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国能神东煤炭集团补连塔煤矿:建设绿色、高效、智能矿井

 

       国能神东煤炭集团补连塔煤矿(以下简称补连塔煤矿)位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇境内,是神东煤炭集团主力生产矿井之一,矿井采用平硐、斜井、立井联合开拓方式,布置“二综四掘”生产队伍,核定生产能力2 800万t/a,是一座具有先进采掘设备、核心生产技术、完备管理体系、高效生产模式、精细成本管理、优秀员工队伍的现代化井工煤矿。   

  补连塔煤矿自1997年建成投产以来,始终为建成世界领先水平矿井不断奋斗。2010年建成投产全球第1个7 m采高综采工作面;2014年率先使用国际领先的盾构技术开拓二号辅助运输巷平硐,工程施工效率提高了6倍,填补了煤矿长距离斜井盾构施工的技术空白,开创了煤矿斜井施工新模式;2017年建成投产全球第1个8 m采高综采工作面,全部使用国产设备,在大幅提升资源采出率的同时,带动了超大采高成套装备的自主研发生产,为我国特厚煤层的绿色开采积累了宝贵经验;补连塔煤矿综采一队连续蝉联全国煤炭行业综采队产量第一的荣誉称号,回采功效达到840 t/工,最高月产万t,成功打造了年产1 500万t的重型综采工作面;2016年被评为神华集团“科技创新先进单位”,矿“劳模工作室”被评为鄂尔多斯市“优秀创新工作室”;2017年补连塔煤矿以100分的满分成绩位居煤炭科学研究总院发布的企业科学产能排行榜榜首。在生产、安全、创新等方面,补连塔煤矿始终走在全国煤炭行业的前列。2020年2月,国家八部委联合发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,吹响了我国煤矿智能化建设的号角,补连塔煤矿全员凝聚共识,笃定高标准、高质量、高智能建设目标,正在奋力走出一条高效的智能化矿山建设之路。

奋力前行,夯实智能化建设基础

  经过30余年的发展建设,补连塔煤矿在神东煤炭集团、矿井各级领导的指导下始终稳步前行,自2004年开始逐步进行信息自动化系统建设,目前已完成了矿山“一网一站”(万兆工业以太环网和数字矿山综合分站系统)、LCS区域煤矿集中控制系统、煤矿一体化矿图协同管理平台等多个子系统建设,在煤炭产量上有了质的飞越,同时也在努力朝着“世界一流示范矿井”方向奋力前进。截至2020年,补连塔煤矿完成了4G网络全覆盖、人员车辆精准定位、各系统远程集中监控等,为智能化建设夯实了基础。

  一网一站,打造煤矿井下高速通信网络

  基于数字矿山“一网一站”的核心理念,补连塔煤矿建成了万兆工业以太环网和数字矿山综合分站系统。综合分站在井下各场所已累计安装226台,集成了定位、通信、WiFi、数传、交换机等多个模块,设计安装间距700 m,可提供多种接口,实现对矿井各系统的统一接入、统一承载、统一管理。井下共布置21台万兆工业以太环网交换机,分布在各变电所、水泵房等重要场所,其核心使用华为ATN950B业界基站路由器,能够支持LTE高速移动带宽接入需求,10GE带宽组环网能力,支持和H-QoS,提供复杂场景下灵活业务适配能力,满足未来煤矿智能化建设网络传输需求。

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一网一站支撑矿井智能化建设人员、车辆精准定位系统

 

  精准定位,将“北斗”系统搬到煤矿井下

  补连塔煤矿人员、车辆定位系统于2019年9月正式完成建设并投入使用,采用近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的ZigBee无线通信技术,是集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理等于一体的综合性应用系统,定位精度达到3 m,已经覆盖到除回风巷、准备封闭区域外的所有巷道,在满足人员、车辆精准定位同时,具备运行轨迹回放、求救报警等功能。另外根据定位分站安装位置,系统开发了车辆测速功能,有效地管控了辅助运输车辆超速问题,保障了井下车辆安全行驶。

  4G 通信系统,建成井下信息高效传递网络

  补连塔煤矿于2019年8月完成井下4G无线通信网络建设,实现4G网络井下语音通信、视频通话、数据传输功能。不同于其他宽带通信模式,井下4G无线通信网络与公网完全兼容,矿用防爆手机可直接接入公共通信系统,实现井下地面“一机通”,同时该系统可与有线电话系统联网实现互联互通、统一调度等功能,确保了信息的及时有效传达,推动了实时安全生产管理。

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井下4G无线通信

 

  应急管理,语音广播添保障

  补连塔煤矿语音广播系统覆盖井下各主辅运大巷、变电所、水泵房、综采工作面、掘进工作面,采用工业以太网传输,具有自动或手动进行按区域或逻辑分组广播、分区域广播功能。当系统监测到安全监控系统警告,井下出现重大安全事故时,可以根据事先设定的程序,调动相关应急预案,指挥现场人员撤离;也可以人工调用应急预案语音,播放给指定区域,或通过麦克风直接指挥有关人员撤离。

  区域集中控制

  煤矿区域集中控制系统(,LCS)是引入德国PSI公司先进的管理理念和软件平台,将监测监控系统和信息管理系统整合为生产指挥管理系统,实现生产系统和数据信息融合共享。补连塔煤矿区域集中控制系统实现了矿井综采工作面、掘进工作面、主运输送带、分选厂、高压变电所、中央主排水泵房、加压泵房、通风机房、压风机房、污水处理厂等系统的集中显示、数据存储、远程控制、自动报警、数据分析,并以该系统为基础,矿井陆续实现了变电所、水泵房、压风机房等固定场所的无人值守,矿井设备集中控制初显成效。

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 煤矿区域集中控制系统 

 

  煤矿一体化矿图协同管理

  补连塔煤矿一体化矿图协同管理平台集成了巷道布置、水文地质、矿井安全监测、供电、供排水、主运、机电设备布置、通风等多个系统的图纸,以图层为单位,以协同为核心,采掘工程平面图为基础,将多矿井、多专业的图形统一存储、集中管理,消除数据冗余,提升各专业间数据共享效率。同时该系统开发有“巷道实景”功能,可全方位展示井下巷道实景画面。

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生产数据管控平台

 

持续奋进,智能化建设多点开花

  2020年2月,国家八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》要求加快推进煤炭行业供给侧结构性改革,推动智能化技术与煤炭产业融合发展,提升煤矿智能化水平。补连塔煤矿积极响应文件精神,针对矿井现有条件及各系统现状,制定了详细的智能矿山建设实施方案,按照“总体规划、分步实施、全面提升、重点突破、效益优先”的实施原则推进智能矿山建设,计划在2021年底前完成建设任务。截至2021年6月,补连塔煤矿智能矿山建设经过了1年多的紧密推进,在智能综采工作面、固定岗位无人值守、机械化装备应用等多方面均取得了突破性进展,智能矿山建设初具成效。

  智能综采工作面

  积极学习神东煤炭集团锦界煤矿、榆家梁煤矿等矿井智能化综采工作面建设经验,补连塔煤矿于2020年11月建成12415智能综采工作面,设计采高5 m,工作面长度330 m。工作面采煤机采用记忆割煤模式,为自适应采煤机割煤速度,液压支架在自动跟机拉架基础上,提出“分组”跟机拉架模式,满足采煤机10 m/min的落煤速度,单班产量高达,生产岗位由13人减少至5人,减员60%。

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5 m采高智能化综采工作面

 

  掘进智能化

  连采工作面采用双巷掘进,由连续采煤机、梭车、联运一号车、四臂锚杆机协同配合完成。工作面多个移动设备之间协同需要设备频繁移动,给现场安全管理工作带来很大挑战。2021年4月,补连塔煤矿掘锚三队投入使用掘进工作面人员接近防护系统,该系统集成人机电磁波精确定位和红外热成像定位技术,具备连续采煤机100 m范围内作业区域人员与设备移动双向预警、设备远程智能急停功能,从根本上保障了掘进工作面作业人员安全。

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掘进工作面人员接近防护系统界面

 

  带式输送机无人值守建设,减员增效有成效

  补连塔煤矿主运系统于2012年已实现了远程集中控制,具备无人值守运行的基本条件。但由于部分设备老化和一些保护技术应用效果较差等原因,主运系统无法保证无人值守的安全运行。针对上述存在的问题,补连塔煤矿在主运系统智能化建设方面,计划在完善带式输送机千兆网络建设的基础上,通过安装和应用钢丝绳芯无损检测装置系统、设备健康管理与智能分析系统、井上井下集控室建设、视频智能分析系统、轨道式巡检机器人等一批新设备、新技术,提升带式输送机基础保护功能,打造人员+机器人的巡检模式,使主运系统实现无人值守运行。目前,主运系统已累计完成关键部位视频监控覆盖、井上井下集中控制中心、设备状态在线监测系统、钢丝绳芯无损检测系统、铁器智能监测等内容建设,有力提升了带式输送机的基础保护。同时1号主井巡检机器人、203带式输送机巡检机器人也正式上线巡检,实现了由“人员”到“人员+机器人”的智能巡检模式的跨越,各智能化项目的实施累计实现生产岗位减员69人,为主运系统全面无人值守打下坚实基础。

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  带式输送机区域集中控制中心

 

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 带式输送机钢丝绳芯无损检测装置

 

  节能降耗,风泵远程监测添动力

  补连塔煤矿主回风巷积水采用风泵进行抽排,由于回风巷长度较大,在积水抽排过程中存在风泵故障率高、风压损失严重等问题。2021年4月,补连塔煤矿完成风泵远程监测系统建设,该系统由光纤光栅传感器分析仪、压力传感器、光分路器、后台监控管理软件及服务器等部件组成,可根据水位控制器自动控制风泵启停;同时光纤光栅传感分析仪通过接收来自光纤传感器的压力信号,实现对气泵水位环境和风泵健康状况实时监测监控。自风泵远程监测系统运行以来,风泵的巡视由以前每天1次改为现在每周1次,大幅节约了工作时间,用风损耗和风泵故障率也在原有基础上大幅下降。

  远程监测有手段,供电系统保安全

  在过去1年多供电系统智能化建设方面,补连塔煤矿在各变电所全部实现无人值守的基础上,将保障供电安全作为建设重点,陆续完成变电所自动灭火系统、电缆测温系统建设,通过应用新技术、新设备,打造安全可靠的供电系统。

  变电所自动灭火系统安装于井下各变电所,系统中防火装置的探测器通过185~260 nm波段紫外线传感器探测火灾,一旦出现异常,控制器控制阀门开启灭火罐,喷出超细干粉灭火剂,进行灭火。

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变电所自动灭火装置紫外线检测传感器

 

电缆测温系统通过铺设在电缆表面的测温光纤监测动力电缆温度,实现对煤矿动力电缆温度的在线监测和自动报警,从而在电缆火灾事故发生的初期准确判断动力电缆异常点位置,避免事故发生。

  机械化装备应用提质提效

  补连塔煤矿在井下通风设施安装、混凝土底板、管路安装和回撤作业方面引进一批机械化、自动化装备,将这些工作内容简单,但体力消耗大、环境恶劣的工作由机械化装备完成,在提高作业效率、降低员工劳动强度的同时,有效保障了员工作业安全。

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矿用防爆履带掏槽车

 

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矿用防爆管路抓举车

 

再接再厉,再创佳绩

  征途漫漫、唯有奋斗,补连塔煤矿将继续按照国家战略部署和集团智能化建设要求,在“机械化换人、自动化减人、智能化无人”目标的指引下,凝心聚力,破冰前行,不断引进新技术、新工艺和新设备,提高智能装备的成套化和国产化水平;大力整合煤矿多个独立信息系统,实现信息互联互通;分层次培养适应智能矿山发展建设的专业人才,打造一支技术过硬、富有创新精神的技能型队伍。不忘初心、牢记使命,奋力走出一条高效的智能矿山建设之路,打造可复制的智能化建设“补连模式”,让“无人则安、零事故生产”的目标乘着国家“十四五”规划开局的春风,化作雨露、润物无声。

来源:智能矿山杂志  作者:赵亚东