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煤矿智能化建设怎么做?
发布人:网络    浏览:   发布时间: 2020-06-22   稿件来源:网络

煤矿智能化发展赋能

王国法

  煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。加快煤矿智能化发展,建设智能+绿色煤炭工业新体系,实现煤炭资源的智能化安全高效绿色开发与清洁高效利用,是我国煤炭工业高质量发展的战略任务和必由之路。

  近年来,我国煤矿智能化建设步伐加快,煤炭企业进行煤矿智能化建设的积极性非常高,机械化、自动化、信息化、智能化程度不断提升,尤其是在薄煤层和较薄煤层智能化综采、大采高和超大采高智能化综采以及特厚煤层综放开采智能化技术与装备方面实现领跑。

  但我国煤矿智能化发展仍处于初级阶段,存在智能化建设标准与规范缺失、技术装备保障不足、研发平台不健全、高端人才匮乏等问题。

  健全智能化标准体系

  智能化煤矿的总体架构包含智能化管控平台(煤矿智慧大脑)、网络服务平台、大数据中心、GIS空间信息服务等在内的10大主要智能化应用系统,实现覆盖整个矿区的通信和感知网络,构建煤矿大数据库,满足智能化开采的多样承载需求,使煤矿生产能够“看得见、管得了、控得住”。

  煤矿智能化建设是一个多学科交叉融合的复杂问题,是涉及多系统、多层次、多专业、多领域、多工种相互匹配融合的复杂巨系统,亟须统一技术体系,实现深度互联互通,其基础是建立统一的标准体系,其建设过程随着煤矿智能化技术不断发展迭代更新,因此必须保证其技术标准体系具有体系性、继承性和前瞻性。

  要做到“一张蓝图绘到底”,需要科学规划顶层设计,确定各标准的边界范围及适应性,按照分类分级建设的原则,避免重复规范和过度标准化,确保智能化相关技术在煤矿得到有效应用,同时强化智能化煤矿建设的规划部署,建立智能化矿山协同推进机制,研究制定促进智能化煤矿建设的相关产业政策,并借鉴其他行业现有成熟的智能技术,将其在煤炭生产领域进行转化应用。各行业参与煤矿智能化建设应当以促进煤矿安全、少人、提效为目标,以完善利益联结机制和提高煤矿智能化水平为核心,以制度、技术和商业模式创新为动力,着力推进煤炭生产全流程的智能化建设。

  煤矿智能化标准体系总体框架应充分考虑煤矿所在区域、建设规模、煤层地质赋存条件、生产技术条件等的不平衡性,煤矿开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产经营管理等全过程的关联性,以及各指标要素对煤矿智能化主系统影响程度的差异性。

  要加大攻关核心技术的力度和高端综采综掘智能化装备、重大灾害应急救援智能装备等重大装备的研发应用,不断提高煤矿智能化水平,为煤矿智能化建设提供高可靠性的先进装备保障。

  搭乘新基建红利专车

  随着第四次工业革命席卷全球,新一代信息技术能够大幅促进能源生产智能化、能源消费合理化、能源监管透明化,成为能源转型的先导力量。新一代信息技术与能源矿业工程的深度融合成为必然趋势。

  在矿业领域,通过部署各类传感器实现对生产、转换以及消费数据进行全面感知,利用泛在的互联5G网络传输至大数据处理平台,引入人工智能技术对数据进行分析处理,从而支撑人员、设备以及环境进行科学决策、精准管控和精准执行,推动安全绿色、高效智能的能源开采、转换与消费。

  5G通信网络、大数据、人工智能、区块链等为代表的新一代信息技术与能源与矿业行业的深度融合,将发挥越来越重要的支撑赋能作用。

  新基建为煤矿智能化、煤矿企业和相关企业发展带来了新机遇。新基建即以5G、人工智能和工业互联网、物联网为代表的新型基础设施建设。与传统基建如铁路、公路、桥梁、水利工程等不同,新基建具有鲜明的科技特征和科技导向,以现代科技特别是信息科技为支撑,包括了通信网络等信息基础设施、智能交通等融合基础设施,以及产业技术等创新基础设施,旨在构建数字经济时代的关键基础设施,推动实现经济社会数字化转型。

  新基建推进煤炭企业加快转型发展步伐,吸收数字化时代赋予的科技力量,充分释放工业互联网的连接、融合、共享价值,依靠技术、管理、商业模式创新,提高精细化运营和精细化管理水平,实现科技创新与产业升级相互促进。

  在方兴未艾的第四次工业革命浪潮中,搭上新基建的红利专车,抓住智能化发展的机遇,对煤炭行业实现转型升级高质量发展至关重要。从国情出发,我国应该科学提升能源与矿业智力水平,深化能源体制改革,为能源与矿业治理保驾护航。

  (作者系中国工程院院士,中国煤炭科工集团首席科学家)
 

 “5G+生态”赋能煤炭智能化

赵国瑞


  从通信技术发展史来看,1G、2G一直到现在的第五代通信技术,除了速度更快、用户体验更好外,标准也不断地向融合方向发展——前几代通信技术都有几种不同标准,现在的第五代通信技术只有一种标准

  5G优势可以总结为三大方面:大带宽、广连接、低延时。其可以应用于万人体育场实时播放、智慧城市、智慧工厂、远程医疗、无人机等不同场景。将这三大优势进行组合,可以搭起物理空间和信息空间沟通的桥梁。

  像工业制造领域的机床一样,5G作为一个基础工具结合不同的材料或技术就能加工成不同的产品,以满足不同的应用需求。通过组合各种技术,5G可以同时支持各种差异化场景,实现业务场景的定制和组件化。

  不同于以往的通信技术,5G技术的主攻方向是垂直行业的应用,如工业控制场景等。5G技术需要与其他新兴技术结合,为工业应用场景的实现提供基础设施保障,从而重塑传统产业;牵引云大物智移深度融合,创新应用和服务,实现万物互联和数据价值的提升。

  煤矿智能化需要5G的支撑

  无论是传感层、传输层、控制层还是后端的应用开发层,发展煤矿智能化都需对传统煤矿业务场景进行重塑,而煤矿智能化应用和系统融合等对承载的网络也提出了新要求和新标准。传统网络已经不能满足煤矿智能化的要求,需要从系统工程的角度,利用5G技术重构网络整体架构、创新应用场景和新业务模式。

  在数据层面,智能化开采感知数据有三大特征:数据类型多样化、数据生成速度快、数据体量增长快。从数据类型来看,除了传统视频、语音、文本等外,又增加了高清视频等,这些新增数据类型对网络也有了更多个性化需求。

  在智能化开采传输需求层面,随着智能化开采的不断推进,数据类型越来越多样化,5G切片管理技术能够提高网络资源利用效率,实现不同场景的隔离划分,满足智能化开采对网络高效利用和数据安全传输的需求。

  在智能化开采决策控制需求层面,不仅数据需求更加广泛、全面,协同控制互联互通更加频繁,而且远程实时性控制要求更高,如果延时过长就可能导致隐患,通过重构现有网络,5G技术的低延时特征可以解决这一问题。

  在场景应用需求方面,新技术采用云、边、端互访更多,新技术发展端到端访问更加频繁,新场景资源调配灵活度要求更高。通过梳理包含煤矿智能工作面、高精密传感器、工业图像处理等在内的30多种智能化开采应用场景,对比带宽要求等,发现4G能够满足的应用场景越来越少,5G技术才能解决当前的痛点问题。

  煤矿5G建设和应用要有产业链和生态意识

  矿山5G应用急需解决的问题是矿用5G标准和专有频段的确定与合法化。

  MEC边缘计算的核心就是将业务向边缘迁移或下沉、微服务化,这也是未来产业发展的趋势。

  网络切片是5G网络的核心价值,基于共享的无线网络、传输网络和核心网络,面向特定业务需求(如大带宽、低延时、大连接)提供差异化的服务等级。网络切片能有效降低网络建设成本,具备网络的智能化能力和灵活组网能力,并保持业务隔离,保障业务安全。网络切片+边缘计算是5G保障行业部署的基础能力。

  智能化开采不仅要有网络等硬件基础设施的开发,针对后续应用的软件开发同样不可缺少。不同场景间有一定关联,结合大数据、人工智能等技术能够开发出新的场景,比如远程运维问题。随着煤矿智能化的深入发展,高端设备运维的门槛会越来越高,依赖传统设备制造企业派人维修的方式已不能满足煤矿安全高效生产的需求,运用5G技术将现场高清视频、设备识别终端、机器人化执行终端和远程专家知识等融合起来可实现远程实时维修。

  在软件开发方面,5G技术和其他技术的应用场景有很大的不同,现在的软件开发必须考虑5G网络本身的特性,这也是5G技术后期开发时需要注意的问题。

  5G应用平台建设需要注意顶层设计系统专业、多网融合灵活配置、转换环节严格控制和工业控制安全为先等关键点。

  5G技术不单是网络设计,是要结合应用场景的专业化设计,所以需要在建设前完成顶层设计。同时,5G不是要消灭其他网络传输技术,而是能够和其他网络融合应用,并让各网更加高效地运行。再者,煤矿5G应用是一个产业链行为,不是单纯建网,更不是网络运营商或建设商能够独立完成的事,需要智能终端商、智能应用软件开发商、煤炭开采企业等上下游企业共同打造和维护煤矿5G应用生态,以5G撬动人工智能、大数据、物联网、区块链等一批先进技术的煤矿落地应用,相应产业模式也应随之改变。以往大而全的独立发展模式将会变得非常困难,注重专业化并加强产业合作将是未来的发展方向。

  (作者系中煤科工集团开采研究院有限公司副研究员)
 

做好智能化开采顶层设计与总体架构

任怀伟


  智能化矿山建设不仅仅是煤炭行业传统技术领域的改造升级,更是其在服务于国民经济过程中的地位、作用改变的体现。

  某种意义上讲,手机的发展路径就是智能化矿山建设的路径。我们在解决了现有煤矿开采问题的基础上,又融合了高端的先进技术来实现传统煤矿生产运营的升级发展。

  智能化存在的问题主要在三个方面

  自动化和智能化的区别在于一个是自动执行,一个是主动执行。自动化更多是按照我们设置的既定程序自动执行,智能化则代表了主动性。一个系统到底是自动化还是智能化就要看其自主工作机制,比如能够根据工作面的地质条件自动做出调整,或是在安全监测过程中做出预测分析、主动报警等,都是智能化的体现。

  目前,我国以中国煤炭科工集团、中国矿大等为代表的研发机构在地质信息探测、矿山建模、生产自动化、安全监控、管理信息化等方面开展了大量理论和技术研究。黄陵矿业、神东矿区、陕北张家峁、延长石油巴拉素等在数字化矿山建设、生产系统智能化等应用方面取得了突破性进展。

  数字矿山及智能化开采将控制、大数据、互联网与传统采矿科学融合发展,是煤矿开采领域技术发展趋势和当前研究的热点问题。建设智能化矿山已经成为国内外煤炭企业的必然选择。

  但是,在智能化矿山建设发展过程中仍存在一些问题,主要包括信息孤岛、标准不健全、关键技术未突破等三个方面。信息孤岛体现为各子系统数据没有深度融合、无法实现数据的充分利用和智能化管控;标准不健全体现在数字化建模、通信、智能化矿山架构等方面缺少统一的标准,难以实现跨系统、跨平台集成应用;在关键技术领域,井下定位、高清视频图像获取及应用、智能化采掘装备等技术尚未突破。

  深度融合人工智能与采矿工艺技术

  智能化矿山更偏向于一些信息化和自动化控制的技术,但煤炭行业从业人员更关心的还是煤矿井下。不论井上井下都是相互关联的,有所偏颇可能就会影响智能化建设效果。

  智能化矿山建设以“网络互联互通、数据共享交换、信息融合安全、功能协同联动、能源节约利用”为方案设计的总原则。在智能化煤矿顶层设计和建设中,要遵循“打通信息壁垒”“铲除信息烟囱”“消除信息孤岛”“避免重复建设”的技术方法,同时将人工智能与采矿工艺技术深度融合,让智能化更好地替代人类工作。

  矿山总体架构及综合管控操作平台具有可视化、事件响应和报警、维修维护、趋势分析和报告、质量分析、网络报告、移动端报告等顶层功能,可分为数据采集与智能感知、高速信息传输网络、智能化生产系统、智能安全保障系统、全矿井设备和设施管理、供应链经营管理系统等方面。

  智能化矿山在井下要做的工作主要包括生产技术、安全技术、保障技术三个方面。生产技术包括开采、掘进以及洗选、装车等;安全技术包括顶板、瓦斯、防灭火、人员安全等灾害的监测,也就是感知、分析和趋势预测等;保障技术则包括排水、通风、物流调度等管理以及供电等。

  在井上,智能化矿山的主要工作是获取生产过程中的数据并且将其放入统一的综合管控大数据库中,用大数据库支撑智能化管控平台的应用,包括各种数据的分析、显示,以及趋势预测、报警等;在分析过程中,会用到如大数据处理、云计算等人工智能技术,在这些技术的支撑和推动下,才能提升现有的煤矿生产技术水平。

  (作者系中煤科工集团开采研究院有限公司科技创新中心副主任)


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