礦井智慧工序的研究與應(yīng)用

任富強(qiáng) 郭坤閃

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦，河南 平頂山 467012）

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，企業(yè)的信息化程度已經(jīng)成為決定企業(yè)效益和國家經(jīng)濟(jì)增長的戰(zhàn)略資源，利用信息技術(shù)提高企業(yè)管理效率和管理水平，提升企業(yè)核心競爭力，已經(jīng)成為國家和企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。礦井智能工序的研究與示范應(yīng)用是在國家大力推進(jìn)信息化的背景下進(jìn)行的探索研究，符合礦井智能化發(fā)展的需要。

1 礦井智慧工序介紹

礦井智慧工序是應(yīng)智慧礦山的概念而產(chǎn)生的，礦山智慧化是礦山信息化在經(jīng)歷自動化、數(shù)字化發(fā)展階段后迎來的新時代［1］。所謂礦井智慧工序，從廣義上講是指能夠自動地、智能地對礦井生產(chǎn)實(shí)際情況迅速、靈活、正確地做出判斷并處理的能力；從狹義上講是指提取實(shí)際生產(chǎn)中的工序（工作流程），通過自動化信息化的方法使設(shè)備能夠根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境變化自主工作，實(shí)現(xiàn)無人值守。礦井智慧工序的研究是從各個單機(jī)自動化系統(tǒng)的工序入手，研究工序的每個細(xì)微的過程，通過優(yōu)化升級，完善系統(tǒng)，使其能夠自動快速正確的進(jìn)行處理，為實(shí)現(xiàn)智慧礦山開拓了一種新的研究模式［2］。

2 整體方案

通過對平煤股份八礦的工作面監(jiān)測系統(tǒng)、膠帶機(jī)集控系統(tǒng)、地面儲裝運(yùn)系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)等進(jìn)行研究和分析，優(yōu)化和升級，使其初步具有參數(shù)的自動采集，故障的自動報警、事故的自動處理等初步的智能。主要采用如下方案：

①對膠帶機(jī)的集控系統(tǒng)和煤樓集控系統(tǒng)進(jìn)行研究，對處理程序進(jìn)行升級處理，實(shí)現(xiàn)了順煤流的控制。

②對壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行模式和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)總管網(wǎng)壓力和各臺空壓機(jī)狀況的智能運(yùn)行。

③對中央排水系統(tǒng)的工序進(jìn)行的研究，目前已經(jīng)達(dá)到了避峰就谷的智能運(yùn)行。

④對應(yīng)急通訊保障系統(tǒng)和通風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)進(jìn)行研究，使其更加智能。

3 具體實(shí)施方法

這里主要以皮帶輸送系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，壓風(fēng)系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。

3.1 對膠帶機(jī)實(shí)施順煤流節(jié)能運(yùn)行［3］

平煤股份八礦地面儲裝運(yùn)系統(tǒng)共有皮帶31部，給煤機(jī)4臺，破碎機(jī)2部，螺旋篩2部，振動篩2部。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 平煤八礦煤樓運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以二系統(tǒng)入東大倉這條煤流進(jìn)行舉例分析。此流程如下：

給煤機(jī)——202皮帶——204皮帶——208振動篩——212皮帶——216破碎機(jī)——220皮帶——224皮帶（正轉(zhuǎn)）——231皮帶——233皮帶——東大倉。共有涉及12部設(shè)備，其中兩臺給煤機(jī)（只選擇一臺運(yùn)行），一部破碎機(jī)（216），一部振動篩（208），長皮帶三條（202、204、231），短皮帶四條（包括一條選矸皮帶212，一條小上山皮帶220，及224和233），大倉小跑車235（未參與控制）。

經(jīng)現(xiàn)場測量從給煤機(jī)出煤到東倉共用時190秒，其中202皮帶用時46秒，204皮帶用時60秒，212選矸皮帶用時17秒，224皮帶用時4秒，231皮帶用時71秒，233皮帶用時5秒。

按照煤流運(yùn)行方向，在煤到達(dá)該設(shè)備前（預(yù)留1～2秒）開始啟動該設(shè)備，預(yù)留該設(shè)備的啟動時間（大于等于該設(shè)備的啟動超時時間）；停止時，按煤流運(yùn)行方向，首先停止給煤機(jī)，然后待該設(shè)備拉空煤以后延時2秒停止。啟動過程中，設(shè)備不能正常啟動，立刻停止已經(jīng)啟動的設(shè)備，問題處理后，從故障設(shè)備處延時分頭開始啟動。正在運(yùn)行中，設(shè)備故障停車，上面設(shè)備立刻停車，下面設(shè)備將煤拉空后延時停車（或者不自動停車，根據(jù)情況手動一鍵停止）；故障處理后，從故障設(shè)備的下部設(shè)備延時分頭啟動。

順煤流正常啟停延時如下表1，表2所示（時間單位為秒）；

表1 系統(tǒng)順煤流啟動邏輯

表2 系統(tǒng)順煤流停止邏輯

3.2 對排水系統(tǒng)實(shí)施智能運(yùn)行［4］

3.2.1 泵自動輪詢功能實(shí)現(xiàn)

平煤股份八礦二水平中央泵房共有5臺水泵中有工作泵2臺，備用泵2臺，檢修泵1臺。系統(tǒng)全自動運(yùn)行時，涉及五臺水泵要實(shí)現(xiàn)自動輪詢及自動根據(jù)水倉水位啟停泵這兩個關(guān)鍵問題。五臺水泵自動輪詢問題要考慮同一供電回路不能同時運(yùn)行兩臺泵，一個出水管路不能同時被兩臺泵使用；

1號、2號泵可以用2#和4#管路，4號泵可以用1#和4#管路，3號、5號泵可以用1#和3#管路；供電情況為1#泵和2#泵在同一用電

回路，4#泵和5#泵在同一用電回路，3#泵單獨(dú)一臺用電回路。

根據(jù)這些情況，項目組設(shè)計一種水泵輪序順序，執(zhí)行循環(huán)開停為1#，3#，5#，2#，4#泵，即正常模式下的開始順序，當(dāng)有兩臺或者兩臺以上泵運(yùn)行時，按照此順序自動啟動，當(dāng)任一水泵出現(xiàn)故障時，自動開啟下一臺水泵。

3.2.2 避峰就谷機(jī)制的研究

基于礦上用電分時段電費(fèi)價格不同，設(shè)計采用避峰就谷模式，即避開用電高峰和尖峰段，在用電低谷即將結(jié)束時，將水倉水位排至最低，確保在下次用電低谷到來前不啟動水泵。

根據(jù)平煤八礦的實(shí)際情況，用電高峰時段為8：00～12：00，用電尖峰為 18：00～22：00，一天的其余時間為用電低谷。因此，開泵的時間應(yīng)盡量避開高峰和尖峰，利用“避峰就谷”機(jī)制很好地解決了整個問題。

圖2 水位監(jiān)測趨勢圖

“避峰就谷”機(jī)制如圖2所示。設(shè)定4個水位：低水位H1、中間水位H2、高水位H3、危險水位H4。當(dāng)前水位設(shè)為H，當(dāng)H達(dá)到危險水位H4時，無條件起泵。當(dāng)H達(dá)到高水位H3時，首先判斷電網(wǎng)的負(fù)荷，若處于低谷，即啟動一臺水泵；若處于用電高峰或用電尖峰，則暫緩啟動水泵，直到達(dá)到危險水位H4再起泵。這樣就可以減少在用電高峰和用電尖峰起泵的時間，有效地節(jié)約了資源。高水位、低水位和中間水位可以根據(jù)實(shí)際情況人為靈活的設(shè)定。如圖2所示為水倉水位變化趨勢圖：

3.3 對壓風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施智能運(yùn)行

項目組對平煤八礦新副井壓風(fēng)系統(tǒng)的工序進(jìn)行調(diào)查分析，主要解決了以下幾個關(guān)鍵問題：一是使所有閥門具備遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，二是使變頻器自動投入系統(tǒng)運(yùn)行，三是使系統(tǒng)根據(jù)總管網(wǎng)壓力自動加卸載，四是完善整個系統(tǒng)，使監(jiān)控功更加安全穩(wěn)定。從而實(shí)現(xiàn)了整套壓風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和具備智慧運(yùn)行。

4 結(jié)語

平煤股份八礦通過對智慧工序研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對井下三大采區(qū)皮帶、地面煤樓設(shè)備的一鍵控制，實(shí)現(xiàn)井下兩個泵房的避峰就谷的全自動運(yùn)行，也實(shí)現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)房根據(jù)總管網(wǎng)壓力的自動運(yùn)行。這些技術(shù)的應(yīng)用使各單機(jī)自動化系統(tǒng)運(yùn)行更加科學(xué)化、智能化，還實(shí)現(xiàn)了減員和節(jié)省材料費(fèi)用。這些技術(shù)具有一定的創(chuàng)新性，有很實(shí)用的推廣和借鑒意思。

［1］徐國萍.智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)研究初探［J］.山西焦煤科技，2014，38（11）：33-36.

［2］徐靜，譚章祿.智慧礦山系統(tǒng)工程與關(guān)鍵技術(shù)探討［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（4）：79-82.

［3］祝龍記，王汝琳.礦井膠帶輸送機(jī)分布式智能控制系統(tǒng)［J］.工礦自動化，2003，（4）：28-30.

［4］郭暢.淺析提高礦井排水系統(tǒng)功效的方法［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，（32）：129.