智能化無人開采已成為引領(lǐng)我國煤炭技術(shù)革命的關(guān)鍵性技術(shù)之一，為何要發(fā)展該技術(shù)，中國煤礦的智能化無人開采技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)有哪些，還有哪些難題待解決？
為此，記者專訪了中國煤炭科工集團(tuán)有限公司黨委書記、董事長，煤炭科學(xué)研究總院院長王金華。
王金華
無人則安
記者：為何要發(fā)展智能化開采技術(shù)？
王金華：與美國、澳大利亞等采煤大國以露天開采為主不同的是，我國煤炭開采以井工開采為主，存在著“水、火、瓦斯、煤塵、頂板”等災(zāi)害。
當(dāng)前，頂板事故、瓦斯事故是我國煤礦主要事故來源，采煤工作面又是發(fā)生頂板和瓦斯事故的主要地點(diǎn)，時(shí)刻威脅著職工的生命安全。因此，直接減少采煤工作面的人員數(shù)量是減少人員傷亡、保障安全的重要手段，也是煤礦安全生產(chǎn)的迫切需要。
只有將工人從危險(xiǎn)、惡劣、嘈雜的工作環(huán)境中解放出來，讓設(shè)備替代工人進(jìn)行煤礦開采，才能徹底改變這種局面，達(dá)到“無人則安”。
同時(shí)，我國煤炭資源賦存條件多種多樣，一些煤層利用現(xiàn)有模式開采難度較大，特別是薄煤層，丟棄現(xiàn)象嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，薄煤層儲(chǔ)量占煤炭總儲(chǔ)量的20%，但采出量占比不到10%。這主要是由于尺寸限制導(dǎo)致薄煤層難以裝備大功率設(shè)備，而操作人員在工作面內(nèi)行走艱難，操作設(shè)備困難，這導(dǎo)致目前工作面開采能力最大只有90萬噸/年，普遍年產(chǎn)量僅在40萬噸/年。
這種開采效率低下的局面，造成了薄煤層采出量與儲(chǔ)量比例嚴(yán)重失調(diào)。而開展無人化開采，可以提高資源回收率，是解決這類煤層經(jīng)濟(jì)開采的有效途徑和必由之路。
記者：我國發(fā)展工作面無人化開采有哪些優(yōu)勢(shì)？
王金華：無人化是世界煤炭開采技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前我國走在世界煤炭無人化技術(shù)研究的前列。
首先，隨著我國煤炭化解淘汰過剩落后產(chǎn)能，煤炭生產(chǎn)開發(fā)進(jìn)一步向大型煤炭基地集中，而這些新型礦井對(duì)煤礦智能化無人開采有更高的需求；
其次，我國煤機(jī)裝備國產(chǎn)化取得巨大進(jìn)展，除了極少數(shù)裝備還依賴進(jìn)口外，絕大部分裝備都實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化；
再次，隨著綜采裝備自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓支架實(shí)現(xiàn)了電液控制、采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)了無線遙控、運(yùn)輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)了集中控制，這些單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化的成功應(yīng)用為工作面無人開采奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
兩步走
中國能源報(bào)：中國煤炭科工集團(tuán)何時(shí)開始進(jìn)行智能化無人開采研發(fā)的？
王金華：2009年，中國煤炭科工集團(tuán)研制了第一套國產(chǎn)綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)。2012年，成立了無人化項(xiàng)目部，組建了以“綜采工作面無人化開采”為核心的80人專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，提出了智能化無人開采分“可視遠(yuǎn)程干預(yù)式”和“智能自適應(yīng)”兩步走的戰(zhàn)略。
同時(shí)，針對(duì)第一步戰(zhàn)略，提出“無人操作、有人巡視”的智能化無人開采生產(chǎn)模式，即：采用擬人手法，把人的視覺、聽覺延伸到工作面，將工人從危險(xiǎn)的工作面采場(chǎng)解放到相對(duì)安全的順槽監(jiān)控中心或地面，實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心或地面對(duì)液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽膠帶機(jī)、泵站、開關(guān)等綜采設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，達(dá)到工作面無人開采的目的。
記者：“可視遠(yuǎn)程干預(yù)式智能化無人開采”技術(shù)主要包括哪些內(nèi)容？
王金華：我的團(tuán)隊(duì)首先突破的是采煤機(jī)械裝備的單機(jī)智能化，開發(fā)了智能化的采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等，然后圍繞無人化工作的智能控制技術(shù)，創(chuàng)新性的突破了工作面監(jiān)控中心、工作面工業(yè)以太網(wǎng)、工作面視頻系統(tǒng)、工作面語音通信系統(tǒng)、工作面控制模型和工作面直線控制等核心技術(shù)，它們正如人的大腦、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、眼睛、耳朵和思想一樣，遠(yuǎn)程確保工作面割煤、推溜、移架、運(yùn)輸、消塵等智能化運(yùn)行，達(dá)到工作面連續(xù)、安全、高效開采。
效益顯著
記者：推廣該技術(shù)會(huì)不會(huì)加大企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)？
王金華：智能化無人開采技術(shù)的投入資金，將液壓支架電液控制系統(tǒng)、綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)等全部計(jì)算在內(nèi)，約占綜采工作面整套煤機(jī)裝備總價(jià)的10%。
但能減少工作面內(nèi)的操作工人，平均每生產(chǎn)班可減少5-7名操作工；將工人從危險(xiǎn)、惡劣的采場(chǎng)解放到相對(duì)安全的順槽監(jiān)控中心，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；提高工作面生產(chǎn)效率5%-30%。
記者：智能化無人開采技術(shù)推廣應(yīng)用情況如何？
王金華：智能化無人開采技術(shù)針對(duì)煤礦各種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境形成了多種解決方案，已在神華集團(tuán)、陜煤化集團(tuán)、冀中能源、陽煤集團(tuán)等15個(gè)礦區(qū)推廣應(yīng)用，目前看來，效果還都較滿意。（本期頭條推送了陜煤化黃陵一礦實(shí)施無人開采的詳細(xì)情況，歡迎移步圍觀~）
比如在陽煤新元礦310205高瓦斯工作面，實(shí)現(xiàn)了煤機(jī)速度與瓦斯?jié)舛鹊穆?lián)動(dòng)控制，操作人員遠(yuǎn)離瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)段，提升了工作面的安全系數(shù)，提高了生產(chǎn)效率；
神華寧煤梅花井煤礦1102206工作面，煤層傾角9至20度，實(shí)現(xiàn)了單日推進(jìn)24個(gè)工作循環(huán)的最高記錄；神華神東石圪臺(tái)煤礦31202-2工作面，實(shí)現(xiàn)了工作面視頻畫面拼接和采煤機(jī)、支架、移變等關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
記者：還有哪些難題有待解決？
王金華：首先是設(shè)備可靠性問題。智能無人化離不開高可靠的綜采設(shè)備，在此基礎(chǔ)上需要增加感知、決策、控制和智能化功能，由單機(jī)向成套裝備智能轉(zhuǎn)變。其次，要解決開采惡劣環(huán)境下可視化的難題。因?yàn)殚_采時(shí)產(chǎn)生的煤巖粉塵會(huì)嚴(yán)重影響視頻圖像的采集，所以需要研究清晰度高和實(shí)時(shí)性好的開采工作面再現(xiàn)技術(shù)。
此外，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性難題也未解決。盡管關(guān)鍵設(shè)備控制實(shí)時(shí)性能控制在毫秒級(jí)，但監(jiān)測(cè)信息及地面遠(yuǎn)程控制時(shí)間延時(shí)仍過大，需進(jìn)一步提高。
所以，首先要解決煤礦井下精確定位和導(dǎo)航技術(shù)，也就是地下空間的“井下GPS”或“井下北斗”。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)煤礦無人化開采的前提就是建立透明礦井，煤礦地質(zhì)條件的透明化、井下巷道設(shè)施的透明化，井下大型移動(dòng)設(shè)備透明化才能根本性解決才能解決智能采煤、災(zāi)害防治、機(jī)電設(shè)備安全等全系統(tǒng)的智能無人化。
“可視化遠(yuǎn)程干預(yù)式智能化無人開采”是實(shí)現(xiàn)工作面少人化、無人化的有效途徑，從嚴(yán)格意義上講，這種方式還不能完全離開人的智慧，需要發(fā)揮機(jī)器和人各自的特長，規(guī)避人機(jī)各自的短處，且較適應(yīng)于條件較好的工作面。
相信隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，煤巖識(shí)別、工作面三維定位等關(guān)鍵技術(shù)逐步攻克，未來工作面將實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)型智能化無人開采，甚至機(jī)器人采煤，進(jìn)一步將煤礦工人從惡劣的工作環(huán)境中解放出來。
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