編者按 智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐,,對(duì)于提升煤礦安全生產(chǎn)水平,、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義,。經(jīng)過(guò)前期有益探索,,部分礦井已建成一批少人,、無(wú)人開(kāi)采工作面,,但目前技術(shù)體系參差不齊,,尤其是集群智能化技術(shù)尚未跟上,。例如,,復(fù)雜的開(kāi)采環(huán)境對(duì)設(shè)備及其操作的要求嚴(yán)苛,井下有十幾種綜采設(shè)備,,這些設(shè)備之間的互聯(lián)度不夠高,、信息互通性不夠強(qiáng)、人機(jī)交互性不夠好,,現(xiàn)有數(shù)字化手段難以動(dòng)態(tài)反映采煤流程變化,,進(jìn)而影響對(duì)采煤工作面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 如何全面升級(jí),?中國(guó)工程院院士,、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)校長(zhǎng)葛世榮提出“數(shù)字孿生智采工作面”的新理念。 目前側(cè)重礦山生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化 “我國(guó)現(xiàn)有煤礦4200余處,,其中在產(chǎn)約3500處,。自2018年全面推行煤礦智能化以來(lái),目前已建成680余個(gè)初級(jí)智能化采掘工作面,,其中包括采煤工作面430余個(gè),、掘進(jìn)工作面250余個(gè),2022年有望建成1千個(gè)智能化采掘工作面,�,!敝悄芑夹g(shù)對(duì)煤礦安全高效開(kāi)采發(fā)揮了重要提升作用,,葛世榮舉例,截至2020年底,,全國(guó)建成安全高效煤礦901處,,其煤炭產(chǎn)量、利潤(rùn)總額分別占到全行業(yè)的56%和78%,,采煤機(jī)械化程度達(dá)到99.9%,,智能化采煤工作面有285個(gè)�,!斑@些礦井的百萬(wàn)噸死亡率約0.0015,,遠(yuǎn)低于0.02的國(guó)際先進(jìn)水平,其中898處礦井為零死亡,。實(shí)踐證明,,通過(guò)智能化改造,煤礦可以實(shí)現(xiàn)高程度,、高效率的安全生產(chǎn),。” 在葛世榮看來(lái),,“智能化”是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的采礦設(shè)備自動(dòng)化,、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、開(kāi)采過(guò)程透明化,、采掘現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化,、礦山環(huán)境低損化,能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效,、無(wú)人操作的自協(xié)作礦山系統(tǒng),。“既要做到采煤機(jī),、掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備單機(jī)自主運(yùn)行,,也要實(shí)現(xiàn)工作面的機(jī)群平行協(xié)作和系統(tǒng)數(shù)字孿生。從聚焦個(gè)體智能,,到基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的群體智能,,這是智能化煤礦的轉(zhuǎn)型特征之一�,!� 按照上述標(biāo)準(zhǔn),,煤礦智能化進(jìn)展如何?葛世榮坦言,,處于初級(jí)智能化的礦山,,建設(shè)重點(diǎn)多放在礦山生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化�,!案叨茸灾骰�,、信息化的智能礦山是未來(lái)目標(biāo),,而目前的智能煤礦還缺少全系統(tǒng)的數(shù)字化融合。邊緣計(jì)算,、時(shí)延網(wǎng)絡(luò)等礦業(yè)IT技術(shù),,與操作相關(guān)的采礦OT技術(shù),以及智能安全監(jiān)控,、煤礦機(jī)器人等礦山物聯(lián)網(wǎng)MIOT技術(shù)均是各自在做,,智能系統(tǒng)化方面仍是短板�,!� 反過(guò)來(lái),“各自獨(dú)立”也影響著智能化的整體效果,。比如,,設(shè)備單元獨(dú)立運(yùn)行,造成數(shù)據(jù)采集量不夠,、信息共享不暢,、數(shù)據(jù)交互困難、無(wú)法構(gòu)建數(shù)字線程,,礦井難以實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同管控,。“需要實(shí)現(xiàn)采煤狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,,采用仿生傳感技術(shù),,使智采工作面具有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué),、嗅覺(jué),、觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)等類腦感知能力,�,!备鹗罉s稱。 礦山物聯(lián)網(wǎng)是智能化的主要骨架 補(bǔ)齊短板,,離不開(kāi)新基建工程的支撐,。“大數(shù)據(jù)是知識(shí),,人工智能是大腦,,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是骨骼,5G是通信神經(jīng),,采礦機(jī)器人是臂膀,。”據(jù)此,,葛世榮提出四方面升級(jí)路徑,。一是工藝升級(jí),,以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義,、平臺(tái)支撐,、智能管理等要素,改造采礦生產(chǎn)流程,;二是設(shè)備升級(jí),,基于人工智能和深度學(xué)習(xí),使采掘裝備具有自主運(yùn)行能力,,實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作,;三是功能升級(jí),對(duì)采礦業(yè)嵌入數(shù)字化功能,,使采掘云流程持續(xù)保持連接和交互,,提高生產(chǎn)效率;四是融合升級(jí),,依托大數(shù)據(jù)管理,,以數(shù)據(jù)、算例,、算法為核心,,建立部門跨業(yè)務(wù)智能運(yùn)營(yíng)條件。 “煤礦智能化是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上,,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和感控技術(shù)加強(qiáng)大數(shù)據(jù)服務(wù),,以提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少采礦人工參與,、優(yōu)化生產(chǎn)排程,。”葛世榮這樣類比:人的智慧衡量維度包括觀察力,、記憶力,、學(xué)習(xí)力、思考力及行動(dòng)力等,,對(duì)應(yīng)的“煤礦智慧維度”應(yīng)包括信息采集,、信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘,、數(shù)據(jù)應(yīng)用及自動(dòng)控制等能力,。“智能化是由‘?dāng)?shù)據(jù)+算法+算力’構(gòu)成的決策系統(tǒng),,揭開(kāi)了數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的巨大能量,,在人類和機(jī)器活動(dòng)中,提供生產(chǎn)工具、配置資源,、創(chuàng)造價(jià)值,。” 葛世榮介紹,,智能化煤礦的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)自于服務(wù)數(shù)據(jù),、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、裝備數(shù)據(jù),、管理數(shù)據(jù)等,,合起來(lái)成為大數(shù)據(jù)�,!暗V山物聯(lián)網(wǎng)是主要骨架,,也是獲得更高程度采礦自動(dòng)化基礎(chǔ)條件,涵蓋礦山生產(chǎn)過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集,、處理,、交換和分析的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。信息物理系統(tǒng)是關(guān)鍵平臺(tái),,構(gòu)建基于數(shù)據(jù)流的狀態(tài)感知,、實(shí)時(shí)分析,、科學(xué)決策,、精準(zhǔn)執(zhí)行的系統(tǒng)級(jí)閉環(huán)賦能體系,可提高資源配置效率,,實(shí)現(xiàn)資源協(xié)同優(yōu)化,。目前,對(duì)數(shù)據(jù)獲取的重視程度不夠,,缺少將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的信息,,采礦數(shù)據(jù)反饋的智能處理還是空白,采礦的自感知,、自預(yù)測(cè),、自協(xié)調(diào)能力處于起步階段�,!� 以數(shù)字孿生工作面模擬實(shí)際采煤 什么樣的工作面才能達(dá)到理想效果,?葛世榮提出利用數(shù)字孿生搭建智能化新平臺(tái)。 “數(shù)字孿生智采工作面是一個(gè)數(shù)據(jù)可視化,、人機(jī)強(qiáng)交互,、工藝自優(yōu)化的高逼真采煤工作面三維鏡像場(chǎng)景,包括物理工作面,、數(shù)字工作面和數(shù)據(jù)信息交互三部分,。”葛世榮強(qiáng)調(diào),,數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型,,通過(guò)虛實(shí)交互反饋,、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段,,為物理實(shí)體提供更加實(shí)時(shí),、高效、智能的運(yùn)行或操作服務(wù),。換言之,,其不是傳統(tǒng)仿真模型,而是動(dòng)態(tài)反饋的數(shù)字化工作面鏡像體,,基于設(shè)備運(yùn)行的感知數(shù)據(jù),,以數(shù)字映射的智采工作面來(lái)逼真地模擬實(shí)際采煤狀況。 葛世榮表示,,基于設(shè)備和工作面數(shù)字孿生,,實(shí)現(xiàn)透明化的采礦生產(chǎn)、運(yùn)維和服務(wù),,可分為四個(gè)步驟:一是實(shí)現(xiàn)離散數(shù)字孿生的連接和可見(jiàn),。“離散”即一個(gè)一個(gè)來(lái)做,,實(shí)現(xiàn)設(shè)備,、人員等單一資源的數(shù)據(jù)連接、數(shù)字可視,,比如一臺(tái)采煤機(jī),、一臺(tái)掘進(jìn)機(jī),率先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備,、流程和系統(tǒng)的診斷,、描述性分析預(yù)測(cè)。目前,,煤礦智能化發(fā)展多數(shù)處于這一階段,。 “二是實(shí)現(xiàn)復(fù)合數(shù)字孿生互聯(lián)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。一個(gè)采煤或掘進(jìn)工作面,、一條主煤流運(yùn)輸線,,基于內(nèi)部離散數(shù)字孿生和外部數(shù)字資源復(fù)合而成的數(shù)字孿生體,這是智能化建設(shè)的主要努力方向,。下一步是面向采礦全流程,,通過(guò)數(shù)據(jù)孿生監(jiān)測(cè)和驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行,形成一種可持續(xù)自動(dòng)采集,、自動(dòng)分析,、自主執(zhí)行、自主決策的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)閉環(huán)。最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的生態(tài)服務(wù)與價(jià)值共生,,除了單個(gè)礦井,,還包括選煤廠、輸配系統(tǒng),、甚至用戶在內(nèi),,也就是集合產(chǎn)業(yè)上下游數(shù)字孿生組織,成為以鏈主為核心的產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生,�,!备鹗罉s表示,數(shù)字孿生技術(shù)將推動(dòng)智能化采礦進(jìn)入新時(shí)代,,實(shí)現(xiàn)全要素,、全流程、全數(shù)據(jù)的集成和融合,,達(dá)到礦山生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)配置,、裝備自主協(xié)同、開(kāi)采安全高效的目的,。 (文丨 中國(guó)能源報(bào)記者 朱妍) |
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