“智”引未来“能”汇枣泉奋力建设安全绿色高效和谐幸福的枣泉煤矿--国家能源集团宁夏煤业公司枣泉煤矿智能化示范矿井建设成果及经验.pdf

Intelligent Demonstration Mines智能示范矿井“智”引未来 “能”汇枣泉奋力建设安全绿色高效和谐幸福的枣泉煤矿国家能源集团宁夏煤业公司枣泉煤矿智能化示范矿井 建设成果及经验 张兵 梅晓虎 康向南 杨伟国家能源集团宁夏煤业公司枣泉煤矿（简称枣泉煤矿）是国家能源集团宁夏煤业公司主力矿井，位于灵武矿区南部，面积约56.7 km2，可采煤层8层，全矿井地质储量9.65亿t，可采储量5.26亿t，设计服务年限75.6 a，核定生产能力800万t/a。矿井为分区式通风，通风方法为抽出式，布置12条井筒，安装4套主扇通风机。各煤层顶底板材质多为泥质胶结的粉砂岩或细砂岩，煤层气含量低，煤尘存在易爆炸、易自然发火的风险，水文地质条件中等。所产煤种为低灰、低硫、高化学活性、中高发热量、优质环保洁净的不粘结煤。“建设智能化矿井是煤炭企业高质量转型发展的必由之路，是矿井安全高效绿色开采的有力支撑，是降低企业运营成本的必然选择，是提高职工幸福12Journal of Intelligent Mine2023 年第 10 期2023 10杂志官网：指数的重要保障”，这是枣泉煤矿基于矿井“四大一多一高”的复杂开采条件，在智能化矿井建设的艰辛探索和实践应用中得出的深刻认识。近年来，枣泉煤矿坚持安全、清洁、稳定生产，把守正创新作为引领发展的第一动力。锁定建设一流智能化示范矿目标，在煤炭行业“两化”深度融合上先试先行，示范引领，全要素推进智能化矿山建设，以“智能生产”降低职工劳动强度和安全风险，以“智能管理”提升企业经营效能，以“智能生活”提升职工幸福指数。在智能化矿井建设中厚植了思维，凝聚了共识，积累了经验，储备了人才，蹚出了路子，干出了样子。智能化矿井建设迈出了坚实步伐，枣泉煤矿干部职工在思想观念、作业方式、技能效率意识等方面发生了诸多变化。瞄准前沿 全力攻关 智能生产打造新引擎（1）“智能采煤”提档升级，实现常态化应用枣泉煤矿220704智能工作面作为国家能源集团首批20个智能化工作面之一，建成之后实现了“有人监护，无人操作”的常态化自动割煤（图1），液压支架跟机率94.5%，采煤机记忆截割率96.7%，近300 m长的工作面只安排1名监护运维人员，单日自动化割煤达到了13刀，减人提效、降低劳动强度的效果显著，职工为之点赞，生产一线用工紧张的局面也得到了缓解。近年来，枣泉煤矿又建设了 220705、220608 2个高起点、高水平、更加完备、更为稳定的智能化工作面。通过艰辛探索实践，攻克了适应不同倾角的自动跟机移架技术难题，并在倾角超过31的220608工作面成功应用该技术。在工作面回风巷超前段和上隅角成功应用单元支架替代单体柱支护技术，既确保了支护安全，又降低了劳动强度。在智能综采工艺的不断实践和探索中，共取得了开采工艺自由编辑、支架上窜下滑智能管控、全运输系统智能调速等12项技术突破，形成了人与设备、设备与设备、设备与采场智能对话，自成系统的“3+1”智能开采模式。220705工作面实施智能化开采后（图2），采煤队生产班人员由单班23人减少至13人，人员减少43.47%；工作面人员由单班11人减少至6人，人员减少36.36%，其中：采煤机司机1人（负责监护采煤机割煤过程中煤机、护帮板、电缆、管路运行情况），上端头支护2人，下端头支护2人（负责超前支柱的回收和支设），班长1人（负责生产现场指挥、协调工作），其他核减人员根据矿总体部署，安排至矿内其他岗位进行作业。130203综放工作面在较为复杂条件下也实现了少人化智能开采。几代煤矿人坐在办公桌采煤的梦想，在枣泉煤矿得以逐步实现。截至目前，220706智能化工作面已完成安装调试工作。110201（III）大采高智能化综放工作面成功应用了“六大系统”“23”项功能（图3），在单向智能化割煤工艺的基础上，提出基于采煤机位置关系对支架尾梁、插板动作进行时间、频率的控制策略，实现了多轮次智能化放煤工艺，液压支架跟机率和采煤机记忆截割率均达到95%。图2220705智能化工作面图1220704工作智能开采平台13Intelligent Demonstration Mines智能示范矿井（2）“智能掘进”突破瓶颈，力促新旧动能转换受复杂地质条件制约，矿井采掘接续一度非常紧张。枣泉煤矿以“目标牵动、思想发动、政策驱动、创新撬动”为抓手，综合施策，先后创造了大断面全岩巷道241 m、大断面全锚索支护煤巷533 m、煤岩巷556 m、煤巷756 m等多个宁夏回族自治区综掘单进纪录。但成绩的背后，是现场作业人员的体能、技能和工序衔接发挥到极致的结果，随着职工年龄增加、体能衰退，这样的快速掘进将面临难以持续的窘境。为改善作业环境、降低劳动强度、实现持续高效掘进，枣泉煤矿在220707辅助巷率先使用了四臂式大功率掘锚一体机，引进永磁带式输送机、输送带自移机尾、气动单轨吊和自移除尘风机等新设备和新技术。针对设备配套及工艺上存在的痛点、堵点，合力攻关，创新改造，实现了远程操控截割、全程视频监控、机械化辅助支护、多条输送带集中控制、机尾连续自移、自动调偏等多项技术应用，做到了高效智能综掘，创造了半煤岩拱形大断面巷道每月单进358 m的新纪录。智能掘进工作面远程集控中心如图4所示。（3）“智能辅助”全面覆盖，助推矿井建设提质增效对矿井主排水、主供电、主流煤等系统进行升级改造。成立机电调度指挥中心（图5），通过数据整合和可视化远控，完成多区域、多系统、多设备、多岗位的系统管理。成立主煤流运输调度中心，采用变频器控制给煤、雷达料位测量等技术，实现给煤量可视化远控、平滑调节、高位自动停机以及主运输系统无人值守、有人巡视的管理常态。6个采区地面和11处井下变电所中，10处实现了远程集中控制+有人巡视+无人值守；地面和井下水泵房7处，全部实现了远程集中控制+有人巡视+无人值守；11采区压风和制氮系统实现了远程集中控制+有人巡图3110201（III）大采高智能化综放工作面平台图5枣泉煤矿机电调度指挥中心图4220707智能掘进工作面远程集控中心14Journal of Intelligent Mine2023 年第 10 期2023 10杂志官网：视+无人值守，1314采区压风和制氮系统实现双岗合一；主通风机通风系统4处，均实现了可视化远程集中控制。井下变电所、水泵房和地面机房硐室等固定岗位大部分实现了远程操控+无人值守+有人巡视。融合完善了15个子系统组成的生产信息系统，具备了井下环境参数智能感知、车辆智能调度、信息无线互通、应急快速联动等功能，有力助推矿井智能化建设提质增效。持续创新 多点突破 智能管理拓展新领域（1）开发“E通新枣泉”，打造“云端煤矿”深度开发“E通新枣泉”矿山管理系统功能，采用多元异构数据治理、模块化组件设计等技术，构建了监测监控、人员定位、智能工作面运行等系统融合的生产监控系统，形成对矿井主要设备实时巡检、监测监控、故障巡检记录智能统计的设备管理系统，搭建智慧党建、智慧安全、智慧生产、智慧经营、智慧培训等专业化智能管理平台，基本实现“一部手机，直通枣泉；业务集成，口袋管理”的智能化矿井建设目标。该系统获得中国煤炭工业协会2019年煤炭行业“两化”深度融合优秀项目、2019年全国能源化学地质系统创新成果二等奖；智慧矿山建设关键技术和矿井水处理及清洁再利用项目分别获得2019年中国煤炭工业科技进步奖二、三等奖；2020年通过宁夏回族自治区科学技术厅科学技术成果鉴定；国家能源集团宁夏煤业公司2018年职工经济技术创新一等奖、计算机软件专著6项。2022年荣获国家能源集团“国家能源杯”智能建设技能大赛“班组岗位创新创效”优秀奖。“E通新枣泉”矿山管理系统在周边矿区、洗选中心等十多家兄弟单位推广应用。（2）北斗定位，智能监控，储煤场管理“保量增利”针对储煤场运营存在的管理风险点，以价值创造为目标，以信息化、智能化为方向（图6），对煤（a）储煤场视频监控系统全覆盖（b）储煤场改造（c）北斗车辆定位系统图6储煤场信息化、智能化改造15Intelligent Demonstration Mines智能示范矿井场传统管理进行智能化改造，形成了“三区两线一总控”管理模式，运用北斗定位、智能监控、智能门禁、数据统计分析等技术，实现了“场区模块化、产品区域化、道路专线化、行车定位化、监控智能化、对账自动化”管理升级（图7），全过程消除煤场各种管控风险，确保煤炭销售保量增利。（3）智能平衡，梯级利用，矿井水复用“清源节流”按照“清污分流分源采集分源净化分质供水梯级利用”的水资源利用原则，建立矿井水管理智能平衡系统，采用计量传感、智能分析等手段，将矿井水文监测、矿井水处理复用监控纳入一体化管控，对矿井水产水源头水量进行实时监测，对矿井水处理量、复用量和排水量实施动态调配，科学规划、梯级利用。采取井下灌浆冲尘直用矿井水，地面洒水降尘使用预处理水，井下生产、地面绿化、景观湖补水等复用深度处理水的措施，运用信息手段跟踪管控，实现矿区矿井水供、用、排总体平衡，矿井水复用率提高56%以上（图8、图9）。家园共建 成果共享 智能生活开辟新境界运用新技术改良土壤，对矸石山进行高水平修复治理，采取支部承包、全员参与的方式累计修复图7储煤场“三区两线一总控”管理模式图8矿井水资源利用调控体系16Journal of Intelligent Mine2023 年第 10 期2023 10杂志官网：生态面积380 000 m2，建设“五园十景”活动阵地，将昔日飞沙走石的矸石山治理成职工拓展训练、休闲观景、种植采摘和党团活动的“幸福苑”，打造“树木成林”“花草成片”“景点相连”的矿区公园。投建了自助洗车房、自动售货机、智能门禁、智能测温、扫码报修等智能化生活服务设施，实现了WiFi覆盖矿区、净水到楼层、网络进宿舍，给职工不断创造着更加便捷、舒适、优质的工作生活环境（图10）。“心中有梦想，脚下有力量”。枣泉人立足新时代，把握新格局，践行新理念，心怀枣泉梦，一个目标干下去，一张蓝图绘到底，“建设一流智能化示范矿井”的蓝图正在徐徐展开，几代煤矿人“脏累苦险”环境写照正在渐行渐远。结 语煤矿智能化建设是大势所趋，创新发展永远在路上。未来，枣泉煤矿将紧盯国内、国际科技发展前沿动态，致力于煤矿科技成果转化应用，把工作重点放在“体系融合、业务整合”上，对人员定位、4G/5G移动通信、工业物联网等多系统进行融合，把分散的集控中心整合，打破子系统之间的技术壁垒，打通安全生产管理与经营管控的数据链路，使人、财、物等互联互通、全面受控，建立起一套资源共享、决策快速的智能化生产指挥中心，实现重大灾害隐患实时监测、动态识别、有效预警、超前预控的主动保障，为矿井高质量发展提供坚强智能保障和智力支持。责任编辑：李艾稣作者简介：第一作者：张兵，正高级工程师，现任国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿矿长。E-mail：作者单位：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 枣泉煤矿（a）矸石山环境（b）枣泉煤矿自助洗车房图10枣泉煤矿矸石山环境治理图9矿井水管理智能平衡系统17