煤礦現(xiàn)代“黑科技”，來一波!

編者按：

以“百年再出發(fā)，邁向高水平科技自立自強(qiáng)”為主題的2021年全國科普日活動正在全國各地如火如荼地開展。為了集中展現(xiàn)煤炭行業(yè)近年來取得的科技成就，展示煤礦的科技創(chuàng)新風(fēng)貌，本報特刊發(fā)煤礦前沿科技成果，并走進(jìn)部分國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，了解煤礦未來的研發(fā)方向。

陜煤集團(tuán)榆北煤業(yè)：煤礦掘進(jìn)向智能化飛躍

近年來，陜煤集團(tuán)榆北煤業(yè)通過理念創(chuàng)新、科技引領(lǐng)、裝備提升，使掘進(jìn)工作從機(jī)械化、自動化向智能化飛躍，達(dá)到永久支護(hù)緊跟迎頭月進(jìn)2600米的國內(nèi)領(lǐng)先水平，徹底解決了困擾千萬噸級礦井采掘失衡、接替緊張的難題。

2019年，針對小保當(dāng)公司一號礦夾矸與片幫并存的復(fù)雜地質(zhì)條件，陜煤集團(tuán)會同榆北煤業(yè)及所屬小保當(dāng)公司，聯(lián)合西安科技大學(xué)、西煤機(jī)公司等單位，研發(fā)了適用于礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由護(hù)盾式截割機(jī)器人、鉆錨機(jī)器人、錨網(wǎng)運(yùn)輸機(jī)器人、電液控平臺等組成，適用于矩形大斷面煤巷掘進(jìn)，具備掘進(jìn)定位導(dǎo)航、位姿自動糾偏、自適應(yīng)截割、軌跡跟蹤、環(huán)境多參數(shù)智能感知、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷等特點(diǎn)。

“護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)雖然對巷道圍巖及頂?shù)装宓囊蟊容^高，但在掘進(jìn)過程中一次成巷的快掘快支，可有效保證巷道成型質(zhì)量。”在小保當(dāng)公司一號礦112204智能快掘工作面遠(yuǎn)程操作室內(nèi)，技術(shù)員李佳鑫說，“不僅如此，地面生產(chǎn)調(diào)度指揮中心還可以遠(yuǎn)程控制300米外的井下智能快掘設(shè)備。”

目前，榆北煤業(yè)通過優(yōu)化掘錨同步、立體交叉、平行作業(yè)、快速推進(jìn)的掘進(jìn)工藝技術(shù)，構(gòu)建了集感知、互聯(lián)、分析、自學(xué)習(xí)、預(yù)測、決策、控制于一體的智能化快掘體系，并針對特厚煤層、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的厚煤層及中厚煤層快速掘進(jìn)難題，率先提出四類掘進(jìn)成套裝備技術(shù)，即智能快掘成套裝備(3.0版)、護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)、快速掘進(jìn)成套裝備、巖巷快速掘進(jìn)成套裝備，在大幅提升掘進(jìn)速度的同時，進(jìn)一步提高了迎頭施工人員的安全系數(shù)，降低了職工的勞動強(qiáng)度。(姚媛 陳佳龍)

神東煤炭集團(tuán)：機(jī)械外骨骼讓礦工秒變“大力士”

近日，在國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)榆家梁礦周轉(zhuǎn)材料庫內(nèi)，一名身著奇異裝備的裝卸工吸引了筆者注意。只見他將長2.5米、重60斤的槽鋼抬起、搬走，看似并不費(fèi)力。

原來，這套裝備是由神東煤炭集團(tuán)高端設(shè)備研發(fā)中心聯(lián)合國內(nèi)知名機(jī)械外骨骼助力企業(yè)，針對礦井作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計研發(fā)制造的第二代機(jī)械外骨骼產(chǎn)品。榆家梁礦正在對這套裝備進(jìn)行測試。

據(jù)介紹，機(jī)械外骨骼是利用特殊的合金材質(zhì)模擬人類骨骼，輔助人的行動、增強(qiáng)人的四肢力量的可穿戴設(shè)備，目前廣泛用于軍事、救援、醫(yī)療等領(lǐng)域。

本次現(xiàn)場測試的這套裝備為主動型外骨骼，可在不影響人本身動作的前提下，在有助力需求的位置增加點(diǎn)擊，在沒有助力需求的位置使用欠驅(qū)動或耦合驅(qū)動等技術(shù)增加人的力量和耐力。這套裝備能夠檢測人的運(yùn)動狀態(tài)、外部環(huán)境等，判斷出人的運(yùn)動意圖，繼而由外骨骼進(jìn)行跟隨，并在需要的時候提供助力。

榆家梁礦機(jī)電隊(duì)副隊(duì)長劉秋堂在井下使用這套裝備后說：“它提供的輔助力非常棒，但是前臂往起拿東西的時候還是比較吃力，如果這套設(shè)備給前臂適當(dāng)增加輔助力，我想會更好用。”

目前，神東煤炭集團(tuán)高端設(shè)備研發(fā)中心與聯(lián)合團(tuán)隊(duì)一起開發(fā)的機(jī)械外骨骼產(chǎn)品共有3款，分別是上肢外骨骼機(jī)器人、腰部外骨骼機(jī)器人以及下肢外骨骼機(jī)器人，主要用于井下安裝、生產(chǎn)、搬運(yùn)和地面單位制造、生產(chǎn)、維修等場景。

在未來很長一段時間內(nèi)，機(jī)械外骨骼裝備將和神東煤炭集團(tuán)同時部署的各類礦井智能機(jī)器人、全自動設(shè)備進(jìn)行互補(bǔ)，為各礦井和部門提供更多更優(yōu)的智能化保障。(李銳東 王浩宇)

皖北煤電集團(tuán)智能公司麻地梁礦：機(jī)器人輕松搞定貨物配送

9月7日，前來皖北煤電集團(tuán)智能公司麻地梁礦參觀考察智慧礦山的新華三集團(tuán)副總裁張偉，在該礦存儲貨物的倉庫中驚奇地發(fā)現(xiàn)，一個機(jī)器人正嫻熟地配送貨物。

麻地梁礦供應(yīng)科主管王子宇介紹，這是該礦投用的物聯(lián)網(wǎng)+智能倉儲快遞服務(wù)系統(tǒng)。接到用料單位線上需求后，操作人員根據(jù)需求對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)定，機(jī)器人按照指令，能準(zhǔn)確取貨并將貨物按照運(yùn)行路線放入等待裝車的膠輪車箱內(nèi)。過去幾個人爬高上低、手忙腳亂才能完成的取貨、裝車作業(yè)，這個機(jī)器人幾分鐘就能完成。

來到麻地梁礦井下主運(yùn)皮帶處，正在運(yùn)行的智能巡檢機(jī)器人又讓張偉大開眼界。隨著智能巡檢機(jī)器人的運(yùn)行，檢測數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在監(jiān)控屏幕上，皮帶機(jī)有一絲一毫的問題，都逃不過機(jī)器人的慧眼。

麻地梁礦機(jī)運(yùn)科科長武佩忠說：“智能巡檢機(jī)器人利用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計及仿真優(yōu)化、視頻編碼與傳輸、圖像處理與模式識別等技術(shù)，可監(jiān)測皮帶跑偏、大巷溫濕度、可燃?xì)怏w濃度、運(yùn)轉(zhuǎn)部位有人出現(xiàn)等情況，并生成預(yù)判結(jié)果，對突發(fā)事故進(jìn)行預(yù)警預(yù)判，為安全生產(chǎn)提供可靠保障。智能巡檢機(jī)器人替代人工巡檢以來，該礦千米皮帶巡檢崗位至少可以減少4人，還解決了人工巡檢無法查出的問題。”

近年來，麻地梁礦牢固樹立“少人則安、無人則安”理念，積極減少人員投入，運(yùn)用超前管理理念和現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)雙輪驅(qū)動，開辟了“少人則安”新天地。(胡云峰)

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)塔山礦：5G讓專網(wǎng)公網(wǎng)互聯(lián)互通

近日，筆者來到晉能控股煤業(yè)集團(tuán)塔山礦，看到該礦與華為公司合作研發(fā)應(yīng)用的AI智能識別技術(shù)主運(yùn)輸智能感知與聯(lián)動控制系統(tǒng)正在有條不紊地工作。

該系統(tǒng)基于井下高清攝像頭和礦用5G通信網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用視覺感知分析算法，具有智能識別揮手求救、未戴安全帽、皮帶跑偏、風(fēng)門開啟等情況的功能，為視頻監(jiān)測系統(tǒng)賦予了安全行為智能管控的職能。

2019年以來，晉能控股集團(tuán)以塔山礦為試點(diǎn)，開展5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用建設(shè)，采用SA架構(gòu)組網(wǎng)，一體化設(shè)計，并獨(dú)立組網(wǎng)、運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了地面井下、專網(wǎng)公網(wǎng)互聯(lián)互通，有效解決了多類型數(shù)據(jù)同步傳輸不可靠、遠(yuǎn)程控制實(shí)時性差、融合大數(shù)據(jù)的智能決策效率低等問題。

截至目前，塔山礦核心機(jī)房建設(shè)有5G核心網(wǎng)、4G核心網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)核心交換機(jī)、無線網(wǎng)管系統(tǒng)和多媒體語音調(diào)度系統(tǒng)等。其地面共建設(shè)有8個宏站、7個微站，井下安裝了遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)匯聚單元13套(26臺)及128臺5G基站，實(shí)現(xiàn)了地面與井下5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。

如今，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在塔山礦發(fā)揮重要作用。井下主運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對主運(yùn)輸皮帶故障實(shí)時、自動檢測，通過5G網(wǎng)絡(luò)將信號傳送到井上智能服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時分析和故障識別。二盤區(qū)避難硐室、變電所利用5G網(wǎng)絡(luò)傳輸，將巡檢機(jī)器人實(shí)時采集的區(qū)域環(huán)境參數(shù)、視頻數(shù)據(jù)和紅外熱傳感器參數(shù)上傳。

“今年，我們將加快推進(jìn)‘5G+智能礦山’建設(shè)，力爭實(shí)現(xiàn)智能化工作面占比達(dá)100%。”塔山礦黨委書記、董事長宋銀林表示。(吳玲 劉洋)

準(zhǔn)能集團(tuán)：無人駕駛卡車馳騁露天礦

近日，在國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天礦礦坑下南500米無人駕駛試驗(yàn)場地，10輛930E電動輪自卸無人駕駛礦用卡車穿梭在2個工作面之間。其中，4輛無人駕駛礦用卡車與4號395電鏟配合調(diào)試，其余6輛無人駕駛礦用卡車與5號395電鏟進(jìn)行編組運(yùn)行調(diào)試。

這是準(zhǔn)能集團(tuán)露天礦無人運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目的研究成果。該項(xiàng)目立項(xiàng)以來，礦用卡車無人駕駛技術(shù)不斷發(fā)展。2020年8月，單輛無人駕駛礦用卡車自動駕駛功能測試成功。2020年底，單輛無人駕駛礦用卡車與1臺電鏟順利完成無人運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試。今年5月，無人駕駛礦用卡車與有人駕駛卡車、電鏟、推土機(jī)成功混編作業(yè)測試。目前，準(zhǔn)能集團(tuán)露天礦已實(shí)現(xiàn)多臺無人駕駛礦用卡車與電鏟多工作面同時編組作業(yè)。

該項(xiàng)目通過搭建地面控制中心、車地?zé)o線通信、車載控制等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦用自卸車裝、運(yùn)、卸過程的無人自主運(yùn)行，并采用國內(nèi)領(lǐng)先的4D光場智能感知系統(tǒng)，深度融合激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、北斗定位等感知技術(shù)，精確識別小型障礙物。其專有的雙控雙駕無人駕駛系統(tǒng)響應(yīng)速度快、控制精度高、可靠性強(qiáng)，還能兼容不同類型和品牌的礦用卡車實(shí)現(xiàn)無人駕駛。

該項(xiàng)目計劃于2022年年底前完成涵蓋黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦的10種車型共計165輛卡車的改造和統(tǒng)一智能化平臺建設(shè)工作，并將與現(xiàn)有的挖掘機(jī)、推土機(jī)等1000余輛輔助作業(yè)車進(jìn)行協(xié)同作業(yè)管理。