“鸟枪换炮” 智能矿山从梦想走入现实

——从2019中国绿色矿山建设高峰论坛传来的信息·智能技术装备篇

2019年04月24日 9:30 13133次浏览 来源:   分类: 地质矿业   作者:

导读: 随着信息技术、人工智能技术的快速发展,矿山智能化已成为全球矿业领域的技术热点和发展方向。矿业发达国家自上世纪90年代已经开启矿山自动化、智能化的研究,并取得了进展。总体而言,我国矿山智能化水平在装备水平、管理模式、技术条件等各方面均明显落后于矿业发达国家。最近几年,在“互联网+”、智能制造2025国家战略的鼓舞下,国内一些矿山企业、设备制造公司、研发单位,积极投入力量开展智能矿山技术研发,在某些领域已经初见成效。

随着信息技术、人工智能技术的快速发展,矿山智能化已成为全球矿业领域的技术热点和发展方向。矿业发达国家自上世纪90年代已经开启矿山自动化、智能化的研究,并取得了进展。总体而言,我国矿山智能化水平在装备水平、管理模式、技术条件等各方面均明显落后于矿业发达国家。最近几年,在“互联网+”、智能制造2025国家战略的鼓舞下,国内一些矿山企业、设备制造公司、研发单位,积极投入力量开展智能矿山技术研发,在某些领域已经初见成效。

在矿山智能化问题上,矿业发达国家侧重于智能矿山、自动化采矿技术的研究与应用,并已取得了丰硕成果,而国内矿山则多通过建设“数字矿山”来实现矿山的信息化、数字化,以此为基础开展智能化推进。

 

煤矸智能分选机器人

煤矸智能分选机器人

相关专家表示,智能矿山建设水平取决于地质条件、开采工艺、装备水平、管理模式等诸多因素影响。而其智能化环节也多集中于地质资源数字化,可视化开采设计,规划、计划最优化等矿山数字化技术,包括凿岩、装药、出矿、支护、运输(有轨、无轨)、提升在内的移动设备的自主运行,包括通风、排水、充填、供风、供电等环节的固定设备自动化,包括碎矿、磨矿、选别、压滤、排尾在内的智能选矿,包括监测监控、人员定位、通讯联络、紧急救援、安全管理在内的安全生产保障,包括智能调度、质量管控、能源设备、材料供应在内的生产管理智能化等。目前,在国内,对于露天矿山,利用卫星导航系统,指挥调度穿孔、爆破、装载、运输、排土设备的运转,技术已经非常成熟;钻机、电铲、卡车的智能化,尤其是车辆的自主运行,成为露天矿山智能化研究的重点。

在日前召开的2019中国绿色矿山建设高峰论坛暨绿色矿业创新技术装备博览会上,多种支撑国内矿山智能化的新技术新装备被推介。

露天矿采掘运输业的数字化系统

当前,露天矿采掘运输行业的数字化现状呈现出原始人工统计和指挥、半自动化统计和自动化统计与初步调度三者并存的情况。由于系统成本等原因,自动化统计与初步调度的系统占比较低、覆盖面较窄,露天矿信息系统整体智能化水平低。但在当前生态文明建设的背景下,露天矿采掘运输业需在追求质量的经济发展目标下走生态环保道路,要降本增效,走高质量发展道路。大数据智能已在商用、政用和民用等领域凸显价值,利用大数据智能为露天矿采掘运输业赋能将为实现矿业的生态发展和高质量发展创造机遇。比如,大数据智能化减少挖机矿车之间的空闲等待对提高生产效率具有很大的帮助。而现有产品的派车算法智能化程度不够,空闲等待问题依然亟待优化。使用强化学习方法,通过对大量历史数据的学习而得出高效的派车规则,具有重要的意义。

专业人士认为,要实现露天矿采掘运输业的智能化,需要三个基本要素:算法、算力和数据。行业大数据更是成为露天矿采掘运输业的智能化的基础。为实现矿业智能化,构建和普及露天采掘运输业的大数据采集、传输和存储系统需先行一步。

东方浩联(北京)智能科技有限公司研发的基于车辆自组网的工程机械调度管理系统正是致力于组织工程设备数据,夯实矿业智能化的基础的数字化智能系统。同时还在调度系统基础上进行功能延伸,数据提取与监控深入到矿区各个生产设备,实现远程自动化控制与生产流程可视化。目前该系统主要包含以下功能:一体式智能车载终端、生产产量自动统计、车辆作业状态监控。以车辆自组网为核心的一体式智能硬件,保证信息在车和车、车和人、车和路边单元之间信息稳定的传输,是本产品监控和调度等功能的技术基础。其中,挖机矿车匹配状态监控,可通过该模块远程、实时、全面掌握各运输车辆的实时所处状态及该状态的时间进程,以便尽快判断各运输车辆是否处于正常工作状态中,车队长可通过“排队状态”中的车辆数量,判断当时车辆调度的合理性。实时卫星定位监控,用于实时地图监控及历史轨迹查询。对实时车辆所在位置及状态进行展示,并设定电子围栏,若有车辆超出地图划定范围,即可记录,以备处理;可用于查询当前司机信息,回溯历史轨迹及防止公车私用。异常报警提示,可通过该模块识别并记录异常数据,统计“超速行驶”记录,防止“点火不工作”、“超出规定范围”等易造成油耗浪费、影响安全生产现象的发生,并可即时通报相关负责人,以供查询、跟踪及处理相关的违规情况。空满图像识别,可通过终端拍照,图像数据实时上传云端,管理者可以实时查看车辆的装车空满情况、车辆牌号与装车挖机号,在解决绩效问题时提供仲裁依据,有效防止跑空车。智能调度,通过智能算法施行“末尾淘汰制”,以工作数据为考核标准,工作合格的车辆才会轮转到其他采点工作。改善车辆绩效和工作内容上的均衡,并且促进生产积极性和解决部分采点因运输不便造成的司机消极工作导致采掘不均等问题。车辆维修管理,记录车辆维修原因、说明维修待料、记录车辆维修开始和结束时间、统计维修工时与费用。车辆加油管理,通过使用浩联智能联网加油机,可实现加油数据实时上传到服务器,加油数据报表一键导出,便于管理人员核对油料成本与油耗。

智能矿山一体化

北京安瑞斯矿山装备有限公司(Beijing Amras Mine equipment co., Ltd) 所提供的的智能矿山一体化建设方案主要包括:远程智能采矿系统、凿岩台车自动钻孔系统、煤矸智能分选机器人系统等。

远程智能采矿系统

据介绍,该系统实现了一套操控平台控制多台设备作业。系统能自主行走、自动加速、自动导航;车载激光扫描仪可以进行实时路径学习;在采矿方式允许的情况下,可以实现自主倒矿作业;可以实时记录设备运行参数;配备自动灭火功能;配套教学培训平台,降低人员培训费用;可放置在地面中控室远程操控作业。该系统能够实现生产过程遥控化,井下工人大量减少,大幅度提高井下劳动生产率,降低井下通风、降温等费用;实现采矿作业办公室化,矿工将远离高深井、高温、岩爆作业环境,从根本上解决生产安全问题;实现矿山开采规模化,智能化程度提高,产能大幅度提升,成本下降,低品位矿石得以充分利用;实现技术队伍知识化,职工素质大幅度提高,队伍结构以及待遇得到改善,矿工社会地位得到提升。

凿岩台车自动钻孔系统

目前,在国内矿山开采过程中,岩体开凿由人工操作面临诸多现实问题。比如,效率低;孔位精度不高,随意性大,影响爆破效果;凿孔质量难控制;存在超挖欠挖、隧道成型不规整,大块数量多;存在孔位不规整、不均匀、数量不够等因素,造成火工材料浪费,增加采矿成本;超挖、欠挖或隧道成型差导致二步骤采场采矿进路中有充填体或形成不稳定围岩,对人员和采矿设备造成一定的危险;定位不精确、少打孔多装药造成的大块,在二次爆破时容易出现堵塞溜井的严重后果;二次爆破产生的高速石子,容易击穿已经敷设的风管、水管及电缆管道,造成不必要的损失。而凿岩台车自动钻孔系统,采用工程机械专用控制器、机载电脑、编码器、电液比例换向阀和变量泵等。其优势在于,在完成参数设定以后,可以全自动完成一个掌子面钻孔作业, 减轻工人的劳动;自动调节推进和冲击压力,避免卡钎且孔成型好;控制凿岩钻臂运动,使得钻臂末端自动运动至目标孔位;控制推进梁动作,实现钻杆自动快速调整到目标姿态;控制凿岩机动作,自动完成钻孔、捅眼、退钎等任务。

煤矸石智能分选机器人系统

煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中排出的固体废弃物,其产量占原煤产量的15%左右。加强对煤矸石综合治理、综合利用的研究及提高洁净煤技术,是当前燃煤大国的重要研究内容,也是环境保护与发展的需要。利用智能技术对煤矸石进行分选也是智能化矿山重要的研究课题。煤矸石智能分选机器人系统能够大幅提高生产效率。如果一年生产按300天计算,每天工作时长为20小时,大小在200~400mm的不规则煤和矸石平均重量约15kg,煤矸石智能分选机器人标准拨手每小时动作3000次,每小时拨离能力为45吨,每天拨离能力900吨,年拨离能力约27万吨;大小在50~180mm的不规则煤和矸石平均重量约4kg,煤矸石智能分选机器人标准抓手每小时动作2500次,每小时最大拨离能力为10吨,每天拨离能力200吨,年拨离能力约6万吨。2个拨手加1个抓手每年能完成60万吨分选量。

矿山安全与预警

北京博泰克集团有限公司(Beijing PTK Equipment Co.Ltd)重点推介了意大利IDS GeoRadar公司的智能矿山应急监测预警系统。据了解,被推介的智能矿山应急监测预警的一系列产品,已广泛应用于矿山边坡、井下巷道、矿山建筑等应急监测及预警。

IBIS线性轨道监测预警系统

该系统主要用于矿山边帮监测预警、矿山边帮日常监测与预警、高陡边帮监测与预警、矿山地表沉降变形监测与预警、矿山应急救援监测与预警。其核心优势主要在于遥感监测,无须靠近;监测范围广,最大11平方千米的空间连续区域;测量精度高,径向位移精度可达0.1mm;用户可自定义报警级别及报警区域,危险区域通过电邮、短信和电脑闪屏自动报警;监测数据实时处理、实时传输至控制室,自动化智能控制,可实现无人值守;系统具有高级环境校准功能,可智能化、高精度的去除环境因素干扰;系统可加载DTM,三维显示监测结果;具备振动补偿功能,减少外界干扰。

Hydra圆弧式便携监测预警系统

该系统是意大利IDS公司于2018年全球首次推出,采用圆弧式合成孔径雷达技术,视角更大,更加便携,更加适合应急监测,实现全天候、高精度、大范围监测预警,可自获取DTM,成像更加直观快速。多用于矿山边坡、巷道、建筑应急监测预警、矿山边坡变形监测与预警、井下巷道变形监测与预警、矿山建筑变形监测与预警、其他各类边坡、大坝变形监测与预警。其核心优势是遥感式测量,无需接近或靠近目标区域,无需反射装置,距离最远可达800米;测量精度高,径向位移精度可达0.1mm,旋转式测量效率更高;空间分辨率极高,能够监测到被测区表面极小区域的变形;采样间隔30秒,避免采样间隔长而造成的数据不连续、数据丢失;模块化设计,运输、安装方便,不易损坏。

ArcSAR(Lite)全景监测预警系统

据介绍,ArcSAR(Lite)全景监测预警系统,是意大利IDS公司于2018年推出的全球首款圆弧式全景InSAR系统,采用国际领先圆弧式合成孔径雷达技术,360度全景监测,拥有小车设计可快速部署,更加适合应急监测,实现全天候、高精度、大范围监测预警,可自获取DTM,成像更加直观快速。可远程遥感监测,完成水平方向360°全景覆盖,垂直方向最大120°,最远监测距离5km,实现360°全景扫描仅耗时40s,180°仅耗时20s,全景扫描时最多可获得上千万高质量像元。

坠落物监测预警系统

坠落物监测预警系统主要用于坠落物、山崩、雪崩等快速变形体监测预警,实现全天候、高精度、大范围坠落物监测预警,与IBIS、Hydra系列产品联动,组成完整的监测预警网络,监控结果可云共享,大大提高管理效率,系统可以对坠落物路径跟踪、估计坠落物大小、监控坠落物速度、监控受影响范围、同步视频监控。

IBIS-FB爆破振动监测系统

爆破作为露天矿生产中常见的必不可少的作业手段之一,爆破振动监测一直是非常关乎安全生产的重要因素。IBIS-FB爆破振动远程监测系统是最新推出的爆破振动监测领域的创新型监测手段。该系统具备远程监测、实时监测、高精度高分辨率等传统监测手段无法比拟的技术特点,轻便设计,便于现场组装、运输,数据采集、分析均集成在计算机内,可以实时监测与成果显示,在下雨、刮风、大雾等天气条件下都能够提供连续的数据采集,为爆破振动监测带来全新体验。同时还具备振动补偿模块,可大幅降低监测过程中外界干扰,保证更加精确监测成果。其主要功能包括,提供爆破中心不同距离位置各点的位移、速度、频率、PPV(振速)随距离变化以及分布谱等信息,建立可靠的爆破振速模型,实时监测高于预设值的危险振动,预防爆破对于边邦和结构预料之外的影响。

矿山数字化节能

长江慧控科技(武汉)有限公司目前在尝试融合云计算、大数据、人工智能、工业互联等新技术应用的基础上,辅助智能矿山建设标准,为绿色矿山建设提供数据化运营决策、高智能化生产运营管理、全时全域设备故障预测和健康监测管理(PHM),环境监测与保护、安全生产指挥、智能节能控制等系统化解决方案。

目前所开发的系统,基于云中心控制的智能运营,可实现水、电安全数据实时同步后台;出现异常自动报警并数据存档;地图显示清晰定位;消防安全烟雾报警、消防通道、消防工具等全方位实时监控;电梯安全自动计算运行时间;自动上报告警及检修提醒;多通道消息实时同步,第一时间知晓风险。最大程度解放人力,节省运营人力成本60%以上。基于大数据管理的智能运维,可以实现“自动控制”,按照可自调整的运营策略控制中央空调、照明、风机、排污等设备。自动巡检,按周期定时巡检仪器设备,数据同步后台,若有异常自动推送工单至维修人员。自动设备健康监测,利用采集到的参数,实时计算设备健康状态,预测故障点。自动状态推送,通过平台界面、APP、大屏展示页面等通道,实时推送设备是否应维保,以及维保前后健康状态变化。

当然,从当前形势看,随着信息技术、智能化技术的进步,智能矿山的内涵也在不断丰富。智能矿山建设不可能一蹴而就,矿山应根据自身条件和具体需求,有目的地选择建设项目,使其充分发挥效益。

责任编辑:彭薇

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