神东布尔台煤矿智能化建设路径及安全高效管理措施探索

杨真，兰云峰，廖志伟

（内蒙古鄂尔多斯市神东煤炭布尔台煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

推进煤矿智能化建设是贯彻落实国家“十四五”规划智慧能源建设的重要内容，也是煤炭企业实现高质量发展的必由之路。对于布尔台矿而言，2021 年是智能化建设的关键之年，同时也是充满挑战和机遇的一年。以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，把握政策先机、发挥自身优势，抓住这次转型发展的机遇意义重大。以“智”赋能内涵式发展纵深推进，着力提升采煤、掘进、供电、主运输系统等方面的智能化建设，探索出了一条快速、高效建设智能化煤矿的新途径，为煤炭行业智能化建设提供了布尔台矿方案，实现煤炭开采利用方式的变革，提升煤矿智能化和安全水平，促进煤炭行业高质量发展。

1 布尔台矿智能化建设成果及现状

1.1 综采智能化建设，形成“一中两初”智能化综采工作面布局

2020 年5 月，智能综采工作面开始建设，仅用16 天完成综采智能化工作面硬件安装及中部记忆割煤调试、17天实现中部自动拉架调试、25 天完成中部割煤步序和端头三角煤斜切进刀步序的切换及停机换向精确性优化、35 天就建成了神东公司复杂条件下的智能化综采工作面。实现记忆割煤、自动收打护帮板、跟机拉架、自动推溜等功能达到初级智能化水平。

2021 年初，布尔台煤矿聚焦智能化“提档升级”目标，制定了“一个升级、两个建设”（即完成22207 综采中级智能化升级目标，实现42203 和42108 两个放顶煤工作面初级智能化建设目标）综采智能化发展规划，三个工作面同时发力，仅仅用了39 天时间，将3 个采煤工作面100%实现智能化。其中，22207 综采工作面建成中级智能化工作面，实现“协同作业+有人巡视+远程干预”模式的常态化应用。42108 和42203 综放工作面建成初级智能化工作面，实现“自主拉架+记忆割煤+跟机干预”模式的常态化应用。已形成“一中两初”智能化综采工作面布局，综采智能化“一个升级、两个建设”目标提前完成、迈进新阶段。目前，3 个智能化工作面已经形成中级智能化和初级智能化对比、国产电控系统和进口电控系统智能化对比、放顶煤支架和综采支架的智能化对比、支架红外识别系统和射频识别控制系统等多维度对比，为煤炭行业综采智能化的安全、高效建设提供了布尔台矿方案。

图1 智能综采工作面全景视频系统画面

图2 智能综采工作面支架自动拉架

图3 智能综采工作面自动割煤中

1.2 智能掘进系统建设，推行“三化三配套”快速掘进智能运行新模式

统筹推进高效快速掘进线建设，紧扣关键工序重点岗位，全方位引进机器人，逐步由“机械化换人”向“智能化无人”迈进。

基于装备成套化、监测数字化和控制自动化的“三化”理念，遵循几何尺寸配套、设备能力配套、动作时序配套的总体原则，我矿采用“掘锚一体机+锚杆转载机组+大跨距桥式转载机+两臂锚杆钻机+机器人群”的协同配套快速掘进模式，引进智能钻锚机器人、智能钻探机器人、开槽机器人、管路抓举机器人，实现了掘进工作面所有工序作业的智能化和少人化，全流程无人工作业，有效降低了劳动强度，保证了作业安全。目前，该套技术应用于42206 辅运顺槽工作面，掘进效率提高60%，试用阶段达到月进960m 的水平，正常运行后可突破月进1000m 的水平，创造同类条件和装备的新纪录。

引进锚杆转载机组。该机组集锚杆锚索支护、转载、破碎、履带行走于一体，采用横向伸缩臂及可整体升降工作平台，实现了巷道内不同高度、不同角度锚杆锚索的机械化作业施工，通过与掘锚机进行合理的掘、锚作业分工，有效突破了掘进工作面支护量大导致掘进效率低的瓶颈。

推动机器人群建设。采用具备自动行走、定排距、瞄准、装填、钻锚等功能于一体的两臂组合式智能钻锚机器人，代替人工支护作业，单根锚杆支护时间由5min 缩短至3min，支护效率提升40%，减员率达50%。引进智能钻探机器人、开槽机器人、管路抓举机器人，解决掘进工作面人工钻孔、掏槽、起底、管路安装等劳动强度大、作业环境差和危险系数高的问题，极大解放了劳动力。

图4 高效智能掘进工作面

创新掘进顺槽砼底板方式。运输方式由工程车升级为防爆罐车，工程量由原来的每人每班4m3提升至目前的每人每班10m3，效率提高2.5 倍。另外，采用罐车运输，有效解决了混凝土离析严重的问题，作业点铺砼人员减少33%。同时针对目前铺砼尚需人工操作的问题，正与有关专业厂家合作研发混凝土摊铺机器人，届时掘进工作面包括混凝土摊铺作业在内的所有作业工序实现自动化。

1.3 多措并举，形成“稳定可靠”智联主运系统，实现无人值守

依托神东生产管控平台建设地面集控室，在胶带机驱动部、卸载部等关键部位安装智能视频监测装置，建立视频监测智能分析预警系统，同时引进主运输智能巡检机器人代替人工巡检，对胶带机跑偏、堆煤、异物卡阻、越界侦测、区域入侵等异常情况进行实时监控、智能判断、弹屏报警、停机；安装金属探测装置，应用电磁探测技术对煤流中的铁器进行实时监测、智能判断，根据铁器大小发出预警或停机信号，并联动除铁器自动除铁；引进胶带机负载和视频智能调速、空载检测、钢丝绳输送带无损检测、设备状态在线监测智能分析、顺煤流启动和自动润滑等系统，替代原有固定岗位人员人工感知；值班人员通过监控画面、智能视频分析及语音预警系统实时监控井下设备运行情况。

1.4 引领行业新技术，多维度打造安全、经济、高效、快捷智能供电新模式

引进架空线路供电铁塔可调基础加固技术，改变了传统线路杆塔迁移治理方式，有效防范采空区地表塌陷造成的倒塔断线风险，确保了供电可靠，同时每年可减少杆塔迁移工程费用约8525 万元，经济效益显著；引进智能型防爆高压柜，实现高压柜分合闸及地刀动作可视化远程控制、断路器手车远程电动投退、动静触头温、湿度实时监测，减少检修开盖挂接地线工序，提高了电气作业的安全性和工作效率；采用电力载波技术，实现移变、馈电低压远程漏电试验，达到了减员增效保安的目的；自主开发推行高压停送电“电子两票”，有效解决两票填写、办理、执行中存在的效率低、错填、漏填，以及现场执行不到位的问题；引进变电所巡检机器人，实现了对供配电要害场所运行全天候巡查和智能监测预警；安装要害场所门禁系统，实现人员进出智能管理、巡检考勤、紧急可视通话；采用PLC软冗余技术对主通风机核心控制器进行智能化改造，实现轻故障报警、重故障一键切换功能，同时对风机要害部位进行远程可视化升级，达到风机远程切换“数字孪生”效果，实现了主通风机无人值守。

图5 一体化管控平台主运系统控制界面

图6 一体化智能管控平台供电系统控制界面

2 布尔台矿智能化建设主要经验

从起步晚到敢超越，布尔台矿在转型升级的道路上秣马厉兵，努力探索高效、高质量建设智能化工作面的新途径及常态化使用方案。在2020 年上半年，布尔台煤矿提前进行智能化工作面布局和规划，矿井攻克了员工求稳守成思想带来的抵触情绪和断层影响造成的生产任务紧迫等一系列难关，在短时间内实现了智能工作面从无到有的突破，建成了作为神东煤炭集团在复杂地质条件下的智能化综采工作面。其探索、建设及后期的智能化升级都具有开创性意义，为复杂矿井智能化工作面建设积累了宝贵经验。

2.1 项目建设前期：凝聚思想共识、超前制定项目规划，统一行动

一是统一思想、统筹规划、提前准备自动化实施改造前期设备、备件、传感器等各项基础准备工作。二是统一部署、分解任务，明确每个项目的日推进计划，实行日跟踪、周通报制度，对当周完成情况和下周计划进行详细安排，确保每项工作稳步、快速推进。三是针对制定的计划，按照五定原则进行紧密落实。

2.2 项目建设中期：持续跟踪落实、分步推进、形成项目闭环管控

项目建设实施中期，布尔台煤矿从五个方面入手加以保障：一是从设备状态方面着手，开展支架专项整治活动，大幅改善支架状态，提前分解部分工作量。二是聚焦智能化备件准备环节，多渠道领用、收集所需新旧备件，做好调试及改造工作。三是合理安排检修和生产时间，将传感器安装和调试穿插在每次预防性和日常检修中，将部分调试安排在各生产班期间，合理利用空隙时间，碎片化实施；同时为确保调试进度不停滞、不间断，选择每日中班整班跟班调试，验收当天检修班整改情况，同时为次日调试做好准备，及时进行中班整班调试总结，遇到问题现场立即制定对策、协调解决；夜班进行重点调试任务安排交接，确保每日调试进度持续进行、不停滞。四是积极推广应用新程序，并根据地质条件，对自动化程序按需改良，确保使用效果。

2.3 项目建设后期：不断改善提升、常态跟踪，形成全员合力，保持并不断改善智能化运行效果

一是从使用层面找到保障智能化工作面常态使用、动态保持的平衡点。智能化建设完毕进入常态化使用后，机关和区队每日从系统查看、分析自动化运行基础数据（如采煤机角度、行走、红外接收传感器完好情况、红外识别轨迹、电源、电压、自动化通讯、数据上传等完好情况），制定传感器损坏到处理完毕不超过2 天，个别传感器异常不超过2 处等特别规定条例，确保影响自动化使用的各类基础传感器问题得到及时修复和整改，防止工作量堆叠造成整改困难。二是确保重要问题能够得到针对性、及时、重点检修。生产期间，由采煤机司机、跟机补架人员全程记录采煤机、支架自动化存在的其他问题，将统计的问题第一时间发至微信群里，为检修人员提供第一手资料，给支架检修人员提供检修方向和参考。三是根据地质条件变化，合理错开降架和抬底动作，有效降低备件异常损耗及对智能化应用的影响。根据地质条件变化，动态优化支架各部位动作参数，如支架自动化参数设置方面，起初为考虑提高支架拉架效率并减少浮煤堆积，设置降架的同时进行抬底，但在地质条件起伏大时，出现推拉杆容易受力断裂的情况，备件损耗大且影响自动化率；经过现场分析和优化，我们合理减少降架和抬底的重合时间，将降柱时间修改为7s，降柱5s 后开始抬底，减少推拉杆不当受力。抬底时间设置为11s(降柱2s、拉架过程9s），推拉杆频繁损坏得到治理。四是不断完善自动化措施，确保现场安全，自动化应用、生产保障同步兼顾。先后制定《综采工作面自动化生产安全技术措施》《自动化割煤人员行走及站位的补充措施》，规范自动化工作面人员操作，降低人员操作差异化干预因素，工程质量大幅提高，为自动化调试期间、生产任务的顺利完成提供了可靠保障。

2.4 项目建设和维护过程中的激励措施：正向激励、多措并举、共同受益、打造品牌效应

公司、矿、区队班组3 个层面进行奖励。一是公司奖励按照生产管控平台的完全自动化率计算数据，对高于公司规定（自动化率80%）的部分进行奖励；从2020年6 月份智能化工作面建成后，累计收获智能化应用奖励89.5 余万元。二是矿层面按照自动化使用率分档进行奖励，规定自动化率达到60%、65%、70% 及以上时，割煤产量单价分别增加5%、10%、15%，自动化率低于60%以下的，按照普通回采工艺单价结算。从2020 年开始执行自动化激励政策以来、较常规割煤生产，累计增加工资总额180 万元。三是区队将自动化率使用任务合理分解各班组，将自动化率使用和绩效考核挂钩管理，其中日常绩效挂钩比例60%，自动化率绩效挂钩40%，各班组根据自动化率计算绩效总得分。如当日自动化率80%，得分为60+40×0.8=92 分，最终通过班组将自动化使用情况的考核进行落地。

3 布尔台矿智能化建设成效分析

布尔台煤矿是神东煤炭集团的主力矿井，受制于相对复杂的地质条件，新工艺、新技术的应用往往面临更多困难和挑战。在矿井智能化建设相对滞后的背景下，矿井领导干部以上率下、团结一致，统一思想，凝聚合力，攻克了员工求稳守成思想带来的抵触情绪和断层影响造成的生产任务紧迫、保供压力大等一系列难关，矿井智能化建设成效明显，取得一系列可喜成绩。尤其是作为神东公司地质条件相对复杂的矿井，仅用35 天就建成首个智能化综采工作面—22207 综采智能工作面。其智能化综采工作面的探索、建设、升级都具有开创性意义，特别是稳定运行以来，安全生产成效卓著，形成了自动化率高，故障率、材料消耗持续降低，生产效率、直接工效和员工工资稳定增长的“一高两低三增长”的良好局面；综采工作面自动化率平均高达88.8%，长期居于行业前列；故障率同比降低10.8%、配件消耗降低22%。依托自动化割煤，单班生产作业人员从11 人减少到6 人（累计减员18 人），直接工效增长16%，员工月工资增长21%；累计推进3884.5m、完成产量551.9 万t，单产水平增长4.5%，创下了单日割煤21 刀，完成产量19340t 的智能化综采工作面新纪录。不仅扭转了员工对“智能化就是花架子”的思想，而且为全行业煤矿复杂条件下的智能化工作面建设提供了重要参考依据。

4 结语

智能化建设是一个不断探索、不断研究尝试的过程。同时也是一个不断发展、不断进步的过程。布尔台煤矿在矿井智能化建设中取得的成绩以及在建设过程中对智能化的不断探索，为煤炭行业智能化建设积累了宝贵经验，探索出了一条可复制的快速、高效建设智能化矿井的新途径。总结起来就是：正确站位、转变思想、仰望星空、坚定自信、脚踏实地。我们要做好智能化建设，就要站在新的历史起点上，以发展的眼光谋划发展新格局，用思想上的破冰推动行动上的突围，抓住时代发展的机遇，敢想敢干坚定信心，同时脚踏实地，让梦想照亮现实。布尔台煤矿正凝心聚力、砥砺攻坚，继续在智能化建设的道路上再扬帆、再加速，为我国矿井高质量发展引擎不断注入新的动力，以推动煤炭行业更快、更稳、更好发展。