作为我国重要的煤炭生产供应基地,山西在“十三五”期间认真贯彻落实新发展理念,大力推进煤矿智能化建设,并将其作为提高矿井本质安全度,防范化解煤矿重大安全风险、从根本上消除事故隐患的治本之策。山西在打造能源革命排头兵方面迈出坚实步伐,蹚出了一条安全发展新路。

顺势而上 以“智”采煤

“十三五”以来,我国煤炭工业向信息化、智能化方向转变。2016年,山西一批煤矿推进以采煤为核心的智能化,开始“破冰”之旅。通过引进新技术、新装备,部分煤矿在理想条件下,实现了井下工作面顺槽内“可视化遥控操作”“自动工艺控制”“一键启停”、地面紧急停机等目标。

中煤华晋集团公司山西华宁焦煤有限责任公司是山西最早应用智能化开采的煤矿之一。2018年,该企业完成了首个6.3米大采高智能化工作面建设,成为山西首座集自动化、检测、视频、通讯、网络、控制、计算机等多种技术的本质安全型矿井。

2016年,山西焦煤正利煤业公司提出建设智能化采煤工作面的构想,并确定在14-1104采煤工作面建设首个智能化综采工作面。2019年5月,该矿第二个智能化综采工作面14-1106采煤工作面也投入运行。通过实现采煤机智能化协调控制,采煤机记忆割煤,液压支架、采煤机、运输设备“一键启停”等23项功能,该矿降低了设备事故率,减少了井下现场一线特别是高风险岗位人员,降低了煤炭百万吨死亡率。

以出台《山西省煤矿智能化建设实施意见》等文件为标志,山西煤矿智能化发展进入示范培育阶段。以“少人则安、无人则安”为目标,以“自动化减人迈向智能化无人”为路径,以“数字化、网络化、智能化”为引领,围绕“安全、高效、绿色、智能”,该省选取了正利煤业公司等10座煤矿和14-1106采煤工作面等50个综采工作面作为试点,建成多种类型、不同模式的智能化煤矿,打造出一批标杆示范矿井。

同煤塔山煤矿承担的“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”国家研发计划重点项目,创建了年产1500万吨智能化综放开采示范工程,建立以数据决策为导向的全新安全生产管理模式,完成了煤矿智能化综放开采技术性变革。该项目获得了国家科技进步一等奖,是14年来山西煤炭系统首次获得的国家级大奖。目前,该矿已形成以“两网、一平台”为基础的智能化矿山雏形。

2020年8月19日,山西煤监局、山西省工信厅、山西省能源局组织中国煤炭工业协会、安标国家中心等单位专家,通过了对潞安集团高河能源公司智能化综采工作面的现场验收。该工作面应用集成MOS智能管控平台与UWB精确定位等新技术,形成了“一键启停、鼠标割煤”的智能化开采生产模式,实现了设备一键启动及360度视频监控智能化生产,使“以自动控制为主、人工远程干预为辅”的理想变成了现实。

瞄准智能化,地方煤矿也不遑多让。吕梁东义集团煤气化有限公司鑫岩煤矿已建成了2个智能化采煤工作面、26个智能化子系统,19个固定岗位实现了远程集控无人值守。

通过以点带面、示范引领,山西煤矿智能化建设加速发展。目前,该省已建成智能化矿井3座、智能化综采工作面72个,煤矿智能化开采水平位居全国前列。全省已有179座煤矿主排水泵房、468个井下变电所、397部带式输送机实现无人值守,极大提升了安全生产能力。

夯实“地基” 以“联”设防

5G网络,因其数据利用更高效、延时更短、可靠性更高、安全性更好,被称作煤矿智能化的“地基”。“5G技术对煤矿来说是刚需,是安全生产的坚强保障。”阳煤集团董事长翟红说。

翟红介绍,由于煤矿井下地质条件复杂多变、支护强度大、信号衰减快等,在井下推广无线通信意义重大。5G技术把有线、无线彻底打通,不仅具有语言通信、信息下载等功能,而且实现了工业监测监控的安全可靠,是井下安全生产的有力支撑。

2020年6月,全国首座5G煤矿——阳煤集团新元煤矿落成仪式在太原举行。该矿在井下534米处建成5G专用网络,并推出机电硐室无人巡检、掘进面无人操作、综采面无人操作3项5G应用,实现了矿井无人化、自动化、可视化运行。

同年6月,山西在庞庞塔煤矿建成覆盖100多公里巷道的全国乃至全球第一张煤矿井下5G专网。依托5G网大带宽、广连接、低时延三大特性,庞庞塔矿构建了4G、5G、NB-IoT于一体的超融合高质量网络。

同煤塔山等4座煤矿也陆续实现了5G入井。同煤集团在实现一张网管理的基础上,以万物互联理念为指引,不断推动5G在分析决策、自主学习、动态预测、协同控制等方面的应用,构建“感知无处不在、联接无处不在、数据无处不在、计算无处不在、智能无处不在”的协同生态和交互体系,实现实时监测监控、辅助决策、对突发矿井进行应急联动指挥等目标。该集团大力开发应用智能化生产装备,加快以技术革命带动煤炭绿色开采、“三化牵引”(数字化、网络化、智能化)提升煤矿智能化水平。同时融合大数据、云计算等技术,将企业在煤、电上的优势与电信运营商在数据中心、云计算应用上的优势结合起来,逐步打造煤—电—储—云产业集群。

山西推动精英数智、华为公司、煤科院联合打造“煤矿大脑”平台,建设覆盖全矿区的通信和感知网络、基于5G的“云边端”控制架构、大数据分析和人工智能决策及适应各种作业要求的智能装备系统,全方位感知煤矿安全生产过程。这种“看得见、管得了、控得住”的煤矿生产过程,助力煤矿企业创建“零事故”防线。

增强“内核” 以“慧”管安

山西推进新一代智能技术、系统与煤炭工业深度融合,从基础理论和关键技术以及创新应用方面不断增强煤矿智能化的内核。该省通过资源与开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程可视化、信息传输网络化、生产管理与决策自主化,努力改变煤矿传统的生产组织与用工形式,同时打破安全、环境等对煤炭开发利用的制约,使煤矿智能化逐步向生产、经营、运销、制造全产业链延伸,从煤炭行业内链条向行业上下游扩展。

同煤集团将智能化煤矿具像化,即利用大数据、云计算、人工智能等先进技术,实现生产管理由机械化矿井单环节、单因素孤立监测安全生产要素向智能化矿井多环节、多因素联合自动分析预警转变,向平台信息共享、基础决策智能化转变。

阳煤集团联合中国移动、清华大学、中国矿业大学(北京)、中煤科工、华为公司等70多家单位,成立5G智慧矿山联盟,构建智慧矿山合作平台,加快关键核心技术突破,引导资源共建共享,推动5G与矿山行业融合创新。该企业还组建了煤矿智能工程公司,努力打造集技术研发、人才培养、商业推广应用为一体的煤矿智能化运营平台,促进控制总线与5G的技术融合演进,催生视频AI软硬件的系统解决方案和各种物联网产品的研发和应用,倒逼应用端技术和产品升级。目前,3D立体激光扫描变电站巡检机器人已成功研发并投入使用。

庞庞塔矿与中国联通、华为公司合作的边缘计算平台及全面感知、智能控制等核心智慧应用也正在加紧部署实施。

据山西焦煤集团霍州吕临能化公司安全生产部副部长韩晓东介绍,视频采集、智能分析、全面感知、三维展示、设备健康管理和VR高清直播等智慧应用正在庞庞塔矿搭建。该矿采用5G+MEC技术,逐步实现采煤工作面无人、自主控制,地面监测及辅助控制。目前,该矿制定的基于5G+机器人的智能掘进工作面解决方案、基于5G+齿轨车远程驾驶/无人驾驶解决方案也即将实施。

山西是全国煤矿智能化先行先试的优质试验田,目前,各行业都在积极融入该省煤矿的智能化建设,一大批院士团队率先进入。智慧矿山协同创新联盟理事长付国军指出,智慧矿山建设的终极目标就是无重大人员伤亡,这也意味着必须通过新一代信息技术与煤炭工业深度融合,进一步推动煤炭工业数字化、网络化、智能化发展,拿出“智慧矿山整体标准化解决方案”,实现由会管煤矿向“慧”管煤矿的转变。

煤矿智能化建设是一个逐步实现、持久完善的过程。山西省政府将煤矿智能化改造列为综改20项重大事项之一,在全国率先颁布《山西省智能煤矿建设指导规范》(DB14),省应急管理厅等五厅局印发了《关于加快推进全省煤矿“机械化换人、自动化减人、智能化作业”科技强安专项行动的实施意见》,并将煤矿智能化改造资金投入列入安全费用使用范围,明确为智能化改造建设可适当提高安全费用的提取标准。政府强力推动、企业参与,山西在煤矿智能化建设方面前景广阔、突破可期。智能化必将进一步助力煤矿企业提升安全保障度,构筑发展新优势,推动其转型升级高质量发展。