文/涂興子

（責任編輯：龐永厚）

煤礦智能化是適應現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命發(fā)展趨勢、保障國家能源安全、實現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)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(shè)關(guān)鍵技術(shù)的實施，完成了煤礦智能化建設(shè)，并取得顯著經(jīng)濟效益。

一、智能化煤礦建設(shè)背景及目標

平煤股份十礦作為開采近60年的老礦井，系統(tǒng)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(shè)勢在必行。

2019年以來，十礦通過完善基礎(chǔ)設(shè)施平臺、綜合自動化平臺、管理信息平臺、協(xié)同辦公平臺和智能決策平臺，致力于建設(shè)設(shè)施標準化、生產(chǎn)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(shù)包含礦井多種感知節(jié)點數(shù)據(jù)接入、井下萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)升級、井下4G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、安全生產(chǎn)信息共享平臺應用、綜合自動化系統(tǒng)集成、生產(chǎn)可視化系統(tǒng)搭建、智能綜采工作面投產(chǎn)等。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

二、關(guān)鍵技術(shù)和建設(shè)步驟

1.統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，實現(xiàn)安全生產(chǎn)信息共享

平煤股份十礦各業(yè)務子系統(tǒng)眾多，同一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)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(guī)范的一致性，需要將安全生產(chǎn)過程流程化、標準化、協(xié)同化，實現(xiàn)“采、掘、機、運、通”等安全生產(chǎn)全過程的一體化管理。

項目按照“總體規(guī)劃、分步實施、因地制宜、效益優(yōu)先”的原則建設(shè)，分為六個主要階段：前期調(diào)研及硬件環(huán)境的部署、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)集成、功能優(yōu)化、系統(tǒng)安裝與培訓及系統(tǒng)上線試運行，最終形成了多終端應用模式。

圖1 智能化系統(tǒng)架構(gòu)圖

平臺上線后，對煤礦生產(chǎn)業(yè)務進行標準化管理，實現(xiàn)對信息的規(guī)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(xiàn)不同專業(yè)、類別圖件的對比分析，最終實現(xiàn)“以圖管礦，以圖管量，以圖救災”的目的；基于安全生產(chǎn)信息共享平臺實現(xiàn)了所有安全生產(chǎn)過程的大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營分析需要進行多維度數(shù)據(jù)挖掘分析，為生產(chǎn)決策提供客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)；通過移動端APP應用，實現(xiàn)隨時隨地對煤礦安全生產(chǎn)信息調(diào)取與查閱。

2.升級通信網(wǎng)絡(luò)，提供業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸保障

平煤股份十礦設(shè)計建立高速、開放、安全、可靠的礦井數(shù)字化礦山監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺，解決所有生產(chǎn)自動化子系統(tǒng)傳輸物理通道和接入問題；對所有子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、發(fā)布，完成信息集中管控/網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺建設(shè)。

十礦骨干網(wǎng)絡(luò)采用萬兆+千兆雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng),井下分支網(wǎng)絡(luò)采用雙千兆網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng)，保證整個自動化內(nèi)網(wǎng)的可靠性及在突發(fā)情況下的生存能力。

采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和環(huán)間耦合技術(shù)，地面各子系統(tǒng)、井下各子系統(tǒng)、調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別組成單環(huán)網(wǎng)絡(luò)，地面環(huán)網(wǎng)、井下環(huán)網(wǎng)分別連接到機房的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，這樣整體工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)就形成了以二臺核心交換機（環(huán)網(wǎng)）為核心分別與井下環(huán)網(wǎng)、地面環(huán)網(wǎng)組成的相互獨立的兩個環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)與辦公局域網(wǎng)采用防火墻等硬件設(shè)備有效隔離。

3.工業(yè)自動化集成，實現(xiàn)綜合統(tǒng)一管控

平煤股份十礦過去的自動化系統(tǒng)豐富，但是缺少集中管理的平臺界面，各子系統(tǒng)分散管理，效率低下。本次集成工作通過多種模式采集系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)，如OPC數(shù)據(jù)接口、FTP文本文件解析、PLC數(shù)據(jù)點表分析等，存入實時和歷史數(shù)據(jù)庫，完成了對主副井提升、通風系統(tǒng)、架空乘人、排水系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和綜采系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了自動化數(shù)據(jù)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(yè)務數(shù)據(jù)，挖掘其中的關(guān)聯(lián)關(guān)系并發(fā)現(xiàn)其價值所在意義重大。因此，建立數(shù)據(jù)可視化展示平臺，通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和算法對數(shù)據(jù)進行有效的處理和挖掘，把井下人員情況、安全監(jiān)測信息通過直觀的方式呈現(xiàn)在調(diào)度大屏幕上，同時融合生產(chǎn)、隱患、物資管理、銷售經(jīng)營報表文本等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多數(shù)據(jù)融合及共享，做到“所見即所得”。

依托集團公司成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及先進的大數(shù)據(jù)、云計算、云存儲平臺，采用國內(nèi)先進的視頻分析算法，建立視頻可視化平臺，將可視化技術(shù)有機融入工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，以生產(chǎn)仿真場景為基礎(chǔ)，結(jié)合井下生產(chǎn)工作面架設(shè)的高清攝像頭，遠程在線調(diào)用，直觀展現(xiàn)視頻監(jiān)控區(qū)域，實時分析和跟蹤運動目標，對異常行為產(chǎn)生告警，提前預警惡性事件的發(fā)生，實現(xiàn)了智能化巡檢。

5.建設(shè)智能綜采工作面，大幅提高生產(chǎn)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(qū)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(lián)合調(diào)試。

十礦在機械化工廠模擬實際運轉(zhuǎn)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(diào)試，實現(xiàn)電液控的送電和控制器的程序傳送；外圍離散設(shè)備接入，將語音、泵站、采煤機、負荷中心系統(tǒng)有機整合；工作面視頻系統(tǒng)接入，實現(xiàn)上位機遠程調(diào)看；采煤機定位系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)紅外定位和射頻定位；跟機自動化調(diào)試，實現(xiàn)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(tǒng)，實現(xiàn)精準定位和定位閉鎖功能；調(diào)度室搭建地面控制系統(tǒng)實現(xiàn)語音對講和遠程一鍵啟停等功能。

（2）井下安裝試運轉(zhuǎn)。

整套設(shè)備井下安裝完成后進入試運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，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(jiān)視及語音接入通信等關(guān)鍵技術(shù)點反復調(diào)試、落實整改，對“三機一站”等智能化綜采設(shè)備進行反復磨合，查漏補缺，最終實現(xiàn)井上下一鍵啟停的智能化采煤。

2019年7月，經(jīng)過近1個月的調(diào)試運行，己15、16-24130智能化綜采工作面各種設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，各項數(shù)據(jù)指標正常，生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定，標志著河南省首個智能化綜采工作面順利建成。

（3）生產(chǎn)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(yè)，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(chǎn)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(xiàn)扭虧為盈。

三、小結(jié)

平煤股份十礦依托大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應用，建設(shè)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(xiàn)了“機械化換人、自動化減人、智能化少人”的目標，安全、產(chǎn)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(chǎn)，每日原煤生產(chǎn)人數(shù)由原來的7000人減少至3000人，依托智能化技術(shù)，全年爭取實現(xiàn)產(chǎn)量300萬噸、銷售利潤3億元的目標。