建莊礦業“四化”建設的探索與研究

雷肖飛 王志榮 康行

摘 要 文章分析陜煤力推的“四化”建設內容，以“機械化減人，自動化換人”為思路，結合建莊實際，提出了建莊“四化”建設需要遵循的智慧建莊1234構架體系，探析了實施智慧建莊新途徑的三個步驟：實時互聯、全面感知，自主學習、分析決策，動態預測、協同控制的智能系統，為建莊“四化”建設開辟新途徑。

關鍵詞 人機平衡;痕跡化;流程化;全面感知;分析決策;協同控制

引言

2019年建莊礦業積極響應陜煤集團“四化”建設，以 “機械化減人，自動化換人”的建設思路，應用新技術、新工藝、新裝備，對十大生產輔助系統進行自動化建設，引進、開發多套信息化系統;進入2020年，國家八部委印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》也為智能礦山指明了方向，建莊礦業“四化”也進入了智能化建設的框架構建數據關聯的設計階段，也在不斷探索研究中逐步成型，發揮作用。

1陜煤提出的“四化”建設是什么？

機械化、自動化、信息化、智能化。

2建設“四化”的意義

通過采用機械化的設備把職工從勞動密集型的體力勞動中解放出來，減少危險場所作業人員，減輕職工勞動強度;建立自動化系統使生產環節相互關聯，利用系統穩定可靠性自動完成流程操作，從而取消崗位操作，把人們從簡單枯燥的崗位上換下來，達到減人提效目的;通過信息化建設改變人們工作方式，提高辦公效率;通過構建智能化管理平臺，從根本上改變企業的安全、生產、經營管理模式，把礦井變成本質安全性礦井，使礦井經營管理效益最大化[1]。

3機械化換人、自動化減人轉崗

3.1 機械化

機械化是指用機械來代替人工勞動完成生產作業。機械代入從煤礦發展的歷程看：

五六十年代一個30萬噸的煤礦職工在五六千人。

八九十年代一個100萬噸以下的煤礦職工在三四千人。

現在，一個500萬噸的煤礦職工只有一兩千人。

從圖1可看出，機械化就是用機械力代替人力，把人由密集型的重體力勞動者變為機器設備的崗位作業者，減少人員使用，降低了人身事故的發生。隨著各類先進的電氣技術如：柔性啟動、變頻器、PLC及CST、福伊特及高電壓、大功率的電氣設備在井下的應用成為現實，這些設備的應用改變了煤礦生產工藝。

建莊礦業建成了兩個工作面的遠距離供液供電系統，運輸皮帶電機改用永磁電機、井下工程用上防爆挖掘機、防爆裝載機[2]。

在實際生產中我們會發現一個現象：機械設備在不斷地升級換代，人員減少卻并不明顯，這是因為機械化發展到一定程度，煤礦生產工藝相對固化，崗位相對固定，就會出現一個人機平衡的瓶頸，要打破這種瓶頸，就要實現煤礦自動化。

3.2 自動化（Automation）

自動化是指機器設備、系統或過程（生產、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現預期的目標的過程。

（1）機械化發展到一定程度，就會出現人機平衡的發展瓶頸，只有通過實現煤礦自動化才能打破這種人機平衡局面，把職工從簡單枯燥的崗位上解放出來，把不動的崗位工變為動態的巡查巡檢工，保證了設備的正常運行，實現煤礦生產安全、健康、良性的作業循環。

（2）煤礦實現自動化必須具備的條件：

1）機械化發展到一定程度，生產工藝相對固化。電氣設備遠程操作控制功能顯得尤為重要，變頻器起的作用不可小覷，如圖2、圖3。

2）電氣、機械設備的各項參數齊全準確，如：電壓、電流、功率等;各項保護穩定可靠如：欠壓、過流、漏電、震動、溫度等。

3）系統沿線保護必須齊全可靠如：過溫、跑偏、堆煤、撕裂、斷帶、風電保護、瓦斯電保護等，視頻監控作為一種輔助保護手段，重要位置必須加裝，視頻圖像清晰。

4）工業網絡環境穩定可靠，采用三層架構，主干采用環形結構，各點必須配備電源確保網絡正常運行。

5）根據不同的系統需求，選用適合的正版組態軟件（人機交互界面），因破解版和試用版很多功能是受限制。把參數點表導入軟件，按照系統啟動流程進行配置，并與給各類保護進行關聯，這樣系統就可以實現一鍵啟動或條件化啟動了。一般常用的組態軟件有組態王、MCGS 、InTouch、WinCC、NI Lookout。3.2.2.6、綜合自動化首先是要做好單點、單系統的自動化穩定運行（近控）。

其次才是一條沿線、一個面的自動化系統的建設。（遠控）如圖4、圖5。

3.3 建莊礦業公司自動化現狀

（1）網絡

2019年對中心機房進行改造，已建成了覆蓋井上、井下三層網絡架構的工業環網（核心、匯聚萬兆主干環網，千兆接入）;企業辦公網絡采用雙線雙機熱備的萬兆網絡架構;瓦斯檢測、運銷管理采用獨立網絡運行;與陜煤集團、蒲白礦業建成兩條網絡專線，各網絡間通過網閘關聯，確保整個礦區網絡體系的安全運行。如圖6所示。

（2）自動化系統

建設自動化項目34項，涉及皮帶運輸、供電監測、礦井排水、礦井通風、瓦斯抽放、局扇、洗煤廠、污水處理、自動裝車、凈水車間等十大生產輔助系統。

2020年規劃：建成快速掘進、智能開采系統、主斜井皮帶機器人巡檢[3]。

4信息化提升管理效率

信息化是以現代通信、網絡、數據庫技術為基礎，對所研究對象各要素匯總至數據庫，供特定人群生活、工作、學習、輔助決策等和人類息息相關的各種行為相結合的一種技術，使用該技術后，可以極大地提高各種行為的效率，為推動人類社會進步提供極大的技術支持。

（1）信息化就是把各類痕跡信息加上時間標簽通過網絡通道上傳至數據庫，按照管理的需求進行統計分析，用表格、圖形、曲線進行展示分析，實現數據共享。這個痕跡可是人的痕跡、也可以是物的痕跡，同時也可以是環境的痕跡。

（2）信息化系統就是把我們日常工作中的行為方式，通過科學總結形成流程化的模式，把這個流程化的模式用計算機技術開發出來并應用到工作中去，成為我們工作的“工具”，讓數據跑不讓人跑，實現數據的共享。

（3）信息化的特點：痕跡化、流程化、圖表化、工具化、唯一性、快速性、共享性、交互性、權限性。

公司現有的信息化系統共有14套，涉及人員管理、安全管理、財務管理、物資管理、銷售管理、環境監測管理等多個方面。

5智能化改變礦井的管理模式

智能化是指事物在網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術的支持下，所具有的能動地滿足人的各種需求的屬性。

5.1? 人工智能

2016年3月，谷歌公司推出最新研制的圍棋機器人AlphaGo來挑戰人類，在“人機”大戰開始前，全世界都認為僅憑AlphaGo自身的智能運算肯定無法擊敗人類，然而一場4：1的比分卻驚呆了世界，曾經的圍棋世界冠軍被AlphaGo擊敗。

從上述可以看出，機器的運算和靈活的運動都有了質的飛躍。在《不可阻擋的浪潮》里有這么一段話：“21世紀，我們迎來一個科技創新層出不窮的時代，從工業4.0到工業互聯網，人們發明了更強大、更實時的數字化控制設備，一步步讓機器、工件乃至原材料告別了‘聾啞開始‘ 開口說話了，初步‘知曉人意，感知更加準確了。技術是‘融合的，工業互聯網是推動互聯網、大數據、人工智能與實體經濟深度融合的‘大殺器”。

5.2 智慧建莊1234構架體系

一個體系（標量管理體系），兩個通道（網絡、通訊），三個平臺（綜合自動化管理平臺、企業經營管理綜合管理平臺、綜合監測監控管理平臺），四個要素（人、物、環、管）。統一接口標準、統一人員編碼、統一地址碼，消除信息孤島、打通數據鏈條、構建模型管理、用大數據分析決策，實現礦井智能化管理。如圖7所示。

5.2 實施智慧建莊分三個步驟

（1）實時互聯、全面感知

打通兩通道，一是網絡通道，將工業網、企業網、無線網融合起來，建立礦區大帶寬、低延時的高速網絡通道，與礦業公司、集團公司網絡互聯構筑工業互聯網雛形;二是通信通道，將調度電話、行政電話、應急廣播、無線通信、沿線喊話系統及人員定系統融合起來，建立井下無盲區調度指揮通訊體系，確保調度指令能夠及時下發到每一個職工。

將系統歸類管理，建立綜合自動化平臺、經營管理平臺、綜合監測監控平臺，統一接口協議標準打通各個自動化系統，以人的唯一性為標準打通經營管理各個系統，建立礦井GIS體系打通監測監控各個系統，消除信息孤島，對三平臺進行融合。用系統產生的數據去感知礦井，這個感知可以是人的、物的、環境的，也可以是礦井的管理體系，同時，用這些數據構筑煤礦模型管理。

（2）自主學習、分析決策

建立標量管理體系，在這個體系里納入煤礦管理的有關法律、法規、行業規范及各項制度流程，建立一個煤礦管理的知識庫和煤礦管理標準。由于煤礦生產的未知性與各煤礦的異樣性，如：地質、水文、環境、設備、人員，等等，因此，在不違反煤礦有關法律、法規、規范的前提下，系統在運行中不斷地學習去適應一個煤礦特殊管理，形成這個煤礦的管理標準體系，這就是系統自主學習的過程。系統通過不斷學習，形成的管理標準體系也越來越適應這個礦井，各平臺在運行中產生的數據與管理體系發生偏差時系統就會預警，同時，會給出相應的解決方案，這就是系統分析決策形成的過程。

（3）動態預測、協同控制的智能系統

系統在全面感知、分析決策中逐漸成熟，形成系統自主的管理體系，通過對歷史數據的分析可以動態預測礦井的狀態，我們只需在調度集控中心輸一條命令或按一個鍵，系統就會對人員、安全、環境、設備進行綜合分析判斷，多系統融合聯動，整條生產線設備自動運行，達到協同控制的智能化系統。

5.3 國家對煤礦智能化發展的3個階段性目標要求

（1） 2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設計、地質保障、生產、安全等主要環節的信息化傳輸、自動化運行技術體系，基本實現掘進工作面減人提效、綜采工作面內少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監控。

（2）2025年，大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現智能化，形成煤礦智能化建設技術規范與標準體系，實現開拓設計、地質保障、采掘（剝）、運輸、通風、洗選物流等系統的智能化決策和自動化協同運行，井下重點崗位機器人作業，露天煤礦實現智能連續作業和無人化運輸。

（3）2035年，各類煤礦基本實現智能化，構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的煤礦智能化體系。

6結束語

煤炭行業作為我國重要的傳統能源行業，是我國國民經濟的重要組成部分，其智能化建設直接關系我國國民經濟和社會智能化的進程。建莊礦業作為其中一員，按照國家、集團的要求大力開展“四化”建設，培養“四化”建設人才，掌握先進技術，將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合，形成全面感知、分析決策、動態預測、協同控制的智能系統，實現煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等過程的智能化運行，使企業安全、生產、經營效益最大化。

參考文獻

[1] 李衛星.淺析我國煤礦信息化技術發展現狀及趨勢[J].科技與企業，2016（7）：178.

[2] 趙文啟.煤炭企業信息化建設的探索與嘗試[J].煤炭經濟研究，2010（5）：64-65.

[3] 熊德健.煤炭企業信息化建設的問題及對策研究[J].現代商貿工業，2008（10）：352-353.

作者簡介

雷肖飛（1971-），男，陜西蒲城人;學歷：大專，職稱：工程師，現就職單位：陜西蒲白西固煤業有限責任公司，研究方向：煤礦安全管理。

王志榮（1966-）男，陜西蒲城人;學歷：中專，職稱：工程師，現就職單位：陜西蒲白西固煤業有限責任公司，研究方向：煤礦信息化建設與管理。

康行（1989-）男，陜西延川人;學歷：本科，職稱：工程師，現就職單位：陜西蒲白西固煤業有限責任公司，研究方向：煤礦信息化建設與管理。