智能矿山建设规划策略研究

2021-12-30尤占一刘云鹏

科技创新与应用 2021年23期

尤占一，马超，江洋，刘云鹏

(铁法煤业(集团)有限公司晓明矿，辽宁铁岭112000)

随着社会化大生产的不断扩大，我国经济总量也有了全面提升。当前，我国国内生产已经形成了良好的发展态势，并在国际上获得了相应的地位，中国制造进入了国际市场。随着“中国制造2025”和“互联网+”的强国政策实施，我国企业迎来了良好的发展机遇，同时这对企业来说也是一个挑战。企业要想在激烈的市场中脱颖而出，则要不断进行自身建设，提高市场活力才能保证竞争力，传统企业要不断进行优化升级，融入到国际市场行列。能源型企业在国防、民用等各个领域都担任着重要的角色，随着企业理念的更新，信息化与工业化也已经深入开展起来，信息化建设，技术深度融合，传统产业转型势在必行。当下，聚焦国家发展战略大背景以及地方产业化规模发展目标建设，煤矿智能化发展已经成为了一种趋势。通过智能化建设，全面提高企业智能化、无人化运行效率，是煤炭企业未来发展目标，更是我国经济发展转型的根本路径。放眼煤炭行业发展的总趋势，必须要向国际化靠拢。为了保证企业生存与发展，国内外煤炭企业、科研院所和装备厂商，均在煤矿智能开采上进行了深入地研发，加大了投入力度，使智能化设备得到了良好的推广和应用，不断向低碳环保方向靠近，推动煤炭生产向少人、无人方向发展。针对煤炭企业未来的发展，全面加快推进数字化、智能化升级，建成智能煤矿生产管控体系是煤炭行业的必行之路。

1 智能化建设规划基本思路

智能矿山规划是一个复杂的过程，要全面根据自身的实际情况，进行合理地优化与建设，以此有效提升传统生产力，保证生产的连续性与安全性。智能化建设是当前最为热门的课题，可以说，多数配套服务厂商把智能化当成升级的总方向，进行设计时也加入了信息化集成元素，进行科学的统筹规划，这种是当前最为重要的方向。不同的角度对智能化的建设方向不同，各煤机应用及制造企业重点放在发展单机装备智能化上，通过单机设计的智能化改进为突破口，全面提高全链条生产效率，使复杂环节变得更加安全简便。但是，这种方式虽然对设备进行了环节优化，而衔接并不合理、能效匹配缺乏，在实际生产过程中，就容易出现子系统间、工艺衔接间、上下游设备间的不协调，运行起来就会出现各自为营的不利局面，使生产安全质量得不到保障。企业进行优化规划时，往往是缺少全盘的考虑，没有统筹好设备、工艺规划方案，就会导致重复性投入，造成资金的浪费，同时也很容易出现产业链条的断裂。要全面突破子系统之间的“视野局限”，使不同的系统形成协调的运行，就要纳入整体规划方案中。所以说，智能化建设必须要针对智能化升级改造进行创新，以提高设备运行效率为重点，实现以子系统或单机装备为代表的独立生产单元智能化，以此提高生产速度，保证质量;或者是将各关联工艺子系统间、上下游设备间进行科学的衔接，使多机装备形成智能化运行，保证多机的协同联动，通过对环节链条地改进，最后实现整个系统的智能改进，保证智能化决策的正确方向。

2 能效验证分析必要性

煤炭生产企业更加看重设备的运行效果，所以说，设备设计能力一定要远高于实际应用能力，这样才能在生产中体现优势，使企业能够自主运行，提高生产整体效率。如2 个区间重叠或部分重叠，则可以进行优化简化，通过对比预留智能化升级空间，使经济效益最大化，减少运行的程序;若2 个区间不重叠，但运行的效果不好，那么就需在智能化升级改造中全面提高设备的运行效率，以此确保设备整体能力提高。能效验证分析至关重要，特别是对于一些建设早、经历多次改扩建的大型煤企，一定要对现有的情况进行分析，通过验证重新核算工作质量。

从专业角度看，企业需要对既有系统做好信息化集成统筹分析，通过规划设计，拿出最为合理的设计方案。较多的企业是停留在对既有资源整合分析上，缺乏能效匹配统筹验证，所以优化后的效果也很难达到预期增效降本效果。煤企智能化升级整体规划，不论是哪种分析，都要对整个生产工艺链条做系统效能验证，不但要对子系统或单机装备做单元能效分析，还要做好整个工艺链条各独立生产单元的能效分析，这样才能够在有效范围内无缝衔接最优匹配关系，有效改变生产组织、调整设备运行、改造淘汰更新落后产能，确保各生产单元衔接匹配度更好。在整个生产工艺链条匹配度最优模式下，再开展针对单机装备智能化升级、多机装备智能协同联动改造，才能最大程度地提高智能化应用水平，有效保证企业的效益。

3 单机装备的智能化建设

3.1 具备深度感知能力

煤炭生产工艺链条是一个整体结构，是由多个独立生产单元构成的，个体的设备功能决定了整体的速度与质量，要提高整体运行质量，必须要在单机设计上下功夫。针对每个独立生产单元要做好设计优化，这样才能使诸多功能设备组合体效率提升。进行优化设计要推进整体智能化蓝图设计，单机装备是智能化基础，只有保证了单机装备智能化改进，才可以全面实现组合联动。单机优化要保证深度的感知能力，以此实现单机智能改进。调和感知是运行的基础。设备运行安全最为关键，那么设备运转时的本身状态实时自检最为主要，通过实现功能检测，保证设备良好的稳定运行，同时还需要做好上游关联设备状态、物料介质流信息等的分析，通过预判全面建立数据共享机制。

3.2 具备记忆与思维能力

单机运行要降低故障率，才能确保工作连续性，针对设备的记忆设计，一定要全面保证设备本身数据积累、功能质量数据积累全面达标。设备自身运行与状态数据是设备管理的基础，主要为设备全寿命周期进行科学的管理提供充分依据;同时，通过数据的分析还能解决故障问题，对故障进行技术性诊断，全面做好故障的提前预判;功能质量数据能够为工艺调整进行决策，这是设备运行的核心需求，通过全面的运行，积累相关的参数数据，全面预判设备运行状态，及时计算出设备的情况。

3.3 具备行为决策能力

设备基本思维预判得到分析结果后，要能够进行充分验证复核，这样才能全面确定故障的情况，使问题得到全面解决。设备本身运行状态不好，容易出现偏差，则必须进行闭环纠偏;设备本身故障的问题，需要按等级做好紧急保障;上游物料及介质流变化不够稳定，则要通过调节工艺参数确保质量。所以设备在进行参数设计完成后，遇到此类型的问题，就能够在无人的情况下进行解决，保证设备良好运行。

3.4 具备自学与自适应能力

设备运行中对于一般功能性运行，有固定设置，能够全面保证正常的运行状态。但是，在运行时往往容易产生特殊的异常，面临复杂的运行过程，故障在所难免。智能化运行前，大部分设备运行是靠人工完成的，人工完成容易出现故障，影响到设备的速度与运行质量。智能化改进则是在无人的情况下完成各种操作指令，出现特殊情况就必须要求进行正确的处理，所以只有实现自适应能力，才能确保设备安全可控。类似问题再次发生必须自动识别，并能够有效解决好，进而全面保证设备按照程序运行。

4 多机装备的智能化协同

4.1 实现“智能决策”

要全面建设平台系统，通过智能单机装备间互联互通，保证平台的合理运行。“智能决策”能保证平台良好运行。

井工开采及选煤领域是一个重要的环节，要保证这个环节的工艺流程更加科学，才能实现生产连续性。正常情况下的生产组织方式是固定不变的，但是智能化应用后，各生产工艺组合最优化，哪一个生产节点若出现物料或介质流瞬变，由智能单机装备进行自行智能调节，实现高质量运行。实际生产中，往往并不是按照设计进行的，不排除出现某套独立生产单元出现故障，这就要使用“智能决策”来进行控制，通过系统平台的分析，给出最优、科学、有效的生产组织方案，最终达到完全无需人为干预或只需人为审核执行，达到一键智能运行、自主科学决策的生产组织模式。

4.2 提高组织灵活性

露天开采领域离散型生产工艺中，能够大大提高生产组织机动灵活性，通过智能化改进，全面提升车、铲匹配随机调整。在平台建设上，要全面考虑到各种问题，不同的设备采购、投用、维修、保养、批次、修程不同，在性能上存在很多的差异化，不同独立生产模块单元(1 铲及辅助+N 车及辅助)运行工况差异大，智能化改进，要全面针对露天开采大型矿机装备智能化建设，全面做好分析，解决好各种难题，进行改造前要考虑老旧设备相关改造性价比、投入产出比。所以露天开采领域要实现离散工艺多机装备协同智能化，要根据企业自身需求来解决，要全面满足实际生产量，通过全面的论证，解决好平台建设问题，做好需要长期改进的准备，做好系统设计与整体规划，这样才能在进一步做好相关投入后得到应有的回报。

5 智能装备与智能机器人的定向开发

智能化升级要做好蓝图构架的分析设计，通过与生产的协调，围绕生产工艺主链条作好技术性分析与方案设计，要在实践中总结经验，不断完善，才能实现原有固定工作岗位及各级调度指挥岗位无人化、智能化建设，有效解放生产力，降低企业管理成本。企业在加紧建设智能矿山主构架同时，更要在智能设备上做好改进，通过设备的改进优化生产流程，保证配套主工艺链各个子模块及辅助生产模块更加智能。跟进技术发展，逐步配置或定制开发智能采矿装备及采矿专用机器人，使重复性高、作业量大和风险性高的作业工序实现无人操作，利用人工智能解决生产问题。

6 智能化建设相关建议

6.1 加强顶层设计

当前，我国大部分能源型企业都历经了1 次自动化、数字化升级改造，但是我国能源企业多数还较为传统，各个岗位用人量相对较大，要想全面提高智能化建设水平，则需要一个过程，通过智能化、无人化或少人化生产转变，全面推动企业进行一次真正的新工业技术革命。为了更加有效保证智能化建设的实现，企业就要根据自身的发展水平，从日常的、基础性的工作着手，立足长远、统筹谋划，关注前沿技术，抓好细节、打牢基础。

一是投入与产出同步。要有整体性的战略规划，从强化目标入手，做好整体规划引领，优化智慧矿山建设投资结构比例，全面转变建设理念、系统架构、综合管理、智能技术与装备研发各项工作，以自身的条件，先建立示范煤矿，凝练出可复制的智能化技术改进方式，总结好智能装备、生产模式、管理方法等经验，然后再不断进行推广。二是坚持宏观与微观并重。不断强化科技含量，推动技术改进，通过技术创新实现效率变革。煤炭企业要全面把握好市场导向，着力补短板、强弱项，制定煤矿智能化发展行动方向、实施路径和政策措施，有效促进技术成果转化，提高煤矿智能化水平。三是供给和需求并举。引进物联网、AI 技术、5G 技术等，全面发挥现代技术优势，在煤炭工业领域推广应用，不断创新发展智能煤矿。

6.2 建立智能煤矿技术标准

通过煤矿智能化标准体系的建立，进一步引领发展方向。一方面国家要加快开展煤矿专项智能化标准体系建设，从技术纲要、技术规范、管理规范、技术标准、应用架构、基础设施、信息安全等方面，全面实现流程化、标准化。加强技术解读，为智能化发展营造良好氛围。另一方面对“卡脖子”技术进行系统研究。推动云计算、大数据、物联网、人工智能、移动互联等技术应用，并与传统技术相结合，实施重大专项、重点项目研发，支持科技成果在实践中的应用转化。