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数字孪生让采矿全流程“透明化”

原标题:数字孪生让采矿全流程“透明化”

导语

智能化是采矿工业高质量发展的核心技术支撑,对于提升采矿安全生产水平、保障矿产稳定供应具有重要意义。经过前期有益探索,目前我国部分矿井已建成一批少人、无人开采工作面,但依旧面临技术体系参差不齐,尤其是集群智能化技术尚未跟上等问题。

矿山作业自动化

我国现有煤矿4200余处,其中在产约3500处。自2018年全面推行煤矿智能化以来,目前已建成680余个初级智能化采掘工作面,其中包括采煤工作面430余个、掘进工作面250余个,2022年有望建成1千个智能化采掘工作面。

从以上数据可以看出,智能化技术对煤矿安全高效开采发挥了重要提升作用。

而截至2020年底,全国建成安全高效煤矿901处,其煤炭产量、利润总额分别占到全行业的56%和78%,采煤机械化程度达到99.9%,智能化采煤工作面有285个。这些矿井的百万吨死亡率约0.0015,远低于0.02的国际先进水平,其中898处矿井为零死亡。实践证明,通过智能化改造,煤矿可以实现高程度、高效率的安全生产。

“矿山作业的智能化”是基于数据驱动的采矿设备自动化、生产数据可视化、开采过程透明化、采掘现场无人化、矿山环境低损化,能够实现安全高效、无人操作的自协作矿山系统。

那目前为止矿山作业智能化进展如何?有业内专家坦言,处于初级智能化的矿山,建设重点多放在矿山生产过程的自动化。“高度自主化、信息化的智能矿山是未来目标,而目前的智能煤矿还缺少全系统的数字化融合。边缘计算、时延网络等矿业IT技术,与操作相关的采矿OT技术,以及智能安全监控、煤矿机器人等矿山物联网MIOT技术均是各自在做,智能系统化方面仍是短板。”

掘进机数字孪生解决方案

智能矿山中很重要的一部分就是装备的智能化,WVGL针对掘进机提出智能掘进机数字孪生解决方案,其中掘进工作面的掘进机和综采工作面的采煤机与液压支架的拉架实现智能化是矿山智慧化的重要基础之一,只有实现了单机设备的智能化,进而实现智能化的管理和协同,才能最终实现智慧矿山。

掘进机的数字孪生解决方案,需要分三步实现这个目标:第一步是实现远程遥控;第二步是实现自动截割加远程监控;第三步是实现智能截割加远程监控。

远程遥控的实现说明了数据通讯链路的畅通和掘进机动作可控性的实现。自动截割的实现说明了掘进机位姿检测的可信度和控制精度的达标性。智能截割的实现意味着随着自动截割可靠运行和开采效率的提升空间出现,在掘进工艺的适应性改进前提下,掘进机器人可以根据实际地质与环境状况,调整掘进速度兼顾安全与效率,并且正常情况下无需人为干涉。

基于数字孪生的掘进机器人纠偏控制系统由数字模型、物理模型和人机交互控制单元组成。数字模型主要包括巷道数字模型和掘进机器人数字模型;物理模型主要包括掘进机器人样机与视觉检测系统;人机交互控制单元主要包括监测监控界面、数据库与纠偏控制模型等。视觉检测系统实时感知工作面环境信息。纠偏控制模型根据系统提取的掘进巷道空间特征参数与掘进机器人位置信息解算控制参数,并将其上传至数据库,通过虚实映射关系驱动数字模型,同时将虚拟现实环境中数字模型的控制同步映射到掘进机器人样机上。监测监控界面可实时显示图像及偏航角、偏移距离等信息,操作者通过操控掘进机器人数字模型实现对掘进机器人样机的远程纠偏控制。

掘进机数字孪生是一个数据可视化、人机交互、工艺自优化的高逼真采煤工作面三维镜像场景,包括物理工作面、数字工作面和数据信息交互三部分,数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型,通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段,为物理实体提供更加实时、高效、智能的运行或操作服务。其不是传统仿真模型,而是动态反馈的数字化工作面镜像体,基于设备运行的感知数据,以数字映射的智采工作面来逼真地模拟实际采煤状况。

数字孪生技术的应用将有效解决综采工作面远程控制看不全、看不准、无空间感等问题,突破仅依靠传感器和零散摄像头“盲采式”的“一键采矿”现状,对提升安全生产效率,降低工人劳动强度有着重要意义。

数字孪生技术,发挥着连接矿井工业设备和网络云端的桥梁与纽带作用,将在矿产开采、视频监控、人机交互等方面提供更加实时、智能、高效的服务。返回搜狐,查看更多

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