12个智能综采工作面，平均自动化率超86%……神东煤炭集团智能化建设大步迈进！
The following article is from 中国煤炭报 Author 记者王世雅 陈遥
今年以来，神东煤炭集团加快智能化建设步伐，推进补连塔煤矿、上湾煤矿、锦界煤矿3个智能矿山示范项目建设，推广建设10个智能综采工作面、4个智能化选煤厂、2套智能掘进成套装备、8类机器人等智能化项目应用。截至8月，神东煤炭集团完成了12个智能综采工作面的调试工作，平均自动化率达到86.66%。
聚焦薄煤层
为薄煤层采煤设备升级提供技术支撑
今年6月，神东煤炭集团薄煤层开采频传捷报。国内首个智能化中厚偏薄煤层透明自主割煤工作面（榆家梁煤矿43101工作面）贯通，国内首套等高式采煤设备在石圪台煤矿22上303-1综采工作面投入试生产，这标志着神东煤炭集团进入薄煤层少人无人、安全高效开采的新时期。
薄煤层工作面存在割岩量大、粉尘浓度高、作业环境差、劳动强度大、开采成本高等问题，影响了部分资源的开发利用。目前，神东矿区0.8米至1.3米薄煤层可采储量9.57亿吨，占矿区可采储量的12.85%。
为攻克薄煤层开采难题，神东多年前就开始了薄煤层的安全高效开采研究。2016年，他们组织专业技术人员赴国外考察等高式采煤装备及应用情况，并着手研究1.0米至1.3米薄煤层智能化开采问题。2017年，神东从薄煤层等高式设备选型、开采工艺、巷道开拓、断面规格、开采成本等方面进行论证，制定了薄煤层5年开采规划。2018年，神东与波兰柯派克斯公司就薄煤层采煤设备进行交流，同时与国内多个企业共同研究确定了薄煤层等高装备的工艺、设计方案、技术参数。
2020年7月，国内首套薄煤层等高式智能综采工作面在神东石圪台煤矿22上303-1工作面安装完毕并投入生产。该综采工作面长度253.41米、推进长度603.25米、煤层倾角1度至3度、厚度0.9米至1.8米。工作面配备的等高式采煤机，由刨煤机链牵引系统配采煤机截割滚筒，机身无行走装置和电控系统，单电机驱动2个截割滚筒。
“这套设备最大的特点就是机身短小、截割功率大。该设备取消了摇臂，由单电机驱动2个截割滚筒，滚筒多高，割下去就是多高。并且，咱们这种是垂直进刀，在顺槽整体推进一个截深，减少了割三角煤的时间。”神东石圪台煤矿综采二队副队长安树峰告诉记者。
在神东石圪台煤矿22上303-1工作面自动化生产过程中，综采队员们可以在集控室调整支架状态、工作面起伏变化、采高、割煤速度等。利用配套的智能巡检机器人、三维激光扫描、惯导和视频监控系统，采煤机司机和巡视工无需跟机操作，便可实现在距离工作面400米之外的顺槽内远程操控。
“采用自动化模式，采煤机生产速度达到每分钟10米，工作面垂直进刀时间一分钟左右，同传统斜切进刀工艺相比，生产效率提升了20%以上。我们最小采高可达1.2米，并且仍能保持支架和采煤机0.3米的安全间隙，解决了神东矿区浅埋深矿压大的问题。”安树峰表示。
国内首个智能化中厚偏薄煤层透明自主割煤工作面——榆家梁煤矿43101工作面的贯通，解决了长期存在的煤岩无法识别的难题，有力推动了神东矿区大型采煤装备的国产化进程。在工作面煤层硬度大、初采割底量大的情况下，神东煤炭集团创造性地使用双电机弯摇臂直齿传动方式煤机摇臂，为国产化薄煤层采煤设备升级提供了技术支撑。
榆家梁煤矿相关负责人表示，工作面配有特种机器人代人巡检，初步实现了工作面的无人化开采，为国内外薄煤层和较薄煤层开采提供了依据和经验。设备自动化率由85%提升至综合自动化率95%以上，且持续保持稳定。
神东煤炭集团相关负责人表示，石圪台煤矿等高式开采装备、榆家梁煤矿43101中厚偏薄煤层智能综采工作面，为神东矿区薄煤层安全、高效开采提供了借鉴经验。下一步，神东煤炭集团将结合无煤柱开采和智能开采技术，进一步研究减少劳动力投入、降低掘进率、提高资源回收率的方法。
全面信息化
通往智能矿山示范样板的路径
作为智能矿山示范项目建设之一，神东上湾煤矿制定了《上湾煤矿智能矿山建设实施方案》，依靠培养和引进科技人才、搭建创新工作室、成立QC小组、完善科技创新激励机制，有序推进8.8米智能超大采高综采成套装备研发与示范工程和上湾煤矿智能矿山示范工程建设项目等科技项目。
“上湾煤矿的智慧矿山建设主要从2个方面入手，一是按生产系统分类，主要有主运输系统、供电系统、供排水系统、智能综采工作面、辅助运输系统等；二是按平台进行建设，主要有区域中央自动化系统、生产数据管理平台等。”神东上湾煤矿信息化自动化主管沈飞向记者介绍了该矿智能化建设的进展。
2014年，该矿井下万兆工业以太环网建起并投入运行，为智能矿山建设打下基础。以主运输系统为例，为实现主运胶带机无人值守、地面远程集中监测控制，上湾煤矿通过打造视频智能识别系统、设备管理与智能分析系统、钢丝绳输送带无损检测系统、智能除铁器、油脂在线监测系统、顺槽带扣运行情况监测系统来实现。
“我们在胶带机头卸载点、张紧部、驱动部、机尾落料点、除铁器安装点、顺槽皮带与集运皮带搭接点等处安装了高清摄像仪，识别皮带堆煤、跑偏、洒煤等异常图像，发现异常时推送报警信息或停机；在主运系统电机、减速器、滚筒、驱动链轮上加设振动、温度等传感器，实现实时在线点检，取代人工定时点检。”沈飞表示。
在智能综采工作面建设上，神东上湾煤矿已实现综采成套重要设备的智能控制和故障预警。通过远程控制采煤机、三机、泵站、液压支架等设备，上湾煤矿实现了智能割煤、刮板机智能化运行、智能供液、智能支护等。基于检测到的数据，集控平台能够自动识别环境参数，智能预警危险区域，实现采面设备的智能控制。如今，上湾煤矿12306综采面已具备上述功能。
“数据采集的意义很大，正是依靠源源不断的数据积累，我们才建立了设备的特定模型来指导生产和设备检修。”沈飞表示。
如今，该矿正在12402工作面测试智能分析专家决策系统。通过智能分析专家决策系统，上湾煤矿可以分析设备监测数据，建立专家决策系统模型及相应的预警、干预、协同控制策略；根据采煤机摇臂振动、切割电流等监测参数，系统通过自学记忆方式判断煤和岩石等。
截至目前，神东上湾煤矿已成功实施综采设备集中控制、采煤机自动割煤、支架自动跟机拉架、主运输系统无人值守等21个项目，矿井智能化建设取得了突破性进展。
同为神东煤炭集团智能矿山建设单位的补连塔煤矿制定了智能矿山建设实施方案等，成立了以机电副矿长为组长的智能矿山建设执行领导组，设立4名专职人员组成智能矿山建设执行组；梳理并总结出智能矿山项目10大类149项，涉及综采、掘进、主运输、辅助运输、供电、通风、供排水、安全环保、大数据等各大系统，重点包括建设智能化工作面、研发推广矿用机器人、升级智能矿山应用平台、建设智能矿山标准体系等内容。
目前，该矿智能矿山项目已实现主运皮带及零星排水点的区域集中控制，5个掘进工作面、11条皮带工作面的远程启停，加压泵房、中转水仓排水系统的自动启停、均衡排水，压风机房的智能启停功能。
拓宽智能面
推动智能矿山建设向深度发力
从2014年提出智能化选煤厂概念后，神东洗选中心上湾选煤厂以设备运行及能效管理系统为核心，在智能感知层、智能控制层和智能决策层面开展基础研究和应用实践，目前已形成选煤厂智能化建设成套技术，实现了生产组织架构的重大变革，区域巡视向无人值守转变、调度室集中控制向移动集中控制转变、人工数据采集向系统自动采集转变等。
“我们选煤厂智能化建设的总体思路分为3个部分。第一部分是精准感知，主要包括生产环境、工艺系统和生产设备的感知。第二部分是智能诊断与控制，包括智能分选及加药系统、设备移动控制系统、设备智能管理系统、智能装车系统等。第三部分是智能决策，有选煤生产组织智能决策、选煤厂内部市场化结算、选煤作业成本智能决策。通过生产过程精准感知与控制技术、生产设备的精准感知与控制技术、AI智能决策、控制和感知，打造一个智慧选煤厂。”上湾选煤厂工艺煤质管理员张新元对记者说。
目前，上湾选煤厂安装设备状态感知装置700余个。基于这些在线传感器，上湾选煤厂开发了在线检测分析系统，实时采集设备运行数据，设定报警越线值。当实时数据超过设定值时，便会触发报警。截至目前，系统共计推送报警83次，经选煤厂人员现场排查，消除隐患36条。
数据显示，通过智能化实施应用，上湾选煤厂年电力消耗减少了8%以上，生产效率提升了5%，日均生产时间缩短了1小时，煤质稳定率提高了12%，职工接触粉尘、噪声的时间大幅减少。
在智能掘进上，神东煤炭集团建成的国内首个智能连掘系统，集成了激光自动跟踪技术，实现移动实时定位，结合惯性导航定向技术，定位精度可达20毫米；集成了5G技术，实时传输状态参数和视频画面，实现自动割煤+远程干预。
此外，神东煤炭集团对作业机器人和巡检机器人进行研究攻关，覆盖5大类煤矿机器人研发与应用，并取得关键性突破。目前，在用机器人总计21种、64台套。
以综采工作面3类机器人为例，神东煤炭集团通过整合液压支架机器人群、采煤机机器人、超前支护机器人、工作面巡检机器人、自动拖缆机器人等，集成了惯性导航、激光扫描、三维建模等先进技术，实现了机器人群协同智能无人开采。此外，连掘机器人、钻锚机器人、喷浆机器人、管路安装机器人、皮带机飞行巡检机器人、危险气体巡检机器人、机器狗7种均为神东煤炭集团首次在煤炭行业应用。
来源 | 中国煤炭报
作者 | 中国煤炭报王世雅 神东全媒体记者 陈遥通讯员 | 神东石圪台煤矿 马宏宇 洗选中心 林郡编辑 | 李霞校对 | 何芳