“鳥槍換炮” 智能礦山從夢想走入現實

                                      ——從2019中國綠色礦山建設高峰論壇傳來的信息·智能技術裝備篇

                                      2019年04月24日 9:30 35865次瀏覽 來源:   分類: 地質礦業   作者:

                                      導讀: 隨著信息技術、人工智能技術的快速發展,礦山智能化已成為全球礦業領域的技術熱點和發展方向。礦業發達國家自上世紀90年代已經開啟礦山自動化、智能化的研究,并取得了進展。總體而言,我國礦山智能化水平在裝備水平、管理模式、技術條件等各方面均明顯落后于礦業發達國家。最近幾年,在“互聯網+”、智能制造2025國家戰略的鼓舞下,國內一些礦山企業、設備制造公司、研發單位,積極投入力量開展智能礦山技術研發,在某些領域已經初見成效。

                                      隨著信息技術、人工智能技術的快速發展,礦山智能化已成為全球礦業領域的技術熱點和發展方向。礦業發達國家自上世紀90年代已經開啟礦山自動化、智能化的研究,并取得了進展。總體而言,我國礦山智能化水平在裝備水平、管理模式、技術條件等各方面均明顯落后于礦業發達國家。最近幾年,在“互聯網+”、智能制造2025國家戰略的鼓舞下,國內一些礦山企業、設備制造公司、研發單位,積極投入力量開展智能礦山技術研發,在某些領域已經初見成效。

                                      在礦山智能化問題上,礦業發達國家側重于智能礦山、自動化采礦技術的研究與應用,并已取得了豐碩成果,而國內礦山則多通過建設“數字礦山”來實現礦山的信息化、數字化,以此為基礎開展智能化推進。

                                       

                                      煤矸智能分選機器人

                                      煤矸智能分選機器人

                                      相關專家表示,智能礦山建設水平取決于地質條件、開采工藝、裝備水平、管理模式等諸多因素影響。而其智能化環節也多集中于地質資源數字化,可視化開采設計,規劃、計劃最優化等礦山數字化技術,包括鑿巖、裝藥、出礦、支護、運輸(有軌、無軌)、提升在內的移動設備的自主運行,包括通風、排水、充填、供風、供電等環節的固定設備自動化,包括碎礦、磨礦、選別、壓濾、排尾在內的智能選礦,包括監測監控、人員定位、通訊聯絡、緊急救援、安全管理在內的安全生產保障,包括智能調度、質量管控、能源設備、材料供應在內的生產管理智能化等。目前,在國內,對于露天礦山,利用衛星導航系統,指揮調度穿孔、爆破、裝載、運輸、排土設備的運轉,技術已經非常成熟;鉆機、電鏟、卡車的智能化,尤其是車輛的自主運行,成為露天礦山智能化研究的重點。

                                      在日前召開的2019中國綠色礦山建設高峰論壇暨綠色礦業創新技術裝備博覽會上,多種支撐國內礦山智能化的新技術新裝備被推介。

                                      露天礦采掘運輸業的數字化系統

                                      當前,露天礦采掘運輸行業的數字化現狀呈現出原始人工統計和指揮、半自動化統計和自動化統計與初步調度三者并存的情況。由于系統成本等原因,自動化統計與初步調度的系統占比較低、覆蓋面較窄,露天礦信息系統整體智能化水平低。但在當前生態文明建設的背景下,露天礦采掘運輸業需在追求質量的經濟發展目標下走生態環保道路,要降本增效,走高質量發展道路。大數據智能已在商用、政用和民用等領域凸顯價值,利用大數據智能為露天礦采掘運輸業賦能將為實現礦業的生態發展和高質量發展創造機遇。比如,大數據智能化減少挖機礦車之間的空閑等待對提高生產效率具有很大的幫助。而現有產品的派車算法智能化程度不夠,空閑等待問題依然亟待優化。使用強化學習方法,通過對大量歷史數據的學習而得出高效的派車規則,具有重要的意義。

                                      專業人士認為,要實現露天礦采掘運輸業的智能化,需要三個基本要素:算法、算力和數據。行業大數據更是成為露天礦采掘運輸業的智能化的基礎。為實現礦業智能化,構建和普及露天采掘運輸業的大數據采集、傳輸和存儲系統需先行一步。

                                      東方浩聯(北京)智能科技有限公司研發的基于車輛自組網的工程機械調度管理系統正是致力于組織工程設備數據,夯實礦業智能化的基礎的數字化智能系統。同時還在調度系統基礎上進行功能延伸,數據提取與監控深入到礦區各個生產設備,實現遠程自動化控制與生產流程可視化。目前該系統主要包含以下功能:一體式智能車載終端、生產產量自動統計、車輛作業狀態監控。以車輛自組網為核心的一體式智能硬件,保證信息在車和車、車和人、車和路邊單元之間信息穩定的傳輸,是本產品監控和調度等功能的技術基礎。其中,挖機礦車匹配狀態監控,可通過該模塊遠程、實時、全面掌握各運輸車輛的實時所處狀態及該狀態的時間進程,以便盡快判斷各運輸車輛是否處于正常工作狀態中,車隊長可通過“排隊狀態”中的車輛數量,判斷當時車輛調度的合理性。實時衛星定位監控,用于實時地圖監控及歷史軌跡查詢。對實時車輛所在位置及狀態進行展示,并設定電子圍欄,若有車輛超出地圖劃定范圍,即可記錄,以備處理;可用于查詢當前司機信息,回溯歷史軌跡及防止公車私用。異常報警提示,可通過該模塊識別并記錄異常數據,統計“超速行駛”記錄,防止“點火不工作”、“超出規定范圍”等易造成油耗浪費、影響安全生產現象的發生,并可即時通報相關負責人,以供查詢、跟蹤及處理相關的違規情況。空滿圖像識別,可通過終端拍照,圖像數據實時上傳云端,管理者可以實時查看車輛的裝車空滿情況、車輛牌號與裝車挖機號,在解決績效問題時提供仲裁依據,有效防止跑空車。智能調度,通過智能算法施行“末尾淘汰制”,以工作數據為考核標準,工作合格的車輛才會輪轉到其他采點工作。改善車輛績效和工作內容上的均衡,并且促進生產積極性和解決部分采點因運輸不便造成的司機消極工作導致采掘不均等問題。車輛維修管理,記錄車輛維修原因、說明維修待料、記錄車輛維修開始和結束時間、統計維修工時與費用。車輛加油管理,通過使用浩聯智能聯網加油機,可實現加油數據實時上傳到服務器,加油數據報表一鍵導出,便于管理人員核對油料成本與油耗。

                                      智能礦山一體化

                                      北京安瑞斯礦山裝備有限公司(Beijing Amras Mine equipment co., Ltd) 所提供的的智能礦山一體化建設方案主要包括:遠程智能采礦系統、鑿巖臺車自動鉆孔系統、煤矸智能分選機器人系統等。

                                      遠程智能采礦系統

                                      據介紹,該系統實現了一套操控平臺控制多臺設備作業。系統能自主行走、自動加速、自動導航;車載激光掃描儀可以進行實時路徑學習;在采礦方式允許的情況下,可以實現自主倒礦作業;可以實時記錄設備運行參數;配備自動滅火功能;配套教學培訓平臺,降低人員培訓費用;可放置在地面中控室遠程操控作業。該系統能夠實現生產過程遙控化,井下工人大量減少,大幅度提高井下勞動生產率,降低井下通風、降溫等費用;實現采礦作業辦公室化,礦工將遠離高深井、高溫、巖爆作業環境,從根本上解決生產安全問題;實現礦山開采規模化,智能化程度提高,產能大幅度提升,成本下降,低品位礦石得以充分利用;實現技術隊伍知識化,職工素質大幅度提高,隊伍結構以及待遇得到改善,礦工社會地位得到提升。

                                      鑿巖臺車自動鉆孔系統

                                      目前,在國內礦山開采過程中,巖體開鑿由人工操作面臨諸多現實問題。比如,效率低;孔位精度不高,隨意性大,影響爆破效果;鑿孔質量難控制;存在超挖欠挖、隧道成型不規整,大塊數量多;存在孔位不規整、不均勻、數量不夠等因素,造成火工材料浪費,增加采礦成本;超挖、欠挖或隧道成型差導致二步驟采場采礦進路中有充填體或形成不穩定圍巖,對人員和采礦設備造成一定的危險;定位不精確、少打孔多裝藥造成的大塊,在二次爆破時容易出現堵塞溜井的嚴重后果;二次爆破產生的高速石子,容易擊穿已經敷設的風管、水管及電纜管道,造成不必要的損失。而鑿巖臺車自動鉆孔系統,采用工程機械專用控制器、機載電腦、編碼器、電液比例換向閥和變量泵等。其優勢在于,在完成參數設定以后,可以全自動完成一個掌子面鉆孔作業, 減輕工人的勞動;自動調節推進和沖擊壓力,避免卡釬且孔成型好;控制鑿巖鉆臂運動,使得鉆臂末端自動運動至目標孔位;控制推進梁動作,實現鉆桿自動快速調整到目標姿態;控制鑿巖機動作,自動完成鉆孔、捅眼、退釬等任務。

                                      煤矸石智能分選機器人系統

                                      煤矸石是煤炭開采和洗選加工過程中排出的固體廢棄物,其產量占原煤產量的15%左右。加強對煤矸石綜合治理、綜合利用的研究及提高潔凈煤技術,是當前燃煤大國的重要研究內容,也是環境保護與發展的需要。利用智能技術對煤矸石進行分選也是智能化礦山重要的研究課題。煤矸石智能分選機器人系統能夠大幅提高生產效率。如果一年生產按300天計算,每天工作時長為20小時,大小在200~400mm的不規則煤和矸石平均重量約15kg,煤矸石智能分選機器人標準撥手每小時動作3000次,每小時撥離能力為45噸,每天撥離能力900噸,年撥離能力約27萬噸;大小在50~180mm的不規則煤和矸石平均重量約4kg,煤矸石智能分選機器人標準抓手每小時動作2500次,每小時最大撥離能力為10噸,每天撥離能力200噸,年撥離能力約6萬噸。2個撥手加1個抓手每年能完成60萬噸分選量。

                                      礦山安全與預警

                                      北京博泰克集團有限公司(Beijing PTK Equipment Co.Ltd)重點推介了意大利IDS GeoRadar公司的智能礦山應急監測預警系統。據了解,被推介的智能礦山應急監測預警的一系列產品,已廣泛應用于礦山邊坡、井下巷道、礦山建筑等應急監測及預警。

                                      IBIS線性軌道監測預警系統

                                      該系統主要用于礦山邊幫監測預警、礦山邊幫日常監測與預警、高陡邊幫監測與預警、礦山地表沉降變形監測與預警、礦山應急救援監測與預警。其核心優勢主要在于遙感監測,無須靠近;監測范圍廣,最大11平方千米的空間連續區域;測量精度高,徑向位移精度可達0.1mm;用戶可自定義報警級別及報警區域,危險區域通過電郵、短信和電腦閃屏自動報警;監測數據實時處理、實時傳輸至控制室,自動化智能控制,可實現無人值守;系統具有高級環境校準功能,可智能化、高精度的去除環境因素干擾;系統可加載DTM,三維顯示監測結果;具備振動補償功能,減少外界干擾。

                                      Hydra圓弧式便攜監測預警系統

                                      該系統是意大利IDS公司于2018年全球首次推出,采用圓弧式合成孔徑雷達技術,視角更大,更加便攜,更加適合應急監測,實現全天候、高精度、大范圍監測預警,可自獲取DTM,成像更加直觀快速。多用于礦山邊坡、巷道、建筑應急監測預警、礦山邊坡變形監測與預警、井下巷道變形監測與預警、礦山建筑變形監測與預警、其他各類邊坡、大壩變形監測與預警。其核心優勢是遙感式測量,無需接近或靠近目標區域,無需反射裝置,距離最遠可達800米;測量精度高,徑向位移精度可達0.1mm,旋轉式測量效率更高;空間分辨率極高,能夠監測到被測區表面極小區域的變形;采樣間隔30秒,避免采樣間隔長而造成的數據不連續、數據丟失;模塊化設計,運輸、安裝方便,不易損壞。

                                      ArcSAR(Lite)全景監測預警系統

                                      據介紹,ArcSAR(Lite)全景監測預警系統,是意大利IDS公司于2018年推出的全球首款圓弧式全景InSAR系統,采用國際領先圓弧式合成孔徑雷達技術,360度全景監測,擁有小車設計可快速部署,更加適合應急監測,實現全天候、高精度、大范圍監測預警,可自獲取DTM,成像更加直觀快速。可遠程遙感監測,完成水平方向360°全景覆蓋,垂直方向最大120°,最遠監測距離5km,實現360°全景掃描僅耗時40s,180°僅耗時20s,全景掃描時最多可獲得上千萬高質量像元。

                                      墜落物監測預警系統

                                      墜落物監測預警系統主要用于墜落物、山崩、雪崩等快速變形體監測預警,實現全天候、高精度、大范圍墜落物監測預警,與IBIS、Hydra系列產品聯動,組成完整的監測預警網絡,監控結果可云共享,大大提高管理效率,系統可以對墜落物路徑跟蹤、估計墜落物大小、監控墜落物速度、監控受影響范圍、同步視頻監控。

                                      IBIS-FB爆破振動監測系統

                                      爆破作為露天礦生產中常見的必不可少的作業手段之一,爆破振動監測一直是非常關乎安全生產的重要因素。IBIS-FB爆破振動遠程監測系統是最新推出的爆破振動監測領域的創新型監測手段。該系統具備遠程監測、實時監測、高精度高分辨率等傳統監測手段無法比擬的技術特點,輕便設計,便于現場組裝、運輸,數據采集、分析均集成在計算機內,可以實時監測與成果顯示,在下雨、刮風、大霧等天氣條件下都能夠提供連續的數據采集,為爆破振動監測帶來全新體驗。同時還具備振動補償模塊,可大幅降低監測過程中外界干擾,保證更加精確監測成果。其主要功能包括,提供爆破中心不同距離位置各點的位移、速度、頻率、PPV(振速)隨距離變化以及分布譜等信息,建立可靠的爆破振速模型,實時監測高于預設值的危險振動,預防爆破對于邊邦和結構預料之外的影響。

                                      礦山數字化節能

                                      長江慧控科技(武漢)有限公司目前在嘗試融合云計算、大數據、人工智能、工業互聯等新技術應用的基礎上,輔助智能礦山建設標準,為綠色礦山建設提供數據化運營決策、高智能化生產運營管理、全時全域設備故障預測和健康監測管理(PHM),環境監測與保護、安全生產指揮、智能節能控制等系統化解決方案。

                                      目前所開發的系統,基于云中心控制的智能運營,可實現水、電安全數據實時同步后臺;出現異常自動報警并數據存檔;地圖顯示清晰定位;消防安全煙霧報警、消防通道、消防工具等全方位實時監控;電梯安全自動計算運行時間;自動上報告警及檢修提醒;多通道消息實時同步,第一時間知曉風險。最大程度解放人力,節省運營人力成本60%以上。基于大數據管理的智能運維,可以實現“自動控制”,按照可自調整的運營策略控制中央空調、照明、風機、排污等設備。自動巡檢,按周期定時巡檢儀器設備,數據同步后臺,若有異常自動推送工單至維修人員。自動設備健康監測,利用采集到的參數,實時計算設備健康狀態,預測故障點。自動狀態推送,通過平臺界面、APP、大屏展示頁面等通道,實時推送設備是否應維保,以及維保前后健康狀態變化。

                                      當然,從當前形勢看,隨著信息技術、智能化技術的進步,智能礦山的內涵也在不斷豐富。智能礦山建設不可能一蹴而就,礦山應根據自身條件和具體需求,有目的地選擇建設項目,使其充分發揮效益。

                                      責任編輯:彭薇

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