数字孪生——简单来说,就是将现实世界在数字世界中进行复制,与现实中的一模一样,类似“孪生兄弟”。它与现实世界完美同步,甚至会比现实世界更快地看待未来世界,提前预测未来会发生什么,如何应对等。
近年来,陕煤红柳林矿业公司以打造国家Ⅰ类高级智能化矿井、创建“智能协同”示范矿井为契机,加速以5G为代表的新一代信息技术在煤矿行业落地生根,并将数字孪生技术应用到生产运营各个方面,实现了矿井生产系统智能化、作业环境清洁化、管理体系智能化等,切实把“931”高质量发展理念落实到智慧矿井发展的全过程。
如何实现生产过程可控可视、生产条件先知先觉、生产安全可防可测、生产要素可调可配的全链条“采、掘、机、运、通”全流程透明化系统,一直是煤炭行业智能化探索的目标。为此,该公司笃定数字孪生技术应用,通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段,实现在更高层次上构建煤矿智能化体系的中枢神经。
该公司在智能采煤系统的基础上,实现对三个智能综采工作面的切眼和辅运顺槽的数字孪生,充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多尺度的仿真过程,实现综采工作面和辅运顺槽的三维动态仿真,将采煤机、液压支架、刮板输送机、皮带运输机、泵站、控制台和破碎机等设备设施实时动态展示,并实时显示煤机位置、煤机速度、截割高度、截割滚筒的温度和电流、乳化泵的压力和液位等数据。有效解决综采工作面的远程控制看不全、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“一键采煤”现状,是矿山实现无人开采的重大改进。
“数字孪生技术的应用,要达到重点区域无人值守、有人巡检的目的,建立数字孪生映射,对系统或设备的实时数据进行监测,三维动态仿真,更直观地远程监控生产现场,不断提高公司智能化水平,提升安全生产效率,降低工人劳动强度。”该公司调度指挥中心主任表示。
以中央水泵房为例,通过对各水泵的各个阀门开度、流量、液位、压力、温度等数据的三维实时展示,更直观监测泵机的运行状态,并根据总流量、液位变化趋势等历史数据进行分析、决策,判断对水泵阀门开度大小、备用水泵是否开启等,实现无人值守,有人巡检的目的,同时降低工人劳动强度,提升安全生产效率。
“矿井主通风机是为井下工人提供新鲜空气、替换井下污风,调节井下气候稳定的利器,重要性毋庸置疑。过去通风机的监测数据都是表格式的死板数据,盯着屏幕看一会儿眼睛就酸了,现在通过数字孪生的应用,各个数据都在设备相应的各个部位,不会存在数据难找难查的情况了。”该公司通防区技术员边操作边介绍到。
除此之外,该公司还建立了供排水、体育馆、园区的数字孪生体。目前,该公司数字孪生技术的应用还处在离散数字孪生阶段,仅针对某一区域或某一台设备的数字孪生,着重多个数字孪生装备的协同作业、装备与环境的相互作用、矿井灾害的监测预警等,同时也是当前煤矿智能化建设的主要努力方向。(陕煤红柳林矿业公司:石超)