国能平庄煤业:数智赋能矿山“蝶变”

国能平庄煤业:数智赋能矿山“蝶变”


前进、停靠、提升、开斗、倒车……整套作业流程一气呵成、井然有序。让人感到惊奇的是,眼前这个“庞然大物”的驾驶室里却空无一人,而远在3公里外的远程控制室内,电铲驾驶员正在通过5G网络传输操作信号,精确控制着设备的每一个动作。

这是平庄煤业以元宝山露天矿为代表的,成功将矿卡无人驾驶、电铲远程操控技术应用到生产实际中、逐步开启矿山智能采剥的一个缩影。


近年来,大数据、物联网、人工智能等高新科技已经融入了煤炭企业安全生产的各个环节和领域。国能平庄煤业认真落实集团公司总体部署,高站位高起点开局起步,坚持以科技创新为动力,以场景应用为着力点,以“减人、增安、提效”为根本目标,于2021年启动设备远程操控智能化升级改造项目,先后对锡林河公司、元宝山露天矿、白音华公司、蒙东矿业4座露天矿7台电铲进行远程操控升级改造,取得明显效果,有效推动了煤矿智能化建设,大幅改善优化了职工的作业环境和劳动强度,为企业高质量发展、安全稳定生产奠定坚实基础。


国能平庄煤业:数智赋能矿山“蝶变”

电铲司机在远程驾驶室操控作业。



搭建高水平创新架构

     自2021年启动设备远程操控智能化升级改造项目以来,平庄煤业第一时间提出智能化发展工作要求,元宝山露天矿积极响应,从各部门抽调专业人员组建智能化建设智能采剥专班,联合徐州徐工机械设备有限公司启动智能采剥研究工作,因地制宜建设“矿卡无人驾驶+电铲远程操控运输体系”,并展开运输系统软硬件部署,为实现矿用卡车与电铲、推土机、挖掘机协同作业以及无人驾驶车辆与有人驾驶车辆混编运行打下基础。

  经过多年技术攻关,元宝山露天矿在透明地质、智能设计、集群调度、设备远控和故障诊断等领域取得重大技术突破,目前已构建了集三维测绘、地质语义建模、地图实时更新、模型动态重建为一体的综合管控平台,首创了运输网络动态规划、开采计划智能设计、作业任务自动生成、设备集群智能调度的采剥作业链贯通协同运行技术,并研发了采剥设备零损伤线控改造、位姿精准操控、人机安全保障的远程智能操控技术,有效解决了采剥作业链实现智能高效协同运行面临的地质数据不透明、模型更新不及时、开采设计不智能、远程操控效率低、环节运行不协同等现实痛点问题,形成了行业内具有代表性的智能采剥理论和技术体系,为企业智能高效采剥生产提供了强有力的技术支撑。


国能平庄煤业:数智赋能矿山“蝶变”

无人驾驶矿卡试运行现场。



跑出无人驾驶“加速度”

一场大雪过后,元宝山露天矿采场显得更加空旷。一条又一条蜿蜒盘旋的盘山公路,一辆无人驾驶的卡车满载着黑亮的煤炭正在有条不紊地自动运输作业。

  2022年11月初,在元宝山露天矿采场无人驾驶测试场地,5台全新100吨级宽体自卸卡车进行着最后的安装调试工作,前期经过了低速、高速、转向、制动、空载、重载、卸载等测试,项目的安全性、可靠性、系统稳定性均得到验证,接下来要经过寒冬的考验。

  针对露天煤矿作业现场复杂的地理环境,平庄煤业精准施策、靶向发力,经过不断摸索和尝试,相继攻克了包括复杂天气环境感知、湿滑道路精准控制、排土场动态智能边界检测、定位系统及厘米级高精度地图等多项关键技术,累计完成700多项技术的测验查证,现已具备矿用卡车自动倒车入库、停止作业、自动装卸、轨迹运行、自主避障等功能,使其自动按照智能调度指令在运距最短、运力最大、效率最优的条件下进行无人装载、运输和卸载循环作业,实现原煤从装运到破碎料口全过程无人化试运行。

  通过与中国移动的合作,该项目攻克了露天矿网络传输速度慢、5G网络部署难的问题;通过开发道路均衡碾压技术,无人驾驶车辆可进行安全可控范围内的横向自移动,从而攻克无人矿卡行驶路线单一、反复碾压造成的车辙问题;通过融合感知技术,精准把握矿区的复杂环境,及时更新地图。  

  “随着无人驾驶技术落地,原本每班需要5名作业人员减少至仅需2人。不仅减少整体工作强度,还让职工从恶劣的作业环境中解放出来,避免作业过程中接触粉尘、噪声等危害因素,降低职工职业病发病率,极大提升了幸福感。”元宝山露天矿智能化建设智能采剥专班人员感慨道。



国能平庄煤业:数智赋能矿山“蝶变”

元宝山露天矿智能调度指挥中心。



“操作手”变“指挥官”     
“无人电铲效率如何?”“现在操作设备的便捷度怎么样?”“有没有什么运行安全措施保障?
作为集团公司第一批煤矿智能化十大经典案例和平庄煤业首个成功运行的智能化电铲,元宝山露天矿电铲远程控制系统应用格外引人注目。4月19日,集团公司露天矿装备远程操控技术研讨会在平庄煤业召开,参会人员深入该矿矿卡卸载观察点作业现场,观摩无人电铲远程操控配合无人驾驶协同应用,现场开展交流讨论,在认真听取相关工作人员介绍后,对电铲远程控制应用取得的成效给予了充分肯定。 
为了释放大型生产设备的潜能,该矿对电铲进行智能化远程操控改造,在基于5G网络条件下,采用RTK亚米级高精度定位装置、载波相位差分GPS定位原理、通过陀螺仪、倾角传感器、位移传感器感知电铲工作姿态等提升方案,实现铲斗精准定位、铲臂路径自动规划、车铲自动对位等功能。同时,在远程操作座椅安装六项自由度运动平台控制系统,通过无线接收真实电铲的运动及运行数据,将接收到的数据进行集中分析处理,控制运动平台做出匹配的动作,真实模拟电铲各个模式下的运动反馈,如路面颠簸、铲斗碰撞物体、上下坡倾斜感等。

继电铲操作“无人化”后,远程遥控电铲监测系统应运而生。为了全方位监控电铲的运行状态,平庄煤业通过在电铲上加装多个摄像头,确保视频信号传输在大屏幕上清晰展示铲斗的运行、工作面的状况、电铲周围的环境以及内部主要位置的运行情况。同时,对关键部位安装温度、转速及制动器开合状态监测传感器,并利用5G网络实时传输设备运行状态至远程控制室,使操作人员能够随时掌握设备状态,及时处理潜在问题。结合声音回传系统,将现场声音实时传输至远程控制室,与360度无死角视频显示相融合,使电铲驾驶员能够更直观地了解现场实际情况,进一步提升了作业的安全性和效率。

“电铲远控操作主要依赖网络传输,我们在设备上安装数个信号拦截器,当网络延时大于30毫秒,达不到运行需求时,设备就会强制停机,为安全作业提供保障。同时,设备已经实现半自动化,第一铲之后就可以设定自动复位、一键卸料,不需要再找点,而且运行非常精准,能还原现场发出的震动,体验感非常真实。目前,电铲远程操控效率达到有人驾驶、有人操作的84%,基本与之相近。”该矿智能化建设智能采剥专班人员说道。

关山初度尘未洗,策马扬鞭再奋蹄。新征程上,平庄煤业锚定“以煤为基、改革赋能、延链补链、协同发展”发展方向,进一步推动远控电铲与无人驾驶协同作业的普及应用,全面提升企业智能化水平和安全保障能力,为集团全面建设世界一流清洁低碳能源科技领军企业和一流国有资本投资公司贡献智慧力量。


国能平庄煤业:数智赋能矿山“蝶变”

远程操控电铲装车作业。

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