繞開煤巖識別，另辟智能割煤蹊徑

通過預(yù)知煤層變化趨勢、識別出工作面精確坐標(biāo)信息，國家能源神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦43101薄煤層工作面實(shí)現(xiàn)了沿煤層自主割煤，將自動化工作面技術(shù)從“記憶割煤、遠(yuǎn)程干預(yù)”升級成“自主割煤為主、遠(yuǎn)程干預(yù)為輔”

10月30日，在北京舉辦的第十八屆中國國際煤炭采礦技術(shù)交流及設(shè)備展覽會E1展館，國家能源神東煤炭集團(tuán)的展臺上，兩名身著工裝的井下工人坐在像“駕駛艙”一樣的操作臺前，現(xiàn)場展示榆家梁煤礦43101薄煤層工作面正在試驗(yàn)的智能綜采工作面自主割煤技術(shù)。在離他們數(shù)米遠(yuǎn)的大屏幕上，工作面現(xiàn)場情況、工作面精確三維地質(zhì)模型和高精度激光掃描實(shí)測模型等一目了然。這個(gè)展示吸引了一撥又一撥觀眾駐足觀看并詢問詳情。

當(dāng)日，神東煤炭集團(tuán)總經(jīng)理杜善周在該展會上發(fā)布了這項(xiàng)他們首創(chuàng)的基于精確三維地質(zhì)模型和掃描構(gòu)建工作面絕對坐標(biāo)數(shù)字模型的自主智能割煤技術(shù)。該技術(shù)解決了長期困擾智能化開采的煤巖無法識別的難題，通過預(yù)知煤層變化趨勢，識別出工作面當(dāng)前精確坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)了沿煤層的自主割煤，將自動化工作面技術(shù)從“記憶割煤、遠(yuǎn)程干預(yù)”升級成“自主割煤為主、遠(yuǎn)程干預(yù)為輔”。

另辟蹊徑，繞開煤巖識別難題

從“記憶割煤、遠(yuǎn)程干預(yù)”到“自主割煤為主、遠(yuǎn)程干預(yù)為輔”，字面上看似乎是一種漸進(jìn)式的進(jìn)步，但在神東煤炭集團(tuán)機(jī)電管理部經(jīng)理賀海濤看來，實(shí)質(zhì)上是煤礦實(shí)現(xiàn)智能化開采過程中“從0到1”的破冰之舉。

賀海濤介紹，過去所有自動化工作面用的都是“記憶割煤、遠(yuǎn)程干預(yù)”技術(shù)。他用開車來打比方，“記憶割煤”就像開車走一條路，把怎么拐彎、哪里加速、哪里減速都記下來，輸進(jìn)程序，以后車就完全照這個(gè)樣走;“遠(yuǎn)程干預(yù)”就是在車上安上攝像頭，人在遠(yuǎn)處監(jiān)控，看到車在按“記憶”前進(jìn)時(shí)，哪兒要撞車或剮碰了，就遙控干預(yù)一下。

“當(dāng)然大家都想實(shí)現(xiàn)邊看邊走，看到了前面的東西，自動判斷這是啥、會不會撞，然后自主調(diào)整。”賀海濤說，對于智能化開采來說，想要達(dá)到“邊看邊走”，現(xiàn)在最大的障礙是煤巖識別問題，目前世界上仍未找到可行的辦法有效識別煤巖。

在這條路被堵住了，一時(shí)無法走通的情況下，神東煤炭集團(tuán)開創(chuàng)性地提出了另一種實(shí)現(xiàn)智能化開采的思路。“我們直接把前面所有的路都探明，即把工作面下一步要采的煤層全部勘探清楚，構(gòu)建工作面精確三維地質(zhì)模型，再把工作面當(dāng)前的情況用激光掃描技術(shù)進(jìn)行掃描，建立工作面實(shí)際數(shù)字模型。”賀海濤說，“通過對比兩個(gè)模型，給出采煤機(jī)接下來運(yùn)行的路線，實(shí)現(xiàn)智能割煤。這樣，我們完全開創(chuàng)了一條新的道路，一條可以把煤巖識別難題繞過去的道路。”

2018年9月，神東煤炭集團(tuán)根據(jù)上述思路首創(chuàng)性提出自主智能割煤新技術(shù)，并在榆家梁煤礦43101工作面開始試驗(yàn)。

多項(xiàng)創(chuàng)新，自主割煤成功實(shí)現(xiàn)

神東煤炭集團(tuán)在提出這個(gè)新思路后，便開始找最專業(yè)的煤機(jī)設(shè)備廠家合作，來努力將其變成現(xiàn)實(shí)。

據(jù)介紹，在一年的探索和實(shí)踐中，他們共摸索出了六大創(chuàng)新點(diǎn)，支撐榆家梁煤礦43101薄煤層工作面基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

一是構(gòu)建可動態(tài)自優(yōu)化的工作面精確三維地質(zhì)模型。以礦井地質(zhì)勘探鉆孔和切眼、回撤通道及兩順槽巷道等實(shí)測地質(zhì)信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建的工作面三維初始模型，實(shí)際精度只能達(dá)到2米左右。神東煤炭集團(tuán)首次使用定向鉆孔勘探工作面的頂?shù)装迕簬r分界線技術(shù)，解決了工作面勘探難題，實(shí)測精度達(dá)到0.3米。他們每天測量一次工作面頂?shù)装鍞?shù)據(jù)，通過將上述2個(gè)實(shí)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，自動對三維初始模型進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化，生成精確三維地質(zhì)模型，精度達(dá)到0.3米，在當(dāng)前工作面10米范圍內(nèi)精度為0.2米，實(shí)現(xiàn)了工作面煤層預(yù)知。

二是研發(fā)了三維激光掃描機(jī)器人。他們引進(jìn)了先進(jìn)的激光掃描和慣性導(dǎo)航技術(shù)，研制了軌道機(jī)器人，對綜采工作面進(jìn)行三維掃描，建立工作面數(shù)字模型。激光掃描機(jī)器人以刮板運(yùn)輸機(jī)電纜槽為軌道，最大巡檢速度每分鐘60米，10分鐘內(nèi)可完成全工作面的掃描。然后結(jié)合導(dǎo)入的絕對坐標(biāo)，構(gòu)建出工作面實(shí)際數(shù)字模型，實(shí)測精度為0.2米。

三是建立綜采工作面絕對坐標(biāo)系。利用高精度激光掃描技術(shù)，把兩順槽導(dǎo)向點(diǎn)坐標(biāo)信息自動識別出來，用點(diǎn)對點(diǎn)傳導(dǎo)的方式把絕對坐標(biāo)引入工作面，為工作面實(shí)際數(shù)字模型與三維地質(zhì)模型對比提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

四是首創(chuàng)采煤機(jī)自主智能割煤新工藝。通過對比工作面三維地質(zhì)模型和實(shí)際數(shù)字模型，在綜合分析煤層變化趨勢、工作面平直度、當(dāng)前割頂?shù)浊闆r、采煤機(jī)運(yùn)行等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化算法制定未來10刀的割煤策略，給出采煤機(jī)下一刀滾筒調(diào)整曲線，以實(shí)現(xiàn)自主智能割煤。

五是研制了工作面巡檢機(jī)器人。巡檢機(jī)器人搭載紅外及可見光雙視攝像儀、拾音器，代替人的“眼、耳、皮膚”，自動識別工作面設(shè)備發(fā)熱、異響等問題，平時(shí)定速巡航，異常情況下人工遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)“代人巡查”。

六是研制了采煤機(jī)電纜自動拖拽裝置。薄煤層采煤機(jī)電纜多層疊加的問題長期制約著自動化運(yùn)行，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了電纜隨采煤機(jī)牽引方向、速度自動收放控制，避免多層疊加，實(shí)現(xiàn)了自動化控制。

據(jù)介紹，目前該工作面支架自動化率提高到90%以上，采煤機(jī)干預(yù)頻次降到每分鐘2次，實(shí)現(xiàn)了工作面無人跟機(jī)自主割煤。

優(yōu)化完善，行業(yè)推廣指日可待

位于陜西省神木市的榆家梁煤礦，核定年生產(chǎn)能力1300萬噸，是神東煤炭集團(tuán)開采煤層最薄的煤礦。神東煤炭集團(tuán)第一個(gè)遠(yuǎn)程干預(yù)自動化工作面2008年即在榆家梁煤礦調(diào)試成功。十多年來，該集團(tuán)一直致力于自動化開采技術(shù)常態(tài)化使用，并一直在研究視頻識別和拼接、自動找直、煤巖識別等智能化開采關(guān)鍵技術(shù)。

此次進(jìn)行自主割煤技術(shù)試驗(yàn)的榆家梁煤礦43101薄煤層工作面長351米，煤層厚1.0米至1.7米，設(shè)計(jì)采高1.4米。在薄煤層工作面進(jìn)行智能化開采試驗(yàn)，對于神東煤炭集團(tuán)來說，既有現(xiàn)實(shí)意義，又是作為先進(jìn)煤炭企業(yè)的行業(yè)擔(dān)當(dāng)。

據(jù)介紹，在大多數(shù)人印象中，似乎都是大采高工作面的神東煤炭集團(tuán)，未來兩三年內(nèi)即將有四五處礦井進(jìn)入薄煤層開采，所以薄煤層工作面的智能化開采研究已很迫切。

“榆家梁煤礦43101薄煤層工作面從開始調(diào)試到現(xiàn)在，才一年時(shí)間。我們還需要時(shí)間對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化完善，配套裝備的可靠性也還需進(jìn)一步提升。”賀海濤說，“所以現(xiàn)在還沒法說在這條路上走得多好，但至少我們把路找到了，也證明了這條路是可行的。”

據(jù)他預(yù)測，這項(xiàng)基于精確三維地質(zhì)模型和掃描構(gòu)建工作面絕對坐標(biāo)數(shù)字模型的自主智能割煤技術(shù)再過一兩年時(shí)間，便可具備推廣的條件。

“我們的技術(shù)具備推廣條件后，會對行業(yè)開放的，這也是我們在這次展會上發(fā)布和展出這項(xiàng)技術(shù)的原因。”賀海濤說，“我們一家企業(yè)再強(qiáng)大畢竟只是一家，只有全行業(yè)都往智能化開采這個(gè)方向攻關(guān)，這條路才能越走越寬。”