老煤礦智能化建設關鍵技術及實施

文/涂興子

（責任編輯：龐永厚）

煤礦智能化是適應現代工業技術革命發展趨勢、保障國家能源安全、實現煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。平煤股份十礦是煤與瓦斯突出的老煤礦，通過智能化建設關鍵技術的實施，完成了煤礦智能化建設，并取得顯著經濟效益。

一、智能化煤礦建設背景及目標

平煤股份十礦作為開采近60年的老礦井，系統復雜、深部開采,煤與瓦斯突出、高地應力等災害威脅日趨嚴重，礦井智能化建設勢在必行。

2019年以來，十礦通過完善基礎設施平臺、綜合自動化平臺、管理信息平臺、協同辦公平臺和智能決策平臺，致力于建設設施標準化、生產自動化、管理信息化、辦公移動化和決策智能化礦井。主要應用技術包含礦井多種感知節點數據接入、井下萬兆工業環網升級、井下4G無線網絡覆蓋、安全生產信息共享平臺應用、綜合自動化系統集成、生產可視化系統搭建、智能綜采工作面投產等。系統構成如圖1所示。

二、關鍵技術和建設步驟

1.統一數據標準，實現安全生產信息共享

平煤股份十礦各業務子系統眾多，同一基礎數據在不同系統中定義不同，無法保證同一個對象編碼的唯一性及上下游規范的一致性，需要將安全生產過程流程化、標準化、協同化，實現“采、掘、機、運、通”等安全生產全過程的一體化管理。

項目按照“總體規劃、分步實施、因地制宜、效益優先”的原則建設，分為六個主要階段：前期調研及硬件環境的部署、數據處理、數據集成、功能優化、系統安裝與培訓及系統上線試運行，最終形成了多終端應用模式。

圖1 智能化系統架構圖

平臺上線后，對煤礦生產業務進行標準化管理，實現對信息的規范性和安全性保障；作為平臺核心的“一張圖”管理，可以通過圖層的疊加功能，實現不同專業、類別圖件的對比分析，最終實現“以圖管礦，以圖管量，以圖救災”的目的；基于安全生產信息共享平臺實現了所有安全生產過程的大數據分析，根據生產經營分析需要進行多維度數據挖掘分析，為生產決策提供客觀的數據依據；通過移動端APP應用，實現隨時隨地對煤礦安全生產信息調取與查閱。

2.升級通信網絡，提供業務數據傳輸保障

平煤股份十礦設計建立高速、開放、安全、可靠的礦井數字化礦山監控網絡傳輸平臺，解決所有生產自動化子系統傳輸物理通道和接入問題；對所有子系統進行數據采集、處理、存儲、發布，完成信息集中管控/網絡發布平臺建設。

十礦骨干網絡采用萬兆+千兆雙環網絡的方式組網,井下分支網絡采用雙千兆網絡的方式組網，保證整個自動化內網的可靠性及在突發情況下的生存能力。

采用工業以太環網和環間耦合技術，地面各子系統、井下各子系統、調度中心網絡設備分別組成單環網絡，地面環網、井下環網分別連接到機房的核心網絡設備上，這樣整體工業以太環網就形成了以二臺核心交換機（環網）為核心分別與井下環網、地面環網組成的相互獨立的兩個環型網絡。工業以太網與辦公局域網采用防火墻等硬件設備有效隔離。

3.工業自動化集成，實現綜合統一管控

平煤股份十礦過去的自動化系統豐富，但是缺少集中管理的平臺界面，各子系統分散管理，效率低下。本次集成工作通過多種模式采集系統底層數據，如OPC數據接口、FTP文本文件解析、PLC數據點表分析等，存入實時和歷史數據庫，完成了對主副井提升、通風系統、架空乘人、排水系統、皮帶系統、供電系統和綜采系統的集成，實現了自動化數據查閱方式的變化，提高了工作效率。

4.多維可視化展示，提供智能決策支持

針對海量的業務數據，挖掘其中的關聯關系并發現其價值所在意義重大。因此，建立數據可視化展示平臺，通過大數據處理技術和算法對數據進行有效的處理和挖掘，把井下人員情況、安全監測信息通過直觀的方式呈現在調度大屏幕上，同時融合生產、隱患、物資管理、銷售經營報表文本等數據，實現多數據融合及共享，做到“所見即所得”。

依托集團公司成熟的網絡架構以及先進的大數據、云計算、云存儲平臺，采用國內先進的視頻分析算法，建立視頻可視化平臺，將可視化技術有機融入工業監控系統，以生產仿真場景為基礎，結合井下生產工作面架設的高清攝像頭，遠程在線調用，直觀展現視頻監控區域，實時分析和跟蹤運動目標，對異常行為產生告警，提前預警惡性事件的發生，實現了智能化巡檢。

5.建設智能綜采工作面，大幅提高生產效率

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

（1）地面聯合調試。

十礦在機械化工廠模擬實際運轉條件，并將工作分解為八個步驟順序進行，包含順槽控制室的搭建，完成主機和交換機配置；支架電液控安裝、調試，實現電液控的送電和控制器的程序傳送；外圍離散設備接入，將語音、泵站、采煤機、負荷中心系統有機整合；工作面視頻系統接入，實現上位機遠程調看；采煤機定位系統調試，實現紅外定位和射頻定位；跟機自動化調試，實現跟機護幫板動作、跟機拉架動作及跟機推溜動作；測試人員定位系統，實現精準定位和定位閉鎖功能；調度室搭建地面控制系統實現語音對講和遠程一鍵啟停等功能。

（2）井下安裝試運轉。

整套設備井下安裝完成后進入試運轉環節，圍繞采煤機記憶截割、慣性導航、準確定位、支架追機移架、視頻監視及語音接入通信等關鍵技術點反復調試、落實整改，對“三機一站”等智能化綜采設備進行反復磨合，查漏補缺，最終實現井上下一鍵啟停的智能化采煤。

2019年7月，經過近1個月的調試運行，己15、16-24130智能化綜采工作面各種設備運轉正常，各項數據指標正常，生產狀態穩定，標志著河南省首個智能化綜采工作面順利建成。

（3）生產效益對比分析。

十礦的智能化綜采工作面每班只需9名職工作業，與同等條件的非智能化綜采工作面相比，單班減少16人；綜采三隊也由之前的160人減至59人；月產量由5萬噸增加到10萬噸；集團2019年下達利潤計劃指標為-5000萬元，實際完成8000萬元，實現扭虧為盈。

三、小結

平煤股份十礦依托大數據、工業互聯網等技術的應用，建設信息化、智能化新型礦井，達到了“無人則安、少人則安”的要求，實現了“機械化換人、自動化減人、智能化少人”的目標，安全、產量、效益都有了大幅度提升。2020年，十礦的3個工作面均取消了夜班生產，每日原煤生產人數由原來的7000人減少至3000人，依托智能化技術，全年爭取實現產量300萬噸、銷售利潤3億元的目標。