„Kohle“ spricht „Weisheit“: Welche Funken werden entstehen, wenn Bergleute auf Intelligenz treffen?

Die China Guizhou International Energy Industry Expo and Trade Fair 2024 wurde am 20. Juni im Guiyang International Convention and Exhibition Center eröffnet. Besonders auffällig war die dort eingerichtete „Ausstellung zu intelligenter Technologie und Ausrüstung für Kohlebergwerke“. Bergarbeiter machen auf die Menschen immer einen kühnen und rauen Eindruck und scheinen nichts mit Intelligenz zu tun zu haben. Doch welche Funken entstehen, wenn intelligente Schwarztechnologie auf „Kohlebergbau“ trifft? Hören wir uns die weisen Worte von „coal“ an!

01 Diese „schwarzen Technologien“ des intelligenten Kohlebergbaus

▶Unbemannte intelligente Kohlebergbaumaschine

Während die meisten Menschen den Eindruck haben, dass die Arbeit der Kohlebergleute, wie Lu Yao sie beschreibt, schmutzig, hart, anstrengend und riskant ist, drehen sich jetzt Hunderte von Metern unter der Erde die Schneidemaschinen der Kohlebergwerke und schneiden ordentlich durch die Kohlewände, doch an der Abbaufront ist niemand zu sehen.

Die Kohleabbaufront der Shendong Daliuta-Kohlemine der Shendong Coal of China Energy Group wird durch vollautomatische hydraulische Stützen gestützt (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Dies ist alles der unbemannten intelligenten umfassenden Bergbautechnologie zu verdanken. Die „schwarzen“ Kohlebergbautechniker von früher können heute in Anzug und Krawatte in einem sauberen und aufgeräumten intelligenten Dispatching- und Kontrollzentrum sitzen, leicht auf „Ein-Knopf-Start“ klicken und schon drehen sich die unterirdischen Kohlebergbaumaschinen Tausende von Metern entfernt blitzschnell. Die Kohlebergbaumaschinen merken sich den Schnitt, die hydraulischen Stützen folgen der Maschine automatisch und die Kratzerförderer bewegen sich automatisch. Die „drei Maschinen und Geräte“ werden stillschweigend zusammenarbeiten, und große Stücke des „schwarzen Goldes“ werden von der Kohlewand fallen und kontinuierlich durch die Kratzförderer und Kohleförderbänder zu Boden gelangen.

▶Unsichtbarer elektronischer Zaun

Jeder, der „Die Reise nach Westen“ gelesen hat, weiß, dass Sun Wukong jedes Mal, bevor er zum Betteln um Essen ausging, einen Kreis für Tang Seng zeichnete, um dessen Sicherheit zu gewährleisten. Und auch an der Hunderte Meter tiefen Frontlinie des Kohlebergbaus wird ein Kreis für unsere Bergleute gezogen. Dieser Kreis ist der unterirdische elektronische Zaun des Kohlenbergwerks, auch als Personenannäherungsschutzsystem bekannt, das häufig für Sicherheitswarnungen in besonders gefährlichen Bereichen unter der Erde verwendet wird, wie etwa Abbaufronten, Kohlebunkern, geschlossenen Wänden und Bandförderern.

Wenn sich jemand der Warn-Gefahrenzone unter Tage nähert, löst das System automatisch einen akustischen und optischen Alarm aus und löst die Abschaltung der Anlage aus. Dadurch wird die Sicherheit der Arbeiter unter Tage im größtmöglichen Maße gewährleistet.

▶Unbemannter Kohle-LKW

Während die Straßentests selbstfahrender Autos in den letzten Jahren auf Hochtouren laufen, ist die Fernsteuerungstechnologie für selbstfahrende Bergbau-LKWs und elektrische Schaufelbagger in Hunderte von Metern tiefen Tagebauen schon lange gang und gäbe: In einem 3.000 Meter entfernten Kontrollraum steuert der Fahrer jede Bewegung der Ausrüstung präzise durch Betriebssignale, die über das 5G-Netz übertragen werden. Auf der kurvenreichen Bergstraße werden fahrerlose Lastwagen, beladen mit glänzender schwarzer Kohle, automatisch und geordnet transportiert. Durch unbemanntes Fahren werden nicht nur die durch nicht standardmäßige Betriebsabläufe verursachten Kosten für die Fahrzeugwartung, der hohe Kraftstoffverbrauch und Reifenschäden verringert, sondern auch Unfälle mit Personenschäden vermieden, wodurch die inhärente Sicherheit der Produktionsabläufe wirklich gewährleistet wird.

Das Modell eines unbemannten Bergbau-LKWs, das auf der China International Mining Conference 2019 vorgestellt wurde (Quelle: Video-Screenshot)

▶72 verschiedene intelligente Bergbaulampen

Grubenlampen sind für Bergleute eine unverzichtbare Waffe zur Beleuchtung bei der Arbeit unter Tage. In den letzten Jahren wurden mit der Modernisierung und dem Bau intelligenter Kohlebergwerke Grubenlampen nicht mehr nur zur „Beleuchtung“ eingesetzt. Stattdessen wurden sie in die Internet of Things-Plattform mit intelligenten Wearables als Kern integriert und in intelligente „N-in-1“-Bergbaulampen umgewandelt, die Positionierung, Video, drahtlose Kommunikation, Umweltüberwachung und andere Funktionen integrieren.

Durch die mobile Kommunikationstechnologie kann das Bodenpersonal über Grubenlampen direkt Videos aus dem Untergrund, Umgebungsparameter, Standortinformationen und die Arbeitsbedingungen der Bergleute unter Tage in Echtzeit ansehen. So wird das Ziel erreicht, beim Abstieg in die Mine eine Lampe zur Hand zu haben und sich keine Sorgen machen zu müssen. Nach dem Verlassen der Mine kann das Aufladen der Grubenlampe mithilfe der Iriserkennungstechnologie direkt an den intelligenten Ladeschrank für Grubenlampen übergeben werden.

02Technische Engpässe der Kohlebergwerksaufklärung

Die Intelligentisierung von Kohlebergwerken erfordert gemeinsame Anstrengungen und eine langfristige Zusammenarbeit mehrerer Disziplinen, wie etwa der geologischen Erkundung, der drahtlosen Erkennung und Wahrnehmung, der drahtlosen Kommunikation und der elektrischen Automatisierung. In dieser Phase gibt es noch einige technische Engpässe und Blockaden, die überwunden werden müssen.

▶Probleme mit der Untergrundkommunikation

Anders als bei der Informationsübertragung über Tage ist die Kommunikation unter Tage in Bergwerken rauen Umgebungsbedingungen wie hohen Temperaturen, hohem Druck und hoher Luftfeuchtigkeit sowie strengen Explosionsschutzanforderungen ausgesetzt. Darüber hinaus gibt es strenge technische Anforderungen wie große Übertragungsdistanz, hohe Durchdringungsfähigkeit und kurze Signalverzögerung .

Insgesamt befindet sich die Anwendung der 5G-Technologie in Kohlebergwerken noch immer auf der Ebene der Netzwerkverbesserung. Die Schlüsseltechnologien und Geschäftsmodelle der Anwendungsszenarien sind noch nicht durchgebrochen, die Kompatibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Anwendungssoftware sind schwer zu gewährleisten und es ist schwierig, einen Technologie- und Anwendungsexplosionspunkt zu bilden.

Bergarbeiter zeigen, dass sie über ihre Mobiltelefone verschiedene Indikatoren in der Mine in Echtzeit sehen können (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

▶Transparente geologische Modellprobleme

Mit der aktuellen Erkennungstechnologie sind wir noch immer nicht in der Lage, die dreidimensionale Form und das Erscheinungsbild unterirdischer geologischer Körper in Kohlebergwerken vollständig und wirklich zu erfassen, d. h. das dreidimensionale Modell und die Form unterirdischer geologischer Körper können nicht vollständig ermittelt werden . Obwohl China in den letzten Jahren eine Reihe theoretischer Ergebnisse und praktischer Technologien im Bereich der transparenten geologischen Modellierung erzielt hat, gibt es bei der Integration geologischer Modelle und dynamischer Explorationsdaten in Echtzeit noch immer viele Hindernisse. Es besteht immer noch eine Lücke zwischen der Explorationstechnologie und der Intelligenz, Präzision und Effektivität der Bergbauausrüstung. Diese haben den intelligenten Abbau von Kohlebergwerken in gewissem Maße eingeschränkt.

▶Probleme mit der Systemkompatibilität und -koordination

Das Produktionssystem eines Kohlebergwerks ist ein typisches komplexes Riesensystem, das verschiedene Geschäftssysteme wie Bergbau, Aushub, Maschinen, Transport und Kommunikation umfasst. Die Subsysteme zeichnen sich durch große Vielfalt, große Anzahl und Mehrschichtigkeit aus. Daher müssen intelligente Kohlebergwerke fast 100 Subsysteme wie grundlegende Anwendungsplattformen, Tunnelsysteme und Bergbausysteme aufbauen und die Kompatibilität von Daten, Netzwerken, Diensten und Steuerungen zwischen verschiedenen Systemen berücksichtigen, um ein intelligentes Kohlebergwerk zu schaffen, das im gesamten Prozess der Entwicklung, des Bergbaus, des Transports, der Sortierung, der Sicherheitsgewährleistung und des Produktionsmanagements intelligent arbeitet. Allerdings weist das intelligente Kohlebergwerkssystem derzeit noch technische Engpässe auf, wie etwa die Unfähigkeit, Datenstandards zu vereinheitlichen, die mangelnde Kompatibilität von Netzwerkkommunikationsprotokollen sowie die mangelnde Kompatibilität und kollaborative Steuerung von Geschäftssystemen.

03 Zukunftsausblick für intelligente Kohlebergwerke

In Zukunft werden sich mit einer neuen Runde der technologischen Revolution im Kohlebergbau und der digitalen Revolution die Technologien für künstliche Intelligenz, Blockchain, Cloud Computing und Big Data täglich verändern. Durch die Erfassung von Produktions- und Betriebsdaten von Kohlebergwerken mit unterschiedlichen Produktionsarten und unterschiedlichen geologischen Bedingungen, die umfassende Integration von Dateninformationen und Anwendungsszenarien und die Bildung einer vollständigen Kette, die Datenerfassung, Informationsextraktion und Wertübertragung integriert, wird sich das Problem des intelligenten Kohlebergbaus nur lösen lassen. Um dies zu erreichen, müssen wir:

In der Dispatch- und Kommandozentrale der Tashan-Kohlenmine werden auf dem Überwachungsbildschirm verschiedene Daten zu den Untertagearbeiten angezeigt. (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

1. Aufbau einer offenen Big-Data-Plattform, systematische Integration von Daten aus verschiedenen Prozessen in Kohlebergwerken und Bereitstellung einheitlicher, professioneller und offener Datendienste;

2. Erstellen Sie ein Datenverwaltungssystem für Kohlebergwerke, um den gesamten Lebenszyklus der Stammdaten, Metadaten und Geschäftsdaten von Kohlebergwerken zu verwalten und so die Verwaltung und Anwendung von Kohlebergwerksdaten zu realisieren.

3. Erstellen Sie eine umfassende Cloud-Plattform für die Kohlebergbauindustrie und realisieren Sie durch die Konstruktion eines mehrdimensionalen Datenmodells einen intelligenten, automatisierten und unbemannten Bergbau!

Quellen:

[1] Wang Guofa. Diskussion über die neuesten technologischen Fortschritte und Probleme der Kohlebergbauaufklärung[J]. Kohlewissenschaft und -technologie, 2022, 50(1):27.

[2] Yang Muyan. So schützen Sie die Sicherheit in einem Kohlebergwerk mit einem „elektronischen Zaun“[N]. China Energy News, 22.04.2024 (015).

[3] Zhang Xiao. Aufbau einer intelligenten integrierten Management- und Kontrollplattform der Pingzhuang-Kohleindustrie[J]. Industrie- und Bergbauautomatisierung, 2023, 49 (S1): 7-11.

Autor: Liu Hanbin, leitender Ingenieur, Shanxi Coal Geology Bureau

Gutachter: Liu Qinjie, Professor der Fakultät für Bergbautechnik, Anhui University of Science and Technology

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