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智慧煤礦:彙聚AI的力量

2019年12月05日 文/薛桦 许胜蓝

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、提高生産效率上取得了巨大的成就。“煤礦大腦”作爲華爲、精英數智與煤科總院合作的産物,是華爲“平台+AI+生態”戰略在煤炭行業的一次集中呈現。

煤海上的山西

相傳女娲補天所用的五彩石是用山西所産的煤炭所煉。自古以來,山西就以其豐富的煤炭儲量被稱爲“煤海”,全省有三分之一的地下埋藏著煤,成就了中國成爲世界第一大煤炭生産國和第二大煤炭出口國。煤爲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,年産約36.8億噸原煤中超過一半的産量都運往電廠,生産71118億千瓦時的電力,是經濟發展的支柱。在煤炭生産中,安全是首要任務。優化煤炭安全生産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産向著現代化、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産上全覆蓋,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、高效智能生産。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。”

安全生産,危險重重

煤矿安全生产的重点问题主要是井下工作场所危险,且危险性随时变化,比如运行中的采煤机和移动的支架、液压支架护帮板未护帮到位等不安全因素,导致附近区域危险性提升。同时,由于井下大量生产设备需要靠人眼判断状态,重复启停操作,面对井下这种作业场所多、设备多、操作枯燥重复繁重的特质,作业人员极易懈怠出 错。

第二,影響煤礦安全最大的因素是人,人是最大的風險,由于井下作業人員衆多且自我約束力差,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爲發生,造成安全事故。而且“人管人”存在人情、懈怠、造假等風險,比如由于鑽探造假,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、人的行爲是否規範、設備的狀態是否正常,做出類人的判斷。另外,如今年輕人不願下井,“裝備替人”也是形勢所迫。

精英數智總經理趙存會總結道:“造成煤礦生産不安全因素體現在人的不安全行爲、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複性工作,將人類從傳統勞動中解放出來,但是,煤礦安全生産迫切需要人工智能擴大自動化的範圍和信息化的深度。”

攻堅克難,智能先行

在促进煤矿实现智能化发展方面,基于人工智能、大数据等高新技术构建“煤矿大脑”解決方案,可全方位解决煤矿安全生产问题,提高工作效率和监管效率。

在危險場所,“煤礦大腦”可替代人的枯燥重複工作,比如通過計算機視覺技術,進行刮板輸送機監測,減人增效。“內蒙古某煤礦年産2170萬噸,全礦現有人員900余人。目前井下連掘(采)生産,同時有10台刮板機在工作,每班每台需要1人進行專門的啓停操作,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——‘甯花百萬上裝備,不花一萬增一人’。”

“煤礦大腦”可提示人的不安全行爲(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爲,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爲,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、生産過程管理不靠人,比如探放水打鑽識別,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爲,進行現場提示,並生成巡檢報表。識別調度室缺崗管理行爲,並形成軟件記錄和報表,用于日常考核。”

“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’行爲發出聲光報警,並自動生成‘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,爲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、提高生産效率上取得了巨大的成就。“煤礦大腦”作爲華爲、精英數智與煤科總院合作的産物,是華爲“平台+AI+生態”戰略在煤炭行業的一次集中呈現。网狐棋牌FusionCube智能边缘一体机、网狐棋牌智能摄像机、華爲雲和企业智能EI,为煤矿大脑提供了强大的基础算力和 管理支撑,通过精英数智的算法能力,为煤矿大脑提供人工智能模型,预测预警算法和专家模型。

目前,“煤礦大腦”在全國包括山西、內蒙古、陝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産效率,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産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産可創造的直接經濟效益,即使是年産百萬噸的煤礦,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,並基于已有的物聯傳感數據,整合觸覺、味覺、嗅覺感知能力,爲裝備廠商賦能升級爲智能裝備(機器人)。煤礦安全監察局總工蔡建軍談道,希望華爲投入技術力量,與礦業生産各方高度合作,推進人工智能在山西煤礦生産的應用,實現零死亡的目標。

山西的煤矿企业一改传统的煤尘飞扬景象,在青山林木掩映中,煤炭经过封闭式皮带走廊运输,直接进入洗煤厂洗选,实现煤炭不落地。煤业矿区绿树成荫、环境整洁,美好的智能生活藍圖正徐徐展开。

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