基于智能化礦山的煤礦機電設備安全技術管理措施研究

霍建良

（冀中能源九龍礦，河北 邯鄲 056500）

煤炭利用在我國的國民經濟發展過程中發揮著重要的作用，作為主要能源之一的地位是不能被替代的。改革開放以來，我國的煤礦企業保持著持續進步的發展趨勢，尤其是進入21 世紀，更是朝著機械自動化、智能信息化的方向飛速發展，煤炭開采和加工利用效率越來越高，工作質量不斷提升，這對煤礦機電設備安全技術管理提出了全新要求。在現代智能化礦山怎樣實現煤礦機電設備有效安全管理和科學高效目標是一個非常復雜的課題。管理人員、技術人員、運行維護人員只有對智能化礦山設備進行綜合全面掌握，才能避免管理上、技術上、操作上出現問題，才能保證智能化礦山機電設備安全高效地運轉。

1 智能化礦山機電設備安全技術管理的重要意義

1.1 能夠促進智能化礦山健康發展

加強智能化礦山煤礦機電設備安全技術管理可以促進煤礦企業的安全健康發展，對礦井安全生產具有十分積極的促進作用。隨著新技術的不斷發展，煤礦生產設備也不斷地推陳出新，許多先進的生產設備應用于礦山井下，智能化礦山必須建立完善的機電設備安全技術管理體系，科學合理安全地使用設備，能夠促進礦山的健康安全發展。

1.2 有利于智能化礦山提高生產效率

隨著技術不斷進步創新發展，煤礦生產方式和管理模式正朝著機械自動化、智能信息化方向飛速發展，煤礦企業開采效率大大提升，使機電設備做到安全高效的運行，在智能化煤礦作業過程中，機電設備的安全高效運行占據了主導地位，對安全技術管理提出了挑戰，如果在作業過程中出現故障影響了機電設備安全運轉勢必對礦山企業造成損失，因此有利于智能化礦山提高生產效率。

2 礦井運輸智能調度指揮系統

2.1 “運輸智能調度指揮”系統實施背景

九龍礦原有的軌道運輸調度系統是采用泄漏通訊的方式來達到軌道運輸指揮調度的目的，該通訊方式信號易受干擾，通話噪音大、不穩定、系統維護困難、無拓展能力。隨著煤炭企業智能信息化水平的發展，迫切需要包括移動電話、視頻、語音、高速數據等多媒體并發通信手段，尤其是專網通訊系統寬帶化、多媒體化的需求越來越強烈。4G 無線通信技術具有高帶寬、靈活移動性、全IP 化、成熟穩定可靠等優勢，非常適于作為智能礦山的基礎無線網絡平臺，是實現智能化調度指揮解決之道。

2.2 “運輸智能調度指揮”系統創建內容

地面核心系統的建設：井上4G 網絡系統機柜安放在九龍礦通信中心機房內，機柜中配備1 臺4G 核心網EPC、1 臺可視化多媒體調度服務器、1 臺核心交換機、1 臺E1 網關和1 臺NVR 視頻服務器。為實現4G 系統與礦萬兆環網連接以及4G 網絡無線傳輸和數據系統分析奠定了基礎；地面運輸指揮調度臺的建設：地面運輸指揮調度臺建設在運輸區值班室，配備1 臺運輸調度PC和1 臺監控大屏。可實時掌握井下本安4G 智能手機的注冊情況及通話狀態，有優先呼叫和緊急呼叫權，可組織召開視頻會議，可監控車輛實時畫面和區域性位置，實現對礦井無線通信系統用戶的統一調度；井下基礎設備的建設：井下軌道運輸大巷、主斜坡及采掘工作面共安裝了75 臺4G 基站及配套電源裝置，鋪設光纜線2 萬余米，4G 基站直線信號傳輸距離為300m，實現了井下運輸巷道4G 通訊信號全覆蓋；機車智能化改造建設：每臺機車上安裝前后2 臺攝像頭、2 臺本安型PAD、2 臺直流電源及1 部信號轉換器。實現了機車行駛視頻采集、存儲和上傳至地面調度臺等功能，并且通過攝像頭AI智能系統可識別車輛前方人員誤入及障礙物，發出聲光報警；運輸關鍵線路監控系統的建設：九龍礦運輸大巷分南北翼兩條線路，進出車輛必然會通過南北翼交互卡口，在此各安裝1 臺視頻監控，實時畫面可上傳至地面運輸指揮中心，并且通過地面NVR 視頻服務器，可自動計算各類型車輛所掛車廂計數，實現輔助精細化生產運輸管理；通信手機配備：九龍礦智能運輸調度平臺的用戶最大容量可達到500 人，根據生產需要共發放200 部智能手機，實現了地面、井下生產指揮通訊全覆蓋；拓展功能的建設：4G 網絡建成后，通過與“安全生產標準化評分”系統的互聯互通，實現4G 手機用戶可進入該評分系統進行打分，達到了“一機多用”的效果。

2.3 “運輸智能調度指揮”系統的效益分析

生產效益分析：項目實施后，使得井上井下人員通信不僅聽的清而且看得見，既提高了通訊質量，又擺脫了傳統線纜通訊的束縛，豐富了通訊手段，全面提高了運輸調度效率。同時通過工作面4G 基站的安裝，為實現智能化礦井移動物聯網打下良好的網絡基礎；安全效益分析：項目實施后有效的防止了機車在運輸線路上發生碰撞事故，同時也解決了生產中運輸車輛定位不準確、不全面而帶來的安全問題，杜絕了機車運行對頂、追尾，從而避免車輛設備損壞及人員損害，為礦井創造了一個安全的生產環境，有著巨大的安全效益；經濟效益分析：項目實施后，井下調度站實現無人值守由地面值班人員通過智能指揮調度系統完成運輸生產任務，做到了減人提效。同時，可準確掌握所有機車位置信息，利用智能指揮調度業務功能，能科學合理調度車輛運行，使車輛就近完成運輸任務，有效減少車輛無效運輸，提高運輸效率約30%。

2.4 智能化礦山機電設備安全技術管理存在的問題

（1）煤礦井下機電隊伍整體素質需要提升。煤礦工作是一個高風險特殊工種行業，工作環境一般在上百米深的地下活動受限空間：封閉狹窄、光線不足、黑暗潮濕，工作環境相對特殊，對員工吸引力不夠，就出現了煤礦企業招工難、素質低局面。但是，智能化礦山企業對新設備和新技術的引進是現代化科技進步形勢要求，沒有相適應素質的管理、技術、運行和維護人員，就造成了不匹配的局面出現。

（2）管理制度不夠健全，員工培訓力度不夠。在煤炭企業實際操作中，有些礦井安全意識差，重視程度低，更有甚者，管理人員組織協調能力差，考核不嚴，導致機電管理制度不能落實。對員工的培訓也是走過場，導致員工的理論知識水平和操作熟練成度達不到要求、責任心不強。

（3）機電設備綜合管理力度不夠，沒有達到設備健康全生命周期管理水平。煤礦機電設備綜合管理是非常重要的，但是現實中往往差強人意，設備入井把關不嚴存在隱患、使用操作過程中檔案管理不完善、設備一臺一檔履歷不完整、沒有及時補充，沒有達到設備健康全生命周期管理水平。

2.5 基于智能化礦山的機電設備安全技術管理措施

（1）應用全生命周期健康智能化管理系統。機電設備全生命周期健康智能化管理包括多種內容，如機電設備運行數據的智能化采集、健康檔案的建立、運行大數據分析等。這些內容都可以進行設備健康評估，根據健康評估結果提前干預維修，從而促進機電設備的正常運轉。

（2）使用人工智能機器人技術進行機電設備管理。目前人工智能機器人技術已經廣泛地應用到了生活的各個領域，在各個行業也都有所應用。煤礦行業使用人工智能機器人技術對機電設備進行管理可以顯著節省人力提高效率。人工管理往往會因為人的惰性監管不到位而產生疏忽，智能機器人管理沒有惰性，能夠全面監管到設備的任何不良運轉并能報警提醒工作人員，增加了管理的安全有效性。

（3）加強現場煤礦機電設備安全管理。煤礦企業必須積極配合國家安全管理上級部門做好檢查工作，按照國家安全生產標準化管理體系相對應的完好評分標準、煤礦安全規程安全要求對機電設備進行維護和保養，使之符合安全使用要求，使得每臺設備都能明確責任包機到人。管理、技術人員發揮管理、技術職能使機電設備能夠得到有效的技術管理，發揮設備的最大效能。

3 中央泵房實現遠程開泵減人提效

3.1 系統現狀

九龍礦主排水系統臥泵建設在井底600 水平中央泵房內，共有4 臺臥泵、5 趟排水管路，編號分別為1#、2#、3#、4#和鉆孔管。運轉司機在現場操作控制。系統實現遠程開泵必要性：改造前，水泵在開啟過程中需要2 名水泵司機協同完成，開泵程序比較復雜，而且需要人為觀測真空表與壓力表的數值來關閉射流閥和控制排水管路上的閥門，容易出現因操作不當而損害設備降低使用壽命。使用遠程開泵也就是半自動模式后，因為系統完成了對水倉水位、出水口壓力、進水口真空度、電機溫度等數據的實時采集，這些數據傳到地面監控機后，系統依據這些數據實現一鍵式開泵，不僅保證了開泵的安全性與穩定性，還節省了用工和時間效益顯著。

3.2 系統改造

遠程自動控制排水監控系統工作原理及工作方式：主排水系統通過水泵自動排水監控系統進行監測和控制，系統可有三種工作模式：全自動、半自動、就地手動。水泵自動排水監控系統主要由工控機、可編程控制器、控制柜、電源柜、溫度、壓力、液位變送器等，結構組成設計為上、下位機結構，工控機為上位機，可編程控制器PLC 為下位機。水泵啟動開關的電量參數由上位機采集完成，再通過遠程控制中心的千兆環網交換機以及擴展工業以太網模塊傳給PLC。

全自動運行時，系統的下位機PLC 實時采集水倉高、低水位變化狀態，根據水倉水位情況，按照各臺水泵的運行累積時間長短啟動相應水泵的運行或停止。半自動運行時，工作人員按照水位情況選擇啟動水泵，只要工作人員點擊相應需要啟動水泵號的啟動按鍵，系統就可自行完成水泵開啟，水泵停止也一樣。就地手動工作模式時，現場水泵司機根據水倉水位，就地通過控制柜操作手動控制水泵的啟停。遠程工作時，由授權值班工作人員通過上位計算機控制水泵的啟動和停止；系統在正常運行過程中，不論何種工作方式，均可實現將現場技術參數、設備狀態通過工業以太網傳到遠程控制中心。

遠程開泵程序：監控室值班人員觀測到水倉水位到達開泵水位后，做好開啟1#(2#、3#、4#)水泵準備；監控室值班人員打開電腦監控主界面，點擊左菜單欄的“參數設置”，確認中央泵房水泵參數設置準確無誤。點擊左菜單欄“監控界面”→“中央泵房”→“運行主界面”→選擇1#(2#、3#、4#)水泵的運行界面→“開泵”；水泵開啟后，監控室值班人員記錄好水泵和電機的運行狀態、參數變化與水位變化情況，機器人全時空巡檢。

3.3 達到效果

實現遠程控制后，不僅能提高泵房的開泵效率，同時也提高了開泵的安全性與穩定性，從而延長了相關設備的壽命。在人工方面，每班減少了一名運轉司機，實現了減人提效的目的。

4 結語

煤炭企業機電設備安全是一個非常重要的課題：系統復雜、影響巨大，它的安全管理運行效率與煤礦經濟效益有著緊密直接的聯系，隨著煤礦開采機械自動化、智能信息化水平的提高，更需要加強機電設備管理，提高智能化煤礦機電設備管理水平，以實現現代煤礦企業走新型煤礦智能化發展道路。