三道溝煤礦大采高工作面供電監(jiān)控系統(tǒng)研究實踐

丁遼

（國家能源集團國神公司三道溝煤礦，陜西 榆林719407）

煤炭是中國主體能源，安全智能、綠色高效礦井是中國煤礦發(fā)展的主要方向。特別是近年來，在國家發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略方針的大力推動下，以實現(xiàn)少人化、無人化開采為目標的智能化開采技術成為煤炭開采的主要發(fā)展趨勢。

隨著采礦技術的發(fā)展，綠色節(jié)能環(huán)保開采理念不斷深化，對特厚煤層的開采提出新的要求，煤礦企業(yè)要不斷提高資源的有效利用率，研究高效的開采技術。實踐證明，特厚煤層大采高工作面的開采是提高厚煤層開采效率及減少資源損耗的有效途徑。綜合國內外綜采工作面的情況，大采高工作面的開采技術與設備的配套已經(jīng)趨于成熟，尤其以神東集團為代表的在國內率先實施的6.3 m 大采高工作面開采取得巨大成功，已經(jīng)廣泛推廣應用。

1 三道溝煤礦大采高工作面現(xiàn)狀

國家能源集團國神公司三道溝煤礦位于陜西省榆林市府谷縣廟溝門鎮(zhèn)，井田面積174.134 6 km2，儲量15.42 億噸，該礦設計規(guī)模900 萬噸/年。85205 大采高工作面位于三道溝煤礦5-2 煤層。工作面兩順槽設計長度2 062 m，可采長度1 892.8 m（按1 893 m 計），工作面長度300.5 m。該礦供電系統(tǒng)為35 kV 三回路供電，其中I、II 回路引自神華國能（神東電力）德源電廠線供電線路，電壓等級為35 kV，另回路引地方農(nóng)網(wǎng)三道溝變電站，電壓等級為35 kV。在礦井工業(yè)場地建35 kV 變電站一處，下設2 臺16 000 kVA 變壓器，主要供井下三盤區(qū)、四盤區(qū)生產(chǎn)用電。風井場地建35 kV 箱式變電站一處，電源取自工業(yè)場地35 kV 變電站35 kV 兩段母線不同開關，通過兩段LGJ-300/5.230KM 架空線供電，風井場地變電站設容量12 500 kVA 變壓器2 臺，主要供井下八盤區(qū)生產(chǎn)，通過四MVJV22-240 電纜由地面鉆孔至井下分別設10 kV 中央變電所及10 kV 八盤區(qū)變電所，大采高工作面生產(chǎn)電源取自井下中央變電所兩段母線2 臺高防開關，額定容量均為500 A。

三道溝煤礦大采高工作面產(chǎn)煤量占全礦86%，大采高工作面的安全可靠運行尤為重要，因此設計研究一套可靠的供電設計及監(jiān)控系統(tǒng)對大采高工作面的生產(chǎn)具有重要意義。

2 大采高工作面供電系統(tǒng)監(jiān)控設計意義與目標

大采高工作面供電系統(tǒng)電氣設備多，電氣設備起停邏輯程序復雜，運行過程中需準確掌握電氣設備運行狀態(tài)及參數(shù)，設計一套可靠的監(jiān)控系統(tǒng)將電氣設備數(shù)字化監(jiān)控，從而大大減少人力的投入及保障設備安全運行。綜采工作面是煤礦生產(chǎn)最前沿的工作環(huán)節(jié)，也是最復雜的工作環(huán)節(jié)，其人員、設備數(shù)量多，環(huán)境復雜多變，煤礦綜采工作面的人、機和環(huán)境的有效監(jiān)管是煤礦安全生產(chǎn)的核心。綜采工作面的生產(chǎn)設備和環(huán)節(jié)多，核心設備（系統(tǒng)）主要有采煤機、破碎機、轉載機、刮板運輸機、液壓支架、泵站、負荷中心和皮帶運輸機等，對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一集成和監(jiān)控，從而提高綜采工作面的自動化監(jiān)控水平，確保各設備協(xié)調、連續(xù)、高效、安全運行。對綜采工作面進行數(shù)字化集成及監(jiān)控的建設，實現(xiàn)對綜采工作面的機電設備、人員和環(huán)境數(shù)據(jù)在井下順槽集控中心的統(tǒng)一集成和監(jiān)控，同時將監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳到地面在調度室實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管。實現(xiàn)對綜采工作面的人員、機電設備運行情況環(huán)境安全數(shù)據(jù)的有效實時監(jiān)管，為煤礦工作面的安全生產(chǎn)提供保障。煤礦綜采工作面系統(tǒng)集成和遠程監(jiān)管系統(tǒng)是充分利用工作面現(xiàn)有的自動化系、接口進行有效提取和利用，實現(xiàn)對綜采工作面的人、機和環(huán)境有效監(jiān)管的一套系統(tǒng)，解決了調度人員和領導的核心關切問題。綜采工作面系統(tǒng)集成和遠程監(jiān)管系統(tǒng)的建設，能全面提升煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求，尤其是解決對綜采工作面人、機和環(huán)境進行有效監(jiān)管的困難。提高企業(yè)的綜合實力和競爭力，對監(jiān)督管理煤礦的生產(chǎn)作業(yè)，提高煤礦安全保障，提高企業(yè)形象有很大的促進作用。

本項目在綜采工作面建設一套系統(tǒng)集成和遠程監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)工作面的設備實時運行情況、人員和環(huán)境的實時有效監(jiān)控。同時建立工作面音視頻監(jiān)控、聯(lián)絡系統(tǒng)，工況圖像實時傳輸?shù)降孛嬲{度指揮控制中心進行監(jiān)視、存儲。調度指揮人員可通過音頻聯(lián)絡系統(tǒng)及時向下喊話，現(xiàn)場工作人員可向上緊急呼叫。井下集控室建立套工作面遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對工作面的機電設備的集中監(jiān)控、音視頻監(jiān)控和聯(lián)絡，井下的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)向地面?zhèn)鬏?，實時在調度室統(tǒng)一進行監(jiān)管。

3 大采高工作面監(jiān)控系統(tǒng)設計主要技術

工作面系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成：工作面的電液控、采煤機、刮板運輸機、順槽皮帶、泵站、負荷中心等系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過隔爆兼本安型接入網(wǎng)關接入到井下隔爆計算機進行集中監(jiān)控、顯示，并通過井上下環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛孢M行監(jiān)管。井下工作面三機和順槽皮帶實現(xiàn)對華寧皮帶通信保護裝置的集成，每條順槽皮帶增加1 臺PLC 控制器實現(xiàn)對皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制。安全監(jiān)測和人員定位數(shù)據(jù)通過地面的系統(tǒng)服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成。

移動變電站及組合開關數(shù)據(jù)監(jiān)測：移動變電站高壓側、低壓側組合開關電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、平均電流、三相電流、供電狀態(tài)、漏電電流、漏電電阻。工作面音視頻監(jiān)控、聯(lián)絡系統(tǒng)建設和集成：在采煤工作面安裝8 個本安型視頻攝像儀（級聯(lián)），在切眼安裝2 臺本安型球形攝像儀實現(xiàn)對工作面的視頻監(jiān)控，視頻圖像通過本安型網(wǎng)絡延遲器傳輸?shù)骄赂舯O(jiān)視器。井下順槽監(jiān)控中心、順槽皮帶機頭安裝本安型網(wǎng)絡擴音電話（擴音、打點、撥號功能）集成華寧的擴音電話，實現(xiàn)井上下的擴音廣播和通話聯(lián)絡。

地面監(jiān)控中心：地面監(jiān)控控制中心集成大采高工作面機電設備監(jiān)控數(shù)據(jù)、人員和環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)，對統(tǒng)一的界面進行監(jiān)管，監(jiān)控數(shù)據(jù)可通過Web 發(fā)布到辦公網(wǎng)絡。

4 系統(tǒng)的主要功能和特點

4.1 系統(tǒng)功能

4.1.1 生產(chǎn)工況實時監(jiān)管

系統(tǒng)可對工作面現(xiàn)有的控制系統(tǒng)、負荷中心、液壓裝置、泵站、順槽皮帶等進行集成，實現(xiàn)在井下工作面的集中監(jiān)控，同時數(shù)據(jù)可上傳到地面調度室，實現(xiàn)遠程監(jiān)管，為井下操作人員和地面監(jiān)控人員提供更加直接有效的監(jiān)管手段。

人員、環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測可集成工作面安全監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)、人員定位系統(tǒng)的人員數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工作面的人員和環(huán)境的實時監(jiān)測。

4.1.2 實時監(jiān)管采煤作業(yè)全過程

通過攝像儀和工作面的視頻攝像儀實現(xiàn)對采煤作業(yè)全過程的監(jiān)控，可在井下順槽中心進行監(jiān)控，同時視頻可上傳到地面調度室實現(xiàn)遠程監(jiān)控，圖像可錄像存儲、回放、網(wǎng)上瀏覽。

4.1.3 井上下語音全雙工對講和緊急廣播

通過帶撥號的網(wǎng)絡型擴音電話實現(xiàn)對工作面和順槽皮帶沿線華寧的電話的集成，可實現(xiàn)井上下的全雙工語音對講，緊急情況下可通過地面向工作面發(fā)送緊急廣播通知。

4.1.4 實時數(shù)據(jù)分析和報警

系統(tǒng)可對機電設備進行數(shù)據(jù)集成和監(jiān)測，進行報警數(shù)據(jù)分析和語音報警，可實現(xiàn)井下語音報警和地面語音報警，將報警數(shù)據(jù)提示給監(jiān)控人員，從而為生產(chǎn)調度管理和領導決策提供數(shù)據(jù)支持。

4.1.5 歷史數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)可查詢煤機、皮帶、泵站等設備的開停時間，瓦斯、溫度等歷史曲線，歷史數(shù)據(jù)至少保存1 個月。

4.1.6 Web 發(fā)布

系統(tǒng)的監(jiān)控畫面和各種功能可以通過Web 發(fā)布到礦辦公網(wǎng)和集團局域網(wǎng)，相關領導和人員可實時訪問、瀏覽。

4.2 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)特點如下：①充分利用現(xiàn)有資源，減少投資。系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的集成、整合，避免重復建設和投資。②方便修改、擴展靈活。系統(tǒng)軟件提供標準化的人機界面功能，并提供軟件的策略組態(tài)，使礦方人員具有修改和維護的能力，便于對工況和數(shù)據(jù)的變化進行實時組態(tài)調整。維護方便、運行費用低的系統(tǒng)的硬件維護和管理可以利用原有系統(tǒng)的管理隊伍，不需要再單獨進行維護和管理，管理和維護都更加方便、經(jīng)濟。

5 大采高工作面監(jiān)控系統(tǒng)實踐效果及技術展望

三道溝煤礦大采高工作面監(jiān)控系統(tǒng)運行過程可靠、實用、穩(wěn)定，滿足現(xiàn)代化礦井對大采高工作面信息的全方位監(jiān)控。通過實踐說明此項設計是合理的，為高產(chǎn)高效礦井提供了安全生產(chǎn)保障，在巷道監(jiān)控中心和地面監(jiān)控中心實現(xiàn)對工作面設備的一鍵啟停與監(jiān)控，包括支架、采煤機、輸送機、泵站的順序啟?？刂坪凸ぷ髅嬉曨l監(jiān)視等。為同本礦綜采設備相同或相近的礦井提供了綜采工作面供電及監(jiān)控參考依據(jù)。此系統(tǒng)的實踐為大采高工作面智能化升級改造的基礎，下一步將對工作面進行系統(tǒng)化智能化改造；工作面今后將通過實踐不斷改進優(yōu)化供電系統(tǒng)，根據(jù)人工智能優(yōu)化升級監(jiān)控系統(tǒng)，通過實踐人工智能采煤技術，實現(xiàn)工作面全自動化無人開采。

6 結束語

三道溝煤礦大采高工作面已經(jīng)將智能化升級改造列入專項計劃，本供電系統(tǒng)監(jiān)控實踐是智能化升級改造的基礎，下一步大采高工作面將基于“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)礦井自動化與信息化的深度融合，以實現(xiàn)大采高工作面減人提效、安全高效、自動化生產(chǎn)的建設目標。此監(jiān)控設計實踐將有力促進數(shù)字化智能化礦井建設，并對推進全國煤礦安全生產(chǎn)形勢穩(wěn)定好轉和煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要指導意義和示范引領作用。