在陜煤化黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦地面指揮中心，采煤機(jī)司機(jī)劉錦和綜采支架工何厚水?huà)故斓夭倏v著控制系統(tǒng)按鈕，而此時(shí)在井下400米的地方，大量煤炭資源已連續(xù)不斷地開(kāi)采出來(lái)。這一在黃陵一礦看似再平常不過(guò)的場(chǎng)景，卻是全國(guó)幾代煤炭工人曾經(jīng)夢(mèng)寐以求的——煤炭開(kāi)采終于實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化。
煤炭開(kāi)采業(yè)歷來(lái)是“高危行業(yè)”，在終年不見(jiàn)天日的井下，不僅黑暗潮濕，更“潛伏”著水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災(zāi)害，時(shí)刻威脅著煤礦工人的生命安全。21世紀(jì)以來(lái)，盡管我國(guó)煤礦百萬(wàn)噸生產(chǎn)死亡率逐年下降，但要讓煤礦工人從這種惡劣的工作環(huán)境中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采才是真正的“治本之策”。
2015年4月，黃陵一礦自動(dòng)化工作面率先達(dá)到了工作面內(nèi)“有人巡視、無(wú)人操作”的常態(tài)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)“零”事故，開(kāi)創(chuàng)了綜采工作面采場(chǎng)無(wú)人化采煤的先河。同年5月19日，國(guó)家安監(jiān)總局、國(guó)家煤監(jiān)局組織了“全國(guó)煤礦自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)”，在全國(guó)推廣黃陵一礦智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)等先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。至此，我國(guó)采煤方法經(jīng)歷了人力、炮采、普采和綜采，正向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，初步實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化開(kāi)采。
初探無(wú)人化開(kāi)采
“無(wú)人化是世界煤炭開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭行業(yè)安全高效生產(chǎn)的迫切需要，而目前我國(guó)也已走在世界煤炭無(wú)人化技術(shù)研究的前列?！敝袊?guó)煤炭科工集團(tuán)董事長(zhǎng)、煤炭科學(xué)研究總院院長(zhǎng)王金華說(shuō)。
據(jù)記者了解，“十二五”期間，依托國(guó)家863計(jì)劃“煤炭智能化掘采技術(shù)與裝備”和國(guó)家發(fā)展改革委“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)”等重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)支撐，中國(guó)煤炭科工集團(tuán)、天地科技股份有限公司聯(lián)合中國(guó)平煤神馬集團(tuán)、山西太重煤機(jī)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等企業(yè)科研院所高校開(kāi)展了自動(dòng)化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)的研發(fā)工作，取得了開(kāi)創(chuàng)性的成效。在此基礎(chǔ)上，神華、中煤、陜煤、同煤、陽(yáng)煤、兗煤、晉煤、平煤、冀中能源、國(guó)投新集等大型煤炭企業(yè)也都開(kāi)始進(jìn)行探索與嘗試。中國(guó)煤炭科工集團(tuán)天瑪公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“天瑪公司”）的成套智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)率先在陜煤化集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦實(shí)現(xiàn)突破。
“早在公司成立之初就就把智能無(wú)人化開(kāi)采作為中國(guó)煤炭科工集團(tuán)的重點(diǎn)研究和產(chǎn)業(yè)方向?！碧飕敼径麻L(zhǎng)張良說(shuō)，“我們希望通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備代替工人進(jìn)行煤礦現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采，直接減少采煤工作面作業(yè)人員數(shù)量直至無(wú)人化，從而減少人員傷亡、保障安全、達(dá)到無(wú)人則安。真正讓一線(xiàn)采煤工人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)、惡劣的工作環(huán)境，讓采煤變成一項(xiàng)安全、受人尊敬的體面工作?！?/p>
事實(shí)上，早在2008年，天瑪公司自主研制的SAC液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用于神華寧煤集團(tuán)石溝驛煤礦，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)第一套完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)液壓支架電液控制系統(tǒng)首套應(yīng)用，翻開(kāi)了我國(guó)煤礦智能化開(kāi)采國(guó)產(chǎn)化的篇章。SAC液壓支架電液控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，讓全國(guó)300多個(gè)綜采工作面用上自主創(chuàng)新的國(guó)貨精品，打破了國(guó)外長(zhǎng)期壟斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的替代。
2012年，為加大無(wú)人化開(kāi)采研發(fā)力度，天瑪公司成立了無(wú)人化項(xiàng)目部，組建了以“綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采”為核心的80人專(zhuān)業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并提出智能化無(wú)人開(kāi)采“可視化遠(yuǎn)程干預(yù)”和“智能自適應(yīng)”兩步走的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)，拉開(kāi)了“智能化無(wú)人開(kāi)采”探索的序幕。
在監(jiān)控中心采煤
“2013年，我?guī)е悄芑?xiàng)目到黃陵一礦進(jìn)行考察。在與礦上技術(shù)人員接洽交流的過(guò)程中，礦方有進(jìn)一步改進(jìn)工作面條件的需求，該礦條件又好，我就琢磨著，我們應(yīng)該可以更進(jìn)一步合作，嘗試推進(jìn)工作面無(wú)人化操作技術(shù)?！敝两窕叵肫饋?lái)，智能無(wú)人化開(kāi)采團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目部經(jīng)理黃曾華還很激動(dòng)，“有了這個(gè)想法我就有點(diǎn)按捺不住，2014年剛過(guò)完春節(jié)我就帶隊(duì)冒著大雪去了黃陵一礦，進(jìn)行進(jìn)一步的論證考察。”
黃曾華回京后，將所有想法寫(xiě)成方案向上匯報(bào)并得到迅速回饋，公司將該項(xiàng)目作為頭號(hào)重點(diǎn)項(xiàng)目，并得到黃陵公司的大力支持。隨后，天瑪公司的技術(shù)人員來(lái)到了現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)始進(jìn)行工程部署和現(xiàn)場(chǎng)定制化開(kāi)發(fā)，尤其在可視化和控制系統(tǒng)方面進(jìn)行攻關(guān)。
“技術(shù)設(shè)備不是一到礦上就能應(yīng)用，各個(gè)礦井條件千差萬(wàn)別，新技術(shù)裝備的應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)都有個(gè)磨合的過(guò)程。”黃曾華告訴記者。
據(jù)他介紹，無(wú)人化開(kāi)采，首先要解決的是如何將在井下就地開(kāi)采的采煤機(jī)轉(zhuǎn)移到監(jiān)控中心，當(dāng)技術(shù)條件達(dá)到在監(jiān)控中心可以采煤的時(shí)候，問(wèn)題來(lái)了——長(zhǎng)期在井下采煤的一線(xiàn)工人還無(wú)法轉(zhuǎn)變?cè)诘孛嬉材懿擅旱乃枷?，第一次在監(jiān)控中心試采，采煤工人兩手直哆嗦，遲遲不敢下手操作，并一再質(zhì)疑：“這樣真的行嗎？”時(shí)任黃陵一礦機(jī)電礦長(zhǎng)的徐建軍見(jiàn)狀鼓勵(lì)他：“真的可以，如果出了什么問(wèn)題，一切后果我來(lái)承擔(dān)，你放心操作。”這一刀切下去，讓大家興奮不已，意味著工作面無(wú)人操縱成為可能。
此后，黃陵一礦成功以順槽控制中心遠(yuǎn)程干預(yù)的方式創(chuàng)造了連續(xù)3個(gè)工作循環(huán)采場(chǎng)無(wú)人的記錄。生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)班操作人員由11人減少至3人，在采煤工作面支架支護(hù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了“無(wú)人化”操作。實(shí)現(xiàn)了第一次突破，給所有人以最大的鼓舞。
把操作臺(tái)搬到地面
接著，嘗到甜頭的黃陵一礦提出，是不是可以把采煤機(jī)遠(yuǎn)程干預(yù)操作臺(tái)搬到地面呢？研究團(tuán)隊(duì)又嘗試和黃陵一礦一起解決遠(yuǎn)程割煤監(jiān)控，一鍵啟動(dòng)的難題。在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，將采煤機(jī)遠(yuǎn)程干預(yù)操作臺(tái)挪到地面，沒(méi)有井下安全標(biāo)準(zhǔn)、防爆要求等的約束，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采反而更順手。
2014年5月，從項(xiàng)目提出到應(yīng)用到工作面，不到兩個(gè)月，首個(gè)智能化無(wú)人工作面在黃陵一礦誕生，該工作面首次實(shí)現(xiàn)了地面采煤常態(tài)化應(yīng)用，建立了我國(guó)第一個(gè)“無(wú)人化采煤”工作面。當(dāng)年，由中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審專(zhuān)家組一致認(rèn)為，該項(xiàng)目是我國(guó)煤炭開(kāi)采從綜合機(jī)械化開(kāi)采到無(wú)人化開(kāi)采的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，讓煤礦工人看到了實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化采煤”的曙光，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。中國(guó)在煤炭開(kāi)采行業(yè)首次以引領(lǐng)者的身份進(jìn)入了一個(gè)以“智能化無(wú)人開(kāi)采”為標(biāo)志的煤礦安全生產(chǎn)新時(shí)代。
時(shí)任國(guó)家安監(jiān)總局副局長(zhǎng)、國(guó)家安全生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心主任王德學(xué)一行深入1001工作面了解智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)后，高興地說(shuō)：“黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦在水、火、瓦斯、煤塵、頂板‘五害俱全’的情況下，實(shí)現(xiàn)綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采，讓人心靈感到震撼，這不僅是深入貫徹習(xí)近平總書(shū)記提出的紅線(xiàn)意識(shí)和紅線(xiàn)理論的具體表現(xiàn)，是一項(xiàng)創(chuàng)舉，一次采煤技術(shù)的歷史性跨越，更是一場(chǎng)煤礦開(kāi)采根本性的革命，為我國(guó)煤炭事業(yè)的發(fā)展和安全生產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展探索出了一條嶄新的道路，成為全國(guó)煤炭行業(yè)實(shí)施無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)的先行者，代表了我國(guó)煤炭事業(yè)的前進(jìn)方向，可以稱(chēng)之為‘國(guó)煤一號(hào)’?！?/p>
“讀懂”煤礦
智能化無(wú)人工作面的成功背后凝聚了我國(guó)煤礦科技人員眾多心血與智慧。在煤礦復(fù)雜的地質(zhì)條件、惡劣的環(huán)境、各種次生災(zāi)害下如何對(duì)數(shù)百臺(tái)的綜采設(shè)備陣列實(shí)現(xiàn)智能化控制并非易事，需要不斷創(chuàng)新，“讀懂”煤礦。
無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，涉及視頻、語(yǔ)音、井下通訊、數(shù)據(jù)傳輸、煤巖界面識(shí)別、采煤機(jī)位置檢測(cè)等多項(xiàng)技術(shù)，并需要在各項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)上集成、創(chuàng)新。其中，“煤巖界面識(shí)別”是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) ，國(guó)外嘗試了20多年至今沒(méi)有結(jié)果。國(guó)內(nèi)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員也曾試驗(yàn)音頻、紅外、炭檢測(cè)等多項(xiàng)技術(shù)，均無(wú)突破性進(jìn)展。
面對(duì)“煤巖界面識(shí)別”等高難度技術(shù)短期難以攻破的實(shí)際境況，王金華提出兩步走戰(zhàn)略：第一步，采用視覺(jué)沉浸技術(shù)，把人的眼、耳感官延伸到工作面，在實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上遠(yuǎn)程干預(yù)式的“無(wú)人化”采煤；第二步，在不間斷地對(duì)“煤巖界面識(shí)別”“自動(dòng)找直”“防飄、防扎”等相關(guān)課題深入研究取得突破性成果后，實(shí)現(xiàn)完全智能化無(wú)人化采煤。
第一步戰(zhàn)略可以使采煤工人“身臨其境”監(jiān)控采煤生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)偏離，可及時(shí)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程干預(yù)，從而達(dá)到工作面內(nèi)無(wú)人開(kāi)采的目的。在此模式下，實(shí)現(xiàn)了一定程度的無(wú)人化開(kāi)采，但眾多人工開(kāi)采不會(huì)遇到的問(wèn)題相繼出現(xiàn)：采煤作業(yè)粉塵影響視頻效果、液壓支架自動(dòng)移架直線(xiàn)度難以保證、綜采設(shè)備姿態(tài)控制和防碰撞等等一系列難題擺在了技術(shù)人員的眼前。
團(tuán)隊(duì)科研人員長(zhǎng)期深入煤礦井下一線(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、充分借鑒其他行業(yè)先進(jìn)技術(shù)手段、與國(guó)內(nèi)外一流的科研院所進(jìn)行交流，在自動(dòng)化開(kāi)采向智能化無(wú)人開(kāi)采的路上不斷披荊斬棘：他們將用于火箭導(dǎo)彈的高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)引入煤礦井下，成功的實(shí)現(xiàn)了工作面直線(xiàn)度的檢測(cè)和智能控制；將納米涂層應(yīng)用于攝像頭減少煤塵在鏡面的累積；通過(guò)紅外線(xiàn)熱成像儀對(duì)采煤機(jī)滾筒進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以消除粉塵的阻擋；使用多種位姿傳感器融合檢測(cè)設(shè)備姿態(tài)并自主控制……
最終，“國(guó)產(chǎn)裝備智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)研究與工程實(shí)踐”項(xiàng)目獲得中國(guó)煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，“智能煤礦建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與示范工程”獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，“煤炭綜采工作面智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)及裝備”獲得中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)表彰獎(jiǎng)。短短五年時(shí)間，已申請(qǐng)煤礦智能化無(wú)人開(kāi)采相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利60余項(xiàng)，其中獲得授權(quán)40余項(xiàng)，形成了我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤礦智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)專(zhuān)利體系。
“國(guó)煤一號(hào)”引領(lǐng)無(wú)人化
2015年5月，時(shí)任陜煤集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司董事長(zhǎng)范京道在“全國(guó)煤礦自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)”上介紹，一號(hào)煤礦智能化無(wú)人綜采工作面運(yùn)行一年，生產(chǎn)原煤190萬(wàn)噸，開(kāi)機(jī)率97.3%，完全能夠滿(mǎn)足礦井正常生產(chǎn)需要。成本比國(guó)外同類(lèi)設(shè)備降低一半以上的同時(shí)，每年可節(jié)約人工成本500萬(wàn)-600萬(wàn)元。
國(guó)家安監(jiān)總局副局長(zhǎng)、國(guó)家安全生產(chǎn)生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心孫華山在該會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要學(xué)習(xí)推廣黃陵一號(hào)煤礦智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)等先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮典型示范帶動(dòng)作用，提升煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化“四化”水平，促進(jìn)產(chǎn)煤地區(qū)和大型集團(tuán)企業(yè)實(shí)現(xiàn)減礦、減面、減產(chǎn)、減人“四減”要求，推動(dòng)更多煤礦實(shí)現(xiàn)“零死亡”目標(biāo)，促進(jìn)全國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。
為加快成果轉(zhuǎn)化及技術(shù)應(yīng)用推廣，王金華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)煤礦各種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境形成了不同“智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)”成套解決方案，并在神華集團(tuán)、陜煤化集團(tuán)、冀中能源、陽(yáng)煤集團(tuán)等15個(gè)礦區(qū)50多個(gè)綜采工作面進(jìn)行了推廣應(yīng)用。
在寧煤金鳳煤礦、棗礦濱湖煤礦等實(shí)現(xiàn)了薄煤層綜采工作面的智能化無(wú)人開(kāi)采，在提升開(kāi)采效率的同時(shí)將人員降到零，為薄煤層礦井提高效益，解決企業(yè)生存問(wèn)題提供了一條有效途徑；在淄礦集團(tuán)巴彥高勒煤礦、淮南張集煤礦、兗礦轉(zhuǎn)龍灣煤礦、陜煤紅柳林煤礦等復(fù)雜地質(zhì)條件中厚或大采高工作面，實(shí)現(xiàn)智能化少人開(kāi)采，減少工作面作業(yè)人員50%以上，有效降低了煤礦工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境，提高了煤礦安全生產(chǎn)水平。
2016年6月1日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)的《能源技術(shù)革命和創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃2016-2030》提出：“我國(guó)2030年實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采，重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)人化、順槽集中控制。”相信在科技不斷發(fā)展和國(guó)家政策強(qiáng)力支持下，從工作面局部無(wú)人開(kāi)采到實(shí)現(xiàn)全工作面無(wú)人開(kāi)采的那天，將加速到來(lái)。
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