馬 健

(西山煤電(集團(tuán))公司 西曲礦，山西 古交 030200)

當(dāng)今煤礦生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)幾乎都離不開機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)，煤礦機(jī)電運(yùn)輸?shù)闹饕攸c(diǎn)表現(xiàn)在工作戰(zhàn)線較長、關(guān)聯(lián)范圍較廣、技術(shù)性較強(qiáng)以及特殊工種多等方面。機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備由于其所處特殊的環(huán)境。存在于井下各個硐室巷道中，這也就構(gòu)成了復(fù)雜的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)。復(fù)雜多變的礦井環(huán)境以及機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)使得煤礦機(jī)電運(yùn)輸事故頻發(fā)，占到總事故的30%左右。為了達(dá)到最大限度減少井下作業(yè)人員、提高機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備利用率以及確保安全高效生產(chǎn)的目標(biāo)，建設(shè)數(shù)字化礦井成為當(dāng)前較好的途徑。數(shù)字化礦井多是利用網(wǎng)絡(luò)分析理論整理復(fù)雜多變的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)，數(shù)字化礦井的建設(shè)不僅可以提高礦井生產(chǎn)過程的清晰度，還可增強(qiáng)其預(yù)警性。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論是解決當(dāng)前煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性問題的有效手段，將其引入煤礦機(jī)電運(yùn)輸領(lǐng)域同時在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論的基礎(chǔ)上，自動識別其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，還對可能存在的安全隱患進(jìn)行提前評價并提供解決方案。通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)了對煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)集約化的持續(xù)性改進(jìn)。為類似條件下復(fù)雜機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的維護(hù)提供了一定的理論參考。

1 煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)

機(jī)電運(yùn)輸存在于煤礦安全生產(chǎn)的各個方面，其涉及到的運(yùn)輸設(shè)備不論從數(shù)量上還是類型上都較為繁雜。各階段運(yùn)輸設(shè)備又會分布出多個子運(yùn)輸系統(tǒng)，這些子運(yùn)輸系統(tǒng)相互交錯使得運(yùn)輸方式更為復(fù)雜。煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)有以下特點(diǎn):運(yùn)輸系統(tǒng)層次劃分復(fù)雜無規(guī)律、機(jī)電運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境復(fù)雜惡劣、運(yùn)輸?shù)臋C(jī)電設(shè)備種類復(fù)雜以及整個運(yùn)輸系統(tǒng)變化規(guī)律的復(fù)雜性。

2 對煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性的分析

煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的許多復(fù)雜性問題都可運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論有效地解決。以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論為基礎(chǔ)，建立清晰的機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，分析該網(wǎng)絡(luò)的傳播效應(yīng)以及魯棒性，另外通過機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的能力測定結(jié)果對煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)做出綜合性的評價。在整個網(wǎng)絡(luò)分析中，將礦井各個類型機(jī)電設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，按照各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系將其聯(lián)接起來便構(gòu)成了煤礦機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，見圖1。將整個網(wǎng)絡(luò)分為兩個層面:一是從礦井到機(jī)電硐室，形成一層位機(jī)電硐室節(jié)點(diǎn)網(wǎng);二是從機(jī)電硐室到各個機(jī)電設(shè)備，形成了機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備節(jié)點(diǎn)網(wǎng)。同一層位節(jié)點(diǎn)之間主要有三種關(guān)系:控制、順序、聯(lián)合。除此之外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還可在第二層位的各運(yùn)輸設(shè)備上做更細(xì)粒度的劃分。如網(wǎng)絡(luò)中的水泵節(jié)點(diǎn)便可以進(jìn)一步劃分為電動機(jī)、聯(lián)軸器與水泵本體節(jié)點(diǎn)。以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論為基礎(chǔ)，在已建立的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中考察各節(jié)點(diǎn)的出入度、集聚系數(shù)等參數(shù)，指出各節(jié)點(diǎn)的重要性，也可以分析節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，對網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的影響程度以及故障的傳播范圍。

圖1 煤礦機(jī)電運(yùn)輸分析網(wǎng)圖

3 機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性問題的對策

3.1 建立完善的機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

由于煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性，故機(jī)電運(yùn)輸?shù)墓芾砉ぷ魇窃趶?fù)雜性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)輸系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備與現(xiàn)存隱患的閉環(huán)控制。因此，需要建立完善的機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來提升機(jī)電運(yùn)輸?shù)臄?shù)字化水平。

3.1.1 完善機(jī)電運(yùn)輸信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的相關(guān)參數(shù)信息不僅是有效控制機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的基礎(chǔ)，更是有效管理各個設(shè)備的依據(jù)。要完整地獲得機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，就需要構(gòu)建一個能夠覆蓋整個礦井的機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立是實(shí)現(xiàn)對機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)閉環(huán)控制的基礎(chǔ)。以此為基礎(chǔ)，可推行“數(shù)據(jù)驅(qū)動行動”的精細(xì)化和閉環(huán)管理模式對機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行保護(hù)及能力的評價，見圖2。

圖2 是運(yùn)用多種分析方法對機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中存在的隱患問題進(jìn)行了綜合性評價，另外還對運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了簡單的分析。對機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的閉環(huán)控制離不開該系統(tǒng)的數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化，結(jié)合已收集的運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，以網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控為手段，對機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中存在的安全隱患進(jìn)行統(tǒng)一跟蹤治理，對現(xiàn)存的落后運(yùn)輸環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

圖2 機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的閉環(huán)控制示意圖

3.1.2 保證機(jī)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和安全性

對當(dāng)前新技術(shù)、新設(shè)備的運(yùn)用也是解決機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性問題的有效措施。大力推廣煤礦新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，尤其是對高可靠性、高效率以及適應(yīng)性強(qiáng)的數(shù)字化機(jī)電設(shè)備的運(yùn)用，是礦井機(jī)電運(yùn)輸工作安全性的保證。例如供電監(jiān)控手段能夠解決越級跳閘的問題，閘瓦綜合性保護(hù)裝置對提升機(jī)安全性的提高很重要，變頻裝置不僅可以節(jié)能，也可保證機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的安全運(yùn)行;解決礦井水泵的水錘問題可利用新型多功能閥。

3.2 加強(qiáng)數(shù)字化礦井的建設(shè)

3.2.1 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控平臺的統(tǒng)一

統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控平臺的目的是為了保證煤礦機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的集中控制?，F(xiàn)階段數(shù)字化礦井的的基本特征是監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化、生產(chǎn)的自動化。主要目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)礦井集中控制，提高全員效率。通過對數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控平臺的統(tǒng)一，使得各類運(yùn)輸數(shù)據(jù)信息相互融合，保證了對機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的持續(xù)性改進(jìn)。數(shù)字化礦井綜合監(jiān)控平臺的體系結(jié)構(gòu)簡圖見圖3，該結(jié)構(gòu)主要分為設(shè)備層、控制層與管理層3 個層位。設(shè)備層的主要功能是收集下兩層發(fā)出的各類設(shè)備數(shù)據(jù)信息，整理分析后對監(jiān)控層發(fā)出相應(yīng)的指令;監(jiān)控層的主要功能為兩個方面:一方面是對設(shè)備層發(fā)出的指令進(jìn)行分析處理，另一方面是對運(yùn)輸設(shè)備與底層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)測控制;設(shè)備層即為底層運(yùn)輸設(shè)備對上層發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的執(zhí)行。

3.2.2 建立運(yùn)輸設(shè)備基本信息數(shù)據(jù)庫

圖3 數(shù)字化礦井綜合監(jiān)控平臺結(jié)構(gòu)示意圖

建立礦井機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫的有效手段是完善監(jiān)測傳感網(wǎng)絡(luò)。建立并完善全礦井的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，收集各類設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對全礦生產(chǎn)工作有效的監(jiān)控。這也就需要在全礦井配備電、壓力、溫度與有害氣體等相應(yīng)的各類監(jiān)測傳感設(shè)備，目標(biāo)是在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺下，保證各類型數(shù)據(jù)的共享。如圖3 中，底層設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集對上層的安全有效調(diào)度非常重要。要實(shí)現(xiàn)以上數(shù)據(jù)庫的建立，首先需要建立底層機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)，繼而建立監(jiān)控平臺，集成各監(jiān)控子系統(tǒng)。運(yùn)輸設(shè)備的基本工況數(shù)據(jù)的收集方式有兩種:一是利用安裝的傳感器收集;二是直接從處于運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備本身提取數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

當(dāng)前，隨著現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)規(guī)模的日益增大，隨之的礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋也在逐漸擴(kuò)大。這就使解決機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜性問題變得十分重要，同時提高機(jī)電運(yùn)輸工作的安全性與可靠性也迫在眉睫。本文提出將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論應(yīng)用到煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)中，量化的評價運(yùn)輸系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)可能存在的隱患，并對該運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制，加強(qiáng)建設(shè)最新數(shù)字化礦井。以數(shù)字化礦井裝備的監(jiān)測傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為手段，在設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息分析與監(jiān)控統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，對煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)性的改進(jìn)優(yōu)化，以確保現(xiàn)代化礦井的安全高效生產(chǎn)。

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