有人這樣形容：露天礦與井工礦因開采設備、采煤工藝、作業(yè)環(huán)境等不同，是兩個不同的行業(yè)。

在智能化建設上，露天礦有何規(guī)劃和方向?建設重難點有哪些?已取得哪些成效?帶著這些問題，記者走進我國露天礦的代表性企業(yè)——國家能源準能集團，探訪露天礦智能化建設現狀。

建成多個信息系統(tǒng)和數據共享中心

在位于內蒙古準格爾旗的黑岱溝露天礦礦坑上，一輛經改造的無人駕駛礦車正沿著特定軌跡運行。它的到來解放了卡車司機魏軍勤的雙手雙腳。如若今年底能試驗成功，魏軍勤們的工作量則可以大幅減少。

無人駕駛礦車是準能集團智能化建設的項目之一。準能集團黨委委員、副總經理曹勇告訴記者，在全面推進智能礦山建設的過程中，準能人通過調研、系統(tǒng)分析國內外露天礦智能化采礦的重難點，開展了兩項智能煤礦示范項目，其中一項為“露天煤礦礦用自卸車無人駕駛系統(tǒng)”，即上述已在試驗階段的無人駕駛礦車。

“由于露天礦對運輸作業(yè)環(huán)境的安全性、開放性有要求，所以我們選擇無人駕駛礦車作為智能化建設的一個突破點。現在，我們已經形成一套運行系統(tǒng)，正在做調試。”曹勇說。

作為國家能源集團露天板塊的示范工程——準能集團“數字礦山”項目歷經3年，建成了60多個信息系統(tǒng)和共享的數據中心，在露天礦的穿爆、采掘、運輸、排棄各環(huán)節(jié)建設了自動采集、檢測、監(jiān)控和智能調度系統(tǒng)，實現生產、安全、經營、機電、技術等各個管理領域的信息化全覆蓋。

準能集團“數字準能”一體化智能運營平臺

“數字礦山”的背后，是準能人通過技術及管理的優(yōu)化創(chuàng)新，實現生產和管理的自動化、智能化目標的行動。

“準能集團露天礦的建設起點比較高，主要體現在工藝和設備上。但隨著技術的發(fā)展，我們仍以人工管理為主，管理水平與國際同行業(yè)相比還有一定差距，發(fā)展受到一定限制。之前，我們有很多大大小小的獨立系統(tǒng)，如高臺階邊坡監(jiān)測系統(tǒng)、卡車防撞預警系統(tǒng)等，基本沒有互聯(lián)，容易產生信息孤島。”準能集團信息中心經理霍文向記者介紹。

按照國家能源集團“一個目標、三型五化、七個一流”戰(zhàn)略要求，結合《國家能源集團智能礦山建設實施方案》，準能集團結合生產經營管理現狀和降本增效需求，構建了準能“數字礦山”總體架構。該架構分為五層，經營管理層由國家能源集團負責統(tǒng)一建設。準能集團以生產控制層、生產執(zhí)行層、設備層和決策支持層為重點，對系統(tǒng)進行建設、改造和整合，以滿足需求。

目前，準能集團形成了獨有的“一體兩翼、一個基礎、一個中心、四大板塊”的應用架構。“一體兩翼”即以生產管理和安全管理為主體，以技術管理、機電管理、經營管理、其他管理為兩翼;“一個基礎”指覆蓋了準能集團1000多個班組的班組信息管理平臺;“一個中心”指統(tǒng)一的“生產實時數據庫”;“四大板塊”是煤炭、鐵路、電力和化工四大板塊的基礎生產指揮和控制系統(tǒng)。

通過統(tǒng)一的數據中心，準能集團整合采礦設計、原煤生產、洗選裝車以及應急指揮、決策支持等業(yè)務，對業(yè)務主數據進行了統(tǒng)一編碼，對指標和業(yè)務數據進行了統(tǒng)一定義，統(tǒng)一了接口標準。借助大數據分析系統(tǒng)，各級管理人員可及時掌握破碎站、設備維修以及爆破作業(yè)區(qū)影響作業(yè)的情況等。如露天礦出現煤炭生產欠量，可橫向分析選煤廠、維修中心、炸藥廠的關聯(lián)影響，縱向分析露天礦內部各環(huán)節(jié)的影響。

“我們建設了煤炭全產業(yè)鏈生產聯(lián)動及決策支持系統(tǒng)，實現了煤炭生產、洗選裝車、鐵路運輸的一體化智能聯(lián)動管理，便于集團管理決策，為全面完成生產經營指標提供了大數據支撐。”霍文表示。

智能化建設滲透到采運排各工藝環(huán)節(jié)

霍文表示，準能集團露天礦智能化建設離不開先進的采礦設備和工藝的更新，更貫穿于采、運、排各個工藝環(huán)節(jié)。

準能集團技術人員使用3D建模軟件設計采礦方案

對于露天礦來說，前期的采礦設計環(huán)節(jié)必不可少。黑岱溝露天礦生產技術部綜合組技術主管趙鑫璐告訴記者，自2018年用上澳大利亞的測繪軟件后，礦山開采更加可視化了。他們應用了無人機正射投影、三維激光掃描儀等技術，建立了與真實礦山相對應的三維數字礦山模型。他們借助模型進行采礦、運輸系統(tǒng)以及排土設計，使采礦設計環(huán)節(jié)更高效。

“以前，我們需要去礦坑里測量數據，效率低，還不安全。通過可視化軟件，我們對采集的數據進行動態(tài)演示，分析采掘位置或排土場等區(qū)域發(fā)生了哪些變化，監(jiān)測排土層實際位移速度，有利于邊坡安全管理?，F在，效率提高了，還保證了安全。”趙鑫璐說。

爆破是露天礦采礦過程中的重要環(huán)節(jié)。黑岱溝露天礦應用了北斗衛(wèi)星精準定位、孔深智能測量、智能裝藥以及數碼雷管精準起爆等技術，建成智能爆破設計系統(tǒng)、智能布孔系統(tǒng)、炸藥混裝車智能裝藥系統(tǒng)等，實現了穿爆作業(yè)全流程的智能化;在采掘、運輸、排棄工藝管理環(huán)節(jié)，全面推廣卡車智能調度，車鏟匹配效率明顯提升。

今年3月，在黑岱溝露天礦爆破區(qū)，“履帶車機械臂協(xié)作機器人”上崗了。這個1米高的測孔機器人，可以在露天礦采剝平盤的炮孔之間來回穿梭。其主要工作為測量炮孔的孔深、溫度以及水深，并將收集的數據上傳至服務器，服務器再將數據傳到炸藥混裝車，最終實現自動精準裝藥。

此外，準能集團在黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦171臺卡車上，安裝了新的集成終端及輪胎健康監(jiān)測系統(tǒng)，在1026條輪胎上安裝了胎內傳感器等。輪胎在線監(jiān)測系統(tǒng)、燃油監(jiān)控系統(tǒng)通過對輪胎胎心和燃油的提油、加油、消耗環(huán)節(jié)的自動化監(jiān)控，實現對露天礦消耗的全過程監(jiān)控和管理。據估算，輪胎在線監(jiān)測系統(tǒng)可以降低點檢人員80%的勞動強度，整體延長10%至15%輪胎使用壽命;燃油監(jiān)控系統(tǒng)每年可節(jié)約3%的燃油管理成本，提高5%至8%的燃油利用率。兩套系統(tǒng)帶來的設備效率提升，可節(jié)省生產成本約6000萬元。

安全管理方面，準能集團在主要生產現場安裝了3000多個高清攝像機，實現了“人、機、環(huán)、管”風險預控和標準化作業(yè)管理，做到所有生產單位和作業(yè)系統(tǒng)的“一張圖”管理及可視化在線監(jiān)控。

作為核心工藝環(huán)節(jié)的一部分，運輸的安全系數決定著煤礦的管理水平。準能集團的露天礦主要運輸設備——大型礦用卡車上，加裝了卡車防撞預警、毫米波雷達自動剎車、司機疲勞狀態(tài)監(jiān)測、超速預警“四位一體”的自主保安智能化系統(tǒng)。

“一旦司機打盹兒，疲勞狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)會自動報警，我們可以及時提醒司機注意安全。”黑岱溝露天礦安監(jiān)員劉鵬說。

在設備管理和降本增效上，準能集團通過PM設備管理模塊，實現了價值近300億元機電設備的全生命周期管理;通過實時采集露天礦卡車、電鏟、油槽車等大型設備的燃油、輪胎、電量等現場數據，對主要設備能耗進行精準管理。

“我們在二級單位層面開發(fā)了班組管理信息系統(tǒng)，實現了準能集團1000多個班組的管理與料、工、費的核算。目前，我們已經實現了‘單機核算’或‘班組核算’。以露天礦為例，可以實現從車間、區(qū)隊到各班組及上班工人的物料消耗、工器具使用、工時消耗以及維修成本的統(tǒng)計與管理。”霍文認為，班組作為準能集團的最小細胞，其管理水平的高低代表了企業(yè)的整體管理水平。

此外，準能集團將選煤廠作為試點單位，針對選煤廠關鍵工藝環(huán)節(jié)，系統(tǒng)開展了智能干選、智能輸送、智能裝車、智能跳汰洗選、智能淺槽重介質洗選以及智能煤泥處理、管帶機智能巡檢機器人等項目的研發(fā)工作。其中，智能干選項目成果已成功推廣應用。

“通過實施‘數字礦山’項目，準能集團有效提升了煤礦的生產設計、計劃編制、調度指揮、作業(yè)管理的效率和水平，實現以效益為中心的煤炭生產科學化管理，基本達到了降本、增效、減人、保安的目的。”霍文表示，經初步測算，準能集團已實現每年降低直接成本9982.26萬元;主采設備可動率提升4.54%，實動率提升2.29%(其中黑岱溝露天礦吊斗鏟的可動率提高4.22%，實動率提高7.76%);轉崗分流410名職工。

發(fā)力地面生產系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)遠程監(jiān)控

“我們在智能化建設道路上仍在摸索，結合露天礦的自身特點，梳理發(fā)展思路和路徑?？梢哉f，我們目前已經處于自動化、信息化階段，正向智能化方向發(fā)展。”曹勇表示。

履帶車機械臂協(xié)作機器人在進行鉆孔深度探測

據介紹，作為與井工礦開采設備、采煤工藝、作業(yè)環(huán)境不同的露天礦，其建設重點更偏向于大型設備的智能化改造、爆破和運輸等核心工藝要求的智能化提升、復雜工況條件下的安全性保障等。

在準能集團2020年年中工作會上，該集團黨委書記、董事長楊榮明表示，要全力推進礦用卡車無人駕駛技術的研發(fā)與應用，力爭實現18臺300噸級智能無人駕駛卡車全部投入生產;加快智能化相配套5G網絡建設工作，完成可行性方案設計及立項;制訂中長期高端開發(fā)實施方案，進一步加快高端開發(fā)速度，提升煤炭裝備國產化率。

如今，無人駕駛卡車已在黑岱溝露天礦的試驗場地運行了一段時間。2018年5月，準能集團“露天煤礦礦用自卸車無人駕駛系統(tǒng)”科技創(chuàng)新項目由國家能源集團批準立項。2019年，準能集團與航天重型工程裝備有限公司等達成合作意向。

據航天重工自動駕駛系統(tǒng)項目經理丁國徐介紹，無人駕駛礦車通過建設一套包括地面控制中心系統(tǒng)、車地無線通信系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)等在內的無人駕駛控制系統(tǒng)，實現礦用自卸卡車裝、運、卸作業(yè)過程的完全無人自主運行，并與鉆機、電鏟、推土機、平路機等露天礦作業(yè)關鍵設備配合工作。

今年6月，準能集團的礦用卡車實施現場改造，已先后完成整車線控化改造、無人駕駛車載傳感器安裝、作業(yè)區(qū)域地圖采集與制作、無人駕駛循跡行駛測試、機群系統(tǒng)與無人礦用卡車協(xié)同作業(yè)調試等工作。目前，改造車輛已在全程3.6公里的測試區(qū)域內實現前進、后退、轉彎、上下坡、裝載和卸載等無人駕駛。下一步，研發(fā)團隊的目標是讓它精準識別障礙物。

此外，正在建設中的礦山設備預測性大數據分析系統(tǒng)，通過實時采集礦用卡車柴油機功率、輪胎壓力、電傳信號等數據建立數據模型，并通過大數據分析實現對卡車柴油機、稱重系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)、電傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)方面的預測性診斷，減少維修時間、延長大修間隔、降低能耗。

“‘數字礦山’的建設，改變了礦山的生產方式，在礦山設計、開采、安全、管理、可持續(xù)發(fā)展、土地利用以及科學決策等方面產生社會和經濟效益，促進準能集團轉型升級。”曹勇表示，下一步，準能集團將加快應用智能傳感器、物聯(lián)網、5G等先進技術，重點建設卡車、電鏟、鉆機等礦用大型設備的無人駕駛、皮帶巡檢智能機器人等項目，最終實現全部地面生產系統(tǒng)和生產輔助系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。

(本版圖片由通訊員崔龍?zhí)峁?