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智慧煤礦:匯聚AI的力量

2019年12月05日 文/薛樺 許勝藍

人工智能在煤礦行業發展已經超過十年,尤其是在自動化對煤礦減人、提高生產效率上取得了巨大的成就。“煤礦大腦”作為華為、精英數智與煤科總院合作的產物,是華為“平臺+AI+生態”戰略在煤炭行業的一次集中呈現。

煤海上的山西

相傳女媧補天所用的五彩石是用山西所產的煤炭所煉。自古以來,山西就以其豐富的煤炭儲量被稱為“煤海”,全省有三分之一的地下埋藏著煤,成就了中國成為世界第一大煤炭生產國和第二大煤炭出口國。煤為山西提供了一半以上的財政收入和將近1/20的就業機會。全中國5800多處大小煤礦,年產約36.8億噸原煤中超過一半的產量都運往電廠,生產71118億千瓦時的電力,是經濟發展的支柱。在煤炭生產中,安全是首要任務。優化煤炭安全生產過程是一件勢在必行的工程。

科技的進步和發展幫助煤炭安全生產向著現代化、智能化有序邁進。自2010年以來,山西煤礦的事故大幅下降。這得益于《山西打造全國能源革命排頭兵行動方案》中煤炭安全高效開采工程要求:大力推進機械化、自動化、信息化和智能化礦山建設,探索“互聯網+煤炭開采”,打造煤炭無人(少人)智能開采與災害防控一體化的采礦新模式。目標是到2020年,煤礦基本實現智能開采,機械裝備及智能化控制系統在煤炭生產上全覆蓋,重點煤礦區采煤工作面人數減少50%以上;到2030年,實現智能化開采,重點煤礦區基本實現工作面無人化、順槽集中控制。展望2050年,要全面建成安全綠色、高效智能礦山技術體系,實現煤炭安全綠色、高效智能生產。特別是人工智能的應用,要聚焦關鍵崗位、危險崗位,重點研發應用掘進、采煤、運輸、安控和救援5大類38種煤礦機器人。

對此,山西煤礦安全監察局總工蔡建軍表示,“我最關注的指標就是煤礦零死亡,這是我們的終極目標,如果有一天全省全國的煤礦達到這個目標了,那我們實現美好生活的夢想就實現了。”

安全生產,危險重重

煤礦安全生產的重點問題主要是井下工作場所危險,且危險性隨時變化,比如運行中的采煤機和移動的支架、液壓支架護幫板未護幫到位等不安全因素,導致附近區域危險性提升。同時,由于井下大量生產設備需要靠人眼判斷狀態,重復啟停操作,面對井下這種作業場所多、設備多、操作枯燥重復繁重的特質,作業人員極易懈怠出 錯。

第二,影響煤礦安全最大的因素是人,人是最大的風險,由于井下作業人員眾多且自我約束力差,往往因監管不到位造成皮帶坐人、追趕猴車,攜帶超規物品等三違行為發生,造成安全事故。而且“人管人”存在人情、懈怠、造假等風險,比如由于鉆探造假,導致透水事故的發生,本質是人管人不到位的問題。

第三,現有自動化信息也存在瓶頸,一是有監控盲區,二是現有自動化系統缺乏智能感知能力,無法對作業場所環境是否安全、人的行為是否規范、設備的狀態是否正常,做出類人的判斷。另外,如今年輕人不愿下井,“裝備替人”也是形勢所迫。

精英數智總經理趙存會總結道:“造成煤礦生產不安全因素體現在人的不安全行為、物的不安全狀態、管理的不安全因素三個方面。人工智能已經擅長解決相似場所的重復性工作,將人類從傳統勞動中解放出來,但是,煤礦安全生產迫切需要人工智能擴大自動化的范圍和信息化的深度。”

攻堅克難,智能先行

在促進煤礦實現智能化發展方面,基于人工智能、大數據等高新技術構建“煤礦大腦”解決方案,可全方位解決煤礦安全生產問題,提高工作效率和監管效率。

在危險場所,“煤礦大腦”可替代人的枯燥重復工作,比如通過計算機視覺技術,進行刮板輸送機監測,減人增效。“內蒙古某煤礦年產2170萬噸,全礦現有人員900余人。目前井下連掘(采)生產,同時有10臺刮板機在工作,每班每臺需要1人進行專門的啟停操作,一班需要10人,三班需要30人。如果用裝備取代這30人,一個工人年費用按20萬計,則一年可節省600萬元。高效的企業首先來自先進的理念——‘寧花百萬上裝備,不花一萬增一人’。”

“煤礦大腦”可提示人的不安全行為(三違),比如通過計算機視覺技術,識別皮帶坐人、追趕猴車及攜帶超規物品、軌道行車不行人等不安全行為,可以反饋到現場監控系統上報警提示,也可以形成軟件記錄,用于安全考核。

識別人員工作場所物環狀態改變來保護人,比如通過計算機視覺技術,識別采煤機運行過程中架前有人作業、液壓支架護幫板未護幫到位、采煤機噴霧不足等物環的不安全行為,可以反饋到廣播系統報警提示,也可以形成軟件記錄,用于安全考核。

工程質量管理、生產過程管理不靠人,比如探放水打鉆識別,無須管理者現場監督檢查和驗收,作業者實時收到驗收結果,工作不到位的地方直接提示,幫助現場改進。

“計算機視覺技術讓安全管理不靠人,通過識別皮帶空載率、皮帶堆煤、皮帶跑偏等狀態,進行遠程提醒或將信號提供給皮帶控制系統聯動停機。還幫助我們識別水泵房巡檢是否按時和到位的管理行為,進行現場提示,并生成巡檢報表。識別調度室缺崗管理行為,并形成軟件記錄和報表,用于日??己?。”

“利用智能感知信息擴大自動化能力,以及驅動信息化的深入,實現煤礦現場安全的三個閉環,自動感知作業人員‘三違’行為發出聲光報警,并自動生成‘處罰單’,像治理交通闖紅燈和超速一樣治理違章,提前發現和消除隱患,為煤礦智能化提供支撐。”趙存會說。

美好的智能生活藍圖

人工智能在煤礦行業發展已經超過十年,尤其是在自動化對煤礦減人、提高生產效率上取得了巨大的成就。“煤礦大腦”作為華為、精英數智與煤科總院合作的產物,是華為“平臺+AI+生態”戰略在煤炭行業的一次集中呈現。華為FusionCube智能邊緣一體機、華為智能攝像機、華為云和企業智能EI,為煤礦大腦提供了強大的基礎算力和 管理支撐,通過精英數智的算法能力,為煤礦大腦提供人工智能模型,預測預警算法和專家模型。

目前,“煤礦大腦”在全國包括山西、內蒙古、陜西等大量的煤礦進行了落地使用,實現了煤礦探水作業、瓦斯抽采作業等從井下驗收的方式變成井上驗收,極大地提升了煤礦生產效率,同時遠程對作業合規、施工合規提供了智能的判斷和告警,給煤礦打造了一個堅實的安全堡壘。

煤礦大腦幫助煤礦企業減少礦井作業人員10%,看護人、保護人避免安全事故,識別和預警影響連續生產的異常狀況提高煤礦10%的有效工時,解放煤礦管理人員使其更多精力用在優化工藝,避免“人管人”;減少礦井作業人員和提高煤礦連續性生產可創造的直接經濟效益,即使是年產百萬噸的煤礦,也在3000萬以上。

面向未來,在人工智能等先進技術加持下的智慧煤礦要繼續擴展感知能力,增加聽覺感知能力,并基于已有的物聯傳感數據,整合觸覺、味覺、嗅覺感知能力,為裝備廠商賦能升級為智能裝備(機器人)。煤礦安全監察局總工蔡建軍談道,希望華為投入技術力量,與礦業生產各方高度合作,推進人工智能在山西煤礦生產的應用,實現零死亡的目標。

山西的煤礦企業一改傳統的煤塵飛揚景象,在青山林木掩映中,煤炭經過封閉式皮帶走廊運輸,直接進入洗煤廠洗選,實現煤炭不落地。煤業礦區綠樹成蔭、環境整潔,美好的智能生活藍圖正徐徐展開。

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