春暖花開，萬物復(fù)蘇。穿過位于江蘇省徐州市沛縣北部的安國湖生態(tài)濕地，在一片郁郁蔥蔥間，一座現(xiàn)代化礦井躍入眼簾。這便是國家首批智能化示范建設(shè)煤礦——徐礦集團(tuán)張雙樓礦。

沒有飛揚(yáng)的煤塵，也沒有機(jī)器的轟鳴，更沒有太多的采煤工人，智能化調(diào)度指揮中心監(jiān)控屏幕上各類數(shù)據(jù)的跳動(dòng)間，工作人員只需按下“一鍵啟動(dòng)”按鈕，采煤機(jī)、皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)便陸續(xù)“蘇醒”，碩大的煤塊沿著煤壁“縱身”躍下，坐上溜子源源不斷地“奔向”地面。

自2020年12月被確定為國家首批智能化示范建設(shè)煤礦，張雙樓礦便按下智能化示范煤礦建設(shè)“快進(jìn)鍵”：圍繞智能化采煤工作面、智能化掘進(jìn)工作面等重點(diǎn)領(lǐng)域，確立了“1236”智能化發(fā)展總體思路，排定實(shí)施智能化實(shí)施項(xiàng)目76項(xiàng)。按照“1+3+N”的模式，即一個(gè)智能管控一體化平臺(tái)，一張圖（“GIS”）、一張網(wǎng)（萬兆環(huán)網(wǎng)+5G）和一朵云（私有云）以及智能采煤、掘進(jìn)、防沖等“N”個(gè)控制系統(tǒng)，形成了井上井下各子系統(tǒng)的全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能化頂層設(shè)計(jì)方案，取得了“減人提效保安”的初步成效。

逐一破解難題

在該礦智能化調(diào)度指揮中心，筆者見到了正在進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度的該礦礦長張雷。

當(dāng)談及該礦2019年智能化建設(shè)立項(xiàng)之初的情景時(shí)，張雷對(duì)當(dāng)時(shí)的窘迫記憶猶新：“沒有可借鑒的成熟經(jīng)驗(yàn)，沒有可行性的關(guān)鍵技術(shù)，更沒有相對(duì)應(yīng)的人才儲(chǔ)備?！?/p>

為此，該礦邀請(qǐng)中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)博士屠洪盛進(jìn)行深入考察調(diào)研。

張雙樓礦主采的74104工作面由西向東、由南向北呈逐漸變厚趨勢(shì)，煤層傾角比較大，且存在多處斷層。

“在74104建設(shè)智能化工作面挑戰(zhàn)很大，困難很多。”屠洪盛的話像是一盆涼水澆在張雷的頭上，卻沒有澆滅他推進(jìn)智能化建設(shè)的決心。

“智能化是大勢(shì)所趨，更是迫切需要?！痹摰V隨即聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)成立項(xiàng)目組，誓要啃下復(fù)雜條件工作面智能開采這塊“硬骨頭”。

“要在井下布局智能化工作面，先必須弄清地質(zhì)異常區(qū)域采動(dòng)應(yīng)力的演化規(guī)律，做好綜采設(shè)備的穩(wěn)定控制機(jī)理研究?！痹摰V技術(shù)中心負(fù)責(zé)人曹遠(yuǎn)威介紹。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)與國家能源深井安全開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室取得聯(lián)系，采用Flac3D數(shù)值模擬與理論分析交互進(jìn)行的方式，從海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)中得出結(jié)論，建立了工作面液壓支架、刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)受力模型，并先后確定了三者的穩(wěn)定控制方法，為后期“三機(jī)”協(xié)同聯(lián)動(dòng)作業(yè)提供了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

有了理論基礎(chǔ)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)信心大增，開始逐一破題。

該礦74104工作面覆巖巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，近場(chǎng)巖層的破斷垮落和遠(yuǎn)場(chǎng)巖層的結(jié)構(gòu)調(diào)整均會(huì)對(duì)采場(chǎng)和巷道圍巖產(chǎn)生應(yīng)力擾動(dòng)。因此，推算出最合適的推采速度成了研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要攻克的首要難題。

在曹遠(yuǎn)威的辦公室，筆者見到了能夠破解這一難題的“法寶”——工作面推采速度智能調(diào)節(jié)分析系統(tǒng)。

“我們?cè)诜治龅V山壓力、巖層控制以及彈性力學(xué)的基礎(chǔ)上，分析出推采速度對(duì)覆巖關(guān)鍵層彈性能積聚和釋放的影響規(guī)律。以此為依據(jù)，技術(shù)人員將每日微震總能量輸入程序，通過觀察3天內(nèi)預(yù)警測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，就可以確定實(shí)時(shí)推采速度。”曹遠(yuǎn)威向筆者演示了該系統(tǒng)的工作原理。

74104工作面回采巷道獨(dú)特的“高低肩”結(jié)構(gòu)，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨的另一道難題?！坝捎谠撓锏缹儆趦A斜煤層構(gòu)造，傳統(tǒng)的‘門’字形單元支架與巷道錨護(hù)系統(tǒng)匹配度不夠，在超前移架過程中顯得‘水土不服’。”參與智能化建設(shè)的機(jī)電工區(qū)副區(qū)長梁猛猛介紹，研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)性設(shè)計(jì)了能夠更好支護(hù)高低兩幫的“丘”字形超前支架，制定了超前支護(hù)液壓支架組的智能控制流程，實(shí)現(xiàn)了工作面巷道超前支護(hù)和工作面回采支護(hù)的同步協(xié)調(diào)智能控制。

此外，74104工作面井下巷道風(fēng)流受地?zé)?、機(jī)電設(shè)備散熱與其他熱源因素的影響，存在熱害問題。研發(fā)團(tuán)隊(duì)為此建立了礦井熱力學(xué)模型，通過分析各區(qū)域風(fēng)流溫度分布特征，劃定高溫?zé)岷χ攸c(diǎn)區(qū)域；結(jié)合礦井降溫預(yù)測(cè)模型，以“一旬”或“半個(gè)月”作為溫度調(diào)節(jié)周期，開發(fā)了工作面風(fēng)流溫度及需冷量智能計(jì)算軟件，解決了這一難題。

難題逐一破解，讓74104工作面智能化建設(shè)成為可能。

2020年6月16日，徐礦集團(tuán)在張雙樓礦舉辦74104智能化工作面啟動(dòng)儀式。74104智能化工作面的建成運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了江蘇省智能化綜采工作面“零”的突破，開啟了江蘇煤礦智能化建設(shè)新時(shí)代。

“最強(qiáng)大腦”能掐會(huì)算

在張雙樓礦智能調(diào)度控制中心，智能控制中心主任牛福泉正通過大屏幕觀察井下采掘設(shè)備、通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)葘?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析判斷當(dāng)前井下的安全生產(chǎn)狀態(tài)。

“畫面清晰，信號(hào)穩(wěn)定，雙向通話實(shí)時(shí)流暢?！闭勂鹬笓]礦井安全高效生產(chǎn)的“最強(qiáng)大腦”——智能調(diào)度控制中心，牛福泉贊不絕口，“‘最強(qiáng)大腦’集安全生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、應(yīng)急指揮、信息化管理為一體，而且應(yīng)用了‘5G+’萬兆高速傳輸，實(shí)現(xiàn)了秒速響應(yīng)。”

牛福泉指著大屏幕上74104工作面的生產(chǎn)場(chǎng)景向筆者介紹說：“目前，我們初步實(shí)現(xiàn)了以自動(dòng)控制為主，遠(yuǎn)程干預(yù)為輔的智能化生產(chǎn)模式，智能化工作面一鍵啟停率達(dá)90％以上、煤機(jī)記憶截割率穩(wěn)步在80%至90%之間。在產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，綜采工區(qū)在冊(cè)人數(shù)精減了24.2％，生產(chǎn)期間井下職工不超過9人，初步實(shí)現(xiàn)了智能減人提效的目的?！?/p>

“最強(qiáng)大腦”能做的遠(yuǎn)不止“一鍵啟動(dòng)”這么簡單。借助智慧管控平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度信息展示系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、調(diào)度綜合管理系統(tǒng)、5G無線通信系統(tǒng)、萬兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、私有云中心（數(shù)據(jù)中心）、精確人員定位系統(tǒng)的一體化操控，不僅讓安全生產(chǎn)過程更有保障，更能對(duì)井上井下海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和利用。

“井下隱患，最常見的是人為隱患。井下安全，最重要的是人員安全。”正在智能化調(diào)度指揮中心進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的該礦通計(jì)中心主任榮國慶，分別調(diào)取井口、94102溜子道聯(lián)絡(luò)巷以及94102溜子道“二道門”現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)畫面，向筆者演示了該礦借助“最強(qiáng)大腦”進(jìn)行智能化人員管控的創(chuàng)新舉措。

“通過井口智能安監(jiān)系統(tǒng)、智能違章監(jiān)控、智能限員系統(tǒng)，從入井開始，我們便對(duì)所有人員進(jìn)行定位追蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控?！睒s國慶介紹，透過安裝在井下的26個(gè)AI智能攝像儀，可以對(duì)井下人員“三違”行為進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、抓拍、錄像，并通過實(shí)時(shí)通話，第一時(shí)間叫停職工的不安全行為，及時(shí)消除風(fēng)險(xiǎn)隱患。

“我們?cè)谌÷氏韧队昧酥悄芟迒T系統(tǒng)?！睒s國慶放大了94102溜子道“二道門”現(xiàn)場(chǎng)畫面。

畫面中，防沖管理站出入口的隔爆LED顯示屏上，正實(shí)時(shí)顯示著特定區(qū)域內(nèi)的人員數(shù)量。“一旦出現(xiàn)人員超限情況，現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)立即響起警報(bào)，同時(shí)攔截門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，并上傳報(bào)警信息?！睒s國慶說。

據(jù)了解，該礦還建立了地音監(jiān)測(cè)、CT探測(cè)、智能煤粉鉆屑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，搭建了智能判識(shí)多參量預(yù)警云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了礦井沖擊地壓多參量綜合、分級(jí)、分區(qū)、實(shí)時(shí)預(yù)警。

不僅重視提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)的“治”水平，更注重增強(qiáng)本質(zhì)安全的“防”能力。為此，該礦采用TGIS+BIM技術(shù)，全面構(gòu)建煤礦的采、掘、機(jī)、運(yùn)、通各專業(yè)子系統(tǒng)以及工廣建筑仿真模擬系統(tǒng)，建立了“GIS一張圖”，結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際及勘探資料，將煤層賦存條件等相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化集成，實(shí)現(xiàn)全礦井“監(jiān)測(cè)、控制、管理”一體化，為礦井安全生產(chǎn)管理提供了保障。

成為“慧想慧干”的新礦工

“去年4月以來，我經(jīng)常來這里學(xué)習(xí)智能化的新知識(shí)，這里已經(jīng)成為我鉆研新技術(shù)的打卡地?！痹谠摰V智能協(xié)同創(chuàng)新中心，筆者見到了該礦機(jī)電工區(qū)綜采車間技術(shù)員陳昊。這位畢業(yè)于沈陽航空航天大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)的高材生，業(yè)余時(shí)間十分喜歡泡在這里。

隨著智能礦山建設(shè)步伐持續(xù)加快，大量先進(jìn)裝備、智能化系統(tǒng)先后投用。新技術(shù)新設(shè)備有了，人才卻面臨短缺。

去年3月，該礦成立智能協(xié)同創(chuàng)新中心，引導(dǎo)各專業(yè)帶頭人、高素質(zhì)大學(xué)畢業(yè)生圍繞智能化開展頭腦風(fēng)暴、進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。如今，該中心共獲得各類科技進(jìn)步獎(jiǎng)29項(xiàng)、實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新255項(xiàng)、獲得中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)優(yōu)秀“五小”成果7項(xiàng)，獲得授權(quán)專利16項(xiàng)，多項(xiàng)核心技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

核心技術(shù)依賴高技術(shù)人才，需從關(guān)鍵點(diǎn)上突破。操作技能的全面普及，則更顯波折。

在該礦綜采二區(qū)會(huì)議室，筆者見到了該區(qū)黨支部書記王雷。作為全礦首個(gè)智能化工作面開采的負(fù)責(zé)人，他仍清楚記得剛接觸智能化生產(chǎn)的情景?！坝捎谥悄芑僮鞣矫娴募夹g(shù)人才緊缺，在智能化采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、溜子、支架、皮帶、通信等遠(yuǎn)程控制和成套設(shè)備安裝過程中，面對(duì)線路多、傳感器多等‘?dāng)r路虎’，我們經(jīng)常感到無從下手，有的職工有了畏難情緒，干脆不來上班了，工區(qū)安全生產(chǎn)進(jìn)度一度陷入僵局。”王雷回憶說。

為此，綜采二區(qū)在徐礦集團(tuán)與該礦的協(xié)調(diào)幫助下，一方面邀請(qǐng)廠家技術(shù)人員到礦進(jìn)行理論培訓(xùn)，深入井下一線手把手進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)分析講解智能化設(shè)備使用中遇到的各種難題；另一方面由工區(qū)區(qū)長、黨支部書記和技術(shù)主管牽頭，組建技術(shù)員和業(yè)務(wù)骨干為主的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，分批次遠(yuǎn)赴山西、安徽等智能化建設(shè)起步較早的礦井和智能化工作面，虛心學(xué)習(xí)智能化實(shí)際應(yīng)用方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。

隨著智能化建設(shè)項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)，智能化理念也日益深入人心，職工逐漸熟練掌握了智能化設(shè)備操作維護(hù)技能?！耙郧暗闹Ъ苁菣C(jī)械傳動(dòng)的，在移動(dòng)支架時(shí)需要用手來回的扳動(dòng)手柄進(jìn)行操作?，F(xiàn)在，我掌握了新支架的電子傳動(dòng)原理，只需要站在原地用手指在支架操作面板上點(diǎn)動(dòng)幾下就可以完成整個(gè)操作過程，最多時(shí)可以輕松操作15臺(tái)支架?！币簤褐Ъ芄ゑR漢魯自豪地說。

“以前是用不慣，現(xiàn)在是離不開?！闭劦饺缃裨谥悄芑瘲l件下生產(chǎn)，全國勞動(dòng)模范、綜采二區(qū)機(jī)電維護(hù)員馬奔體會(huì)深刻，“現(xiàn)在真是輕松又體面。有了自動(dòng)化采煤機(jī)，再也不會(huì)‘一身汗一臉灰，上了井只想睡’了?！?/p>

“智能化這事兒，必須點(diǎn)個(gè)贊！”綜采二區(qū)采煤機(jī)司機(jī)趙龍搶著說，“以前，要時(shí)時(shí)盯著滾筒，總是按著遙控，精神高度緊張。現(xiàn)在，我每天下井后，只需按下‘記憶截割’按鈕，選好割煤方向，就可以安心站在一旁做‘甩手掌柜’。”

“得益于智能化的穩(wěn)產(chǎn)高效，工區(qū)推行了‘三六制’。就是說每天三班，每班工作六小時(shí)，取消了夜班生產(chǎn)，最大程度減少職工工作時(shí)間、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度?！敝悄芑瘞淼淖兓瘮?shù)不勝數(shù)，趙龍說，“現(xiàn)在我們礦工也有更多時(shí)間陪老婆孩子了，偶爾周末還能約朋友打場(chǎng)球?！?/p>

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