智慧煤礦的總體目標是形成煤礦完整智慧系統(tǒng),全面智能運行,科學(xué)綠色開發(fā)的全產(chǎn)業(yè)鏈運行新模式。 煤炭是我國的主體能源,也是最經(jīng)濟和可以清潔高效利用的能源。 我國煤炭以井工開采為主,經(jīng)過多年發(fā)展,我國煤炭綜采技術(shù)裝備已從依賴進口到全部國產(chǎn)化。近10年來,通過智能化開采技術(shù)與裝備的創(chuàng)新研發(fā),突破多項關(guān)鍵技術(shù),在薄和較薄煤層智能化綜采,大采高和超大采高智能化綜采以及特厚煤層綜放開采智能化技術(shù)與裝備方面實現(xiàn)領(lǐng)跑。建成了如黃陵智能化開采示范礦井、兗礦金雞灘煤礦世界首套8.2 m超大采高綜采成套技術(shù)與裝備等標志性成果。已建成一批現(xiàn)代化特大型安全高效煤礦,為全面推進智慧煤礦建設(shè)和智能化開采發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 智慧煤礦技術(shù)架構(gòu) 做好智慧煤礦頂層設(shè)計是保證智慧煤礦建設(shè)沿著正確方向的首要條件。 智慧煤礦應(yīng)基于一套標準體系、構(gòu)建一張全面感知網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)一條高速數(shù)據(jù)傳輸通道、形成一個大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心、開發(fā)一個業(yè)務(wù)云服務(wù)平臺,面向不同業(yè)務(wù)部門實現(xiàn)按需服務(wù)。 智慧煤礦總體架構(gòu)包括八大智慧系統(tǒng): ▲智慧煤礦總體架構(gòu) 智慧煤礦智能系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)的基本原則是要以網(wǎng)絡(luò)融合安全、信息互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享交換、功能協(xié)同聯(lián)動為智慧煤礦實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全部功能的總原則。 在智慧煤礦頂層設(shè)計和建設(shè)中,遵循“打通信息壁壘” 、鏟除“信息煙囪”、消除“信息孤島”、避免“重復(fù)建設(shè)”的技術(shù)方法,要遵循采礦規(guī)律,實現(xiàn)人工智能與采礦工藝技術(shù)深度融合。 智能開采是智慧煤礦的核心,智能感知、智能決策和自動控制是智能化開采的三要素。 智能開采區(qū)別于一般自動化開采的顯著特點是設(shè)備具有自主學(xué)習(xí)和自主決策功能,具備自感知、自控制、自修正的能力。具備這樣能力的智能化綜采系統(tǒng)才能充分的響應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境變化,實現(xiàn)真正意義上的智能化開采,實現(xiàn)有限條件下的無人開采目標。 智慧煤礦關(guān)鍵核心技術(shù) 煤礦智能化開采和煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前已取得了重要進展,已建成一批以工作面智能化開采和數(shù)字化信息化管理系統(tǒng)為標志的先進煤礦。 但是,由于煤礦開采條件的復(fù)雜性和多樣性,大多數(shù)智能化工作面還遠沒有達到理想效果,智慧煤礦建設(shè)還處于初級起步階段。 目前,智慧煤礦需要重點進行以下5個方向的攻關(guān)研發(fā): 1. 精準地質(zhì)信息系統(tǒng)及隨掘隨采探測技術(shù)與裝備 2. 智慧煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝備 3. 巷道智能化快速掘進技術(shù)與裝備 4. 智能化無人開采關(guān)鍵技術(shù)與裝備 5. 煤礦機器人技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā) ▲智能化無人開采技術(shù)與裝備總體技術(shù)路線 智慧煤礦巨系統(tǒng)綜合管理平臺 智慧煤礦巨系統(tǒng)綜合管理操作平臺是面向整個智慧礦山的一體化基礎(chǔ)操作系統(tǒng),對下獲取和處理數(shù)據(jù),對上支撐應(yīng)用業(yè)務(wù)的功能性軟件、通信、大數(shù)據(jù)分析、云計算等,是構(gòu)建智慧礦山的基礎(chǔ)操作平臺,解決子系統(tǒng)數(shù)據(jù)割裂、無法聯(lián)動、無法大數(shù)據(jù)分析支持等關(guān)鍵問題。 它的基本特征包括:全面的數(shù)據(jù)標準化;統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲方案;數(shù)據(jù)實時傳輸;組態(tài)化可配置;支持大數(shù)據(jù)分析;具有開放性。 所有信息包括實時數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)可以通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)進行準時、可靠、安全的傳輸,必要的數(shù)據(jù)要保證時鐘同步。 智慧煤礦巨系統(tǒng)綜合管理操作平臺核心包括: 1. 基于Ethernet/IP的生產(chǎn)過程控制數(shù)據(jù)交換標準化 2. 基于Web Service的信息系統(tǒng)跨平臺交互 3. 建設(shè)煤礦大數(shù)據(jù)采集分析處理平臺 4. 開放式多系統(tǒng)管理軟件及操作平臺 智慧煤礦巨系統(tǒng)綜合管理操作平臺根據(jù)其業(yè)務(wù)邏輯,可建設(shè)為以智慧煤礦多系統(tǒng)綜合管理操作平臺為核心的包括: 1. 井下精確定位、導(dǎo)航、5G通信管理操作平臺 2. 地質(zhì)及礦井采掘運通信息動態(tài)管理操作系統(tǒng)平臺 3. 視頻增強及實時數(shù)據(jù)驅(qū)動三維場景再現(xiàn)遠程干預(yù)操作平臺 4. 環(huán)境及危險源感知與安全預(yù)警系統(tǒng)管理操作平臺 5. 智能化無人工作面系統(tǒng)管理操作平臺 6. 井下機器人群協(xié)同智慧和饋電管理操作平臺 7. 全礦井設(shè)備和設(shè)施健康管理操作平臺 8. 分選運銷及采區(qū)規(guī)劃設(shè)計智能管理操作平臺 通過這“1+8智能操作平臺”,實現(xiàn)多層級、多信息融合處理與操作,從而實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化協(xié)同生產(chǎn)。 智慧煤礦與智能化開采發(fā)展目標 作為煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和技術(shù)革命的戰(zhàn)略目標,智慧煤礦和智能化開采核心技術(shù)的研發(fā)已成為采礦行業(yè)升級發(fā)展的強大推動力。 然而,建設(shè)智慧煤礦不是簡單技術(shù)改造就能建成的,其中包含的系列關(guān)鍵技術(shù)需要進行不斷的探索和攻關(guān),并借助新一代信息技術(shù)帶來的發(fā)展機遇,借助第4次工業(yè)革命和新技術(shù)發(fā)展的成果,與煤炭開發(fā)技術(shù)深度融合,開創(chuàng)綠色、安全、高效的煤礦發(fā)展新模式。 智慧煤礦的總體目標是形成煤礦完整智慧系統(tǒng),全面智能運行,科學(xué)綠色開發(fā)的全產(chǎn)業(yè)鏈運行新模式。智能化開采是煤炭綜合機械化、自動化開采技術(shù)的新發(fā)展,其總目標是實現(xiàn)無人化開采。 智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的發(fā)展尚處于起步階段,必然經(jīng)歷一個不斷發(fā)展的過程,要經(jīng)歷從初級智能化到高級智能化的過程,其分階段目標如下: 近期目標:到2020年,在目前煤礦信息化、數(shù)字化和智能化開采技術(shù)成果基礎(chǔ)上,通過推廣應(yīng)初和技術(shù)升級,建設(shè)100個示范煤礦,初步構(gòu)建智慧煤礦系統(tǒng)框架,實現(xiàn)采掘運主要環(huán)節(jié)單個系統(tǒng)、單項技術(shù)的智能化決策和自動化運行,實現(xiàn)工作面內(nèi)無人操作、有人巡視,遠程監(jiān)控的自動化生產(chǎn)。 中期目標:到2025年,攻克一批智慧煤礦與智能化開采的短板技術(shù),提高煤礦智能化水平,全部大型煤礦全面實現(xiàn)的智能化開采,構(gòu)建起多信息融合的智慧煤礦系統(tǒng),實現(xiàn)采掘運通多個系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行,井下主要崗位作業(yè)、安控與應(yīng)急救援的機器人替代,工作面無人化作業(yè)。 遠期目標,到2035年,全面突破和完善智慧煤礦與智能化開采的關(guān)鍵技術(shù),全面實現(xiàn)煤礦的智能化和現(xiàn)代化,構(gòu)建起煤礦及礦區(qū)多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的智慧煤礦系統(tǒng),全面實現(xiàn)生產(chǎn)和管理信息的數(shù)字化,全部主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能決策和自動化運行,達到全礦井一線作業(yè)、安控和應(yīng)急救援的機器人化,無人化作業(yè)。 來源:王國法,杜毅博.智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2019,47(1):1-7. |
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