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海納科技朱凱董事長:基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)研發(fā)

圍繞基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)展開研究,深入剖析其在破解行業(yè)現(xiàn)存痛點、實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)與流程優(yōu)化中的技術(shù)路徑與應(yīng)用價值。通過智能化技術(shù)替代人力操作、強(qiáng)化風(fēng)險預(yù)警,助力煤礦企業(yè)達(dá)成“減員、增效、保安全”的核心目標(biāo),為煤礦主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化升級提供技術(shù)范本,也為礦山數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索兼顧安全、高效與綠色發(fā)展的全新路徑,具有重要的理論意義與實踐價值。

文章來源:《智能礦山》2026年第1期“學(xué)術(shù)園地”欄目

第一作者:朱凱,正高級工程師,現(xiàn)任山東海納智能裝備科技股份有限公司董事長,主要從事礦山機(jī)電與智能輸送成套裝備研發(fā)、綠色礦山與環(huán)保裝備創(chuàng)新的相關(guān)研究工作。E-mail:k6080157@163.com

作者單位:山東海納智能裝備科技股份有限公司

引用格式:朱凱,張娜娜,王華東,等. 基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)研發(fā)[J]. 智能礦山,2026,7(1):124-129.

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煤炭行業(yè)正處于智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期,煤礦資源整合與主運(yùn)輸擴(kuò)能改造持續(xù)推進(jìn),對主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定性及智能化水平提出了更高要求。然而,當(dāng)前主煤流系統(tǒng)智能化運(yùn)維存在諸多問題,缺乏一體化運(yùn)維管理平臺,主運(yùn)輸系統(tǒng)與綜掘、綜采、儲煤等子系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動受阻,嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)鏈條效率。因此,融合各系統(tǒng)數(shù)據(jù),實現(xiàn)主煤流系統(tǒng)的智能管控,成為煤炭行業(yè)智能化發(fā)展的必然趨勢。

工程概況

山東省某煤礦煤流項目共涉及10條輸送帶,5個煤倉,6個給煤機(jī)。一采區(qū)包括一采區(qū)上部一、二部輸送帶,一采區(qū)上部煤倉、輸送帶上山一二部輸送帶,一采區(qū)煤倉;二采區(qū)煤流系統(tǒng)涉及二采區(qū)西翼輸送帶、二采區(qū)輸送帶上山輸送帶、二采區(qū)煤倉、二采區(qū)煤倉給煤機(jī)、二采區(qū)輸送帶石門輸送帶、東翼大巷輸送帶、二采區(qū)漏煤眼給煤機(jī),一二采區(qū)都通過輸送帶石門輸送帶進(jìn)入井底煤倉,新建煤倉投入使用后,分煤輸送帶進(jìn)入新建煤倉。該礦煤流均衡控制包含手動控制、一鍵啟動控制、自動放倉控制等多種模式,其中一鍵啟??刂瓶蓪崿F(xiàn)二采區(qū)煤流系統(tǒng)的順逆煤流啟停控制,節(jié)省控制時間與成本;自動放倉控制可實現(xiàn)二采區(qū)、一采區(qū)的自動放煤控制,根據(jù)采區(qū)煤倉、井底煤倉信息自動實現(xiàn)煤流系統(tǒng)的放煤策略,提高運(yùn)輸效率、減少輸送帶運(yùn)行時間,節(jié)省生產(chǎn)成本。

礦鴻智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)架構(gòu)

基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)框架由采集層、傳輸層、平臺層和應(yīng)用層構(gòu)成,基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)架構(gòu)

(1)采集層

通過在關(guān)鍵位置部署各類傳感器,實時采集煤流信息與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),借助AI攝像儀與智能圖像識別技術(shù)識別監(jiān)測煤量、大塊煤及矸石。

(2)傳輸層

采用5G網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速可靠傳輸,依托礦鴻操作系統(tǒng)的“軟總線” 技術(shù)與統(tǒng)一的MDTP協(xié)議,打破不同廠家設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸壁壘,達(dá)成設(shè)備間互聯(lián)互通與數(shù)據(jù)共享。

(3)平臺層

搭建基于云計算技術(shù)的智能煤流管控平臺,具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲、處理與分析能力,可實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能診斷、煤流趨勢精準(zhǔn)預(yù)測及故障提前預(yù)警,且提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口與煤礦其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成。

(4)應(yīng)用層

開發(fā)集成設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制、煤流均衡調(diào)度、故障診斷與維護(hù)等模塊,操作人員能通過地面調(diào)度中心或移動端實時遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟停與運(yùn)行參數(shù)調(diào)整。

2.2 智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)目標(biāo)

智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)以提升煤礦主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)綜合效能為核心目標(biāo),具體聚焦4個關(guān)鍵方向。

(1)提高生產(chǎn)效率

通過實現(xiàn)煤流系統(tǒng)自動化與智能化控制,依據(jù)煤流實時狀況自動調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù),減少人工干預(yù),增強(qiáng)煤炭生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性,進(jìn)而提升整體生產(chǎn)效率。

(2)優(yōu)化資源配置

借助對煤流系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、煤量分布等信息的實時監(jiān)測與分析,實現(xiàn)資源合理調(diào)配,如優(yōu)化設(shè)備啟停時機(jī)、選擇最優(yōu)運(yùn)輸線路等,降低能源消耗與設(shè)備磨損,提高資源利用效率。

(3)提升安全水平

依托遠(yuǎn)程監(jiān)控與自動化操作減少人員在危險環(huán)境中的作業(yè)時長與頻率,降低人員傷亡風(fēng)險,同時通過實時安全監(jiān)測與預(yù)警功能及時發(fā)現(xiàn)并處置安全隱患,筑牢煤礦生產(chǎn)安全防線。

(4)實現(xiàn)精準(zhǔn)控制,通過精確感知煤流流量、粒度、濕度等參數(shù)變化,結(jié)合先進(jìn)控制算法對給煤機(jī)、輸送帶輸送機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備實施精準(zhǔn)調(diào)控,確保煤流系統(tǒng)在不同工況下均保持最佳運(yùn)行狀態(tài),提升煤炭產(chǎn)品質(zhì)量與一致性,全面助力煤礦達(dá)成高效、低碳、安全、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目標(biāo)。

2.3 智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)組成

智能煤流全過程均衡輸送系統(tǒng)包括智能均衡控制、智能檢測、智能料倉管理、驅(qū)動裝置的智能永磁化、輸送系統(tǒng)配套裝置的自動化無塵化和智能平臺建設(shè)等6個子系統(tǒng),融合人工智能AI與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),提供多種智能控制與智能檢測手段,通過采煤工作面巷道運(yùn)輸?shù)膭討B(tài)調(diào)速,到主運(yùn)輸系統(tǒng)的智能啟停,再到煤炭升井的全流程監(jiān)控,精準(zhǔn)預(yù)測設(shè)備故障,優(yōu)化煤流分配,自主執(zhí)行“煤多快轉(zhuǎn)、煤少緩運(yùn)、無煤待機(jī)”的節(jié)能策略,實現(xiàn)了煤流運(yùn)輸全鏈條的智能化管控。礦鴻智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)布置如圖2所示。

圖2 礦鴻智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)布置

礦鴻智能煤流全過程自適應(yīng)均衡系統(tǒng)

3.1 智能永磁系統(tǒng)

智能永磁系統(tǒng)以永磁同步電機(jī)+智能控制系統(tǒng)為核心架構(gòu),采用高效永磁同步電機(jī)/電動滾筒/一體機(jī)(效率95%~98%,輕載效率穩(wěn)定)替代異步電機(jī),搭配專用變頻器與直驅(qū)/減速結(jié)構(gòu),適配不同負(fù)載。

通過傳感器與PLC組成智能控制系統(tǒng),實現(xiàn)負(fù)載自適應(yīng)調(diào)速(流量波動時動態(tài)調(diào)轉(zhuǎn)速,節(jié)能20%~40%)、軟啟動/軟停止(避免輸送帶沖擊,延長壽命20%~30%)及多電機(jī)功率平衡(負(fù)載偏差<5%)。

依托物聯(lián)網(wǎng)搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺,實現(xiàn)被動傳動到智能驅(qū)動的跨越,維護(hù)周期延長3~5倍,成本降 30%~50%。深度踐行“高效節(jié)能 + 智能調(diào)控”“煤多快轉(zhuǎn)、煤少緩運(yùn)、無煤待機(jī)” 的核心降碳邏輯,“硬件節(jié)能+智能降耗”的雙重保障,成功解決了傳統(tǒng)驅(qū)動存在的啟動電流大、沖擊力大、易損壞電機(jī)減速箱重載壓死輸送帶、電動機(jī)恒速運(yùn)行、浪費(fèi)電能等一系列問題。

3.2 智能料倉管理系統(tǒng)

智能料倉管理系統(tǒng)聚焦煤倉運(yùn)行全流程的數(shù)據(jù)整合、實時監(jiān)控與智能決策,構(gòu)建集狀態(tài)監(jiān)測-風(fēng)險預(yù)警-自動處置-效能分析為一體的管控體系,智能料倉管理系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 智能料倉管理系統(tǒng)

在入料環(huán)節(jié),在給煤機(jī)處安設(shè)破碎機(jī)、除鐵器、臟雜(水)煤含量監(jiān)測儀、視頻分析裝置等,結(jié)合智能AI視覺分析技術(shù)精準(zhǔn)識別非煤矸等異物,打造感知-分析-處置的智能聯(lián)動防線,從源頭消除異物堵倉、潰倉風(fēng)險。

在煤倉運(yùn)行核心環(huán)節(jié),部署防潰倉預(yù)警系統(tǒng),集成3D雷達(dá)檢測、水煤入倉檢測功能,開發(fā)給煤機(jī)智能定量給煤與閘控模塊,當(dāng)防潰倉預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測到倉體異常壓力或位移時,立即聯(lián)動防潰倉閘門進(jìn)行開度調(diào)節(jié),并與定量給料裝置形成雙重安全聯(lián)動保障,實現(xiàn)煤倉料位、煤質(zhì)狀態(tài)的實時監(jiān)測與給煤量的精準(zhǔn)調(diào)控。

針對堵倉、蓬倉問題,安設(shè)防堵倉裝置,在煤倉關(guān)鍵位置配置清倉機(jī)器人(如機(jī)械臂等),通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能聯(lián)動,一旦檢測到倉壁物料堆積,立即啟動分級疏通策略,構(gòu)建監(jiān)測-預(yù)警-處置三位一體的智能聯(lián)動架構(gòu),形成發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題的完整閉環(huán)聯(lián)動機(jī)制,堵倉、潰倉事故率降低85%,通過減少設(shè)備空轉(zhuǎn)與無效作業(yè),使物料處理效率提升40%,設(shè)備綜合利用率提高30%,每年可為企業(yè)節(jié)省設(shè)備維護(hù)成本超 30%,減少物料損耗帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失超 20%。

3.3 智能煤流均衡控制系統(tǒng)

智能煤流均衡控制系統(tǒng)以智能調(diào)控+ 系統(tǒng)協(xié)同為核心,實現(xiàn)動態(tài)調(diào)速機(jī)制,采用PLC+嵌入式集中控制,實現(xiàn)煤流測量、煤倉倉位監(jiān)測、輸送帶調(diào)速、給煤機(jī)調(diào)速、輸送帶自動放煤、自動噴霧等功能,智能煤流均衡控制系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 智能煤流均衡控制系統(tǒng)界面

智能煤流均衡控制系統(tǒng)采用AI視覺識別與激光雷達(dá)的煤量分布實時感知,結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化算法,運(yùn)用逆煤流啟、順煤流停模式,實現(xiàn)0.1 s級響應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)速,確保輸送帶運(yùn)行速度與煤流量高度匹配,規(guī)避堆煤或空轉(zhuǎn)浪費(fèi)。通過建立煤倉容量、輸送帶運(yùn)力、運(yùn)輸距離的三維數(shù)字模型,以毫秒級頻率動態(tài)調(diào)整各環(huán)節(jié)啟停時序,非計劃停機(jī)時長平均減少超過60%,輸送帶設(shè)備的維護(hù)周期延長40%,煤倉利用率提升30%。

3.4 智能檢測系統(tǒng)

智能檢測系統(tǒng)融合AI算法、分布式光纖測溫、大數(shù)據(jù)分析、云計算、磁感應(yīng)探傷等技術(shù),建設(shè)了光纖測溫及滅火控制系統(tǒng)、輸送帶縱向撕裂裝置、智能探傷檢測裝置與智能集中潤滑系統(tǒng)設(shè)備。光纖測溫及滅火控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示,感溫光纖光纜及時發(fā)現(xiàn)火情并聯(lián)動灑水;縱向撕裂裝置持續(xù)監(jiān)測輸送帶狀態(tài),故障時預(yù)警或停機(jī);智能探傷裝置實現(xiàn)鋼繩芯等問題無損檢測;智能集中潤滑系統(tǒng)可實時監(jiān)測、多模式控制且能記錄注油日志。該系統(tǒng)打破傳統(tǒng)局限,實現(xiàn)全方位智能監(jiān)測控制,能降低安全事故率、優(yōu)化生產(chǎn)流程、減少成本。

圖5 光纖測溫及滅火控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.5 輸送系統(tǒng)的自動化與無塵化

在自動化方面,變頻調(diào)速張緊裝置增設(shè)帶式輸送機(jī)張緊安全保護(hù)裝置,通過內(nèi)置張力傳感器實時監(jiān)測輸送帶受力,結(jié)合煤流變化動態(tài)調(diào)整張緊力,相比傳統(tǒng)機(jī)械張緊方式響應(yīng)速度提升60%。液壓無源糾偏裝置采用純機(jī)械結(jié)構(gòu),利用輸送帶跑偏時產(chǎn)生的側(cè)向力驅(qū)動液壓機(jī)構(gòu),自動校正輸送帶運(yùn)行軌跡,維護(hù)成本降低70%。

斷帶抓捕器采用純機(jī)械式裝置檢測輸送帶斷裂,1 s內(nèi)完成上下帶面同時抓捕。在無塵化方面,高效清掃裝置采用柔性清掃 + 負(fù)壓吸附的復(fù)合技術(shù),粉塵收集效率為98%;配合螺旋落煤裝置,顛覆傳統(tǒng)直落式設(shè)計,減少物料沖擊產(chǎn)生的揚(yáng)塵,結(jié)合弧形密閉罩與噴霧降塵系統(tǒng),在轉(zhuǎn)載點處粉塵抑制率超過95%。

3.6 智能管控平臺

基于礦鴻的全過程自適應(yīng)智能煤流管理平臺采用PLC+嵌入式集中控制,利用智能識別、智能檢測、人員定位、智能分析等技術(shù),可直觀顯示煤倉狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài),具備遠(yuǎn)程啟動功能,支持一鍵順煤流啟停,多煤倉聯(lián)動系統(tǒng)依煤位自主決策控制輸送帶啟停,視頻AI分析調(diào)速實現(xiàn)煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)、無煤不轉(zhuǎn)。

智能管控平臺自動采集預(yù)警參數(shù)、記錄報警故障并溯源統(tǒng)計,分析工藝參數(shù)生成趨勢曲線,支持多數(shù)據(jù)同步查詢與縮放,記錄重要操作,分級管理數(shù)據(jù),設(shè)語音聲光報警,產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)能計量、查詢并以直方圖展示產(chǎn)量,生成報表,實現(xiàn)智慧運(yùn)營。

3.7 礦鴻賦能

礦鴻網(wǎng)關(guān)、礦鴻PLC與礦鴻平臺協(xié)同,構(gòu)建全過程自適應(yīng)煤流系統(tǒng)核心架構(gòu),礦鴻網(wǎng)關(guān)作為數(shù)據(jù)樞紐,通過多接口采集設(shè)備數(shù)據(jù),經(jīng)邊緣計算處理后,實時上傳至礦鴻平臺;礦鴻PLC適配礦鴻系統(tǒng)內(nèi)核,憑硬接線與通信模塊,精準(zhǔn)控制,執(zhí)行平臺下發(fā)的調(diào)速、清堵等指令;礦鴻平臺則作為“大腦中樞”,整合網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù),進(jìn)行煤流量預(yù)測、設(shè)備故障研判,生成自適應(yīng)控制策略并下發(fā)至PLC。三者聯(lián)動實現(xiàn)煤流全鏈條智能管控,減少50%人工干預(yù),設(shè)備故障響應(yīng)速度提升60%,智能管控平臺架構(gòu)如圖6所示。

圖6 智能管控平臺架構(gòu)

結(jié) 語

基于礦鴻的智能煤流全過程自適應(yīng)均衡控制系統(tǒng)攻克礦山多系統(tǒng)協(xié)同控制難題,打通運(yùn)輸智能化建設(shè)“最后一公里”。系統(tǒng)落地實施,實現(xiàn)帶式輸送機(jī)、給煤機(jī)、破碎機(jī)、煤倉等設(shè)備多機(jī)協(xié)同聯(lián)動,遠(yuǎn)程集中控制,運(yùn)行工況檢測及順/逆煤流啟車等功能。礦鴻系統(tǒng)通過“軟總線”技術(shù)以及統(tǒng)一的MDTP協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù),將不同廠家的設(shè)備互聯(lián)互通,助力煤礦企業(yè)實現(xiàn)智能感知、智能決策、自動執(zhí)行,逐步完成采煤、運(yùn)煤、管理的全流程自動化,最終實現(xiàn)無人化。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中,SCI收錄1種,Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種,是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地,也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》(月刊,CN 10-1709/TN,ISSN 2096-9139)是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編:王國法院士

刊載欄目:企業(yè)/團(tuán)隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

投稿網(wǎng)址:www.chinamai.org.cn(期刊中心-作者投稿)

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期刊成果:創(chuàng)刊5年來,策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會”“《智能礦山》理事、特約編輯年會暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動20余次。組建了理事會、特約編輯團(tuán)隊、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊,打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺,全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗。

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