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煤礦智能化建設怎么做?看完這篇文章就懂了!
作者:佚名 日期:2020年06月22日 來源:中國煤炭報 瀏覽: 次

內容導讀:煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。加快煤礦智能化發展,建設智能+綠色煤炭工業新體系,實現煤炭資源的智能化安全高效綠色開發與清潔高效利用,是我國煤炭工業高質量發展的戰略任務和必由之路。

為煤礦智能化發展賦能

王國法

煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。加快煤礦智能化發展,建設智能+綠色煤炭工業新體系,實現煤炭資源的智能化安全高效綠色開發與清潔高效利用,是我國煤炭工業高質量發展的戰略任務和必由之路。

近年來,我國煤礦智能化建設步伐加快,煤炭企業進行煤礦智能化建設的積極性非常高,機械化、自動化、信息化、智能化程度不斷提升,尤其是在薄煤層和較薄煤層智能化綜采、大采高和超大采高智能化綜采以及特厚煤層綜放開采智能化技術與裝備方面實現領跑。

但我國煤礦智能化發展仍處于初級階段,存在智能化建設標準與規范缺失、技術裝備保障不足、研發平臺不健全、高端人才匱乏等問題。

健全智能化標準體系

智能化煤礦的總體架構包含智能化管控平臺(煤礦智慧大腦)、網絡服務平臺、大數據中心、GIS空間信息服務等在內的10大主要智能化應用系統,實現覆蓋整個礦區的通信和感知網絡,構建煤礦大數據庫,滿足智能化開采的多樣承載需求,使煤礦生產能夠“看得見、管得了、控得住”。

煤礦智能化建設是一個多學科交叉融合的復雜問題,是涉及多系統、多層次、多專業、多領域、多工種相互匹配融合的復雜巨系統,亟須統一技術體系,實現深度互聯互通,其基礎是建立統一的標準體系,其建設過程隨著煤礦智能化技術不斷發展迭代更新,因此必須保證其技術標準體系具有體系性、繼承性和前瞻性。

要做到“一張藍圖繪到底”,需要科學規劃頂層設計,確定各標準的邊界范圍及適應性,按照分類分級建設的原則,避免重復規范和過度標準化,確保智能化相關技術在煤礦得到有效應用,同時強化智能化煤礦建設的規劃部署,建立智能化礦山協同推進機制,研究制定促進智能化煤礦建設的相關產業政策,并借鑒其他行業現有成熟的智能技術,將其在煤炭生產領域進行轉化應用。各行業參與煤礦智能化建設應當以促進煤礦安全、少人、提效為目標,以完善利益聯結機制和提高煤礦智能化水平為核心,以制度、技術和商業模式創新為動力,著力推進煤炭生產全流程的智能化建設。

煤礦智能化標準體系總體框架應充分考慮煤礦所在區域、建設規模、煤層地質賦存條件、生產技術條件等的不平衡性,煤礦開拓、采掘、運通、洗選、安全保障、生態保護、生產經營管理等全過程的關聯性,以及各指標要素對煤礦智能化主系統影響程度的差異性。

要加大攻關核心技術的力度和高端綜采綜掘智能化裝備、重大災害應急救援智能裝備等重大裝備的研發應用,不斷提高煤礦智能化水平,為煤礦智能化建設提供高可靠性的先進裝備保障。

搭乘新基建紅利專車

隨著第四次工業革命席卷全球,新一代信息技術能夠大幅促進能源生產智能化、能源消費合理化、能源監管透明化,成為能源轉型的先導力量。新一代信息技術與能源礦業工程的深度融合成為必然趨勢。

在礦業領域,通過部署各類傳感器實現對生產、轉換以及消費數據進行全面感知,利用泛在的互聯5G網絡傳輸至大數據處理平臺,引入人工智能技術對數據進行分析處理,從而支撐人員、設備以及環境進行科學決策、精準管控和精準執行,推動安全綠色、高效智能的能源開采、轉換與消費。

5G通信網絡、大數據、人工智能、區塊鏈等為代表的新一代信息技術與能源與礦業行業的深度融合,將發揮越來越重要的支撐賦能作用。

新基建為煤礦智能化、煤礦企業和相關企業發展帶來了新機遇。新基建即以5G、人工智能和工業互聯網、物聯網為代表的新型基礎設施建設。與傳統基建如鐵路、公路、橋梁、水利工程等不同,新基建具有鮮明的科技特征和科技導向,以現代科技特別是信息科技為支撐,包括了通信網絡等信息基礎設施、智能交通等融合基礎設施,以及產業技術等創新基礎設施,旨在構建數字經濟時代的關鍵基礎設施,推動實現經濟社會數字化轉型。

新基建推進煤炭企業加快轉型發展步伐,吸收數字化時代賦予的科技力量,充分釋放工業互聯網的連接、融合、共享價值,依靠技術、管理、商業模式創新,提高精細化運營和精細化管理水平,實現科技創新與產業升級相互促進。

在方興未艾的第四次工業革命浪潮中,搭上新基建的紅利專車,抓住智能化發展的機遇,對煤炭行業實現轉型升級高質量發展至關重要。從國情出發,我國應該科學提升能源與礦業智力水平,深化能源體制改革,為能源與礦業治理保駕護航。

(作者系中國工程院院士,中國煤炭科工集團首席科學家)

 “5G+生態”賦能煤炭智能化

趙國瑞

從通信技術發展史來看,1G、2G一直到現在的第五代通信技術,除了速度更快、用戶體驗更好外,標準也不斷地向融合方向發展——前幾代通信技術都有幾種不同標準,現在的第五代通信技術只有一種標準。

5G優勢可以總結為三大方面:大帶寬、廣連接、低延時。其可以應用于萬人體育場實時播放、智慧城市、智慧工廠、遠程醫療、無人機等不同場景。將這三大優勢進行組合,可以搭起物理空間和信息空間溝通的橋梁。

像工業制造領域的機床一樣,5G作為一個基礎工具結合不同的材料或技術就能加工成不同的產品,以滿足不同的應用需求。通過組合各種技術,5G可以同時支持各種差異化場景,實現業務場景的定制和組件化。

不同于以往的通信技術,5G技術的主攻方向是垂直行業的應用,如工業控制場景等。5G技術需要與其他新興技術結合,為工業應用場景的實現提供基礎設施保障,從而重塑傳統產業;牽引云大物智移深度融合,創新應用和服務,實現萬物互聯和數據價值的提升。

煤礦智能化需要5G的支撐

無論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應用開發層,發展煤礦智能化都需對傳統煤礦業務場景進行重塑,而煤礦智能化應用和系統融合等對承載的網絡也提出了新要求和新標準。傳統網絡已經不能滿足煤礦智能化的要求,需要從系統工程的角度,利用5G技術重構網絡整體架構、創新應用場景和新業務模式。

在數據層面,智能化開采感知數據有三大特征:數據類型多樣化、數據生成速度快、數據體量增長快。從數據類型來看,除了傳統視頻、語音、文本等外,又增加了高清視頻等,這些新增數據類型對網絡也有了更多個性化需求。

在智能化開采傳輸需求層面,隨著智能化開采的不斷推進,數據類型越來越多樣化,5G切片管理技術能夠提高網絡資源利用效率,實現不同場景的隔離劃分,滿足智能化開采對網絡高效利用和數據安全傳輸的需求。

在智能化開采決策控制需求層面,不僅數據需求更加廣泛、全面,協同控制互聯互通更加頻繁,而且遠程實時性控制要求更高,如果延時過長就可能導致隱患,通過重構現有網絡,5G技術的低延時特征可以解決這一問題。

在場景應用需求方面,新技術采用云、邊、端互訪更多,新技術發展端到端訪問更加頻繁,新場景資源調配靈活度要求更高。通過梳理包含煤礦智能工作面、高精密傳感器、工業圖像處理等在內的30多種智能化開采應用場景,對比帶寬要求等,發現4G能夠滿足的應用場景越來越少,5G技術才能解決當前的痛點問題。

煤礦5G建設和應用要有產業鏈和生態意識

礦山5G應用急需解決的問題是礦用5G標準和專有頻段的確定與合法化。

MEC邊緣計算的核心就是將業務向邊緣遷移或下沉、微服務化,這也是未來產業發展的趨勢。

網絡切片是5G網絡的核心價值,基于共享的無線網絡、傳輸網絡和核心網絡,面向特定業務需求(如大帶寬、低延時、大連接)提供差異化的服務等級。網絡切片能有效降低網絡建設成本,具備網絡的智能化能力和靈活組網能力,并保持業務隔離,保障業務安全。網絡切片+邊緣計算是5G保障行業部署的基礎能力。

智能化開采不僅要有網絡等硬件基礎設施的開發,針對后續應用的軟件開發同樣不可缺少。不同場景間有一定關聯,結合大數據、人工智能等技術能夠開發出新的場景,比如遠程運維問題。隨著煤礦智能化的深入發展,高端設備運維的門檻會越來越高,依賴傳統設備制造企業派人維修的方式已不能滿足煤礦安全高效生產的需求,運用5G技術將現場高清視頻、設備識別終端、機器人化執行終端和遠程專家知識等融合起來可實現遠程實時維修。

在軟件開發方面,5G技術和其他技術的應用場景有很大的不同,現在的軟件開發必須考慮5G網絡本身的特性,這也是5G技術后期開發時需要注意的問題。

5G應用平臺建設需要注意頂層設計系統專業、多網融合靈活配置、轉換環節嚴格控制和工業控制安全為先等關鍵點。

5G技術不單是網絡設計,是要結合應用場景的專業化設計,所以需要在建設前完成頂層設計。同時,5G不是要消滅其他網絡傳輸技術,而是能夠和其他網絡融合應用,并讓各網更加高效地運行。再者,煤礦5G應用是一個產業鏈行為,不是單純建網,更不是網絡運營商或建設商能夠獨立完成的事,需要智能終端商、智能應用軟件開發商、煤炭開采企業等上下游企業共同打造和維護煤礦5G應用生態,以5G撬動人工智能、大數據、物聯網、區塊鏈等一批先進技術的煤礦落地應用,相應產業模式也應隨之改變。以往大而全的獨立發展模式將會變得非常困難,注重專業化并加強產業合作將是未來的發展方向。

(作者系中煤科工集團開采研究院有限公司副研究員)

做好智能化開采頂層設計與總體架構

任懷偉

智能化礦山建設不僅僅是煤炭行業傳統技術領域的改造升級,更是其在服務于國民經濟過程中的地位、作用改變的體現。

某種意義上講,手機的發展路徑就是智能化礦山建設的路徑。我們在解決了現有煤礦開采問題的基礎上,又融合了高端的先進技術來實現傳統煤礦生產運營的升級發展。

智能化存在的問題主要在三個方面
 
自動化和智能化的區別在于一個是自動執行,一個是主動執行。自動化更多是按照我們設置的既定程序自動執行,智能化則代表了主動性。一個系統到底是自動化還是智能化就要看其自主工作機制,比如能夠根據工作面的地質條件自動做出調整,或是在安全監測過程中做出預測分析、主動報警等,都是智能化的體現。

目前,我國以中國煤炭科工集團、中國礦大等為代表的研發機構在地質信息探測、礦山建模、生產自動化、安全監控、管理信息化等方面開展了大量理論和技術研究。黃陵礦業、神東礦區、陜北張家峁、延長石油巴拉素等在數字化礦山建設、生產系統智能化等應用方面取得了突破性進展。

數字礦山及智能化開采將控制、大數據、互聯網與傳統采礦科學融合發展,是煤礦開采領域技術發展趨勢和當前研究的熱點問題。建設智能化礦山已經成為國內外煤炭企業的必然選擇。

但是,在智能化礦山建設發展過程中仍存在一些問題,主要包括信息孤島、標準不健全、關鍵技術未突破等三個方面。信息孤島體現為各子系統數據沒有深度融合、無法實現數據的充分利用和智能化管控;標準不健全體現在數字化建模、通信、智能化礦山架構等方面缺少統一的標準,難以實現跨系統、跨平臺集成應用;在關鍵技術領域,井下定位、高清視頻圖像獲取及應用、智能化采掘裝備等技術尚未突破。

深度融合人工智能與采礦工藝技術

智能化礦山更偏向于一些信息化和自動化控制的技術,但煤炭行業從業人員更關心的還是煤礦井下。不論井上井下都是相互關聯的,有所偏頗可能就會影響智能化建設效果。

智能化礦山建設以“網絡互聯互通、數據共享交換、信息融合安全、功能協同聯動、能源節約利用”為方案設計的總原則。在智能化煤礦頂層設計和建設中,要遵循“打通信息壁壘”“鏟除信息煙囪”“消除信息孤島”“避免重復建設”的技術方法,同時將人工智能與采礦工藝技術深度融合,讓智能化更好地替代人類工作。

礦山總體架構及綜合管控操作平臺具有可視化、事件響應和報警、維修維護、趨勢分析和報告、質量分析、網絡報告、移動端報告等頂層功能,可分為數據采集與智能感知、高速信息傳輸網絡、智能化生產系統、智能安全保障系統、全礦井設備和設施管理、供應鏈經營管理系統等方面。

智能化礦山在井下要做的工作主要包括生產技術、安全技術、保障技術三個方面。生產技術包括開采、掘進以及洗選、裝車等;安全技術包括頂板、瓦斯、防滅火、人員安全等災害的監測,也就是感知、分析和趨勢預測等;保障技術則包括排水、通風、物流調度等管理以及供電等。

在井上,智能化礦山的主要工作是獲取生產過程中的數據并且將其放入統一的綜合管控大數據庫中,用大數據庫支撐智能化管控平臺的應用,包括各種數據的分析、顯示,以及趨勢預測、報警等;在分析過程中,會用到如大數據處理、云計算等人工智能技術,在這些技術的支撐和推動下,才能提升現有的煤礦生產技術水平。

(作者系中煤科工集團開采研究院有限公司科技創新中心副主任)

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