智能化无人开采技术汇报材料.docx
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智能化无人开采技术汇报材料
一号煤矿智能化开采技术汇报材料
2014年5月,一号煤矿顺利完成了国产综采装备智能化无人开采技术研究与应用项目,在国内率先实现了地面远程操控采煤的常态化。
同年11月份,国家安监总局、国家煤矿安监局、陕西省安全监管局、陕西煤矿安监局对我矿智能化无人开采技术的具体做法和经验进行了调研,并总结提炼了以“五新、六高、七到位”为主要内容的智能化无人开采技术经验材料,在全国煤炭系统产生了广泛而深远的影响。
同时《国产成套装备智能化无人开采技术在黄陵一矿成功应用》入选了2014年度煤炭行业十大新闻和六大技术创新。
2015年5月19日、6月29日,我公司作为主会场,先后承办了全国煤矿自动化开采技术现场会、陕煤化集团自动化开采技术现场会,智能化无人开采技术受到了煤炭行业各级领导和兄弟单位的一致肯定,2016年12月,我们黄陵矿业公司又获得了中国工业大奖,2017年2月《中厚煤层国产综采装备智能化无人开采技术研究与应用》项目获得陕西省科学技术奖一等奖。
下面,我主要就一号煤矿智能化开采技术发展过程及应用现状向各位领导做简单汇报。
一、一号煤矿简介
一号煤矿是陕西陕煤黄陵矿业有限公司下属的核心骨干矿井,年生产煤炭600万吨,位于黄陵县店头镇,交通便利,煤炭资源丰富,井田面积197平方公里,地质储量4.44亿吨,煤层厚度为0.8~4.69m,平均厚度2.18m,倾角3~5°,可开采储量3.47亿吨,煤层顶底板属于砂岩或泥质砂岩,顶底板相对完整,属于水文地质条件复杂的高瓦斯矿井。
所产的“黄灵一号”品质优良,具有低灰、低硫、低磷、高发热量等特点,是优质的动力用煤和配焦煤,深受市场和用户欢迎。
近年来,一号煤矿紧紧围绕“创新驱动、绿色开采、安全高效、做精做优、和谐幸福、成就一流”24字工作思路,坚持文化引领不动摇,持续推进岗位精细化管理;全面实施人才强企、科技兴安战略,大力推行“四线”安全管理法,广泛开展全员创新、素质提升工程,全面提升了矿井综合管理水平,呈现出以文化促管理、以管理促安全、以安全促和谐、以和谐促发展的良好局面。
先后荣获全国五一劳动奖状、国家级绿色矿山试点单位、全国煤矿瓦斯防治先进集体、全国煤炭工业安全高效矿井、中国最美矿山等荣誉称号。
二、智能化开采的发展过程
我国是“富煤、贫油、少气”的国家,这一特点决定了煤炭将在一次性能源生产和消费中占据主导地位且长期不会改变,煤炭也一直是我国的主要能源和重要原料,在一次能源生产和消费构成中煤炭始终占50%以上。
在我国,除了大型国有煤炭生产企业以外,还有数量众多的小型企业进行煤炭开采和销售。
随着国家工业化进程的不断加快,能源紧缺的问题日益凸现,如果企业在壮年期“挑肥拣瘦”“采厚丢薄”,未来的稳产高效就无法保障。
因此,实施“薄厚、肥瘦”搭配开采,既可以有效解决较薄煤层长期呆滞问题,又能最大限度开发利用资源,保障矿井可持续发展。
同时,众所周知,大多煤矿企业存在“水、火、瓦斯、煤尘、顶板”等“五害”,井下生产过程中存在作业难、劳动强度大、生产环境恶劣等诸多问题,容易造成安全事故、引发职业病。
为了提高资源回收率,薄厚、肥瘦搭配开采,降低工人劳动强度,改善职工作业环境,实现“少人则安、无人则安”的管理目标,一号煤矿薄煤层开采课题早已于2012年就被提上了议事日程,并在矿业公司安排下成立了领导机构,负责薄煤层智能化设备的调研、选型工作。
在此过程中我们始终坚持充分引进国内所有综采设备配套厂家的尖端技术、新工艺,选配出一套国内一流的高端集中控制、高效自动化水平、高级别安全运行的智能化综采成套设备的设计理念,最终由北京开采所对工作面采煤工艺及设备选型进行设计,再经过矿业公司领导及部室科学分析设计方案和进行多次技术论证后,最终确定了国产综采装备的选型配套方案。
2013年一号煤矿投资6180万元完成1.4-2.2米煤层国产装备采场无人化项目的建设,该项目于2013年11月底开始安装、调试、试验,2014年3月31日黄陵矿业公司组织各部门进行了验收,2014年5月16日陕西煤业化工集团科技发展部组织专家进行了科技项目验收。
2014年5月25日中国煤炭工业协会组织专家对该项目《1.4—2.2米煤层国产综采装备无人化技术研究与应用》进行了科技成果鉴定,鉴定认为整体技术达到国际领先水平。
在国内首次实现了地面指挥控制中心和顺槽监控中心对工作面所有设备的全面自动化控制和“一键”启停功能,形成了“以工作面自动控制为主、监控中心远程干预为铺”的自动化生产模式,探索出了一套完整的较薄煤层自动化采煤工艺和流程,达到了“无人值守、有人巡视”的目的,真正做到了采场无人化。
同年11月份,国家煤矿安监局行管司、陕西省安全监管局、陕西煤矿安监局对我矿智能化无人开采的具体做法和经验成效进行了调研,并总结提炼了以“五新、六高、七到位”为主要内容的黄陵一号煤矿国产综采装备智能化无人开采技术经验材料,在全国煤炭系统产生了广泛而深远的影响。
2015年5月19日和6月29日,我矿作为主会场,分别承办了全国煤矿自动化开采技术现场会、陕煤化集团自动化开采技术现场会,智能化无人开采技术受到了煤炭行业各级领导和同仁的一致肯定。
同时《智能化无人开采在黄陵一矿实现》入选了2014年度煤炭行业十大新闻和六大技术创新。
2016年12月11日下午,黄陵矿业公司在全国诸多高端企业和高科技项目中脱颖而出,荣获中国工业大奖。
目前该套设备已经平稳高效地回采1001、1002、1003、1004三个智能化工作面,推进长度7371米,完成原煤产量519万吨。
为了进一步落实国家安监总局“机械化换人、自动化减人”总体要求,根据公司总体规划,一号煤矿投资1.07亿元将这一技术推广应用到中厚煤层的开采中,一号煤矿在2015年3月完成中厚煤层智能化装备设计选型工作,2015年9月份设备到矿开始802智能化无人综采工作面的安装工作,2015年10月完成了首个中厚煤层智能化工作面的调试工作,达到了预期的设计目标,具备在地面监控中心和顺槽监控中心远程操控采煤作业的常态化,实现了安全高效、稳定运行。
目前该套设备已平稳高效完成802、621工作面回采任务,推进长度5014米,完成原煤产量365万吨;现正在回采623工作面。
同时,为继续扩大智能化开采技术,根据矿井接续安排,2018年一号煤矿投资约1.45亿,新购置一套中厚煤层智能化综采成套设备,目前设备已完成相关购置工作,厂家正在生产中。
我们通过在较薄煤层、中厚煤层应用智能化开采技术,经过三年多的实践,事实证明,智能化开采技术不仅可以有效解决煤炭资源相互搭配开采的问题,还可以实现生产现场“少人化,甚至无人化”,达到“无人则安”的目的,是保证煤矿企业可持续高效发展的一条行之有效的道路。
三、智能化无人开采设备配套及实现的功能
(一)智能化无人综采工作面设备配置情况
薄煤层智能化装备配置ZY6800/11.5/24D型电液控液压支架161台,配置MG2×200/925-AWD采煤机1台,配置SGZ800/2×525刮板输送机1部,配置SZZ800/250转载机1部,配置PCM200破碎机1部,配置BRW400/31.5三泵两箱乳化液泵3台,配置BPW400/16三泵两箱喷雾泵3台,配置DSJ120/100/4×315胶带输送机1部,配置SAC电液控制系统1套,配置SAP集成供液控制系统1套,配置SAM自动化集成控制系统1套,配置SAS采煤机自动化控制系统1套,配置KTC101语音通讯系统1套。
中厚煤层智能化综采设备配置ZY7800/15/30D电液控液压支架161台,巷道超前支架ZTC42840/19/32A(B)型共22台,配置MG620/1660-WD采煤机1台,配置SGZ1000/2×855刮板输送机1部,配置SZZ1200/525转载机1部,配置PCM250破碎机1部,配置BRW500/31.5乳化液泵4台,配置BPW400/16喷雾泵3台,配置DSJ4×400胶带输送机1部,配置SAC电液控制系统1套,配置SAP集成供液控制系统1套,配置SAM自动化集成控制系统1套,配置SAS采煤机自动化控制系统1套,配置KTC101语音通讯系统1套。
(二)智能化无人综采工作面实现的主要功能
1.实现了地面指挥控制中心和井下顺槽监控中心对综采工作面所有设备的“一键启停”和“一键启停”随动视频安全确认功能。
2.实现了地面指挥控制中心和井下顺槽监控中心对综采工作面主要设备及围岩环境的无盲区实时视频监控。
3.实现了地面指挥控制中心和井下顺槽监控中心对综采工作面采煤机、液压支架、运输设备(刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机)、进回风巷超前支架、供液设备(包括乳化液泵、喷雾泵、远程供液系统及相关电气开关、电磁阀等)、供电设备(移动变电站、组合开关、变频器等)的运行工况监测、远程操控及自动化控制。
4.实现了采煤机自动记忆截割功能,包括中部和三角煤区域记忆截割。
5.实现了液压支架自动跟机功能,包括中部和三角煤区域自动跟机。
6.实现了在地面指挥控制中心和顺槽监控中心利用视频和数据等监测信息对综采工作面主要设备的快捷远程干预控制,形成了“以工作面自动控制为主、监控中心远程干预为辅”的自动化生产模式,达到了远程采煤作业常态化。
四、创新驱动,科学管理,推进智能化技术升级和系统优化
(一)创新应用情况
在较薄和中厚煤层智能化开采技术的应用过程中,我们本着“统筹兼顾、先易后难、先井下后地面”分步实施的总体思路,科学组织,合理安排,始终坚持“问题不过夜、隐患不越过”的工作作风,先后解决各类故障难题,为智能化开采成功应用奠定了扎实的基础。
在薄煤层智能化综采设备安装调试期间,我们先后完成了转载机自移系统改造、采煤机电缆防脱槽改造、煤壁视频盲区改造、远程供液泵站过滤站改造、采煤机红外线发射器12V电源改造及采煤机二次喷雾改造等创新改造,大大消除了设备缺陷。
在调试运行过程中共解决各类故障难题66个、共取得创新成果12项,获得专利8项,其中发明专利6项,实用新型专利2项。
在中厚煤层智能化无人工作面安装调试期间,我们科学组织、详细部署、自主完成了井下监控中心所有监控设备、通讯设备、电源箱和环网设备等安装工作,累计包含:
185台电液控设备、3000余根通讯缆线、640个传感器。
对暴露出来的问题积极响应,集体攻关,做到“问题不过夜、隐患不越过”,有效促进了设备调试进度。
同时始终坚持在安装、调试中不断创新的原则,先后完成了“一键启停随动视频安全确认”系统研究与应用、超前支架远程控制系统研究与应用、运输机减速箱透气塞改进、工作面扩音电话改进、遥控接收天线改进、采煤机摇臂连接架注油孔改进、液压支架反冲洗改进、液压支架配液板改进、摄像仪位置改进、转载机封底板等创新改造。
其中:
“一键启停随动视频安全确认”系统研究与应用,是在Longwallmind3.0自动化软件的基础上开发了一套重点部位视频监控系统,当控制台处于“一键启停”状态时,采煤机主机会自动切换为“胶带机+运输机、转载机+采煤机滚筒”的“一键启停随动视频安全确认”视频监控画面,实时显示操作设备的现场状况,同时对自动化软件语音延时程序进行调整,实现监控中心天玛语音预警和井下工作面华宁语音预警的完美契合,为全工作面所有操作人员提供语音预警信息,达到了“一键启停”过程中安全管理的目的。
运输机减速箱透气塞的改进,有效提高了减速箱排气孔高度,杜绝了透气塞漏油现象,确保了运输机安全运行;采煤机摇臂连接架注油孔改进,使销轴得到充分润滑,有效杜绝了异响、卡死的现象,减少对摇臂升降的影响。
截止目前,在该项目调试运行过程中共解决各类故障难题35个、共取得创新成果14项,目前3项成果正在申请专利。
(二)智能化技术升级和系统优化
我们始终坚持在创新中寻求突破的原则,不断优化系统,敢于尝试新功能:
1.首次应用智能化综采工作面超前支护装备技术,在满足两顺槽超前支护强度要求及正常生产快速推进需求的同时,提高了矿井机械化程度、增强了顺槽整体支护质量,避免了端头压力造成的巷道片帮、矸石冒落等带来的不安全因素;同时在国内率先完成以电液控驱动的交错迈步自移超前支架,研发符合超前支架连续动作的组态平台,首创了超前支架地面远程控制及地面“一键自移”控制,有效促进煤矿智能化开采技术进步,引领了工作面少人化开采的方向,对提高综采生产效率、减少人员、降低职工劳动强度具有重大意义,对采煤业发展有着深远的影响。
2016年9月,“中厚煤层智能化综采工作面超前支护装备技术研究与应用”通过中国煤炭工业协会科技成果鉴定,鉴定成果达到国际领先水平。
2.与天玛公司合作,抛开“煤岩识别”世界性难题,开发工作面机器人智能巡检机构。
通过利用高速轨道,搭载惯导技术、热成像技术、视频监控技术等,以无缝快速巡航和自动跟机巡检的方式,对综采工作面实时全方位监测,实现工作面运输机直线度智能控制、滚筒自动调高等功能。
目前该项目正在进行工业试验。
3.利用SAC电液控制系统,开发机架协同自适应技术。
即可根据支架动作状态和采煤工艺,自适应调整支架动作和跟机参数,实现了工作面采煤机、支架、小三机协同自适应控制。
目前该技术正在申请国家专利。
4.开发“一键启停随动视频安全确认界面”,当系统处于“一键启停”状态时,采煤机主机会自动切换为“胶带机+刮板运输机+采煤机滚筒”的顺序视频监控画面,实时为远程操控人员提供现场画面,达到启动前对设备进行安全确认以及启动全过程中安全管理全覆盖无死角的目的。
目前该技术正在申请国家专利。
5.通过上位机软件平台、远控操作台、电液控制系统三者结合的方式,在实现液压支架工况智能监控的基础上,完成故障预警、动作调整、系统健康诊断等功能,全面实现了对支架的快速预知、预测及智能远程控制。
6.率先应用具有视频传输及远程控制速度快、兼容性强、适应性高、操作简便和实用等优点的工业3.0智能化控制系统,明确了煤炭工业智能化、超低排放的重大变革。
五、以科学为先导,敢于探索,不断完善智能化开采技术
(一)系统运行存在问题和不足
目前我矿薄煤层智能化配套设备已经平稳高效地回采了1001、1002、1003、1004四个工作面,累计推进长度7371米,过煤量519万吨;中厚煤层已经完成802、621工作面回采任务,推进长度5014米,完成原煤产量365万吨。
较薄煤层和中厚煤层智能化开采技术均取得了显著成效,我们始终坚持在创新中寻求突破的原则,不断总结问题,在实际运行过程中还存在问题和不足,主要表现在以下几个方面:
1.监控系统运行速度有待提高。
目前中厚煤层智能化设备配套的是3.0版本控制程序,虽然比2.0版本系统稳定、反应速度较快,但仍存在CPU占用率较大、内存不足、主机散热效果差等现象,导致系统及控制程序在运行过程中出现反应速度较慢、监控画面切换缓慢、视频画面卡顿等情况,影响远程操控。
2.采煤机无远程视频控制参考基准。
现有的煤壁视频只能在采煤机生产行走过程实现对滚筒和机身的感官监控,但远程操作需要获得十分精准的采高信息,才能实现更加精确的操控,目前缺少可依赖的参照物、参考数据和参照标准。
3.工作面支架不具有自动找直功能。
智能化工作面已实现全工作面自动跟机移架,但由于地质条件变化,生产过程中需人工不定期对支架进行调整。
4.工作面设备生产厂家不同,设备相互之间均采用不同的通讯协议,日常远程控制过程中,控制逻辑信号需频繁转换,对控制系统的稳定性和可靠性有一定制约。
5.目前智能化开采技术生产过程中大部分数据均利用传感器进行采集,对传感器的精度及稳定性要求较高,但井下生产环境较差,长时间使用传感器精度下降,会造成数据错误传输,对人员远程操作造成一定难度。
(二)推广应用存在的问题
1.部分技术已经遇到了瓶颈,未能在实践中得到验证。
如:
系统自诊断功能、工作面直线度检测技术、煤岩分界技术、刮板运输机煤流负荷控制技术等关键技术,目前我们和厂家已经基本具备了技术路线和实施方案,但还需在井下做长期大量的验证。
2.智能化开采技术虽然在一号煤矿薄煤层、中厚煤层顺利实施,但该项技术在推广应用过程中仍受地质条件、矿井灾害治理、设备设计缺陷等客观因素制约,局限性较大。
3.智能化开采技术属于尖端技术,在矿井智能化开采技术的应用过程中缺乏智能化软件高端技术人才,在日常软件维护以及功能研发方面有较大难度。
4.智能化开采技术的应用是在智能化控制系统的基础上不同设备之间的相互配合,个别设备厂家在设备创新及新技术应用方面投入不足或相关控制系统过于繁琐,制约智能化系统整体发展水平。
5.智能化开采技术现已成功应用三年有余,但在该技术建设和推广过程中缺少国家相关配套的管理办法和标准。
6.大采高智能化开采技术技术还不完全成熟,对智能化开采技术的革新有一定限制。
六、创新驱动,明确智能化开采技术发展方向
2016年4月7日,国家发展改革委、国家能源局联合下发发改能源[2016]513号《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》的通知,对未来煤炭行业的发展进行了详细规划,公司各级领导也多次莅临现场对智能化开采技术的发展方向对我们进行指导,依托国家发改委“煤炭绿色安全高效开采国家地方联合工程研究中心”和“煤炭行业煤炭绿色开采工程研究中心,我矿本着“综采无人化、矿井智能化”的原则,对未来智能化矿山发展方向进行了新的规划:
1、勇于探索,完善两顺槽及设备列车实时监控,真正实现工作面、两顺槽“无人操作,一人巡视”的生产模式,进一步将职工从危险、恶劣的环境中解放出来。
2、与天玛公司合作,抛开“煤岩识别”世界性难题,利用美国lasik技术与工作面巡检车技术,实施工作面全程巡检新工艺。
利用巡检车自身携带的监控设备,全程实时对采煤机两采高(运行数据)进行监控,同时对工作面工况数据进行采集、记录,绘制轨迹曲线,指导工作面下一循环生产。
3、建立覆盖全工作面的高稳定性、高通讯速度无线wifi网络,实现控制信号、监控信号、通讯信号等所有数据的高速无线传输,进而减少缆线的投入,提高系统运行效率。
4、与相关厂家进行技术合作,研发具有故障位置高精度定位,故障原因详细罗列,处理方法、处理步骤专业指导的设备故障智能自诊断技术,指导职工快速处理故障。
5、持续进行系统升级,引进更加先进的数据采集系统及传感器,高精度指导系统运行,提高设备自动化运行效果。
6、开发智能化控制系统工业4.0版本,甚至5.0版本,并配套建立云数据中心,通过对大数据进行进行集成与高速分析,准确指导工作面所有设备智能化控制。
7、开发具有自动提醒、报警功能的移动终端及PC终端。
控制系统出现异常时,控制系统自动通过短信、微信等平台提醒管理人员。
8、加快高性能移动电源的引进,实现工作面自动化设备移动供电,进而减少缆线及相关电源的投入,便于自动化系统升级改造。
9、研究综采工作面智能化配套设备高稳定性、高精度调控、高精度智能识别以及高适应性等技术,满足各种地质构造及采高,实现设备的高适应性。
10、研究探索综采两端头多功能切顶支架及自动化控制系统,解决人工用液压单体柱打切顶柱的现状,并全面实现远程控制。
11、研究探索掘进工作面智能控制系统,实现远程控制,切实降低工人劳动强度,改善工作环境。
我们计划分步实施:
第一步解决全工作面视频可视化的问题;第二步解决远程控制的问题;第三步解决数控的问题(红外成型矩形图,设定割煤轨迹,实现一次成型);第四步解决快速支护的问题。
12、在现有智能化基础上,探索研究满足“110工法”开采要求的智能化设备选型和配套,推进“110工法”智能化综采工作面的建设进度。
七、经济效益和社会效益
(一)经济效益
1.国产装备配套投入少
国产综采装备无人化技术研究与应用的成功,将满足我国煤矿智能化发展的需要,具有广阔的应用前景,可大大节约生产投入的成本。
与同类型的智能化综采工作面相比,国产装备购置价格约为国外产品的65%,一个薄煤层工作面成套装备智能化系统设备购置可节约3000万左右;一个中厚煤层工作面成套装备智能化系统设备购置可节约4000万左右;配件价格为进口价格的35%左右,每年可节约材料费近100万元/面。
2.生产能力有增无减
薄煤层智能化综采装备应用的1001、1002、1003、1004工作面地质条件差、煤层分布不均、较薄且时有夹矸现象,依然创造了单班(8小时)无人化连续推进8刀30架的最高纪录,月生产能力达到17万吨以上。
中厚煤层智能化综采装备应用的802、621、623工作面煤层较厚,单班生产能力达到8刀,月生产能力稳定保持在23万吨以上。
3.工作面减员效果显著
与传统开采相比,生产期间工作区域由原来9人联合操作(煤机司机3人、支架工5人、运输机司机1人)减至1人巡视,仅此一项每年可节约500多万元,人工工效薄煤层达到133吨/工,中厚煤层达到149吨/工。
通过智能化无人综采工作面两顺槽超前支架升级改造,由原来的24人单体支护减至12人遥控操作,并且具备了自动化远程控制功能,每年可节约300万元。
通过两次升级改造,生产班每年节约人工成本800万元以上。
(二)社会效益
1.实现了“两解放”。
一是把矿工从艰苦危险的环境中解放出来,切实保护从业人员安全健康,体现了“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针;二是把矿工从超强度体力劳动中解放出来,采煤司机在地面远程操控实现煤炭开采,体现了“以人为本、安全发展”的改革方向。
2.实现了对较薄煤层区域煤层的正常开采,提高了煤炭资源回收率,有效地减少了资源浪费。
3.全国产化设备,开创了国产成套装备智能化开采的先河,可完全替代进口技术和产品,对我国智能化综采工作面较薄及中厚煤层开采有着重要的现实意义。
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