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智慧矿山:现代矿山企业实现科学产能的必由之路

发布时间:2022-09-06 来源:西部大开发杂志 人气:
   
  煤炭企业如何充分用足用活政策资源,在《国家能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》方针指引下做好企业的供给侧改革,关键的抓手就是要以建设高标准智慧矿山为目标,运用现代互联网技术,探索实践科学创新、智慧管理模式,走出一条科学产能、绿色发展的现代能源企业发展之路。
 
  煤炭企业智慧化建设任重道远
 
  当前面临的主要任务有如下几个方面:一是煤炭的智慧化开采。通过对开采技术的成功转型,实现对传统煤矿的现代升级;二是智慧化建井。对有条件的老旧矿井,实施外科手术式的技术升级;对新开发的矿井,要高瞻远瞩,做好顶层设计。做到起点高、规模大、投入多,从一开始就引入尖端理念和技术。三是制定统一标准,实现产业融合。无论是传统矿井的改造还是新矿山建设,其智慧化建设要统一纳入国家标准,为日后产业融合发展奠定基础。
 
  当前煤矿企业智慧化探索的路径选择
 
  一是基于精确定位技术的井工煤矿胶轮车无人驾驶技术应用。基于全矿井高精度定位系统,车辆信息监测终端,实时采集显示井下车辆信息;根据用车需求,建立智能调度算法模型,通过系统分析模型来提供建议,智能分配车辆使用、规划车辆路径;开发井下“打车”应用平台,做到井下司机、车辆、巷道、乘客、物资的最佳匹配;监控车辆运行状态,实现车辆运营成本、效率分析,建立煤矿胶轮车智能调度指挥系统。
 
  ——基于5G通讯、激光slam等技术实现无人驾驶辅运车辆在矿井地面、井下规划的行驶道路中的自主导航,使得车辆具备感知、自主规划、矿道路径跟踪、紧急制动、自动会车错车、指定地点自动调头及倒车行驶等功能。采用无人自动驾驶+地面遥控的方法,通过毫米波雷达、激光雷达/热像仪、摄像机、车载传感器、巷道传感器等感知车辆和周边环境,通过5G车联网监测车辆运行状态和环境,实现车辆远程操控、车辆融合定位、精准停靠、自主避障等功能,有效提高特殊环境下矿车作业效率,搭建远程智能调度监控平台,建设车车--车巷--车地通信系统,实现车辆端到端无人驾驶。
 
  ——结合井下精确定位系统、井下红绿灯交通信号系统、胶轮车在线监控系统、车载终端系统、视频监控系统、考勤系统,将动态车辆信息以大屏幕、计算机、手持终端和车载终端同步进行图文显现和智能化分析。
 
  ——通过激光SLAM拓扑、光学相对定位、5G、UWB等多种定位手段进行多源定位数据融合,突破井下环境精确定位难题,实现井下物料运输车辆无人驾驶的安全高效运行。建成井下智能网联车路协同系统,显著提高井下车辆行驶安全性,降低事故发生率。
 
  此外,构建煤矿胶轮车智能调度指挥系统,实现辅助运输调度指挥工作的综合管理,既能够统计、分析、汇总调度指挥数据,又支持辅助决策,全面实现矿井辅助运输生产调度指挥的智能化、网络化、规范化、安全化和高效化。
 
  二是基于煤矿窄巷道的管路安装机器人应用。随着我国煤炭需求的快速增长,煤矿开采程度连年延深,并且随着工业机器人技术的迅猛发展,煤炭行业也全面进入信息化建设时代下,井下巷道及采煤工作面等煤矿工作区域的智能生产程度依然较低,特别是对重点区域中危险岗位的智能化、少人化、无人化等方面有待提升。
 
  此外,由于大部分矿层均远离地表,需采用地下开采的方式,利用机器人来弥补人类在特别空间作业的缺陷,也是建设开展智慧矿山的初衷。目前进入实战状态的矿山智慧作业的管路安装机器人,融合空间机械手臂运动学建模、空间环境视觉导引与人工智能算法等技术,实现煤矿井下巷道中管路接管安装工作,使机器人拥有较强的可靠性、稳定性和智能化水平,将井下作业人员从高危繁重的岗位上替换出来,保障生产安全,提高作业效率。其突出功能表现在如下方面:
 
  ——搬运与辅助定位功能:目标管路单元自动化装载搬运行走功能。机器人拥有辅助定位功能,通过该系统能够辅助引导机器人准确到达下一个接管位置点。
 
  ——机械手臂位置检测功能:针对机器人机械手臂,通过位置检测装置控制系统,控制机械手臂的执行速度和位移,将位置反馈信息与程序设定位置比较形成闭环控制,实现位置自行调整,使机械手臂以一定的精度达到设定位置。
 
  ——目标识别功能:实现目标钢管识别与抓取和待接钢管位置锁定;
 
  ——自主检测功能:机器人通过将单次接管过程参数进行监测和分析,结合经验数据、专家数据和历史数据,实现单次作业质量检测分析。
 
  ——总线通信功能:机器人各级系统上下层间采用总线通信,通过预留多种协议总线接口支持其他相关传感器与设备接入,提高机器人可扩展性。
 
  三是基于煤矿作业特殊需求的智慧机器人研发现状。目前,围绕管路安装机器人研发,开展了机械结构设计、嵌入式控制系统、智能感知分析和机械臂运动控制等关键技术研究。设计机器人通过履带行走底盘和多自由度伸缩臂机械结构的配合,既可以胜任回风巷大巷快速作业,也是以用于顺槽等空间受限的巷道作业,研制了履带式运载底盘、承重举升机械臂、液压控制站、车载控制系统、电源控制系统以及遥控终端等核心机械单元,研制了具备自动化上下料功能的管路拖车,可以快速完成管路的输送并配合机器人进行管路上下料。通过空间机械手臂运动学建模、三维深度视觉导引与人工智能算法等技术的融合,完成了空间机械手臂运动学建模、基于图像和点云数据的作业目标识别、基于空间分析的机械动作解算和接管作业辅助控制算法模型等智能化系统研发设计,实现了安装/拆卸定位与机械臂运行的自动引导。接管机器人可以完成矿井建设和投产阶段的管路辅助安装和维护工作,实现了行走、自动识别、精准闭环控制以及钢管抓取、移动、托举和下放等多种应用功能。
 
  煤炭企业智慧化建设的前景展望
 
  随着国家对“十四五”规划的全面实施,煤矿企业的智能化开采水平将随着我国科学技术发展水平而深入推进,矿山企业实现全面智能化,机器人代替人工操作,全面实现24小时日夜工作,生产效率将得到大幅度提高。与目前的智能化初级阶段相比,未来的智能化将更加完善,主要体现在设备的稳定性更好、能处理更为复杂的生产条件及更少的人为参与。更多的煤矿在相同的标准和技术指标下将实现生产管理的全面智能化,矿井智能化建设的成本也将大幅度降低。目前来看,中国智能化开采还有关键技术问题有待解决,主要有尚未形成智能化开采的有关标准、信息的井下传输有待解决及采煤机的智能化控制系统需要完善等等。可以预期的是:随着人工智能时代的到来,煤炭行业必将会像其他很多行业一样,进入全方位的智能化建设新阶段。(文/冯占军)
 
  (作者系中煤陕西榆林能源化工有限公司副总经理)​
值班编辑:艾米杰

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