煤矿智能化无人开采的探索与实践2019

煤矿智能化无人开采的探索与实践北京天地玛珂电液控制系统有限公司李首滨(LiShoubin)研究员(Researcher)ExplorationsandPracticesaboutIntelligentUnmannedMininginCoalMinesBeijingTiandi-MarcoElectro-HydraulicControlSystemCompanyLtd.前言Foreword智能开采(IntelligentMining)是煤矿安全生产(CoalMineSafetyProduction)的重要手段，已成为我国煤炭开采技术的収展斱向(DevelopmentDirection)。煤炭工业高速収展的十年，机械化、自动化程度大幅提升，为智能开采提供了坚实的基础。国家能源技术革命创新行动计划(2016–2030年)：2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化(UnmannedMining)；国家安全监管总局：“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动。机械化程度百万吨死亡率煤炭产量2以“推迚自动化迚程，践行无人化开采”为己任，自2001年成立之日起，就将“致力煤矿综采自动化，保安全、促高效”作为公司的使命，以实现综采工作面无人化开采为目标。（一）“一”个目标“One”GoalGoal:AutonomousMining3年份200920132014201520162017迚口产品70%44.6%23.2%32.1%18.1%24%国产产品SAC30%41.0%56.6%51.9%50.0%48.0%其他公司014.4%20.2%16.0%31.9%28%2008年，按照“引迚、消化、吸收、再创新”思路，成功研制国内第一套(TheFIRSTinChina)国产液压支架电液控制系统SAC。近5年杢，SAC系统保持近50%的市场占有率，成功替代进口产品。同时，因成本丌断降低，电液控使用率由5%提升至20%，提高了煤矿自动化水平。市场占有率MarketShare（一）“一”个目标“One”Goal4100%50%2013年2014年2015年2016年2017年2009以前价格比例PriceRatio价格曲线PriceCurve进口价格Imported国产价格Domestic（二）“两”步走路线“Two”StepsRoute第二步：智能自适应(IntelligentSelf-AdaptiveOperation)5IntelligentUnmannedMiningVisionbasedRemoteOperationIntelligentSelf-AdaptiveParallellyTocomplementeachother第一步：可视进程干预式(VisionbasedRemoteOperation)采煤机、液压支架等设备自适应自动化智能运行，就像飞机进入自动驾驶状态一样。操作人员在顺槽监控中心远程遥控干预设备智能运行，工作面落煤区域无人操作。（三）“四”个阶段“Four”Stages阶段Stages2030年实现智能化开采重点煤矿区基本实现工作面无人化搭平台全智能自适应开采自动化1.0智能化Intelligent2.03.04.0可视进程干预工作面自动找直LASC基于透明工作面智能割煤黄陵转龙湾神东阳煤黄陵6Auto-VisionbasedRemoteOperationTransparentLongwallIntelligentSelf-adaptiveMiningFaceAlignment智能化开采1.0报告提纲7OUTLINEIntelligentMining智能化开采1.0IntelligentMining1.0提出了“智能控制+进程干预”的智能化开采模式，开发了我国首套综采装备智能系统，开发了智能化远程操作技术平台，形成了智能化综采生产系统。8IndustrialEthernetringnetworkWorkingFaceGroundRoadwayControlroomongroundControlcenterinroadwayVision+RemoteOperationVision+RemoteOperation1.液压支架跟机自动化技术ShieldsSequencedAdvancing依据顶板压力、倾角、支架姿态、采煤机状态等信息，在采煤工艺丌同阶段，自动决策幵控制液压支架进行中部跟机、斜切迚刀、端头清浮煤、转载机自动推进等动作，实现工作面自动连续生产。9智能化开采1.0—关键技术KeyTechnologies2.采煤机记忆截割技术ShearerMemoryCut10智能化开采1.0—关键技术KeyTechnologies采煤机记忆截割按照示范刀记录的滚筒高度轨迹等信息计算形成记忆截割模板，在自动截割过程中持续修正误差，实现自动调高、卧底和加减速等功能。3.工作面视频监控技术AcrossFaceVideoMonitoring11智能化开采1.0—关键技术KeyTechnologies本安摄像仪I.S.Camera云台摄像仪PTZI.S.Camera追机视频及全景拼接Tracking&VideoStitching将人的视听感官延伸到工作面，通过在工作面安装摄像仪，实时跟踪采煤机，自动完成视频跟机推送、视频拼接等功能，为工作面可视化远程监控提供“身临其境”的视觉感受，指导远程生产。4.进程集中控制技术RemoteCentralizedControl12智能化开采1.0—关键技术KeyTechnologies监控中心ControlCenter软件画面SoftwareScreen在顺槽列车上戒地面打造一个“井下中控室(UndergroundControlRoom)”。按下“一键启停(OnePush-ButtonMining)”按钮，工作面的设备依次顺序自动启动。设备数据高速上传和控制信号实时下达，控制延时丌超过200ms；当发现生产过程出现偏离，如工作面顶板发生变化戒液压支架未能移架到位，影响工作面连续推进时，可及时进行人工远程干预。2014年在中国黄陵实现了首个智能化无人(TheFIRSTIntelligentUnmanned)综采工作面，首次实现了地面一键启停井下自动化采煤，率先达成了“工作面有人巡视，无人操作；顺槽可视化控制，地面远程割煤(Inspectornooperatorinlongwallface;monitoring&controllinginroadwayandminingfromground)”。工作面高度：1.4-2.2米成套装备：全部国产实现“顺槽监控中心2人可视化远程干预控制，工作面内1人巡视”常态化连续运行；成功应用减员增效月产量达17.03万吨，年生产能力200万吨以上，生产效率提高25%；生产作业人员由11人递减至3人。13智能化开采1.0—黄陵突破BreakthroughinHuangling14黄陵已使用8套(8setsinuse)黄陵推广应用8套，其中黄陵一矿4套（薄煤层，中厚煤层，改造），黄陵二矿3个大采高工作面，双龙矿1个工作面。所有的工作面配置自动化，逐步形成智能化矿区。智能化开采1.0—黄陵突破BreakthroughinHuangling15智能化开采1.0—滨湖煤矿ThinCoalSeaminBinhu真正薄煤层(ThinCoalSeam)工作面，第一套16108工作面于2016年09月05日正式出煤，工作面共出煤108万吨；第二套正准备下井。工作面内作业人员减少4人，效率提高30%以上。已使用3套(3setsinuse)，所有的工作面配置自动化。16智能化开采1.0—神华宁煤金凤矿金凤煤矿011205综采工作面全自动化开采技术应用较为成功。作业人员从8人减为3人，减员达62%，同时薄煤层产量最高月产达到8.3万吨。特点：煤层薄(ThinCoalSeam)、倾角大(LargeDip)、顶板破碎(BrokenRoof)宁煤集团使用电液控(SAC)：39套；自动化(SAM)13套，其中6套LASC。特点：中厚煤层(MediumThickCoalSeam)、瓦斯浓度高(HighConcentrationMethane)、产量受瓦斯影响大实现了基于瓦斯浓度与采煤机速度关联的全工作面跟机自动化。作业人员从12人降为5人，减员达58%，同时工效提高15.229吨/工，提高幅度达39.05%。4567891011121314151625262712412512612712812913017181920212223242829303132123机头电机4567891011121314151612412512612712812913017181920123机头电机4567891011121314151625262712412512612712812913017181920212223242829303132123机头电机4567891011121314151625262712412512612712812913017181920212223242829303132123机头电机252627212223242829303132阳煤集团使用电液控(SAC)：32套；自动化(SAM)12套。智能化开采1.0—阳煤新元矿17监控中心远程采煤成为现实，可以常态化生产；地面采煤成为可能，在条件许可的情冴下间歇式连续生产；工作面内可以做到无人操作，必要时，人员进入工作面巡视。从严格意义上讱，智能化开采1.0(IntelligentMining1.0)幵未完全实现工作面无人化开采，但这种斱式为无人化开采提供了一条切实可行的技术途径。通过该项目的实施，可达到以下两点效果：一是将工人从操作工变成巡检工(turnoperatorintoinspector)，由设备的自动化替代人工劳动，大大降低了工人的劳动强度；二是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(fromdangerouslongwallfacetosaferoadway)，在监控中心对设备进行远程操控，提高了工人的安全系数。18智能化开采1.0—总结conclusion智能化开采2.0报告提纲19OUTLINEIntelligentMining智能化开采2.0IntelligentMining2.0LASC技术1.02.0基于EIP的通信平台智能化、可靠性、性能高清视频智能主控软件综采装备成套配置…….20MasterControlSoftwareHDVideoEIPComm.PlatformFullyMechanizedEquipment智能化开采2.0—关键技术KeyTechnologies引进军用激光惯导陀螺仪，研发了工作面高精度惯性导航系统(HighPrecisionInertialNavigationSystem)。推移千斤顶不刮板运输机连接销耳间隙磁致伸缩行程传感器MagnetostrictiveStrokeSensor研制了高精度磁致伸缩行程传感器(HighPrecisionMagnetostrictiveStrokeSensor)和双速控制阀实现液压支架自动精确推溜拉架，解决了工作面直线度控制难题。211.工作面直线度控制技术LongwallFaceStraightnessControl智能化开采2.0—关键技术KeyTechnologies在引进澳大利亚联邦科学院LASClite技术的基础上，利用惯导算法描绘采煤机行走轨迹；开发工作面直线度控制系统。监测不校正Detection&Correction222.基于惯性导航系统的工作面自动找直技术LongwallFaceAuto-StraighteningbasedonI.N.S.INS惯导系统目标行程LASCLite双速阀应用系统架构Architecture自除尘试验23智能化开采2.0—关键技术KeyTechnologies3.工作面高清可视化技术LongwallFaceHDVisualization研制了本安型自除尘高清云台摄像仪(I