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【視角 · 觀點】中鋁寧夏能源集團(tuán)劉青紅：寧夏煤礦智能化建設(shè)實踐與發(fā)展

時間：2023-02-10 來源：瀏覽：

【視角 · 觀點】中鋁寧夏能源集團(tuán)劉青紅：寧夏煤礦智能化建設(shè)實踐與發(fā)展

原創(chuàng) 劉青紅智能礦山雜志

智能礦山雜志

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功能介紹首個聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用最新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。宣傳國家智能礦山建設(shè)方針政策，報道智能礦山最新科研成果，交流智能礦山建設(shè)經(jīng)驗，推廣智能礦山先進(jìn)技術(shù)與裝備，培養(yǎng)智能礦山科技人才。

收錄于合集 #視角·觀點 41個

煤炭是寧夏回族自治區(qū)（以下簡稱寧夏）的主要能源資源，煤炭及煤電、煤化工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)占寧夏工業(yè)增加值的 50%左右，煤礦智能化是實現(xiàn)寧夏煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，提升煤礦安全生產(chǎn)水平的有效途徑。2020年8月，寧夏發(fā)展改革委會同寧夏應(yīng)急管理廳、煤礦安全監(jiān)察局等部門聯(lián)合印發(fā)了《寧夏回族自治區(qū)煤礦智能化發(fā)展實施方案》，明確到2025年，120萬t/a及以上大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實現(xiàn)智能化，實現(xiàn)通風(fēng)、地質(zhì)、采煤、掘進(jìn)、機電、運輸、洗選等系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行；到2035年，寧夏各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。

文章來源： 《智能礦山》 2022年第11期“視角·觀點”專欄

作者簡介： 劉青紅，工程師，主要從事煤礦智能化建設(shè)與管理工作

作者單位： 中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司

引用格式： 劉青紅 . 寧夏煤礦智能化建設(shè)實踐與發(fā)展 [J].智能礦山，2022，3（11）8-13.

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國內(nèi)煤礦智能化發(fā)展現(xiàn)狀

我國煤炭開采經(jīng)歷了人工炮采、機械化采煤、綜合機械化采煤，目前正逐步向自動化采煤及智能化開采方向邁進(jìn)。2015年，北京天瑪智控科技股份有限公司（以下簡稱天瑪智控）的成套智能化無人開采技術(shù)率先在陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦實現(xiàn)突破，首先以巷道控制中心遠(yuǎn)程干預(yù)的方式實現(xiàn)了少人化采煤，后續(xù)又實現(xiàn)了地面操作控制中心遠(yuǎn)程干預(yù)的采煤方式。近年來，國家能源集團(tuán)、中煤能源集團(tuán)、晉能控股集團(tuán)、山東能源集團(tuán)、陜煤集團(tuán)、平煤神馬集團(tuán)等大型煤炭企業(yè)均開始煤礦智能化建設(shè)，并在減人增安提效方面取得了一系列成果。

目前，國家計劃首批建設(shè)70個智能化示范煤礦，據(jù)統(tǒng)計，全國已建成800多個智能化采掘工作面，具有示范代表性的有國家能源集團(tuán)的上灣煤礦、棗泉煤礦，陜煤集團(tuán)的張家峁煤礦等礦井。智能化采煤工作面應(yīng)用基于雙滾筒采煤機較為成熟的智能化開采、工作面多設(shè)備協(xié)同采煤控制等技術(shù)，建立基于多信息監(jiān)測的集中控制平臺，減少了采煤工作面作業(yè)人員，有效降低了工人勞動強度，提升了井下作業(yè)的安全管控水平。

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寧夏煤礦智能化發(fā)展現(xiàn)狀

寧夏現(xiàn)有生產(chǎn)煤礦27處，設(shè)計產(chǎn)能1億多t/a，原煤產(chǎn)量8 600多萬t，其中國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司（以下簡稱寧夏煤業(yè)）原煤產(chǎn)量占6 600多萬t，中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司（以下簡稱中鋁寧夏能源）、寧夏寶豐能源股份有限公司（以下簡稱寧夏寶豐能源）、中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司（以下簡稱中石化長城能化（寧夏）公司）、寧夏紅墩子煤業(yè)有限公司（以下簡稱紅墩子煤業(yè)）及其他公司占2 000多萬t。隨著寧夏煤礦機械化、自動化、信息化和智能化建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，大中型煤礦已基本實現(xiàn)采掘機械化、自動化，特別是國家能源集團(tuán)的棗泉煤礦、金鳳煤礦，開展煤礦智能化建設(shè)以來取得了實質(zhì)效果，但寧夏煤礦整體依然存在智能化水平低、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范不健全、技術(shù)裝備保障不足等問題。

目前，寧夏煤業(yè)大部分礦井已全面推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，中鋁寧夏能源、中石化長城能化（寧夏）公司等也高度重視煤礦智能化建設(shè)，正在根據(jù)公司所屬礦井的地質(zhì)條件、資源賦存、裝備現(xiàn)狀等情況，積極開展智能化煤礦頂層設(shè)計及成熟智能化子系統(tǒng)的建設(shè)工作。

寧夏煤業(yè)智能化煤礦建設(shè)實踐

寧夏煤業(yè)是寧夏的重點大型煤礦企業(yè)，在全自治區(qū)有著示范引領(lǐng)作用。2017年，在其下屬的金鳳、金家渠等煤礦進(jìn)行智能化試點建設(shè)，實施了礦端虛擬云平臺、萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)、4G無線通信、主運輸系統(tǒng)智能調(diào)速、智能礦山移動監(jiān)管平臺等系統(tǒng)建設(shè)。2020年，寧夏煤業(yè)棗泉、金鳳、紅柳3對礦井被列為國家首批智能化示范建設(shè)煤礦，通過基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)升級改造、采掘工作面智能化建設(shè)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)智能化升級改造、安全綜合管控平臺等系統(tǒng)的建設(shè)，利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)了智能感知、業(yè)務(wù)融合、分析決策等功能，為礦井安全生產(chǎn)提供了有力保障，為寧夏全面建設(shè)煤礦智能化提供了示范作用。目前各系統(tǒng)建設(shè)情況如下。

（1）智能化采煤

寧夏煤業(yè)自2013年開始立項，首先在金鳳煤礦（薄煤層）和梅花井煤礦（中厚煤層）開始探索與嘗試采煤工作面自動化開采技術(shù)，2對礦井分別采用了德國瑪珂系統(tǒng)分析與研發(fā)有限公司和天瑪智控的自動化控制系統(tǒng)，截至目前，已累計為23個采煤工作面配備了自動化開采裝備，成功實施了不同地質(zhì)條件下的自動化開采。近年來，寧夏煤業(yè)主要在羊場灣、紅柳、金鳳、棗泉、雙馬煤礦實施智能化工作面采煤技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)礦井采煤隊出勤人數(shù)減至原來的2/3，其中紅柳煤礦實施了采煤機慣性導(dǎo)航+記憶+智能截割+支架智能感知調(diào)整+泵站遠(yuǎn)程供液及智能控制+“三機”及運輸系統(tǒng)智能控制等智能化開采工藝，采煤工作面作業(yè)人員數(shù)量由原來的12人減至6人。智能化采煤發(fā)展階段與技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。目前寧夏煤業(yè)正加大科研投入，計劃推進(jìn)基于TGIS智能化工作面科研項目，嘗試實現(xiàn)綜采隊出勤人數(shù)減至原來1/3的目標(biāo)；同時計劃2025年前通過維修再制造+更新改造升級智能化開采等方式，全部實現(xiàn)智能化開采。

圖1 智能化采煤發(fā)展階段與技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)

（2）智能化掘進(jìn)

一直以來，相對于國內(nèi)煤礦綜采技術(shù)裝備的快速發(fā)展，掘進(jìn)智能化技術(shù)進(jìn)展緩慢。寧夏煤業(yè)確定并實施連續(xù)化作業(yè)與標(biāo)準(zhǔn)化配置、掘錨一體化、掘支平行與智能化“三步走”的智能掘進(jìn)升級改造技術(shù)路線。先是利用懸臂式掘進(jìn)機改造了1臺掘錨機并在梅花井煤礦試用，后又逐步在其他礦井使用三一重型裝備有限公司、徐工基礎(chǔ)工程機械有限公司及山東天河科技股份有限公司等設(shè)備廠商生產(chǎn)的懸臂式掘錨一機。近2年寧夏煤業(yè)進(jìn)行設(shè)備功率升級、掘錨護(hù)一體化、遠(yuǎn)程操控、帶式輸送機自移機尾伸縮機身、掘進(jìn)工作面所有設(shè)備集中控制、自動化噴漿系統(tǒng)等研究與應(yīng)用，掘進(jìn)工效有效提升。寧夏煤業(yè)正在規(guī)劃用5年左右的時間完成快速掘進(jìn)裝備的研制，通過與中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司、三一重型裝備有限公司等研究院及設(shè)備廠商合作，開發(fā)應(yīng)用掘錨一體機+錨運機+帶式輸送機尾自移+噴漿機器人施工的工藝組合，實現(xiàn)巷道掘、錨、支、運、噴平行作業(yè)，有效減少作業(yè)人員。同時通過系統(tǒng)優(yōu)化、強化組織、激勵組織等保障措施，提高煤礦掘進(jìn)工效。智能化掘進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能化掘進(jìn)技術(shù)體系架構(gòu)

（3）智能化輔助系統(tǒng)

目前，寧夏煤業(yè)下屬全部礦井生產(chǎn)輔助系統(tǒng)方面的供電、通風(fēng)、供排水、壓風(fēng)、制氮等大部分固定崗位實現(xiàn)了“有人巡視、無人值守”；成功實施了礦井主通風(fēng)機故障狀態(tài)下一鍵啟停和自動切換改造；同時正在任家莊、麥垛山等煤礦試點應(yīng)用智能通風(fēng)系統(tǒng)，其他礦將逐步推廣使用。下一步是對已實現(xiàn)“無人值守、有人巡視”條件的生產(chǎn)輔助系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行智能化升級改造，加快推進(jìn)輔助系統(tǒng)少人無人作業(yè)，智能化輔助系統(tǒng)如圖3所示。預(yù)計2022年底，寧夏煤業(yè)各礦所有生產(chǎn)輔助系統(tǒng)基本完成智能化升級改造，實現(xiàn)“無人值守+有人巡檢（部分機器人巡查）+高清可視化遠(yuǎn)程集中控制”。

圖3 智能化輔助系統(tǒng)

（4）智能化選煤

寧夏煤業(yè)寧東片區(qū)所有選煤廠均已全部實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，原煤配煤定量入洗、分流補水調(diào)節(jié)、加介加藥控制等工藝環(huán)節(jié)全部自動化，創(chuàng)新應(yīng)用基于煤質(zhì)組成的重介分選過程調(diào)控專家咨詢系統(tǒng)、TDS智能干選等新型技術(shù)，通過技術(shù)應(yīng)用各廠生產(chǎn)班運行人員均有所減少，比較具有代表性的棗泉煤礦選煤廠分廠，生產(chǎn)班由原來的平均30人左右崗位工減少至目前7~9人巡檢工。下一步，寧夏煤業(yè)將遴選幾個智能化程度較高的選煤廠，逐步推進(jìn)“黑燈無人”選煤廠的建設(shè)。智能化升級改造完成后，將實現(xiàn)選煤廠生產(chǎn)組織由現(xiàn)場巡檢向無人值守轉(zhuǎn)變，由現(xiàn)場控制向可視化集中控制轉(zhuǎn)變，由人工數(shù)據(jù)采集向系統(tǒng)智能采集轉(zhuǎn)變，由設(shè)備運行依靠歷史經(jīng)驗分析向人工智能大數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)變。

中鋁寧夏能源智能化煤礦建設(shè)實踐

近年來，中鋁寧夏能源高度重視煤礦智能化建設(shè)工作，準(zhǔn)確把握公司煤礦智能化建設(shè)形勢任務(wù)，制定了煤炭產(chǎn)業(yè)智能化建設(shè)規(guī)劃，基本建設(shè)路徑：①統(tǒng)籌規(guī)劃、分類施策，根據(jù)4對礦井的煤層賦存條件、生產(chǎn)系統(tǒng)、裝備現(xiàn)狀等情況，制定不同的煤礦智能化建設(shè)實施規(guī)劃，按照規(guī)劃內(nèi)容實施建設(shè)；②試點先行、穩(wěn)步推進(jìn)，遴選條件較好的王洼二礦開展智能化建設(shè)，以點帶面，中鋁寧夏能源其他礦井將按照王洼二礦模式進(jìn)行復(fù)制建造；③需求牽引、重點推行，按照各煤礦實際情況，重點推進(jìn)煤礦巷道優(yōu)化、高效掘進(jìn)、輔助系統(tǒng)的智能化升級改造，減少作業(yè)人員，不斷破解中鋁寧夏能源高質(zhì)量發(fā)展的難題和技術(shù)瓶頸；④自主創(chuàng)新、強化攻關(guān)，積極引入“互聯(lián)網(wǎng)+煤礦”和“大數(shù)據(jù)”發(fā)展戰(zhàn)略，面向社會尋求重大項目合作，與院士團(tuán)隊、科研院所、工程設(shè)計公司、相關(guān)科技企業(yè)單位開展產(chǎn)學(xué)研用方面的深度合作，開展重大技術(shù)攻關(guān)，不斷突破發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)寧夏首個智能化綜放工作面的建設(shè)。同時中鋁寧夏能源各礦加大地質(zhì)災(zāi)害的治理力度，銀洞溝煤礦開展生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，王洼煤礦、王洼二礦、銀星煤業(yè)實施軟巖支護(hù)、超前疏放水等工作，為下一步全面開展智能化建設(shè)奠定了安全基礎(chǔ)。

寧夏其他煤礦企業(yè)智能化建設(shè)實踐

寧夏寶豐能源、中石化長城能源（寧夏）公司、紅墩子煤業(yè)也積極推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，編制本單位的煤礦智能化建設(shè)規(guī)劃，3家單位的基本建設(shè)路徑：①以機械化為基礎(chǔ)，淘汰落后裝備，不斷推進(jìn)本單位煤礦新裝備的應(yīng)用，如各礦推進(jìn)應(yīng)用巷道修復(fù)機以減少巷道修復(fù)輔助人員，部分老礦井原有手動閥操作的液壓支架逐步改造為電控，全面廣使用巖巷掘進(jìn)機，淘汰炮掘工藝；②以自動化為升級途徑，逐步減少人工操作，如寧夏寶豐能源、中石化長城能源（寧夏）公司對綜合自動化平臺進(jìn)行升級改造；③以信息化為創(chuàng)新方式，提高安全生產(chǎn)管理水平，各礦升級改造安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、推廣井下重點區(qū)域視頻全覆蓋等項目；④以智能化為發(fā)展目標(biāo)，積極加快推進(jìn)煤礦智能化相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)，新建采煤工作面全部按智能標(biāo)準(zhǔn)要求實施，預(yù)計紅墩子煤業(yè)紅一煤礦、紅二煤礦新建工作面均按智能化工作面標(biāo)準(zhǔn)投資，中石化長城能源（寧夏）公司銀星二號煤礦也正在計劃利用原有裝備開展升級改造工作。通過煤礦智能化建設(shè)，在控制技術(shù)方面，實現(xiàn)從人工手動干預(yù)、現(xiàn)場有人值守到自動控制、無人值守的轉(zhuǎn)變；在安全管理方面，實現(xiàn)由被動的事后響應(yīng)式管理到主動的事先預(yù)警與預(yù)控方向發(fā)展；在決策支持方面，從經(jīng)驗決策逐步向智能化決策方向發(fā)展；最終推進(jìn)寧夏自治區(qū)煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級及高質(zhì)量發(fā)展的步伐。

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寧夏煤礦智能化建設(shè)存在的問題

（1）寧夏煤礦開采區(qū)涵蓋石炭系、侏羅系等含煤地層，開采條件相對比較復(fù)雜，水、火、瓦斯、頂板、地?zé)帷訅旱葹?zāi)害影響也比較突出，煤層穩(wěn)定性較差，煤層賦存條件對煤礦智能化建設(shè)難易程度及建設(shè)效果存在一定影響。

（2）寧夏煤礦智能化建設(shè)主要集中于智能化采煤工作面、機電運輸系統(tǒng)固定崗位無人值守等系統(tǒng)，礦井智能化建設(shè)系統(tǒng)的集成度較低，存在信息孤島、信息煙囪等問題。

（3）智能化掘進(jìn)發(fā)展速度緩慢，寧夏煤礦煤巷綜掘月單進(jìn)平均為240～360 m，采掘失調(diào)依然是制約寧夏煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的痛點，亟需開展掘支平行作業(yè)和智能化掘進(jìn)技術(shù)、裝備與工程示范研究與實踐，研制出符合寧夏煤礦巷道圍巖條件的快速掘進(jìn)裝備。

（4）寧夏部分礦井工作面實現(xiàn)了常態(tài)化“有人巡視、無人值守”開采，但設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等可靠性依舊是制約智能化開采的瓶頸，亟需研發(fā)出適應(yīng)寧夏煤層條件的智能開采技術(shù)與裝備。

（5）對煤礦智能化的認(rèn)識和智能化建設(shè)意愿不統(tǒng)一，現(xiàn)有技術(shù)人員儲備不能滿足智能化建設(shè)要求，自動化、信息化人才匱乏。

（6）寧夏煤礦企業(yè)應(yīng)用的煤礦機器人較少，僅在個別礦井的井下主排水泵房、變電所等固定場所進(jìn)行了嘗試使用，尚未開展移動作業(yè)場所的探索；同時未開展應(yīng)急救援類機器人的應(yīng)用。

（7）煤礦智能化開采在減少勞動強度方面有明顯效果，但在提高采出率方面還需要提升，特別是超前支護(hù)裝備的落地實施，制約著部分礦井頂板管理。

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寧夏煤礦智能化建設(shè)建議

（1）政府引導(dǎo)，企業(yè)協(xié)同。根據(jù)地質(zhì)條件，制定符合寧夏煤礦實際的煤礦智能化建設(shè)指導(dǎo)建議、驗收標(biāo)準(zhǔn)等，突出目標(biāo)導(dǎo)向和實效導(dǎo)向，加大資金獎勵、細(xì)化激勵政策，確保落實。重點對國家首批建設(shè)的金鳳煤礦、棗泉煤礦、紅柳煤礦等智能化示范煤礦做好指導(dǎo)，形成可以復(fù)制的成功經(jīng)驗，為其他煤礦企業(yè)樹立標(biāo)桿，以點帶面推動全區(qū)煤礦智能化建設(shè)。

（2）加強與高校、科研院所的合作。與科研單位開展產(chǎn)學(xué)研用方面的深度合作，開展重大技術(shù)攻關(guān)，不斷突破發(fā)展瓶頸，開展適合于寧夏不同煤層賦存條件的智能化裝備研究，研發(fā)井下智能掘進(jìn)、超前支護(hù)、巡檢機器人、采煤機智能化截割、刮板輸送機上竄下滑智能化控制、井下智能分矸等技術(shù)與裝備，特別是要加強智能掘進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，切實提高單進(jìn)水平，破解采掘失調(diào)的難題。

（3）做好重大災(zāi)害治理的技術(shù)攻關(guān)。牢固樹立超前探查、超前治理、風(fēng)險預(yù)控、消除隱患的意識，重點攻關(guān)軟巖支護(hù)、防治水等難題，推廣應(yīng)用復(fù)合支護(hù)技術(shù)、“110工法”等技術(shù)，提高安全預(yù)防水平和隱患治理能力。

（4）就地取材，加強與寧夏自治區(qū)內(nèi)銀川科技學(xué)院、寧夏理工學(xué)院等相關(guān)院校合作。結(jié)合礦井生產(chǎn)安排，利用各種教學(xué)方式培養(yǎng)一批懂技術(shù)、會管理的人才隊伍。積極舉辦各類專業(yè)培訓(xùn)，充分調(diào)動煤礦作業(yè)人員的主動性，鼓勵員工自主學(xué)習(xí)，提升員工使用新技術(shù)、新裝備的崗位作業(yè)能力和創(chuàng)新能力，特別要重點培養(yǎng)智能化操作與管理方面的專業(yè)技術(shù)人才，組建高素質(zhì)、高效率的專業(yè)化人才隊伍，提升綜合管理水平。

（5）合理規(guī)劃配套產(chǎn)業(yè)布局。鼓勵寧夏煤機裝備制造業(yè)及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)深入開展煤礦智能化技術(shù)與裝備研發(fā)，加快技術(shù)與裝備短板的攻關(guān)，努力提升大功率變頻一體機與永磁技術(shù)，研發(fā)高可靠性圓環(huán)鏈、耐磨與耐腐蝕強度高的裝備部件，提高煤礦智能化技術(shù)裝備保障能力。

（6）寧夏煤礦企業(yè)全面推廣應(yīng)用井下中央變電所、井下排水泵房、地面壓風(fēng)機房、主運輸系統(tǒng)等固定機房（硐室）無人值守，減少現(xiàn)場作業(yè)人員；新建礦井全部按照智能化建設(shè)規(guī)范設(shè)計，新購置的設(shè)備全部選用成熟可靠的智能化裝備。

結(jié) 語

寧夏煤礦智能化建設(shè)在國家、寧夏回族自治區(qū)及行業(yè)相關(guān)政策的指導(dǎo)下，已取得初步成果，但是寧夏煤層賦存條件與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益存在一定的差異，智能化建設(shè)基礎(chǔ)仍然比較薄弱，部分礦區(qū)受水害、軟巖等地質(zhì)災(zāi)害因素的影響，各煤礦企業(yè)做好頂層設(shè)計的同時，還需加大相關(guān)災(zāi)害治理，統(tǒng)籌做好安全生產(chǎn)與高效發(fā)展，特別是需要加大掘進(jìn)自動化和智能化的投入力度，逐步解決各礦采掘失衡、掘支失衡的問題，真抓實干、開拓進(jìn)取，實現(xiàn)寧夏煤炭生產(chǎn)向智能化高質(zhì)量發(fā)展。