优越性”:一是实用性,充分考虑系统的实用性,使系统的功能尽可能地完善并充分加以利用,易于维护;二是可靠性,针对煤炭生产对安全生产的特殊要求,设计高可靠性系统,选用高可靠设备,以确保系统可靠稳定运行;三是先进性,采用国际上先进的5G通信技术和自动控制技术,针对场景的网络切片和控制算法融合;四是开放性,遵循有关国家标准和行业标准,公开各种通讯协议接口,系统间具有良好的互联、互操作能力;五是整体性,系统设计时充分考虑各个系统之间的相互关联及整合,尽可能提高系统的整体利用效率。

5G+智能综采工作面在综采面移动设备远程控制等关键生产环节进行了创新改造,是煤矿生产工艺的颠覆性变革,使5G+工业互联网融合应用场景的深度和广度在煤矿这一特殊场景下有了开创性的拓展。台头煤矿7201-1工作面作为全国首个井下5G智能综采工作面,标志着中国联通先人一步,在煤矿最具复杂性的采煤工作面开启了智能化建设工作,将为“少人和无人矿山”建设提供重要的实践意义,走在了5G+智能矿山这一垂直领域的前列。

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