智慧綠色礦山建設技術研究
時間:2022-10-22 03:01:18
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摘要:信息化技術的長足發展不斷影響著傳統采礦行業,使煤礦企業向數字化、信息化和智能化方向發展。本文探討數字化礦山、智能化礦山、綠色礦山和人文礦山建設等方面的關鍵技術,并對煤礦企業智慧綠色礦山建設提出相關建議。
關鍵詞:煤礦;數字化礦山;人工智能;綠色礦山
煤炭行業作為國民經濟的支柱產業,長期以來為國家和社會的經濟發展做出了巨大貢獻。隨著科技水平的進步發展,信息化技術的長足發展逐漸影響并改變了采礦業,使其從傳統采礦向數字化、信息化和智能化方向轉變[1]。傳統的煤礦單一追求生產、安全需求的時代一去不復返,不止國家產業政策引導煤礦企業朝著智慧綠色礦山發展,更重要的是出于企業自身發展的需求。基于當前戰略形勢,煤礦企業開展切合自身的智慧綠色礦山發展方向研究十分必要,為礦井轉型升級、改善面貌、提高競爭力助力加油。
1數字礦山建設關鍵技術
1.1專用地理信息系統軟件平臺技術。智慧礦山空間數據框架是指在同一區域內抽象定義的、使用頻率最高、最基礎、最具有權威性的礦山空間數據資源[2,3],專用地理信息系統軟件平臺技術是專門對這些數據資源進行處理存儲的專業轉件技術,其發展和應用取決于空間數據基準和編碼標準、信息元數據標準的統一和數據庫的建設和豐富。隨著國家行業標準的推進建設、計算機技術的發展,該平臺技術功能更加完善、處理速度加快。1.2面向智慧礦山的物聯網關鍵技術。研究先進的物聯網和傳感器技術[4],實現煤礦企業的傳統六大災害的超前探測和預報,并將數據進行傳輸、保存等,實現礦井智能感知。此外,對煤礦生產流程(包括采掘機運通五大系統)也應通過物聯網技術(如三維模擬等)進行集成處理,將各種信息通過可視化平臺呈現和傳輸、操控。1.3煤礦安全生產信息移動互聯技術。隨著智能手機和通信技術即將進入5G時代,目前煤礦已建立基于移動終端的短信預警平臺技術、生產信息共享技術,但并未充分發揮智能移動終端的作用[5]。煤礦移動終端在功能發揮方面大有可為,通過對礦山現有系統進行集成和升級、功能擴展,可實現礦山各類系統集成、多級聯網、綜合監管、應急指揮、安全信息管理、安全監管辦公、礦山信息共享、礦山移動社交生活平臺等功能。具體分為:(1)服務職工生活辦公,通過軟件開發和集成,可使煤礦職工通過統一的辦公平臺(類似于移動OA系統)進行公文傳輸、會議室預約、考勤、遠程會議、網絡票選、社交平臺、移動支付等應用。(2)服務煤礦生產,通過權限劃分和軟件開發,實現各級領導可根據權限遠程查看、了解礦井地面和井下生產、運輸、災害等安全生產信息以及操控設備。
2智能礦山建設關鍵技術
2.1智能化煤礦裝備研發與應用。目前,我國煤礦企業基本還屬于勞動密集型企業向智能化企業轉變的起步階段,設備的智能化水平相對較低,而且與其他行業相比差距較大。因此,我國煤礦目前智能化裝備的研發和應用需求十分迫切,其主要方向是自動化開采技術及裝備、智能綜合機械化采掘裝備、智能瓦斯抽采技術及裝備以及井下超前探測、煤炭運輸、煤炭洗選、瓦斯利用等方面。此外,國家也在大力發展和研制無人化技術及裝備,包括無人機和礦山機器人等等,這些設備和技術在煤礦探測、生產、巡查和應急救援方面有重要的、廣泛的應用前景。2.2人工智能技術。人工智能技術是通過計算機完成以往只有人完成的工作,采用程序控制計算機模擬人的思維過程和智能行為[6]。人工智能技術在各個領域都發揮著重要的作用。煤礦企業可以通過各個生產程序和環節中產生的海量數據,通過人工智能綜合分析,從而參與方案決策和參數優化,能極大提升煤礦企業的技術和管理水平。2.3虛擬現實技術應用。通過虛擬技術平臺集成煤礦井上下的各種數據[7],包括環境監測系統、瓦斯監控系統、礦山壓力監測系統、人員定位系統、災害事故預警及報警系統等,實現井上下人員和各種設備運行狀況的實時在線可視化監測,能提供煤礦企業各類安全生產信息的準確信息,從而為決策層提供強大的數據支撐。2.4智慧煤礦決策支持系統。基于云計算平臺以及決策支持系統,盡量實現礦井的智慧生產和管理,包括:動態生產數據的實時處理,如精細三維地質模型和巷道模型的動態修改、通風網絡智慧解算、應急預案自動修改;實現對重大危險源的識別、預測和預警;多源空間信息融合、綜合處理、實時分發服務;專家會診煤礦安全事故。
3綠色礦山建設關鍵技術
3.1礦井資源綜合利用技術。礦井資源綜合利用技術,即通過對煤礦開采過程中的地下水、煤矸石、瓦斯等采用利用技術以及對生產過程中產生的“三廢處理”采用資源循環利用技術。3.1.1煤礦水資源綜合利用技術。煤礦井下具有豐富的地下水資源,而礦井生產、生活需要較多的水資源,通過建立地下水收集和地面供水循環系統,集中進行水質過濾或軟化系統,可滿足設備冷卻用水、生活用水、防塵用水等多種用途。3.1.2煤礦瓦斯綜合利用技術。目前,國內在瓦斯利用方面已形成了瓦斯蓄熱氧化利用、提純和發電等相結合的梯級利用技術體系,針對不同濃度的瓦斯進行梯級高效利用。主要包括低(超低)濃度瓦斯蓄熱氧化熱能利用、瓦斯發電或提純、高濃度煤層氣直接加工利用、低濃度瓦斯安全輸送及自動混配等系列化技術與裝備,可提供瓦斯治理、開發、利用一體化系統解決方案。尤其是對多數礦井瓦斯濃度低、瓦斯利用規模小,可大力推廣蓄熱氧化燃煤鍋爐替代技術。在我國北方,冬季還可對風筒進行加熱。3.1.3煤矸石再利用技術。煤矸石是我國排放量最大的工業固體廢棄物之一,煤矸石的大量堆積,不僅占用土地、污染環境,同時也存在一定的安全隱患,如自燃或垮落等。煤矸石也是一種資源,可以加以利用,我國“九五”以來對煤矸石的綜合利用有很大的發展,技術水平也在不斷提高。煤矸石的利用途徑主要包括充填塌陷區、解決土地復墾、制作建筑材料和發電等。不少煤礦企業通過煤矸石的綜合利用帶來了巨大的經濟效益和社會效益。3.2煤礦節能減排技術。煤礦節能減排對綠色礦山建設至關重要,應在煤礦開采設計階段就應進行考慮,從開采方法、巷道布置、災害防控、生產設備方面進行優化設計,不僅滿足國家節能標準,應盡可能采用節能減排設備、工藝。具體做法有:(1)從節能方面考慮,必須淘汰落后的高耗能機電設備,同時研究綠色煤礦開采和利用新技術,提高資源回收率和利用率,大力推廣和發展循環利用技術和余能余熱利用技術。(2)從減排方面考慮,通過煤礦生產、運輸、洗選等各個環節,不斷優化產業結構,同時加大產業技術創新的力度,構建合理化的礦山低碳經濟模式,對煤礦產生的“三廢”物品,運用高科技手段綜合治理,并充分加以回收和利用,凈化生態環境,保護生態平衡。3.3礦山地質環境保護與治理恢復技術。根據煤礦實際,礦山地質環境防治工程主要有礦山地質環境預防保護措施、礦山地質環境治理恢復工程、礦山地質環境監測工程三大類,運用現代化的監測儀器、材料和工藝逐步發展形成礦山地質環境保護與治理恢復技術。其中預防保護措施主要為礦山地質災害預防保護措施、含水層破壞的預防保護措施、地形地貌景觀破壞的預防保護措施;治理恢復工程主要為地面塌陷、地裂縫治理工程、土地資源恢復工程和地貌景觀恢復工程;監測工程主要包括地面塌陷監測、地裂縫監測、含水層監測、地形地貌景觀監測、土地資源監測等。
4人文礦山建設關鍵技術
企業管理有個名詞叫“人文企業”,重視以人為本的思想,注重以“人性文化”為主的企業文化,充分發揮其在管理中應用與創新的重要作用。煤礦企業雖然是粗放型資源企業,但也應注重人文礦山的建設:(1)推進企業文化建設。通過開展良好企業精神文明建設,建立公平發展環境(包括員工公平競爭上崗機制)、營造創新氛圍、塑造良好的企業文化。(2)加強人才培養。①招聘專業的技術人才;②通過對企業職工開展不同層次培訓教育、提供繼續深造機會提升技術水平和素質能力;③企業建立員工創新獎勵機制,激勵員工自主上進。(3)保證員工待遇。包括為職工創造安全的工作環境、安全防護裝備、開展收入體系改革、保證職工收入隨企業發展良性增長。此外,為落實國家人性化煤礦管理指導思想,減少煤礦職工(尤其一線員工的)長時間作業和夜班,非必要崗位人員試行彈性工作機制。(4)關注職工健康建立職工身體健康、職業病危害、心理健康數據庫和檔案管理,定期進行心理咨詢評估和輔導,成立幫扶小組,幫助困難職工進步發展。
5對策和建議
(1)在礦井前期開展“數字化礦山示范工程”,加快數據中心和安全生產管控平臺數據存儲、處理能力升級,同時加快水、火、瓦斯、頂板、粉塵災害防控一體化平臺建設,運用物聯網和云計算加快煤礦智能決策大系統建設。(2)爭取國家和集團公司專項科技資金,礦井建立專項資金使用機制。(3)與國內外科研院校合作,在智能化裝備、大數據等先進技術裝備研發和推廣應用方面取得突破。(4)對井下抽采瓦斯進行提濃技術研究,進一步提高目前瓦斯發電站利用規模,同時對于部分乏風瓦斯考慮引進乏風氧化蓄熱發電技術。(5)全面推進礦井節能減排綜合技術研究、對煤礦開采的廢水、余熱、煤矸石進行綜合利用。
參考文獻:
[1]王莉.智慧礦山概念及關鍵技術探討[J].工礦自動化,2014,40(6):37-41.
[2]李梅,等.智慧礦山框架與發展前景研究[J].煤炭科學技術,2017,45(1):121-128,134.
[3]王莉,等.智慧礦山空間數據庫建設研究[J].工礦自動化,2014,40(12):25-30.
[4]霍中剛,武先利.互聯網+智慧礦山發展方向[J].煤炭科學技術,2016,44(7):28-33,63.
[5]譚章祿,陳曉.煤炭企業信息化建設現狀及發展對策探討[J].工礦自動化,2016,42(7):63-65.
[6]葛世榮,朱華.危險環境下救援機器人技術發展現狀與趨勢[J].煤炭科學技術,2017,45(5):1-8,21.
[7]張輝,等.煤礦虛擬現實技術應用與發展[J].煤礦安全,2016,47(10):118-121.
作者:秦紅梅 張韻 范曉剛 單位:1.重慶工程學院 2.重慶化工職業學院 3.中煤科工集團
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