智能化开采的探索之路

  [中国石油新闻中心2017-10-26]在陕北毛乌素沙漠的边缘，世界七大煤田驻地的神府煤田腹地上，神南红柳林矿业公司这座现代化的新型矿井散发着独有魅力，其矿井主要装备全部选用国内外先进的采、掘、运设备。近年来，该公司按照“少人则安、无人则安”的安全发展理念，把矿井的安全高效开采，作为科技进步的驱动力，不断推动智能化大采高工作面的建设步伐。
  智能型矿山建设的“热身”
  自红柳林矿井试生产以来，就根据煤层的赋存条件，把推行大采高综采设备作为矿井生产工艺的主选方向，2011年，第一个7米大采高综采工作面投入生产，目前，管理方法日臻成熟。
  2012年，国家高技术研究发展“863”计划重大项目“煤炭智能化采掘技术与装备”课题方案实施后。红柳林矿业公司在国家煤炭综采成套装备智能化建设专项政策的支持下，广泛调研、深入论证，首次在15205综采工作面进行了信息化与机械化综采的“两化”融合尝试，与北京天玛公司联合攻关完成了综采成套装备智能系统。
  2014年，由国家发改委启动的国家智能制造发展专项《煤炭综采成套装备智能系统》项目落地后，中国煤炭工业协会在陕西省神木县召开全国煤炭行业“两化”深度融合型智能矿山现场会，红柳林矿业公司作为重要的主会场之一，大采高智能化综采工作面的尝试，得到了同行业高度评价。2015年，该公司成为了全国煤矿智能化无人开采技术的试点示范单位，推动煤炭企业在“机械化换人、机器人作业、自动化减人”方面提高安全保障能力。这也标志着智能化大采高转入了“热身阶段”。
  离智能化高效开采还有多远
  尽管大采高智能化综采工作面得到了如此高的评价，但对于红柳林来说，此项技术还处于攻关阶段。
  2016年，红柳林矿业公司25207智能化综采工作面正式开工建设，此工作面是一个6.3米大采高，使用美国久益大功率电牵引采煤机，配套国产大采高液压支架、大功率刮板运输机和转载机等先进装备。
  面对成套的智能化设备，如何组织安装、调试、运行、完善到安全生产，是面对的首要问题。为了加快智能型矿山建设，该公司从78名信息自动化专业毕业的大学生中抽调了15名精干力量，成立了智能化管理中心，全面负责矿井智能化综采工作面的建设、运行、维护和管理。
  面对成套先进设备，该公司技术人员不怠慢，自发实行了有效的“白+黑”工作模式，白天将人员分成不同的小组，轮流进行设备调试安装。晚上则在办公室，根据安装过程中遇到的疑问，现场和厂家进行交流解惑，同时组织自动化学习和授课。
  由于时间紧，自项目实施以来，该公司技术人员通过网查资料，翻阅相关书籍，请教设备厂家，与科研项目课题组联合技术攻关等。首次破解了工作面倾斜角度大、支架护帮板与煤机滚筒联动困难等一个又一个难题。
  通过在液压支架上安装摄像仪和煤壁摄像仪，用来采集工作面的视频数据。通过安设支架控制器、自动反冲洗装置、红外线接收器等，将设备工况实时传输到地面集控中心的显示屏，使设备出现异常情况时，可实时通知现场巡检人员停机检查。
  一段时间以来，该公司通过与厂家联合开发煤机高级自动化控制功能，实现了采煤机以记忆割煤为主，人工远程干预为辅；通过液压支架电液智能化控制系统来识别采煤机位置和运行方向，实现工作面液压支架跟随采煤机作业的自动化控制功能，保证跟机自动收回和伸出护帮板动作，实现跟机自动移架、自动推溜控制、跟机喷雾控制功能，从而实现液压支架动作与采煤机运行位置的动态耦合；通过对液压支架安装的压力传感器、行程传感器、采煤机位置监测传感器等感知元部件的监测和视频监控，使远程操作人员通过集控中心的操作台就能让支架的单个动作或者多个支架序列化动作，实现了液压支架以跟随采煤机自动序列动作为主，人工远程干预为辅的控制方式；还实现了综采运输设备集中自动化控制等功能。使综合机械化采煤工作面的设备达到了协调管理、关联闭锁与集中控制。
  在敷设采煤机拖曳链内的光缆时，参与改造的贺家飞说：“片帮严重，煤机滚筒甩煤，拖曳链频繁弯折等，很容易造成光缆砸伤。为此，我们将光缆穿入高压液管内进行了防护，终于解决了这一问题，但在拖曳链内有限的空间里，也增加了敷设的难度。”
  “发现问题，只能找规律，不断调整软件参数和设备布局。比如运行一个月后，摄像头就损坏了五分之一，有时要解除一台摄像头的故障，就要在1800余条光缆中排除，工作量相当大。面对如此大的消耗量和故障率，我们就在现场跟着煤机运行轨迹，看生产工艺，对比分析采煤机高度来找规律。最后，通过合理调整摄像头的安装高度，减小了采煤机的碰撞概率，这一问题才得以缓解”智能化管理中心主任金鑫说到。
  在智能化大采高工作面系统试运行时，由于现场采集的视频信号和集控中心操作的空间差距，第一次操作设备时，工作人员迟迟不敢开机，巡检员多次喊话准备就绪，但还是经过反复两次与各巡检岗位确认后，操作人员才底气不足的开机运转，事后，当厂家技术人员问及时，操作人员一脸彷徨的说：“怕设备运行后撞到巡检人员”。通过摁下“一键”启动按钮，井下综采设备一气呵成地完成了割煤、移架、推溜等生产工序。自此，该智能化大采高系统进入了正式运行阶段。
  据安全生产调度中心主任杨征介绍：目前，工作面已实现了综采设备自动化控制和人工远程干预相结合的远程控制开采模式，使每班的作业人员由原来的14人减至巡检员5人，大大降低了工人的劳动强度。
  未来还有很长的路要走
  智能化综采工作面的阶段性成功，对红柳林矿业公司来说，是一个历史性突破。但是接下来，煤层分布不均匀等自然条件，导致采煤过程中推溜不整齐、大块片帮煤、设备设施配合不理想等问题时常出现。
  随着国家《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》的颁布、实施及两化融合政策的激励，“无人化”工作面智能化采煤技术必然迎来发展的黄金时期。经过多年“无人化”的开采实践，该公司已经在这条路上得到了一点经验和成果，但是距离真正的全智能型“无人化”开采还有很多的工作要做。未来，还将对大采高智能化开采进一步研究和改进，促进此项技术不断完善成熟。随着自动化集成控制系统的不断推广，将有更多的煤矿逐渐向“无人化”开采目标靠近。相信不久的将来，实现煤矿的“无人化”开采不会仅仅是个梦想。