智能化管理的綜合自動化和數字化礦山

唐志章，李強，劉勁松，賈冠軍

(山西石泉煤業有限責任公司，山西 襄垣 046200)

智能化管理的綜合自動化和數字化礦山

唐志章，李強，劉勁松，賈冠軍

(山西石泉煤業有限責任公司，山西 襄垣 046200)

綜合自動化、數字化礦山是礦山技術發展的根本方向。目前全國都在積極推動礦山技術的智能化管理。一方面，為眾多的設備制造廠商指明了技術進步和產品轉型的的方向和時機；另一方面，也為礦山技術發展指明了方向。著重闡述了石泉煤業數字化礦山建設的過程。實現了“地面調度統一指揮、調度室集中控制、現場專人巡查”的控制管理模式的智能化管理方向。

自動化；數字化礦山；智能化管理

0 引言

隨著礦井的不斷發展和智能化、數字化科技的持續完善，大量高科技含量產品已延伸至煤礦采掘行業。山西石泉煤業有限責任公司在系統內率先提出“智慧礦山”思路，依托科技力量提升礦井可持續發展能力，以自動化為可持續發展目標，通過對生產設備、遠程輸送子系統的集中控制，從而達到對整個煤礦工程的一體化管理。這樣在地面就可以實時對礦井上下生產設備進行監控并記錄數據。不僅減少了井下作業人數，而且極大地提高了煤礦施工的安全水平及生產效率。不僅能隨時掌握單個設備的獨立運行狀態，也能夠控制和協調指揮各設備的系統開啟，實現了“地面調度統一指揮、調度室集中控制、現場專人巡查”的控制管理模式。

1 系統目標及范圍

系統的目標是實現基于振動與視頻為主的遠程無人值守系統。

系統采用當今國際、國內先進的監控監測及視頻技術，具有有效的運行狀態監控及重大危害要素監控能力，達到“預測、預報、預警”的目的。有效集成子系統，實現綜合監控數據的真正融合。

項目建設的子系統在提供運行工況監測與遠程無人值守監測、提供系統運行狀態及參數的統計查詢、定期生成報表等功能的基礎上，提供系統內部狀態的自診斷與故障預警機制，實現設備遠程可靠性控制保護，保證系統的先進性、安全性、可靠性。

6大子系統建設主要包括控制子系統、遠程調度中心、千兆網絡子系統、無人值守監控子系統(本地)、機器人巡檢子系統與遠程監控中心。

2 關鍵手段

(1)系統關鍵手段是可編程邏輯控制器(PLC)+監控站點。系統主要由控制中心PLC核心控制柜、傳輸網絡和就地控制箱等組成。

(2)應用關鍵手段是控制中心，控制中心設置在集控室。通過工作站和工業電視對地面生產設備和設施進行集中控制和監視。

(3)技術關鍵手段是現場總線+光纖傳輸。利用網絡結構中DP網絡作為地面生產集中控制系統的底層網絡，實現生產系統設備的實時控制及信號采集，實現遠程集中控制。

3 研究方法和技術路線

(1)實現部分單個環節自動化、單機自動化，包括主運輸系統自動化、水泵房自動化、礦燈房無人值守系統等。

(2)實現全礦井自動化，包括井上下變電所電力監控系統、礦車定位追蹤系統、壓風機、瓦斯泵站、主通風機、綜采工作面智能化、電量計量節能系統、礦井不停風自動切換風機等，依托數字化的調度指揮工業系統，6大子系統全部形成的數字化礦山建設，各數字化子系統的建成使用，可完成礦相關信息的精確實時采集、網絡化傳輸、規范化集成、可視化展現、自動化操作和智能化服務，如圖1所示。

(3)與生產調度、安全生產監控、經營管理形成有機整體。針對礦井建成的瓦斯監測監控、工業視頻監控、工業以太網、人員定位系統等十幾個自動化監測監控系統進行集成整合，借助先進的網絡技術、通信技術和軟件技術，采用分層分布式架構，在調度中心形成一個整體化的平臺，消除信息“孤島”，實現對生產作業場所數據點的采集和監視及各自動化監測監控子系統的數據共享、業務集成和智能聯動。

圖1 壓風機、瓦斯泵站、主通風機無人值守監控設計總體規劃

4 數字化帶來的效益

4.1 減員提效帶來的經濟效益

以中央泵房3臺450 kW電機計算，正常情況下每一個圓班需要開泵10 h以上，以電價1元/(kW·h)計算，10 h需要花費4 500元，安裝該系統后在零點班進行排水，正常抽水時間需要6 h，以電價0.95元/(kW·h)計算每個圓班需要花費2 565元，比原來減少1 935元。一個月節約電費58 050元，年節約電費在70萬元左右(2個泵房共計節約電費140萬元)。

其他主運輸、水泵房、壓風機、瓦斯泵站、3個井上下變電所、主通風機等自動化實現后，每班只需1人進行巡視，由原來的一個圓班需7個人，到現在只需電鉗工兼職巡查，每年可減少職工工資支出：6人×3 700(元/人/月)×12月=26.6萬元。全部8個場所自動化實現每年可節約212.8萬元。

綜采工作面自動化后使工作面作業人員降到9人以下，從而減小成本損耗，每年可節約：60人×6 000(元/人/月)×12月=432萬元。

4.2 設備指標效率(OEE)提升

實現了自動化控制與生產管理系統數據共享，調度室遠程操作，為計算設備效率提供準確數據，通過主運輸系統自動化的投運，使我礦的開機率得到了提升，2016年石泉煤業原煤按照100萬t計算，原煤單價500元，設備提升率為7%，年增加效益3 500萬元。電量計量節能系統可以使井下各地點的電量進行合理調配，提高開機率，提升OEE，如圖2所示。

圖2 2016年8～12月份石泉煤業礦井OEE對比

4.3 安全效益及科技示范作用

實現智能化后，減少了事故造成的人員、設備損失 ，一方面可以及時、快速、準確地發現發生的事故，并采取應對措施；另一方面還可以在事故發生之前及時發出預警信息，保證井上下設備人員及時撤離。機器人巡視和綜采工作面自動化可以減少人員的投入，提高安全性。

先進的自動化、智能化技術和設備在煤礦的應用與推廣已成為一種趨勢，智能化管理系統在我礦的應用，更符合石泉煤業的發展需求，滿足了石泉煤業“多上設備少、上人員”新的辦礦理念。

5 結束語

智能化系統以系統安全、可靠、先進為原則，實現在安全生產指揮調度中心與礦井監控系統聯網，便于集中控制，形成一個完整的操作、調度、監視網絡，實現對整個礦井各系統的控制、監測，可提高生產效率、降低事故率，減少故障處理時間，減少現場操作人員，提高經濟效益，起到科技示范作用。

(本文責編：齊琳)

唐志章(1973—)，男，河南鶴壁人，工程師，從事煤礦機電運輸管理方面的工作(E-mail:260471780@qq.com)。

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1674-1951(2017)11-0075-02

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