老煤礦智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)施

文/涂興子

（責(zé)任編輯：龐永厚）

煤礦智能化是適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命發(fā)展趨勢(shì)、保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。平煤股份十礦是煤與瓦斯突出的老煤礦，通過(guò)智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施，完成了煤礦智能化建設(shè)，并取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。

一、智能化煤礦建設(shè)背景及目標(biāo)

平煤股份十礦作為開采近60年的老礦井，系統(tǒng)復(fù)雜、深部開采,煤與瓦斯突出、高地應(yīng)力等災(zāi)害威脅日趨嚴(yán)重，礦井智能化建設(shè)勢(shì)在必行。

2019年以來(lái)，十礦通過(guò)完善基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、綜合自動(dòng)化平臺(tái)、管理信息平臺(tái)、協(xié)同辦公平臺(tái)和智能決策平臺(tái)，致力于建設(shè)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、辦公移動(dòng)化和決策智能化礦井。主要應(yīng)用技術(shù)包含礦井多種感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接入、井下萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)升級(jí)、井下4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、安全生產(chǎn)信息共享平臺(tái)應(yīng)用、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)集成、生產(chǎn)可視化系統(tǒng)搭建、智能綜采工作面投產(chǎn)等。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

二、關(guān)鍵技術(shù)和建設(shè)步驟

1.統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)信息共享

平煤股份十礦各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)眾多，同一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)中定義不同，無(wú)法保證同一個(gè)對(duì)象編碼的唯一性及上下游規(guī)范的一致性，需要將安全生產(chǎn)過(guò)程流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化，實(shí)現(xiàn)“采、掘、機(jī)、運(yùn)、通”等安全生產(chǎn)全過(guò)程的一體化管理。

項(xiàng)目按照“總體規(guī)劃、分步實(shí)施、因地制宜、效益優(yōu)先”的原則建設(shè)，分為六個(gè)主要階段：前期調(diào)研及硬件環(huán)境的部署、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)集成、功能優(yōu)化、系統(tǒng)安裝與培訓(xùn)及系統(tǒng)上線試運(yùn)行，最終形成了多終端應(yīng)用模式。

圖1 智能化系統(tǒng)架構(gòu)圖

平臺(tái)上線后，對(duì)煤礦生產(chǎn)業(yè)務(wù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的規(guī)范性和安全性保障；作為平臺(tái)核心的“一張圖”管理，可以通過(guò)圖層的疊加功能，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、類別圖件的對(duì)比分析，最終實(shí)現(xiàn)“以圖管礦，以圖管量，以圖救災(zāi)”的目的；基于安全生產(chǎn)信息共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了所有安全生產(chǎn)過(guò)程的大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)分析需要進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)挖掘分析，為生產(chǎn)決策提供客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)；通過(guò)移動(dòng)端APP應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)煤礦安全生產(chǎn)信息調(diào)取與查閱。

2.升級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸保障

平煤股份十礦設(shè)計(jì)建立高速、開放、安全、可靠的礦井?dāng)?shù)字化礦山監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)，解決所有生產(chǎn)自動(dòng)化子系統(tǒng)傳輸物理通道和接入問(wèn)題；對(duì)所有子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、發(fā)布，完成信息集中管控/網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺(tái)建設(shè)。

十礦骨干網(wǎng)絡(luò)采用萬(wàn)兆+千兆雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng),井下分支網(wǎng)絡(luò)采用雙千兆網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng)，保證整個(gè)自動(dòng)化內(nèi)網(wǎng)的可靠性及在突發(fā)情況下的生存能力。

采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和環(huán)間耦合技術(shù)，地面各子系統(tǒng)、井下各子系統(tǒng)、調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別組成單環(huán)網(wǎng)絡(luò)，地面環(huán)網(wǎng)、井下環(huán)網(wǎng)分別連接到機(jī)房的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，這樣整體工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)就形成了以二臺(tái)核心交換機(jī)（環(huán)網(wǎng)）為核心分別與井下環(huán)網(wǎng)、地面環(huán)網(wǎng)組成的相互獨(dú)立的兩個(gè)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)與辦公局域網(wǎng)采用防火墻等硬件設(shè)備有效隔離。

3.工業(yè)自動(dòng)化集成，實(shí)現(xiàn)綜合統(tǒng)一管控

平煤股份十礦過(guò)去的自動(dòng)化系統(tǒng)豐富，但是缺少集中管理的平臺(tái)界面，各子系統(tǒng)分散管理，效率低下。本次集成工作通過(guò)多種模式采集系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)，如OPC數(shù)據(jù)接口、FTP文本文件解析、PLC數(shù)據(jù)點(diǎn)表分析等，存入實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，完成了對(duì)主副井提升、通風(fēng)系統(tǒng)、架空乘人、排水系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和綜采系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化數(shù)據(jù)查閱方式的變化，提高了工作效率。

4.多維可視化展示，提供智能決策支持

針對(duì)海量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，挖掘其中的關(guān)聯(lián)關(guān)系并發(fā)現(xiàn)其價(jià)值所在意義重大。因此，建立數(shù)據(jù)可視化展示平臺(tái)，通過(guò)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理和挖掘，把井下人員情況、安全監(jiān)測(cè)信息通過(guò)直觀的方式呈現(xiàn)在調(diào)度大屏幕上，同時(shí)融合生產(chǎn)、隱患、物資管理、銷售經(jīng)營(yíng)報(bào)表文本等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)融合及共享，做到“所見即所得”。

依托集團(tuán)公司成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及先進(jìn)的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、云存儲(chǔ)平臺(tái)，采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的視頻分析算法，建立視頻可視化平臺(tái)，將可視化技術(shù)有機(jī)融入工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，以生產(chǎn)仿真場(chǎng)景為基礎(chǔ)，結(jié)合井下生產(chǎn)工作面架設(shè)的高清攝像頭，遠(yuǎn)程在線調(diào)用，直觀展現(xiàn)視頻監(jiān)控區(qū)域，實(shí)時(shí)分析和跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，對(duì)異常行為產(chǎn)生告警，提前預(yù)警惡性事件的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了智能化巡檢。

5.建設(shè)智能綜采工作面，大幅提高生產(chǎn)效率

平煤股份十礦建立的第一個(gè)智能綜采工作面為己四采區(qū)的己15、16-24130工作面，該采面屬大采高(3.5m)、超長(zhǎng)傾向(315m)、一面5巷（機(jī)，風(fēng)，中間巷，機(jī)、風(fēng)底抽巷）Y型通風(fēng)采煤工作面。

（1）地面聯(lián)合調(diào)試。

十礦在機(jī)械化工廠模擬實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件，并將工作分解為八個(gè)步驟順序進(jìn)行，包含順槽控制室的搭建，完成主機(jī)和交換機(jī)配置；支架電液控安裝、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)電液控的送電和控制器的程序傳送；外圍離散設(shè)備接入，將語(yǔ)音、泵站、采煤機(jī)、負(fù)荷中心系統(tǒng)有機(jī)整合；工作面視頻系統(tǒng)接入，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)看；采煤機(jī)定位系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)紅外定位和射頻定位；跟機(jī)自動(dòng)化調(diào)試，實(shí)現(xiàn)跟機(jī)護(hù)幫板動(dòng)作、跟機(jī)拉架動(dòng)作及跟機(jī)推溜動(dòng)作；測(cè)試人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和定位閉鎖功能；調(diào)度室搭建地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音對(duì)講和遠(yuǎn)程一鍵啟停等功能。

（2）井下安裝試運(yùn)轉(zhuǎn)。

整套設(shè)備井下安裝完成后進(jìn)入試運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，圍繞采煤機(jī)記憶截割、慣性導(dǎo)航、準(zhǔn)確定位、支架追機(jī)移架、視頻監(jiān)視及語(yǔ)音接入通信等關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)反復(fù)調(diào)試、落實(shí)整改，對(duì)“三機(jī)一站”等智能化綜采設(shè)備進(jìn)行反復(fù)磨合，查漏補(bǔ)缺，最終實(shí)現(xiàn)井上下一鍵啟停的智能化采煤。

2019年7月，經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，己15、16-24130智能化綜采工作面各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)正常，生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定，標(biāo)志著河南省首個(gè)智能化綜采工作面順利建成。

（3）生產(chǎn)效益對(duì)比分析。

十礦的智能化綜采工作面每班只需9名職工作業(yè)，與同等條件的非智能化綜采工作面相比，單班減少16人；綜采三隊(duì)也由之前的160人減至59人；月產(chǎn)量由5萬(wàn)噸增加到10萬(wàn)噸；集團(tuán)2019年下達(dá)利潤(rùn)計(jì)劃指標(biāo)為-5000萬(wàn)元，實(shí)際完成8000萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)扭虧為盈。

三、小結(jié)

平煤股份十礦依托大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，建設(shè)信息化、智能化新型礦井，達(dá)到了“無(wú)人則安、少人則安”的要求，實(shí)現(xiàn)了“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化少人”的目標(biāo)，安全、產(chǎn)量、效益都有了大幅度提升。2020年，十礦的3個(gè)工作面均取消了夜班生產(chǎn)，每日原煤生產(chǎn)人數(shù)由原來(lái)的7000人減少至3000人，依托智能化技術(shù)，全年?duì)幦?shí)現(xiàn)產(chǎn)量300萬(wàn)噸、銷售利潤(rùn)3億元的目標(biāo)。