吳勁松，徐 輝，闞 磊

(內(nèi)蒙古智能煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

根據(jù)2019年《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》，以煤炭為代表的化石能源占世界能源供給的主要部分，煤炭在我國能源消費總量中所占比例高達58%[1]，且預(yù)計在未來10年內(nèi)煤炭仍將占據(jù)我國能源消費總量的50%以上[2]。同時，中國煤炭開采技術(shù)日趨成熟，各地區(qū)礦井機械化程度不斷提高，采煤機械與自動控制、電子信息化、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深度融合[3-4]，智能感知、智能決策和智能控制的智能化開采已成為我國煤炭安全高效開采的發(fā)展方向[5-6]。

目前，針對煤礦采掘裝備的智能化，許多學(xué)者已展開了研究。王俊吉等[7]采用以煤量為依據(jù)的智能變頻技術(shù)對輸送機進行控制；郝志偉[8]利用具有人工智能功能的內(nèi)嵌GPU攝像機和基于5G技術(shù)的CPE終端智能設(shè)備，實現(xiàn)對帶式輸送機傳送的智能化控制；楊森[9]選擇巖體分類系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集與分析方法的數(shù)字化與自動化探索，研究了煤巷掘進工作面頂板質(zhì)量智能感知；胡艷[10]根據(jù)選煤工藝流程設(shè)計的實際需要，構(gòu)建了合適的智能選煤工藝流程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型；范志忠等[11]開發(fā)了工作面頂板狀態(tài)實時監(jiān)測與動態(tài)感知技術(shù)，實現(xiàn)了頂板來壓位置、持續(xù)時間及來壓強度的模式識別；劉俊峰等[12]將片幫控制技術(shù)納入工作面智能化開采控制系統(tǒng)，有效解決了智能化開采煤壁控制難題，并在黃陵礦區(qū)二號井順利實施了大采高智能化開采。

智能采掘裝備的應(yīng)用大大提升了煤礦開采效率，但是許多煤礦企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的管理模式，導(dǎo)致煤炭企業(yè)仍然面臨人力資源短缺、運營成本高、本質(zhì)安全礦井建設(shè)不完善、員工作息不規(guī)律等問題[13-14]。針對這些問題，本文結(jié)合高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G以及智能裝備等，以麻地梁煤礦智慧礦山智能化工作面建設(shè)為工程背景，構(gòu)建了以煤礦大數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的管理體系，提出了“管設(shè)備，就是管生產(chǎn)、管安全”的全新生產(chǎn)管理理念和體系。該理念和體系的提出和實施，不僅提高了設(shè)備的開機率，降低了生產(chǎn)運營成本，也從根本上取消了檢修班、夜班，為新型智能化煤礦建設(shè)及突破傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理提供了參考。

1 傳統(tǒng)煤礦裝備及生產(chǎn)管理現(xiàn)狀

傳統(tǒng)煤礦企業(yè)運營過程中，工作面生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，裝備固化，加之為企業(yè)提供設(shè)備的廠家眾多，設(shè)備之間互相不匹配、不兼容，沒有數(shù)據(jù)傳輸，因此設(shè)備的調(diào)試和維修浪費大量時間，直接導(dǎo)致機械化設(shè)備效率低，無法充分發(fā)揮其優(yōu)勢，嚴重影響了生產(chǎn)效率，提高了生產(chǎn)成本。目前煤礦企業(yè)管理模式仍未革新，在生產(chǎn)管理上仍存在一些問題，主要表現(xiàn)如下所述。

1) 檢修班。傳統(tǒng)煤礦的循環(huán)作業(yè)模式為三班制，即早班檢修，中班和夜班生產(chǎn)。由于設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，檢修班工人檢修沒有針對性，僅進行形式上的檢修，例如清理灰塵、涂抹潤滑油等，導(dǎo)致機械事故不斷，經(jīng)常搶修設(shè)備。加之工人對所有設(shè)備不了解，需要廠家到現(xiàn)場確認事故原因，從廠家派人到設(shè)備正常運轉(zhuǎn)周期長，嚴重影響正常生產(chǎn)。

2) 生產(chǎn)班。傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)班為完成生產(chǎn)任務(wù)對設(shè)備進行野蠻操作，只注重任務(wù)，不維護設(shè)備，只注重作業(yè)，不關(guān)心生產(chǎn)，造成設(shè)備的過度使用，不能實現(xiàn)精準的檢修維護，因而設(shè)備故障、事故不斷。

3) 設(shè)備庫存。煤礦的井下裝備和地面裝備至少需要一套備用配件，但由于機械設(shè)備眾多，導(dǎo)致配件占用資金、庫存，顯著增加了生產(chǎn)成本。

4) 生產(chǎn)管理。傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理僅僅停留在經(jīng)驗管理上，管理對象重點為工人和設(shè)備，占用了大量的人力、物力、財力，管理人員疲于工作，效率低下，人力成本卻居高不下。

2 智能化裝備應(yīng)用與生產(chǎn)管理

根據(jù)我國建設(shè)數(shù)字強國的發(fā)展趨勢，目前綜采裝備水平普遍提高，各類傳感器性能卓越，以及互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，煤礦智能化裝備應(yīng)運而生?；诖耍督藘?nèi)蒙古智能煤炭有限公司麻地梁煤礦智慧礦山，并提出了新的管理思路。

2.1 智能化裝備的組建

智能化裝備需要保證各個環(huán)節(jié)鏈接暢通，針對目前廠家設(shè)備之間互相不匹配、不兼容的問題，智能化裝備在組建時，需滿足以下5個條件：①設(shè)備招標采購之前，在技術(shù)規(guī)格書中，要求所有的設(shè)備需要具備數(shù)據(jù)傳輸功能，主要體現(xiàn)在設(shè)備各種運行狀態(tài)的實時傳輸、監(jiān)測監(jiān)控；②設(shè)備生產(chǎn)過程中，進一步與生產(chǎn)廠家溝通、協(xié)調(diào)，深入研討技術(shù)問題；③全礦區(qū)整體規(guī)劃，建設(shè)萬兆信息高速公路，所有的數(shù)據(jù)均需要與之兼容；④建設(shè)全礦井所有設(shè)備的信息數(shù)據(jù)庫，并將設(shè)備數(shù)據(jù)與廠家共享；⑤主要設(shè)備采用自動化倉儲，如圖1所示，廠家在其集團設(shè)立有數(shù)據(jù)調(diào)度集控中心，實時監(jiān)控千里之外的設(shè)備運行狀態(tài)。

圖1 自動化設(shè)備及配件倉儲Fig.1 Storage of automation equipment and accessories

圖2 設(shè)備數(shù)據(jù)庫Fig.2 Device database

圖3 地面監(jiān)控室Fig.3 Ground monitoring room

2.2 智能化裝備的功能

由于工作面采用在線式壓力傳感器、距離傳感器、離層傳感器等，工作面所有設(shè)備建立了設(shè)備數(shù)據(jù)庫，設(shè)備運行狀態(tài)均具有數(shù)據(jù)傳輸功能，設(shè)備監(jiān)控人員可以實時監(jiān)控整套綜采工作面設(shè)備的運行狀態(tài)，如圖2和圖3所示。主要實現(xiàn)的功能如下所述。

1) 智能預(yù)警。通過設(shè)備運行的溫度、頻率、磨損間隙等數(shù)據(jù)分析，判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，對設(shè)備進行預(yù)警；通過設(shè)備的過煤量、設(shè)備使用時間、運行時間等，結(jié)合設(shè)備的全生命周期，對設(shè)備進行預(yù)警；通過對設(shè)備的智能預(yù)警，實現(xiàn)設(shè)備故障的精準檢測、設(shè)備可靠性的精準預(yù)判，精準預(yù)報設(shè)備的剩余安全使用壽命，保障科礦井的安全、高效、可持續(xù)生產(chǎn)。

2) “遠程會診”。當智能化工作面突然出現(xiàn)故障，現(xiàn)場技術(shù)人員無法解決時，可以立即啟動三方“遠程會診”，授權(quán)設(shè)備廠家的專家遠程判斷、解決。煤礦開采過程中，采掘智能化裝備獲取信息精度高，信息量大，同時突破了時間、場合的限制，可以全天候?qū)崟r獲取；依靠程序進行決策，可復(fù)制、重復(fù)性強，通過自主學(xué)習(xí)，可進一步提高決策能力和水平；智能裝備操作相比人工操作，智能裝備執(zhí)行精準、堅決、快速。

2.3 智能化裝備的庫存管理

設(shè)備制造廠家根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)庫，可以及時研判設(shè)備的使用狀態(tài)，對有故障可能的設(shè)備廠家可提前準備，并及時將設(shè)備的備用配件發(fā)送至使用單位；由于礦井主要設(shè)備的備用配件均具備數(shù)據(jù)傳輸功能，可以實現(xiàn)變“廠家?guī)旆俊睘樵O(shè)備“使用單位庫房”的轉(zhuǎn)變，極大減少了礦井的庫存成本。

2.4 智能化裝備的生產(chǎn)管理

盡管隨著煤礦開采綜合機械化研究的不斷深入，煤礦綜合機械化開采工藝得到廣泛推廣，但許多生產(chǎn)單位在生產(chǎn)過程中對其實際應(yīng)用不夠重視，仍然采用傳統(tǒng)的管理模式，并沒有把對生產(chǎn)管理的重點轉(zhuǎn)移到先進設(shè)備上，導(dǎo)致生產(chǎn)問題頻發(fā)。

針對目前煤礦企業(yè)生產(chǎn)管理存在的問題，提出新的管理理念：“管設(shè)備”即是“管生產(chǎn)”，即重視智能裝備的應(yīng)用，把對生產(chǎn)的管理重點轉(zhuǎn)移到對設(shè)備的管理，借助大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)，把對設(shè)備的管理轉(zhuǎn)移到對“數(shù)字”的管理，即通過設(shè)備在線數(shù)據(jù)庫即可掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)備正常運行，生產(chǎn)自然順暢，同時也提高了管理效率，解放了管理人員的壓力。

設(shè)備的智能預(yù)警、遠程會診實現(xiàn)了設(shè)備的實時動態(tài)監(jiān)護，使得設(shè)備的隱患、故障可以提前處理，不僅沒有弱化檢修，反而強化了設(shè)備的檢修，顛覆了以往設(shè)備檢修的理念。

2.5 智能化工作面運行的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)煤礦工作面相比，智能化裝備工作面有著無法比擬的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下5個方面：①設(shè)備的智能預(yù)警結(jié)合設(shè)備的全生命周期的管理，減少了設(shè)備的備配件庫存；②系統(tǒng)運行穩(wěn)定，變經(jīng)驗管理為數(shù)字管理，機器決策精準、快速、可靠；③設(shè)備代替人工，生產(chǎn)人員大幅減少，降低了企業(yè)的用人成本，同時提高了工作效率；④所有設(shè)備匹配兼容，實現(xiàn)一鍵化操作，設(shè)備的集中控制得以實現(xiàn)；⑤智能化系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用是煤礦思維方式的變革、勞動組織的變革，實現(xiàn)了煤礦的生產(chǎn)效益最大化，員工幸福指數(shù)最大化。

2.6 取消檢修班的成功實踐

2015—2016年期間，通過對礦井檢修工人試行彈性工作制，調(diào)動了工人的勞動積極性，實現(xiàn)了“一井一面”安全高效回采，并創(chuàng)造了年度產(chǎn)量的最好成績，設(shè)備故障率達到了建礦以來的最低水平，為礦井取消檢修班打下了堅實的基礎(chǔ)，積累了管理經(jīng)驗，增強了管理自信。

目前通過智能化的裝備，在生產(chǎn)實際中，工作面的設(shè)備實時數(shù)據(jù)傳輸，不需要傳統(tǒng)意義上的檢修班，檢修實現(xiàn)了精準操作、智能預(yù)判，將例行檢修變成精準維護，設(shè)備問題在生產(chǎn)中動態(tài)解決。為此，智能檢修、遠程會診在不減產(chǎn)的前提下，在全國率先取消檢修班提供了技術(shù)支撐，打破了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，從機制上礦井實現(xiàn)了“兩班生產(chǎn)、動態(tài)維護、夜班取消”。

3 結(jié)語與展望

開發(fā)和推廣應(yīng)用綜放開采自動化和智能化裝備，減人提效是實現(xiàn)煤炭安全高效開采的有效途徑。麻地梁煤礦通過引進先進的智能化裝備，構(gòu)建了智慧礦山，提出了“管設(shè)備，就是管生產(chǎn)；管數(shù)字，就是管設(shè)備”的管理理念，提高了設(shè)備的開機率，降低了生產(chǎn)運營成本。

未來，麻地梁煤礦將加快5G技術(shù)的引進與應(yīng)用，將煤礦運輸設(shè)備與其他先進裝備、科技融合，實現(xiàn)礦井運輸?shù)臒o人駕駛，實現(xiàn)采掘裝備的自動識別、自動截割、自動決策，實現(xiàn)危險區(qū)域設(shè)備機器人操作更換，采空區(qū)采用無線數(shù)據(jù)傳輸，礦井通風(fēng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、自動檢測監(jiān)控通風(fēng)系統(tǒng)。