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智慧矿山的“中国方案”

更新时间:2023-06-01 点击次数: 268

本报通讯员 姜建国 胡毅
采矿工人坐在远程操控座舱内,手握操纵杆,钻孔、抓取、转向、放置,对矿山一顿“猛攻”……不一会儿,矿车上就堆满了矿石。
近日,在鞍钢集团第四届“数字鞍钢·数字生态”现场推进会上,专家以攀钢5G远程采矿项目为案例,阐述矿山数字化转型路径;在现场感受了远程采矿后,与会嘉宾纷纷点赞攀钢5G远程采矿项目,并评价其为“一场伟大的变革”,值得国内冶金露天采矿企业借鉴。
据了解,攀钢5G远程采矿项目以攀钢矿业朱兰铁矿采场无人化远程集中作业为应用场景,对1台YZ-35B牙轮钻机、1台WK-4B电铲和2台TR60矿用卡车实施智能化改造,并配套建设1套5G专网、1个边缘数据中心和1个远程操控中心,实现采场穿孔远程半自主无人化作业、铲装远程操控混装作业、运输自动驾驶混跑作业,为解决全国冶金露天矿山智能化采矿作业痛点和难点问题积累了宝贵经验。
“变革”的背后,不仅仅是技术上脱胎换骨的变化——干部职工思想观念怎么转变?固有的采矿模式如何打破?现有的设备如何改造?在直面问题中,攀钢拉开了5G远程采矿项目波澜壮阔的变革序幕。
矿山之痛 安全、可持续作业面临挑战
攀钢矿业朱兰铁矿位于四川省攀枝花市东区。攀枝花市全年日照时间达2700个小时,高温季节朱兰铁矿采场地表温度在50℃以上,作业环境恶劣。此外,采场还存在安全隐患。已经开了26年电铲车的攀钢矿业朱兰铁矿采运作业区电铲丁班班长姚仕建还记得多年前目睹的巨石滚落场景。“那时候想,要是能自动采矿该多好。但也不敢奢望,觉得这简直是白日做梦,谁能想到今天竟然实现了。是5G远程采矿项目让我们告别了‘苦脏累险’。”
在人力资源深度优化的背景下,该矿采矿职工队伍变得愈发精干,未来5年,将有三分之一的人员退休,矿区面临人手紧张问题,企业技术升级需求迫切。
随着时间推移,变化的不只是职工队伍,还有采矿环境。目前,攀钢矿业朱兰铁矿露天采场进入深部开采阶段,开采强度越来越大。变革,是企业可持续发展的必然要求。
为此,按照数字鞍钢“提升自动化、健全信息化、推进数字化、探索智慧化”指导思想,攀钢集团沿着“矿石流”维度,明确从“离散作业向连续作业转变”的精益生产思想;沿着“数据流”维度,构建数据治理体系,深度挖掘数据价值。双流融合,最终形成“智能采矿”“智能选矿”和“智慧管理”3个方面的主要建设内容,共规划20个与智能采矿相关的重点项目。
探索之艰 多方合作开展智能化应用研究
2021年11月份,攀钢5G远程采矿项目正式启动。攀钢携手华为、中国移动攀枝花分公司等数字生态伙伴,攀钢数字化部、攀钢矿业企业管理部、星云智联,以及朱兰铁矿分公司、采运作业区相关负责人,钻机、电铲、矿用卡车司机组成联合攻关团队,夜以继日,探索实践5G远程采矿,着力解决矿山行业数智化转型的痛点和难点问题。
这是一场多学科、多领域、多厂商高度集成的大会战。然而,项目实施难度也“不容小觑”。近年来,国内矿山企业积极探索露天智能采矿,但大多仅限于穿孔、爆破、铲装、运输等单点作业,穿—采—运全流程智能化作业并未打通。攀钢5G远程采矿项目,就是要在钻机、电铲、矿用卡车单点智能化作业基础上,实现穿—采—运全流程智能化作业,改善采矿工人作业环境,提升本质化安全水平和作业效率,项目难度可想而知。
要实现这一目标,必须推动矿山工程技术与网络通信、信息技术融合应用。面对这一复杂系统工程,攀钢矿业聚焦移动装备远控化、采面作业少(无)人化等,梳理业务、提出需求;华为从架构层面入手,明确应用层、物理层、网络层、信息管理层目标任务;中国移动攀枝花分公司搭建5G专网、5G边缘数据中心等新型基础设施,探索实施2台矿用卡车、1台电铲、1台牙轮钻机智能化改造,修建远程操作中心。
每一项工作的推进,都是摸着石头过河。以5G基站建设为例,基站位置的最佳选择方案需要靠近采矿现场,但由于地形复杂、边坡不稳定等,该团队不得不反复调整基站位置,最终通过增加拉远站补强信号等方式,确保5G网络长期稳定运行和矿区设备不间断连续作业。
在矿用车智能化改造过程中,为支持人工驾驶、遥控驾驶与自动驾驶3种模式的顺利运行,规避撞车、翻车等风险,该团队对电源、灯光、油门、换挡、制动、转向、举升,以及矿用卡车作业监测、矿用卡车环境感知、智能算法支持、融合定位、避障检测和安全监控等进行智能化改造。但改造后的矿用车在行驶过程中始终左摇右摆,不能按指令正确行驶。仅解决这一问题,就耗时1个月。据统计,攀钢5G远程采矿项目累计突破钻机扶杆机构改造、矿用车转向偏移等370项技术难题。
技术攻关难,采矿工人适应远程采矿新模式也难。“缺乏现场体验,操作不习惯。”“视觉效果差,看得不真实。”“操作不熟练,对于突发情况不能第一时间处理。”这是5G远程采矿带给该矿采运作业区矿用卡车司机唐勇、钻井司机谢超、电铲司机姚仕建的初体验。但随着不断改进和技术升级,远程操作的故障率越来越低,司机操作也越来越顺手。
“一点一滴的进步,来自群策群力。”攀钢5G远程采矿项目主要负责人、攀钢矿业公司企业管理部黎一冰说。在项目建设期间,鞍钢集团和攀钢集团主要负责人深入现场听取汇报、询问需求、指导工作,极大地鼓舞了团队成员士气。攀钢矿业多措并举为项目顺利推行创造条件,朱兰铁矿分公司和采运作业区干部职工在设备改造和相关方安全管控等方面给予大力支持,项目测试期间管理人员和职工随叫随到,毫无怨言。
2022年12月10日,攀钢5G远程采矿项目通过外部专家验收,投入生产应用。
成功之喜 构建全新生产模式
在2022年世界移动通信大会(MWC2022)上,攀钢5G远程采矿项目作为“中国5G垂直行业应用案例”向全球展示,讲述智慧矿山的“中国方案”。
攀钢5G远程采矿项目突破了复杂环境下穿—采—运远程协同无人化采矿工艺技术。通过对比国内外智慧矿山建设情况得出,攀钢5G远程采矿项目实现3项首创和2项领先,即世界首创冶金矿山穿采运现场作业无人化、世界首创5G云网融合应用于露天采场无人化、国内首创高温电磁环境露天采场无人化,有人、无人车铲混合编组作业国内领先和电铲、钻机自动卷缆技术综合应用国内领先。
该项目单体设备工作效率达到甚至优于现场人工作业效率。其中,钻机远程自主作业效率为人工操作效率的110%,具备月钻孔长度8640米的能力,而人工操作月产最长长度仅5000米;电铲远程操作单体设备效率与现场人工操作相当,具备月产量33万吨的作业能力,而人工操作最高月产量仅为17万吨;矿用卡车运行效率与人工驾驶持平。
同时,该项目可盘活人力资源,实现降本增效。1名钻机司机可同时远程操控2~3台钻机,1名电铲司机可轮流远程操控多台电铲,1名矿用卡车司机可同时远程管控2~5台矿用卡车;司机远程操作牙轮钻机打孔时间较人工操作缩短10分钟,且钻头使用寿命提高1倍以上;远程操控让人员远离采场,缩短交接班时间,且支持错峰生产、移峰填谷工作模式。
截至目前,攀钢5G远程采矿项目先后获得四川省“5G+工业互联网”标杆、四川省第二届5G创新应用大赛第二名、第五届“绽放杯”5G应用征集大赛四川赛区一等奖,中钢协智能制造典型案例等多项荣誉,入围首届国企数字场景创新大赛决赛,获得社会各界高度关注及认可。
当前,攀钢正快速开展5G远程采矿二期工程建设,深化5G远程采矿技术研究,探索无人机应用、钻孔自动取样及快速分析、AI智能铲装等技术,打造以矿山三维地质模型为核心,以生产执行系统(生产配矿模型)为“中枢”的5G全连接智能采矿模式,以实际成果支撑鞍钢集团建设世界一流企业目标加快实现。

《中国冶金报》(2023年04月26日 05版五版) 


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