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    科技创新
    神东副总经理王存飞:智能开采仍存四大局限 透明工作面需突破七大关键技术
    2019-07-22 13:54:48   来源: 煤机网

       综采自动化的身影已经在我国许多大型煤矿企业的工作面开采过程中出现,“解放生产力、提高用工效率”的建设成果显而易见,但“少人化”成绩的背后也确实存在着不少人机磨合的阵痛。

      运行一个月后,摄像头就损坏了五分之一,有时要解除一台摄像头的故障,就要在1800余条光缆中排除,工作量相当大。

      2017年7月初有一台设备出现故障,导致整个综采系统出现了运行隐患……通过改进、调试、配套,在井下连续奋战18个小时后,终于解决了该系统的运行隐患。

      有一次受地质条件影响,运输机上飘煤机受阻,刘对平跟他工友们一起清理运输机下的浮煤,在低矮的作业环境,大家猫着腰,一直干到第二天早上7点……  

      “目前工作面开采过程仍然主要依赖人为经验与判断, 对开采人员来说,待开采区仍然是''不透明且存在不确定性''的,缺乏客观、科学的信息基础与开采指导。”

      最近,国家能源投资集团神东煤炭集团有限责任公司副总经理王存飞和北京天地玛珂电液控制系统有限公司荣耀发表了题为《透明工作面的概念、架构与关键技术》的文章,就“提升工作面开采的自动化智能化程度” 等问题,展开了探讨。

      热门技术的局限性

      王存飞指出,近年来虽然在工作面进行了包括记忆割煤、远程视频监控、自动找直 、红外热成像煤岩识别等手段在内的诸多智能化开采尝试,但这些技术都存在一定的局限性。

      神东首个薄煤层自动化工作面——榆家梁煤矿43101工作面

      记忆割煤

      只适用于煤层走向平缓、无断层的工作面,很难适应复杂的地质条件;

      远程视频监控

      利用视频与网络技术将采煤人员的视力拓展延伸, 但实质上开采过程仍依赖于操作人员经验与主观判断,缺乏客观依据,而且还常常面临观察视角受限于摄像头位置、光照度低、煤尘干扰等问题;

      自动找直

      主要依赖于惯性导航系统描绘煤机运动轨迹, 在信息反馈时效上具有一定滞后性;

      红外热成像煤岩识别手段

      依赖于滚筒与煤岩摩擦产生热度在红外成像上的差异, 只能对滚筒调高进行即时、定性的指导。

      因为待开采区域地质地理信息的不透明性,导致开采过程缺乏指导信息,又由于缺乏有效的煤岩识别手段等因素,造成了难以实现真正自动化智能化开采的困境。

      透明工作面全域模型的关键技术

      基于上述问题,王存飞提出建设透明工作面。

      透明工作面要求基于地质地理勘探信息,对工作面开采过程进行全面地感知、信息集成与自适应智能化分析控制,建成统一综采自动化智能控制系统,能够实时对井下工作面环境、装备进行感知,并根据感知数据进行智能分析,最后集成控制综采装备,从而进行自适应开采操作, 以实现真正的无人化开采。

      而实现透明工作面全域模型,还需要突破以下几项关键技术:

      三维激光扫描技术

      在透明工作面领域, 激光扫描技术主要用于开采前与开采过程中工作面与巷道轮廓三维坐标数据的获取目前制约激光扫描技术在井下应用的因素主要包括: 开采过程中的煤尘干扰; 井下缺乏有效的定位技术。

      地质勘探技术

      地质勘探技术多种多样, 但每种手段或多或少都存在缺陷。为了克服地质勘探技术的缺陷, 综合地质勘探技术应运而生。综合地质勘探方法是综合多种物理勘探、地面测绘及钻探技术的优点,将其有机融合而形成的综合性勘探技术。该方法能够充分发挥各类探勘技术的长处,弥补各自的缺陷,正日渐成为主流勘探技术

      惯性导航技术

      主要通过测量加速度和陀螺仪的角运动,根据牛顿力学原理计算出载体运动的速度和位置。 但无论是多高精度的惯性元器件, 都会随时间的增长导致陀螺仪与加速计的误差积累,惯性导航系统长时间运行必将导致客观的累积误差。为了克服这个缺点, 通常需要组合装备多种导航系统,用惯性导航作为主要定位部件,并辅助以其他种类的导航技术进行误差修正与纠偏。

      生产工况传感器技术

      工作面综采设备传感器包括监测工作面安全生产主要设备工况的传感器, 以及利用信息技术实现科学生产过程管理的传感器及系统。

      千兆工业以太网技术

      工业以太网技术是以以太网与 TCP /IP 技术为基础开发而成的一种工业网络技术。鉴于国际现场总线技术无法满足人们的期望目标, 技术领域将注意力逐步转移至以太网及 TCP /IP 技术在自动化行业中的应用,并逐步发展成为趋势。

      多源信息融合技术

      在透明工作面中, 数据融合主要是根据由信息层所整理分类的信息,通过解决数据冲突、进行数据合并后,综合推导界定与现实综采工作面状态最接近的虚拟数字化工作面状态, 为工作面的三维重构提供可靠的信息依据。

      基于虚拟现实的工作面重现技术

      在透明工作面中, 首先要根据激光扫描所获取的工作面环境三维轮廓,利用动态三维建模技术,建立工作面环境的动态三维模型。 仅具备对环境的透明化认知是不够的, 还要时时刻刻掌握工作面环境下的各综采装备的实时位置、姿态与工况,才能在对工作面整体环境的综合分
    析下给出可操作的开采指导。这就要求能够将装备位置姿态、工况信息与综采装备的三维模型进行融合,得到动态装备仿真模型,然后再将环境与装备统一,最终在计算机内完全重现工作面的状态。

      王存飞认为,目前制约透明工作面建设的瓶颈是感知层的传感器技术,尤其是在地质信息获取上,主流可靠的方法仍然停留在钻孔数据分析; 而工作面开采过程中随采地质数据的采集分析技术、无GPS辅助的井下定位技术等仍然需要探索, 各种装备工况采集传感器的可靠性仍然有待提高。


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