三道溝煤礦大采高工作面供電監控系統研究實踐

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展的主要方向。特別是近年來，在國家發展“互聯網+”戰略方針的大力推動下，以實現少人化、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展趨勢。

隨著采礦技術的發展，綠色節能環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，已經廣泛推廣應用。

1 三道溝煤礦大采高工作面現狀

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，井田面積174.134 6 km2，儲量15.42 億噸，該礦設計規模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，另回路引地方農網三道溝變電站，電壓等級為35 kV。在礦井工業場地建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、四盤區生產用電。風井場地建35 kV 箱式變電站一處，電源取自工業場地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，主要供井下八盤區生產，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 八盤區變電所，大采高工作面生產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控系統對大采高工作面的生產具有重要意義。

2 大采高工作面供電系統監控設計意義與目標

大采高工作面供電系統電氣設備多，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及參數，設計一套可靠的監控系統將電氣設備數字化監控，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最前沿的工作環節，也是最復雜的工作環節，其人員、設備數量多，環境復雜多變，煤礦綜采工作面的人、機和環境的有效監管是煤礦安全生產的核心。綜采工作面的生產設備和環節多，核心設備（系統）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，對各生產環節、系統實現統一集成和監控，從而提高綜采工作面的自動化監控水平，確保各設備協調、連續、高效、安全運行。對綜采工作面進行數字化集成及監控的建設，實現對綜采工作面的機電設備、人員和環境數據在井下順槽集控中心的統一集成和監控，同時將監控數據上傳到地面在調度室實現統一監管。實現對綜采工作面的人員、機電設備運行情況環境安全數據的有效實時監管，為煤礦工作面的安全生產提供保障。煤礦綜采工作面系統集成和遠程監管系統是充分利用工作面現有的自動化系、接口進行有效提取和利用，實現對綜采工作面的人、機和環境有效監管的一套系統，解決了調度人員和領導的核心關切問題。綜采工作面系統集成和遠程監管系統的建設，能全面提升煤礦企業安全生產要求，尤其是解決對綜采工作面人、機和環境進行有效監管的困難。提高企業的綜合實力和競爭力，對監督管理煤礦的生產作業，提高煤礦安全保障，提高企業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集成和遠程監管系統，實現工作面的設備實時運行情況、人員和環境的實時有效監控。同時建立工作面音視頻監控、聯絡系統，工況圖像實時傳輸到地面調度指揮控制中心進行監視、存儲。調度指揮人員可通過音頻聯絡系統及時向下喊話，現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控系統，實現對工作面的機電設備的集中監控、音視頻監控和聯絡，井下的監控數據通過工業以太網向地面傳輸，實時在調度室統一進行監管。

3 大采高工作面監控系統設計主要技術

工作面系統數據集成：工作面的電液控、采煤機、刮板運輸機、順槽皮帶、泵站、負荷中心等系統數據通過隔爆兼本安型接入網關接入到井下隔爆計算機進行集中監控、顯示，并通過井上下環網實現數據傳輸到地面進行監管。井下工作面三機和順槽皮帶實現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 控制器實現對皮帶的數據采集和控制。安全監測和人員定位數據通過地面的系統服務器實現數據的集成。

移動變電站及組合開關數據監測：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、頻率、有功電度、平均電流、三相電流、供電狀態、漏電電流、漏電電阻。工作面音視頻監控、聯絡系統建設和集成：在采煤工作面安裝8 個本安型視頻攝像儀（級聯），在切眼安裝2 臺本安型球形攝像儀實現對工作面的視頻監控，視頻圖像通過本安型網絡延遲器傳輸到井下隔爆監視器。井下順槽監控中心、順槽皮帶機頭安裝本安型網絡擴音電話（擴音、打點、撥號功能）集成華寧的擴音電話，實現井上下的擴音廣播和通話聯絡。

地面監控中心：地面監控控制中心集成大采高工作面機電設備監控數據、人員和環境數據、音視頻數據，對統一的界面進行監管，監控數據可通過Web 發布到辦公網絡。

4 系統的主要功能和特點

4.1 系統功能

4.1.1 生產工況實時監管

系統可對工作面現有的控制系統、負荷中心、液壓裝置、泵站、順槽皮帶等進行集成，實現在井下工作面的集中監控，同時數據可上傳到地面調度室，實現遠程監管，為井下操作人員和地面監控人員提供更加直接有效的監管手段。

人員、環境數據實時監測可集成工作面安全監測的環境數據、人員定位系統的人員數據，實現對工作面的人員和環境的實時監測。

4.1.2 實時監管采煤作業全過程

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

4.1.3 井上下語音全雙工對講和緊急廣播

通過帶撥號的網絡型擴音電話實現對工作面和順槽皮帶沿線華寧的電話的集成，可實現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送緊急廣播通知。

4.1.4 實時數據分析和報警

系統可對機電設備進行數據集成和監測，進行報警數據分析和語音報警，可實現井下語音報警和地面語音報警，將報警數據提示給監控人員，從而為生產調度管理和領導決策提供數據支持。

4.1.5 歷史數據查詢

系統可查詢煤機、皮帶、泵站等設備的開停時間，瓦斯、溫度等歷史曲線，歷史數據至少保存1 個月。

4.1.6 Web 發布

系統的監控畫面和各種功能可以通過Web 發布到礦辦公網和集團局域網，相關領導和人員可實時訪問、瀏覽。

4.2 系統特點

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

5 大采高工作面監控系統實踐效果及技術展望

三道溝煤礦大采高工作面監控系統運行過程可靠、實用、穩定，滿足現代化礦井對大采高工作面信息的全方位監控。通過實踐說明此項設計是合理的，為高產高效礦井提供了安全生產保障，在巷道監控中心和地面監控中心實現對工作面設備的一鍵啟停與監控，包括支架、采煤機、輸送機、泵站的順序啟停控制和工作面視頻監視等。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控參考依據。此系統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化智能化改造；工作面今后將通過實踐不斷改進優化供電系統，根據人工智能優化升級監控系統，通過實踐人工智能采煤技術，實現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將智能化升級改造列入專項計劃，本供電系統監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“互聯網+”實現礦井自動化與信息化的深度融合，以實現大采高工作面減人提效、安全高效、自動化生產的建設目標。此監控設計實踐將有力促進數字化智能化礦井建設，并對推進全國煤礦安全生產形勢穩定好轉和煤炭工業可持續發展具有重要指導意義和示范引領作用。