地下400米深處，液壓支架如同鋼鐵“骨骼”矗立于巷道，綜采隊機電副隊長郭學鋒在防爆移動駕駛艙中輕觸手持控制器——20米外的采煤機隨即啟動。與此同時，在井上智能化集控中心，數(shù)字大屏上閃爍的數(shù)據(jù)同步更新，實時呈現(xiàn)設備的運行狀態(tài)。
這是中國中煤山西亞美大寧煤礦（以下簡稱大寧煤礦）207綜采工作面啟動智能控制系統(tǒng)的一幕。
該系統(tǒng)全稱為“基于礦鴻的煤礦綜采工作面智能控制系統(tǒng)”，是中國中煤重大科技專項、國家能源煤礦采掘機械裝備研發(fā)（實驗）中心（國家能源局主管研發(fā)中心）研發(fā)成果，首次在大寧煤礦進行工業(yè)性試驗示范應用。
該科技專項嘗試在煤礦綜采工作面構建基于礦鴻操作系統(tǒng)的物聯(lián)網體系架構，解決煤機裝備核心控制系統(tǒng)軟硬件“卡脖子”問題，提出統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，提高井下不同設備間信息共享、協(xié)同的效率，實現(xiàn)煤礦綜采面成套設備及控制系統(tǒng)全棧自組可控。該系統(tǒng)今年1月入選2024年度國家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺十大科技創(chuàng)新成果。
從設備“說方言”到統(tǒng)一“普通話”
大寧煤礦作為中國中煤旗下礦井，早期與美國企業(yè)合資建設，是我國率先引進國外先進設備的煤礦之一，技術、人才優(yōu)勢突出。
“我們礦有三個特點。一是員工接受新理念和新技術速度快、能力強。二是礦井規(guī)模適中，年產400萬噸，是一個發(fā)展成熟的中型礦井，可為其他老舊礦井改造提供借鑒。三是可以利用中國中煤的集團戰(zhàn)略優(yōu)勢，進行成套裝備改造，并提前設計考慮衍生場景和問題。”大寧煤礦機電副礦長喬晉虎表示。
喬晉虎坦言，在礦鴻技術應用之初，大家也擔心系統(tǒng)能否正常使用，所以準備了一套備用智能化控制系統(tǒng)，“不過現(xiàn)在運行成功，就沒有顧慮了”。
過去，大寧煤礦井下設備來自多個廠商，數(shù)據(jù)協(xié)議互不兼容，形成了所謂“方言區(qū)”。依賴國外設備的Linux底層架構和封閉通信協(xié)議，導致嚴重的數(shù)據(jù)壁壘。而礦鴻項目團隊自主研發(fā)的成套裝備、建立的數(shù)據(jù)協(xié)議標準成功打破“信息孤島”，實現(xiàn)了系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的自由交互。
華為三方使能產品線總經理楊霖表示，礦鴻操作系統(tǒng)是基于鴻蒙操作系統(tǒng)打造的面向礦山領域的首個工業(yè)物聯(lián)網操作系統(tǒng)，具有“統(tǒng)一生態(tài)、萬物智聯(lián)、智維一體、安全高效”四大特性，實現(xiàn)了“統(tǒng)一礦山行業(yè)設備生態(tài)、讓礦山設備連接更智能化、數(shù)據(jù)更安全高效”。
“這個系統(tǒng)最大的特點是統(tǒng)一了協(xié)議標準。”楊霖說，“就像‘車同軌，書同文’，統(tǒng)一說‘普通話’，只有使用統(tǒng)一協(xié)議，設備間才能真正實現(xiàn)相互理解和溝通，為煤礦提供持續(xù)、高質量的數(shù)據(jù)資源庫。”
從“經驗采煤”到“數(shù)據(jù)采煤”
“礦鴻系統(tǒng)落地大寧煤礦主要包括兩個階段：研發(fā)階段和應用階段。”中煤裝備事業(yè)部（中煤裝備研究院）智能開采技術研發(fā)經理孫鵬亮介紹，“自2023年11月項目立項至2024年9月，我們一直在開展芯片選型、硬件設備試制、礦鴻操作系統(tǒng)適配、軟件系統(tǒng)開發(fā)、成套系統(tǒng)調試工作。目前，該系統(tǒng)在礦上的實質性應用時間只有5個多月，但效果已超出預期。”
在大寧煤礦率先試點的207綜采工作面，200多米長的工作面上布滿支架。以前，員工需在支架間來回穿梭，每一項操作都要鉆到對應支架下面去按控制器。完成一次常規(guī)操作可能需要十幾個按鈕的配合，且不同廠家的控制器按鍵分布和操作方式各異，操作復雜、難以管理。
現(xiàn)在，控制器改造后可接入移動駕駛艙，整個設備的操作如同使用手機APP一樣簡便。只需一名員工站在中控屏前，通過遠程觸控即可完成操作。
據(jù)介紹，207工作面現(xiàn)有150臺支架，配有4名維修工，但由于每天有1名維修工輪休，實際每天只有3人在崗。
“這意味著每人需負責約50臺支架的檢查，包括確認每臺支架的壓力和傳感器是否正常。此外，還需關注采煤機、泵站、供電設備、供液設備、皮帶以及數(shù)據(jù)運輸設備的狀態(tài)。”郭學鋒說，“工作量相當大。”
但通過基于礦鴻系統(tǒng)成套裝備的研發(fā)及應用，1個人就能監(jiān)控上述所有設備的運行狀態(tài)。
“更重要的是，礦領導和高級維修工的手機也能實時接收到井下設備的故障信息和數(shù)據(jù)參數(shù)。當井下工人處理問題時，故障信息不僅會顯示在井下設備上，還會同步到地面相關人員手中。一旦發(fā)生故障，更多人可以參與討論并提供解決方案。”郭學鋒說。
此舉大大減輕了現(xiàn)場工作人員的負擔，同時提升了整個團隊應對突發(fā)狀況的能力。
大寧煤礦綜采隊維修帶班組長毋蒙蒙表示：“過去，設備出現(xiàn)故障時，主要靠經驗判斷，有時也會誤判?，F(xiàn)在，用上基于礦鴻的控制系統(tǒng)，所有故障都能準確顯示。例如，一臺設備水壓不足或液壓支架壓力不夠，或者傳感器發(fā)生故障，這些問題都會在控制系統(tǒng)上清晰呈現(xiàn)，大大縮短了檢修時間。”
“現(xiàn)在，攝像頭也支持語音通話功能了。”毋蒙蒙說，以前是每6個支架配備1個攝像頭，現(xiàn)在每3個支架就配1個攝像頭，這些攝像頭還能自動跟拍，工作效率和安全性大大提升。
未來從“綜采面”拓展到“全礦區(qū)”
在大寧煤礦的智能化集控中心，記者看到中煤裝備研究院的工作人員正圍坐在一起，討論基于礦鴻系統(tǒng)成套裝備在應用過程中出現(xiàn)的問題。他們正實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)、工況數(shù)據(jù)傳輸以及控制命令下發(fā)的可靠性，并迅速響應現(xiàn)場出現(xiàn)的各種狀況。
中煤裝備研究院負責人介紹，綜采工作面成套裝備是在基于物聯(lián)網體系的架構下，對各種設備進行定制化改造的。中國中煤旗下各設備廠商負責其生產的單機產品礦鴻化研發(fā)。其中，刮板運輸機監(jiān)控設備、液壓支架電液控制設備分別由張煤機、北煤機負責研發(fā)，采煤機、掘進機相關設備分別由西煤機、石煤機負責。中煤裝備公司負責基于礦鴻的集中控制系統(tǒng)成套產品研發(fā)，以及供電、供液類產品的礦鴻化改造。每個廠商專注于其擅長領域，確保產品各項性能滿足井下實際使用要求。
基礎通信及監(jiān)測功能的整合工作，由中煤裝備公司聯(lián)合華為技術團隊集中攻關完成。各類產品研發(fā)過程中涉及礦鴻底層相關技術的部分，由華為團隊提供全面支持。
“基于礦鴻系統(tǒng)的綜采工作面成套裝備在煤礦應用是一次全新嘗試。”孫鵬亮說，傳統(tǒng)連接方式基于總線或以太網架構，而礦鴻系統(tǒng)采用物聯(lián)網技術，使兩個設備可以直接連接，并按照統(tǒng)一標準協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。為了讓設備在煤礦特殊環(huán)境下穩(wěn)定運行，他們從芯片、整體電路、接口部件，到單機產品，都進行了適配性研發(fā)和穩(wěn)定性測試。
大寧煤礦在剛開始部署礦鴻系統(tǒng)時，為確保每位員工都能熟練掌握新系統(tǒng)的操作，采用了理論與實踐相結合的培訓方式。
大寧煤礦機電部負責人王宏偉說：“礦鴻系統(tǒng)在207綜采面的成功應用讓我十分自豪。目前井下綜采工作面成套裝備所有核心部件已實現(xiàn)全面國產化。國產芯片技術的發(fā)展速度令人驚嘆。”
在使用過程中，煤礦一線操作人員也積極提出建議。“該系統(tǒng)實現(xiàn)全面國產化替代，在性能上有了顯著提升，但仍有細節(jié)可進一步優(yōu)化。”一名操作人員指出。比如，系統(tǒng)對于周期維護的自動提醒；再如，將運維所需配件關聯(lián)到控制系統(tǒng)上；另外，希望與編程人員合作處理突發(fā)狀況，共同優(yōu)化程序與流程等。
喬晉虎說：“我們希望通過礦鴻系統(tǒng)實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)的全面整合和利用。當前，不同煤礦使用的掘進機等設備若能統(tǒng)一管理，將極大提升運維效率。”
中煤裝備研究院負責人表示，目前礦鴻操作系統(tǒng)適配國產芯片的種類有限，大寧煤礦項目采用的高性能芯片適配尚屬首次。接下來，他們將加強研發(fā)，提升礦鴻操作系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性，更大范圍地適配高性能國產芯片，進一步優(yōu)化提升成套裝備的整體性能，把成熟的產品、技術以及經驗推廣到其他礦井。
來源：中國煤炭報
