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        煤科总院王金华:将矿工从恶劣工作环境中解放出来

        2017-08-10 16:41:32 来源:中国能源网

        智能化无人开采已成为引领我国煤炭技术革命的关键性技术之一,为何要发展该技术,中国煤矿的智能化无人开采技术关键技术有哪些,还有哪些难题待解决?

        为此,记者专访了中国煤炭科工集团有限公司党委书记、董事长,煤炭科学研究总院院长王金华。

        文丨武晓娟

        中国能源报记者

        王金华

        无人则安

        中国能源报:为何要发展智能化开采技术?

        王金华:与美国、澳大利亚等采煤大国以露天开采为主不同的是,我国煤炭开采以井工开采为主,存在着“水、火、瓦斯、煤尘、顶板”等灾害。

        当前,顶板事故、瓦斯事故是我国煤矿主要事故来源,采煤工作面又是发生顶板和瓦斯事故的主要地点,时刻威胁着职工的生命安全。因此,直接减少采煤工作面的人员数量是减少人员伤亡、保障安全的重要手段,也是煤矿安全生产的迫切需要。

        只有将工人从危险、恶劣、嘈杂的工作环境中解放出来,让设备替代工人进行煤矿开采,才能彻底改变这种局面,达到“无人则安”。

        同时,我国煤炭资源赋存条件多种多样,一些煤层利用现有模式开采难度较大,特别是薄煤层,丢弃现象严重。据不完全统计,薄煤层储量占煤炭总储量的20%,但采出量占比不到10%。这主要是由于尺寸限制导致薄煤层难以装备大功率设备,而操作人员在工作面内行走艰难,操作设备困难,这导致目前工作面开采能力最大只有90万吨/年,普遍年产量仅在40万吨/年。

        这种开采效率低下的局面,造成了薄煤层采出量与储量比例严重失调。而开展无人化开采,可以提高资源回收率,是解决这类煤层经济开采的有效途径和必由之路。

        中国能源报:我国发展工作面无人化开采有哪些优势?

        王金华:无人化是世界煤炭开采技术发展的必然趋势,目前我国走在世界煤炭无人化技术研究的前列。

        首先,随着我国煤炭化解淘汰过剩落后产能,煤炭生产开发进一步向大型煤炭基地集中,而这些新型矿井对煤矿智能化无人开采有更高的需求;

        其次,我国煤机装备国产化取得巨大进展,除了极少数装备还依赖进口外,绝大部分装备都实现了国产化;

        再次,随着综采装备自动化技术的迅速发展,液压支架实现了电液控制、采煤机实现了无线???、运输设备实现了集中控制,这些单机设备自动化的成功应用为工作面无人开采奠定了坚实的基础。

        两步走

        中国能源报:中国煤炭科工集团何时开始进行智能化无人开采研发的?

        王金华:2009年,中国煤炭科工集团研制了第一套国产综采自动化控制系统平台。2012年,成立了无人化项目部,组建了以“综采工作面无人化开采”为核心的80人专业研发团队,提出了智能化无人开采分“可视远程干预式”和“智能自适应”两步走的战略。

        同时,针对第一步战略,提出“无人操作、有人巡视”的智能化无人开采生产模式,即:采用拟人手法,把人的视觉、听觉延伸到工作面,将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心或地面,实现在顺槽监控中心或地面对液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、顺槽胶带机、泵站、开关等综采设备进行远程操控,达到工作面无人开采的目的。

        中国能源报:“可视远程干预式智能化无人开采”技术主要包括哪些内容?

        王金华:我的团队首先突破的是采煤机械装备的单机智能化,开发了智能化的采煤机、液压支架、刮板输送机、掘进机等,然后围绕无人化工作的智能控制技术,创新性的突破了工作面监控中心、工作面工业以太网、工作面视频系统、工作面语音通信系统、工作面控制模型和工作面直线控制等核心技术,它们正如人的大脑、神经网络、眼睛、耳朵和思想一样,远程确保工作面割煤、推溜、移架、运输、消尘等智能化运行,达到工作面连续、安全、高效开采。

        效益显著

        中国能源报:推广该技术会不会加大企业的经济负担?

        王金华:智能化无人开采技术的投入资金,将液压支架电液控制系统、综采自动化控制系统等全部计算在内,约占综采工作面整套煤机装备总价的10%。

        但能减少工作面内的操作工人,平均每生产班可减少5-7名操作工;将工人从危险、恶劣的采场解放到相对安全的顺槽监控中心,降低工人的劳动强度;提高工作面生产效率5%-30%。

        中国能源报:智能化无人开采技术推广应用情况如何?

        王金华:智能化无人开采技术针对煤矿各种复杂地质环境形成了多种解决方案,已在神华集团、陕煤化集团、冀中能源、阳煤集团等15个矿区推广应用,目前看来,效果还都较满意。(本期头条推送了陕煤化黄陵一矿实施无人开采的详细情况,欢迎移步围观~

        比如在阳煤新元矿310205高瓦斯工作面,实现了煤机速度与瓦斯浓度的联动控制,操作人员远离瓦斯突出危险区段,提升了工作面的安全系数,提高了生产效率;

        神华宁煤梅花井煤矿1102206工作面,煤层倾角9至20度,实现了单日推进24个工作循环的最高记录;神华神东石圪台煤矿31202-2工作面,实现了工作面视频画面拼接和采煤机、支架、移变等关键设备的远程控制。

        中国能源报:还有哪些难题有待解决?

        王金华:首先是设备可靠性问题。智能无人化离不开高可靠的综采设备,在此基础上需要增加感知、决策、控制和智能化功能,由单机向成套装备智能转变。其次,要解决开采恶劣环境下可视化的难题。因为开采时产生的煤岩粉尘会严重影响视频图像的采集,所以需要研究清晰度高和实时性好的开采工作面再现技术。

        此外,控制系统实时性难题也未解决。尽管关键设备控制实时性能控制在毫秒级,但监测信息及地面远程控制时间延时仍过大,需进一步提高。

        所以,首先要解决煤矿井下精确定位和导航技术,也就是地下空间的“井下GPS”或“井下北斗”。因为实现煤矿无人化开采的前提就是建立透明矿井,煤矿地质条件的透明化、井下巷道设施的透明化,井下大型移动设备透明化才能根本性解决才能解决智能采煤、灾害防治、机电设备安全等全系统的智能无人化。

        “可视化远程干预式智能化无人开采”是实现工作面少人化、无人化的有效途径,从严格意义上讲,这种方式还不能完全离开人的智慧,需要发挥机器和人各自的特长,规避人机各自的短处,且较适应于条件较好的工作面。

        相信随着智能化技术的不断发展,煤岩识别、工作面三维定位等关键技术逐步攻克,未来工作面将实现自适应型智能化无人开采,甚至机器人采煤,进一步将煤矿工人从恶劣的工作环境中解放出来。

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