麻地梁煤矿智能化装备应用与生产管理变革的思考

吴劲松，徐 辉，阚 磊

(内蒙古智能煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

根据2019年《BP世界能源统计年鉴》，以煤炭为代表的化石能源占世界能源供给的主要部分，煤炭在我国能源消费总量中所占比例高达58%[1]，且预计在未来10年内煤炭仍将占据我国能源消费总量的50%以上[2]。同时，中国煤炭开采技术日趋成熟，各地区矿井机械化程度不断提高，采煤机械与自动控制、电子信息化、工业互联网、大数据、人工智能等技术深度融合[3-4]，智能感知、智能决策和智能控制的智能化开采已成为我国煤炭安全高效开采的发展方向[5-6]。

目前，针对煤矿采掘装备的智能化，许多学者已展开了研究。王俊吉等[7]采用以煤量为依据的智能变频技术对输送机进行控制；郝志伟[8]利用具有人工智能功能的内嵌GPU摄像机和基于5G技术的CPE终端智能设备，实现对带式输送机传送的智能化控制；杨森[9]选择岩体分类系统，通过数据采集与分析方法的数字化与自动化探索，研究了煤巷掘进工作面顶板质量智能感知；胡艳[10]根据选煤工艺流程设计的实际需要，构建了合适的智能选煤工艺流程系统的结构模型；范志忠等[11]开发了工作面顶板状态实时监测与动态感知技术，实现了顶板来压位置、持续时间及来压强度的模式识别；刘俊峰等[12]将片帮控制技术纳入工作面智能化开采控制系统，有效解决了智能化开采煤壁控制难题，并在黄陵矿区二号井顺利实施了大采高智能化开采。

智能采掘装备的应用大大提升了煤矿开采效率，但是许多煤矿企业仍然采用传统的管理模式，导致煤炭企业仍然面临人力资源短缺、运营成本高、本质安全矿井建设不完善、员工作息不规律等问题[13-14]。针对这些问题，本文结合高速发展的互联网技术、5G以及智能装备等，以麻地梁煤矿智慧矿山智能化工作面建设为工程背景，构建了以煤矿大数据库为基础的管理体系，提出了“管设备，就是管生产、管安全”的全新生产管理理念和体系。该理念和体系的提出和实施，不仅提高了设备的开机率，降低了生产运营成本，也从根本上取消了检修班、夜班，为新型智能化煤矿建设及突破传统的生产管理提供了参考。

1 传统煤矿装备及生产管理现状

传统煤矿企业运营过程中，工作面生产系统复杂，装备固化，加之为企业提供设备的厂家众多，设备之间互相不匹配、不兼容，没有数据传输，因此设备的调试和维修浪费大量时间，直接导致机械化设备效率低，无法充分发挥其优势，严重影响了生产效率，提高了生产成本。目前煤矿企业管理模式仍未革新，在生产管理上仍存在一些问题，主要表现如下所述。

1) 检修班。传统煤矿的循环作业模式为三班制，即早班检修，中班和夜班生产。由于设备系统复杂，检修班工人检修没有针对性，仅进行形式上的检修，例如清理灰尘、涂抹润滑油等，导致机械事故不断，经常抢修设备。加之工人对所有设备不了解，需要厂家到现场确认事故原因，从厂家派人到设备正常运转周期长，严重影响正常生产。

2) 生产班。传统煤矿生产班为完成生产任务对设备进行野蛮操作，只注重任务，不维护设备，只注重作业，不关心生产，造成设备的过度使用，不能实现精准的检修维护，因而设备故障、事故不断。

3) 设备库存。煤矿的井下装备和地面装备至少需要一套备用配件，但由于机械设备众多，导致配件占用资金、库存，显著增加了生产成本。

4) 生产管理。传统的生产管理仅仅停留在经验管理上，管理对象重点为工人和设备，占用了大量的人力、物力、财力，管理人员疲于工作，效率低下，人力成本却居高不下。

2 智能化装备应用与生产管理

根据我国建设数字强国的发展趋势，目前综采装备水平普遍提高，各类传感器性能卓越，以及互联网的飞速发展，煤矿智能化装备应运而生。基于此，投建了内蒙古智能煤炭有限公司麻地梁煤矿智慧矿山，并提出了新的管理思路。

2.1 智能化装备的组建

智能化装备需要保证各个环节链接畅通，针对目前厂家设备之间互相不匹配、不兼容的问题，智能化装备在组建时，需满足以下5个条件：①设备招标采购之前，在技术规格书中，要求所有的设备需要具备数据传输功能，主要体现在设备各种运行状态的实时传输、监测监控；②设备生产过程中，进一步与生产厂家沟通、协调，深入研讨技术问题；③全矿区整体规划，建设万兆信息高速公路，所有的数据均需要与之兼容；④建设全矿井所有设备的信息数据库，并将设备数据与厂家共享；⑤主要设备采用自动化仓储，如图1所示，厂家在其集团设立有数据调度集控中心，实时监控千里之外的设备运行状态。

图1 自动化设备及配件仓储Fig.1 Storage of automation equipment and accessories

图2 设备数据库Fig.2 Device database

图3 地面监控室Fig.3 Ground monitoring room

2.2 智能化装备的功能

由于工作面采用在线式压力传感器、距离传感器、离层传感器等，工作面所有设备建立了设备数据库，设备运行状态均具有数据传输功能，设备监控人员可以实时监控整套综采工作面设备的运行状态，如图2和图3所示。主要实现的功能如下所述。

1) 智能预警。通过设备运行的温度、频率、磨损间隙等数据分析，判断设备的运行状态，对设备进行预警；通过设备的过煤量、设备使用时间、运行时间等，结合设备的全生命周期，对设备进行预警；通过对设备的智能预警，实现设备故障的精准检测、设备可靠性的精准预判，精准预报设备的剩余安全使用寿命，保障科矿井的安全、高效、可持续生产。

2) “远程会诊”。当智能化工作面突然出现故障，现场技术人员无法解决时，可以立即启动三方“远程会诊”，授权设备厂家的专家远程判断、解决。煤矿开采过程中，采掘智能化装备获取信息精度高，信息量大，同时突破了时间、场合的限制，可以全天候实时获取；依靠程序进行决策，可复制、重复性强，通过自主学习，可进一步提高决策能力和水平；智能装备操作相比人工操作，智能装备执行精准、坚决、快速。

2.3 智能化装备的库存管理

设备制造厂家根据设备数据库，可以及时研判设备的使用状态，对有故障可能的设备厂家可提前准备，并及时将设备的备用配件发送至使用单位；由于矿井主要设备的备用配件均具备数据传输功能，可以实现变“厂家库房”为设备“使用单位库房”的转变，极大减少了矿井的库存成本。

2.4 智能化装备的生产管理

尽管随着煤矿开采综合机械化研究的不断深入，煤矿综合机械化开采工艺得到广泛推广，但许多生产单位在生产过程中对其实际应用不够重视，仍然采用传统的管理模式，并没有把对生产管理的重点转移到先进设备上，导致生产问题频发。

针对目前煤矿企业生产管理存在的问题，提出新的管理理念：“管设备”即是“管生产”，即重视智能装备的应用，把对生产的管理重点转移到对设备的管理，借助大数据和互联网，把对设备的管理转移到对“数字”的管理，即通过设备在线数据库即可掌握设备的运行状态，设备正常运行，生产自然顺畅，同时也提高了管理效率，解放了管理人员的压力。

设备的智能预警、远程会诊实现了设备的实时动态监护，使得设备的隐患、故障可以提前处理，不仅没有弱化检修，反而强化了设备的检修，颠覆了以往设备检修的理念。

2.5 智能化工作面运行的优势

与传统煤矿工作面相比，智能化装备工作面有着无法比拟的优势，主要表现在以下5个方面：①设备的智能预警结合设备的全生命周期的管理，减少了设备的备配件库存；②系统运行稳定，变经验管理为数字管理，机器决策精准、快速、可靠；③设备代替人工，生产人员大幅减少，降低了企业的用人成本，同时提高了工作效率；④所有设备匹配兼容，实现一键化操作，设备的集中控制得以实现；⑤智能化系统的建设应用是煤矿思维方式的变革、劳动组织的变革，实现了煤矿的生产效益最大化，员工幸福指数最大化。

2.6 取消检修班的成功实践

2015—2016年期间，通过对矿井检修工人试行弹性工作制，调动了工人的劳动积极性，实现了“一井一面”安全高效回采，并创造了年度产量的最好成绩，设备故障率达到了建矿以来的最低水平，为矿井取消检修班打下了坚实的基础，积累了管理经验，增强了管理自信。

目前通过智能化的装备，在生产实际中，工作面的设备实时数据传输，不需要传统意义上的检修班，检修实现了精准操作、智能预判，将例行检修变成精准维护，设备问题在生产中动态解决。为此，智能检修、远程会诊在不减产的前提下，在全国率先取消检修班提供了技术支撑，打破了传统的生产模式，从机制上矿井实现了“两班生产、动态维护、夜班取消”。

3 结语与展望

开发和推广应用综放开采自动化和智能化装备，减人提效是实现煤炭安全高效开采的有效途径。麻地梁煤矿通过引进先进的智能化装备，构建了智慧矿山，提出了“管设备，就是管生产；管数字，就是管设备”的管理理念，提高了设备的开机率，降低了生产运营成本。

未来，麻地梁煤矿将加快5G技术的引进与应用，将煤矿运输设备与其他先进装备、科技融合，实现矿井运输的无人驾驶，实现采掘装备的自动识别、自动截割、自动决策，实现危险区域设备机器人操作更换，采空区采用无线数据传输，矿井通风实现自动调节、自动检测监控通风系统。