張立生 杜磊 楊富強(qiáng) 曲濤 趙玉春 王舉重 喬建華 馬啟明

[摘 要]為積極響應(yīng)國(guó)家及自治區(qū)對(duì)煤礦智能化建設(shè)要求，鄂爾多斯市昊華精煤有限責(zé)任公司依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全生產(chǎn)信息共享平臺(tái)，結(jié)合GIS空間地理信息、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)，在高家梁煤礦建設(shè)了一套集工程設(shè)計(jì)、地質(zhì)測(cè)量、采掘生產(chǎn)、機(jī)電運(yùn)輸、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、通風(fēng)、洗選等全礦井各系統(tǒng)一體化智能化平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)共享、智能決策及協(xié)同運(yùn)行，不斷提升管理效能，實(shí)現(xiàn)了安全、高效、現(xiàn)代化智能礦井建設(shè)目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]煤炭生產(chǎn)企業(yè)；礦井；智能化建設(shè)

一、公司簡(jiǎn)介

鄂爾多斯市昊華精煤有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“昊華精煤公司”）是由北京昊華能源股份有限公司與鄂爾多斯市國(guó)有資產(chǎn)投資控股集團(tuán)有限公司投資成立的煤炭生產(chǎn)企業(yè)。

昊華精煤公司注冊(cè)資本6.75億元人民幣，其中北京昊華能源股份有限公司占注冊(cè)資本的80%，鄂爾多斯市國(guó)有資產(chǎn)投資控股集團(tuán)有限公司占注冊(cè)資本的20%。公司于2004年開(kāi)始運(yùn)作，2006年5月26日正式動(dòng)工，2010年1月1日開(kāi)始試生產(chǎn)，一期生產(chǎn)規(guī)模300萬(wàn)噸/年，二期600萬(wàn)噸/年。

2018年10月，公司生產(chǎn)規(guī)模核增至750萬(wàn)噸/年，配套“淺槽重介”洗煤廠(chǎng)及鐵路專(zhuān)運(yùn)線(xiàn)和礦區(qū)公路，總投資22億元。礦井采用斜井開(kāi)拓，主要生產(chǎn)設(shè)備以國(guó)產(chǎn)為主，技術(shù)和裝備先進(jìn)可靠，工作面采用長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤法，礦井采煤綜合機(jī)械化程度達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)了采煤智能化，輔助運(yùn)輸膠輪化，主運(yùn)輸集控化，安全監(jiān)控自動(dòng)化，生產(chǎn)調(diào)度信息化。

2020年4月，公司礦井首個(gè)智能化綜采工作面投入使用。11個(gè)月之后，第二套智能化綜采工作面投入使用，標(biāo)志著昊華精煤公司煤炭開(kāi)采步入智能化時(shí)代。

多年來(lái)，昊華精煤公司科技創(chuàng)新不斷取得新突破，累計(jì)自有實(shí)用新型專(zhuān)利32項(xiàng)，合作申報(bào)專(zhuān)利188項(xiàng)，獲省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)。

公司還積極踐行京能集團(tuán)、昊華能源公司企業(yè)文化，榮獲多項(xiàng)國(guó)家和地方榮譽(yù)：被國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局評(píng)為國(guó)家一級(jí)安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化先進(jìn)礦井；被中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)命名為全國(guó)首批“安全高效特級(jí)礦井”；被北京市總工會(huì)授予“工人先鋒號(hào)”；被中國(guó)煤炭職工思想政治工作研究會(huì)評(píng)選為全國(guó)煤炭工業(yè)文明煤礦；被京能集團(tuán)評(píng)為先進(jìn)基層黨組織、突出貢獻(xiàn)先進(jìn)集體等。

二、實(shí)施背景

（一）國(guó)家能源行業(yè)未來(lái)發(fā)展需求

2016年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016- 2030年）》，將實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采明確為煤炭無(wú)害化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)。

2020年2月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、應(yīng)急管理部、國(guó)家煤礦安監(jiān)局等八部委聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確煤礦智能化發(fā)展主要目標(biāo)為：到2021年，建成多種類(lèi)型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開(kāi)拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系，基本實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無(wú)人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無(wú)人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控。到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)開(kāi)拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、采掘（剝）、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行，井下重點(diǎn)崗位機(jī)器人作業(yè)。到2035年，各類(lèi)煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。

隨后，內(nèi)蒙古自治區(qū)陸續(xù)下發(fā)了《關(guān)于加快全區(qū)煤礦智能化建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》《內(nèi)蒙古自治區(qū)推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)三年行動(dòng)實(shí)施方案》《內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦智能化建設(shè)驗(yàn)收辦法（試行）》和《內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦智能化建設(shè)基本要求及評(píng)分方法（試行）》等文件，明確各煤礦企業(yè)積極開(kāi)展智能化建設(shè)，并成立專(zhuān)家組組織驗(yàn)收。

智能化開(kāi)采是煤炭綜采技術(shù)發(fā)展的新階段，也是煤炭工業(yè)技術(shù)革命的必然趨勢(shì)?！吨袊?guó)制造2025-能源裝備實(shí)施方案》中，將煤炭綠色智能采掘裝備列為能源裝備發(fā)展的重要任務(wù)之一。

（二）智能化體系建設(shè)的需要

按照集團(tuán)公司部署，結(jié)合實(shí)際，昊華精煤公司確定了以“綜采智能化工作面、掘錨一體工作面及選煤廠(chǎng)智能化”為核心，加速設(shè)備設(shè)施更新?lián)Q代，全力推進(jìn)安全高效現(xiàn)代化礦井建設(shè)。這既是順應(yīng)形勢(shì)的選擇，也是適應(yīng)集團(tuán)公司經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，保證公司生存發(fā)展的必由之路。

高家梁煤礦煤層賦存條件較好，傾角小，厚度適中，地質(zhì)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，資源量豐富，具備進(jìn)行信息化和自動(dòng)化生產(chǎn)的地質(zhì)條件。而且，綜采工作面智能化開(kāi)采在我國(guó)的一些特大型礦井已經(jīng)開(kāi)始試驗(yàn)和應(yīng)用，取得了一定的成效。

高家梁煤礦于2018年對(duì)《信息化、自動(dòng)化、集約化、智能化技術(shù)在高家梁煤礦高產(chǎn)高效開(kāi)采中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》進(jìn)行了科技項(xiàng)目立項(xiàng)，并委托由山東科技大學(xué)圍繞實(shí)現(xiàn)綜采面智能、安全高效的目標(biāo)，對(duì)煤礦綜采面自動(dòng)化開(kāi)采提出了設(shè)計(jì)方案。

通過(guò)技術(shù)研究，煤礦建成兩套智能化綜采工作面控制系統(tǒng)，成功開(kāi)發(fā)采煤機(jī)自動(dòng)記憶截割，液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架，泵站系統(tǒng)、供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，工作面全部設(shè)備遠(yuǎn)程聯(lián)合啟動(dòng)，工作面全范圍視頻監(jiān)控和工作面人員自動(dòng)識(shí)別等功能，真正實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化開(kāi)采，進(jìn)一步提高了礦井生產(chǎn)技術(shù)和管理水平，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，同時(shí)也為智能化礦井建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

三、主要做法

（一）編制礦井智能化建設(shè)方案

根據(jù)自治區(qū)《關(guān)于加快全區(qū)煤礦智能化建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》《內(nèi)蒙古自治區(qū)推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)三年行動(dòng)實(shí)施方案》等文件要求，以《煤炭工業(yè)智能化礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》為依據(jù)，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全生產(chǎn)信息共享平臺(tái)，結(jié)合GIS空間地理信息、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)，建設(shè)一套集工程設(shè)計(jì)、地質(zhì)測(cè)量、采掘生產(chǎn)、機(jī)電運(yùn)輸、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、通風(fēng)、洗選等全礦井各系統(tǒng)為一體的智能化平臺(tái)，通過(guò)該智能化平臺(tái)的應(yīng)用，可對(duì)各系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，建成一套專(zhuān)屬智能化大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享、智能化決策及協(xié)同運(yùn)行，提升礦井管理效能和智能化管理水平，從而提升安全生產(chǎn)水平和效率效益，達(dá)到安全、高效、現(xiàn)代化礦井的目標(biāo)。

以全礦井智能化平臺(tái)為頂層設(shè)計(jì)，分專(zhuān)業(yè)對(duì)綜采智能化、巷道智能快速掘進(jìn)、原煤運(yùn)輸、供電、排水、通風(fēng)、壓風(fēng)等各子系統(tǒng)進(jìn)行改造及智能化建設(shè)，分別實(shí)現(xiàn)智能化控制及協(xié)同運(yùn)行。

高家梁煤礦制訂了《鄂爾多斯市昊華精煤有限責(zé)任公司高家梁煤礦智慧煤礦建設(shè)方案》，計(jì)劃2021年底完成2套智能化綜采工作面建設(shè)，2022年底完成主運(yùn)輸、供電、主通風(fēng)及2個(gè)智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)，實(shí)現(xiàn)采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等主要系統(tǒng)的智能化建設(shè)，預(yù)計(jì)在2025年底各生產(chǎn)系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)智能化，實(shí)現(xiàn)開(kāi)拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化系統(tǒng)控制，井下重點(diǎn)崗位實(shí)現(xiàn)有人巡視、無(wú)人值守作業(yè)。

（二）智能化綜采工作面建設(shè)

1.建設(shè)進(jìn)展

高家梁煤礦首套智能綜采工作面建設(shè)項(xiàng)目于2018年著手智能工作面建設(shè)前期準(zhǔn)備工作。為保證其技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性，2019年礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及職能科室外出調(diào)研6次。組織相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)家到礦進(jìn)行智能化工作面建設(shè)研討10余次，確定了工作面設(shè)備布置方案，并進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)。2019年5月- 12月，完成工作面全部設(shè)備招標(biāo)采購(gòu)工作。2020年2月26日工作面設(shè)備開(kāi)始安裝，至4月18日先后完成了設(shè)備聯(lián)合啟動(dòng)、一鍵啟停、遠(yuǎn)程控制、記憶截割、通訊傳輸?shù)戎饕δ埽M(jìn)入正式生產(chǎn)階段。目前該套系統(tǒng)和設(shè)備經(jīng)過(guò)兩次搬家倒面，在40103工作面投入使用。

第二套智能化綜采工作面主要設(shè)備是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行智能化改造，2020年6- 7月份陸續(xù)對(duì)采煤機(jī)、液壓支架、智能化控制系統(tǒng)等主要設(shè)備進(jìn)行改造和采購(gòu)，2021年1月安裝于30201工作面。目前該工作面搬家至30104工作面。

2.智能化控制系統(tǒng)組成

智能化綜采工作面控制系統(tǒng)由9個(gè)子系統(tǒng)組成（如表1所示）：

智能化控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)工作面高速以太環(huán)網(wǎng)將采煤機(jī)控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)等有機(jī)融合，輔以工作面煤壁和液壓支架高清視頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜合機(jī)械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制，實(shí)現(xiàn)了工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)跟機(jī)自動(dòng)化與遠(yuǎn)程人工干預(yù)控制相結(jié)合的自動(dòng)化采煤工作模式。

該系統(tǒng)可以在順槽或地面調(diào)度中心對(duì)采煤機(jī)工況和液壓支架工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程集中控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控工作面綜采設(shè)備運(yùn)行工況和煤壁及頂板的空間狀況。當(dāng)設(shè)備異?；蚬ぷ髅婵臻g形態(tài)異常時(shí)，可以在指揮控制中心通過(guò)遠(yuǎn)程人工干預(yù)手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。

3.智能化綜采工作面主要功能

（1）采煤機(jī)記憶截割功能

采用智能決策記憶割煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)化割煤過(guò)程。通過(guò)讀取采煤機(jī)機(jī)身傳感器的高度、速度、當(dāng)前位置等數(shù)據(jù)在控制程序數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行記憶，實(shí)現(xiàn)對(duì)“示范刀”和歷史割煤數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)記憶截割。

（2）液壓支架全工作面跟機(jī)自動(dòng)化功能

在液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全工作面跟機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，將電液控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與液壓支架視頻相結(jié)合，通過(guò)集控操作中心和地面調(diào)度中心的操作臺(tái)對(duì)液壓支架進(jìn)行人工干預(yù)，以滿(mǎn)足復(fù)雜環(huán)境下液壓支架的自動(dòng)化控制。通過(guò)液壓支架電液控制系統(tǒng)及各種傳感器實(shí)現(xiàn)中部及兩端頭自動(dòng)跟機(jī)移架、推溜、收打護(hù)幫、自動(dòng)噴霧等功能。

（3）綜采自動(dòng)化遠(yuǎn)程集中控制功能

將綜采工作面主要設(shè)備，包括采煤機(jī)、液壓支架、運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供液系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在井下集控中心和地面調(diào)度中心的遠(yuǎn)程集中控制，并實(shí)現(xiàn)“一鍵啟?！焙汀绊樞騿⑼！惫δ?。

在遠(yuǎn)程操作臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行方向、速度、滾筒轉(zhuǎn)速和搖臂高度的控制功能；實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)支架或成組支架實(shí)現(xiàn)鎖定、解鎖、執(zhí)行動(dòng)作等功能；實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)單獨(dú)啟停功能。

（4）乳化液系統(tǒng)保障功能

通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)，將自動(dòng)配液、高壓過(guò)濾系統(tǒng)統(tǒng)一集成，形成智能化集成供液控制系統(tǒng)，具備乳化液自動(dòng)配比，箱體液位自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)補(bǔ)液，壓力、流量智能調(diào)控等功能。

（5）列車(chē)自移功能

礦用電控液壓移動(dòng)列車(chē)組以液壓為動(dòng)力，自帶軌道，高度集成列車(chē)自移、行走調(diào)偏、管纜隨動(dòng)、防掉道等功能，實(shí)現(xiàn)錨固拉移裝置帶動(dòng)整個(gè)移動(dòng)列車(chē)組的邁步式前移。邁步移動(dòng)列車(chē)組的使用，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)圓班移動(dòng)一次設(shè)備列車(chē)，同時(shí)降低材料的投入和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高安全管理水平和工作效率。

（6）超前支架支護(hù)

順槽超前支架技術(shù)，徹底改變了以往使用單體液壓支柱時(shí)，支護(hù)強(qiáng)度低、勞動(dòng)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，通過(guò)電液控系統(tǒng)，遙控器遠(yuǎn)程操作，省時(shí)省力，安全可靠。

（7）工作面視頻監(jiān)控功能

視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞酵瓿蓪?duì)工作面采煤機(jī)、液壓支架及采場(chǎng)狀況的視頻監(jiān)控，實(shí)時(shí)為遠(yuǎn)程操作員建立身處現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景的信息，確保遠(yuǎn)程操作的安全。通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳送工作面圖像，操作人員根據(jù)煤層變化情況、滾筒截割情況、支架狀態(tài)等信息，必要時(shí)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。

（8）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能

順槽集控中心和地面調(diào)度中心的上位機(jī)界面上，能夠?qū)崟r(shí)顯示出系統(tǒng)連接狀態(tài)、采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、支架狀態(tài)、三機(jī)和乳化液保障系統(tǒng)工作狀態(tài)。

（9）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能包括采煤機(jī)軌跡分析、工作面壓力分布分析和支架單架壓力分析功能。分析采煤機(jī)軌跡可以對(duì)比分析采煤機(jī)的工作狀態(tài)和工作效率，工作面壓力分布圖可以給煤礦安全生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，支架單架壓力分析可以統(tǒng)計(jì)單個(gè)支架在不同時(shí)間段的壓力分布，幫助設(shè)備維護(hù)人員了解支架工作狀態(tài)。

（10）WEB發(fā)布功能

工作面的各種綜采設(shè)備數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)阶詣?dòng)化控制軟件，然后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。WEB系統(tǒng)由WEB底層平臺(tái)作為構(gòu)建基礎(chǔ)，包括WEB應(yīng)用程序核心框架和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析中心，并在WEB應(yīng)用程序核心框架和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析之上建立“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”和“開(kāi)發(fā)API系統(tǒng)”。WEB系統(tǒng)在網(wǎng)頁(yè)前端實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制系統(tǒng)界面的功能和移動(dòng)端訪(fǎng)問(wèn)接口。

（11）移動(dòng)終端App

移動(dòng)App包括電控監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析等功能。移動(dòng)App將傳統(tǒng)自動(dòng)化軟件所具有的功能全部按照1∶1的模式移植到App中，使用戶(hù)能夠在手機(jī)上隨時(shí)隨地觀(guān)察整個(gè)礦采過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)做出不同的指令，縮短了指令下達(dá)的時(shí)間，逐步向扁平化采煤靠近。

（三）構(gòu)建智能化主運(yùn)輸系統(tǒng)

1.礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)概況

主運(yùn)輸系統(tǒng)主要由7條帶式輸送機(jī)構(gòu)成，除主斜井及101棧橋皮帶機(jī)外，其余設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)永磁變頻驅(qū)動(dòng)。帶式輸送機(jī)配備輸送帶綜合保護(hù)器，具有跑偏、打滑、溫度、拉線(xiàn)急停、煙霧、超溫灑水、堆煤、防撕裂等保護(hù)功能，綜合保護(hù)功能齊全。（主要參數(shù)如表2所示）

2.建設(shè)進(jìn)展

主運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造項(xiàng)目于2019年開(kāi)始著手前期準(zhǔn)備工作，為保證項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性，2020年組織相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)商技術(shù)專(zhuān)家到礦進(jìn)行主運(yùn)輸智能化交流研討，當(dāng)年年底項(xiàng)目招投標(biāo)結(jié)束；2021年4月份開(kāi)始主運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造，于6月份設(shè)備安裝完畢，系統(tǒng)投入運(yùn)行。

3.智能化主運(yùn)輸系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)功能

在主運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造項(xiàng)目中，配套建設(shè)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)智能綜合一體化平臺(tái)，包含主通風(fēng)、壓風(fēng)、主運(yùn)輸、主排水、供電、輔助運(yùn)輸?shù)茸酉到y(tǒng)的接入，包含硬件設(shè)備和軟件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的集中、智能、一體化管控。在集控室顯示主通風(fēng)、壓風(fēng)、主運(yùn)輸、主排水、供電、輔助運(yùn)輸?shù)茸酉到y(tǒng)的界面，遠(yuǎn)程監(jiān)控各系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，操作各系統(tǒng)設(shè)備的啟停?？蓪?duì)平臺(tái)下全部子系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，故障診斷報(bào)警。對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)和分析，可生成生產(chǎn)分析曲線(xiàn)。

主運(yùn)輸智能化系統(tǒng)包含主運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)、主煤流調(diào)速子系統(tǒng)、語(yǔ)音對(duì)講子系統(tǒng)、故障診斷子系統(tǒng)、異物識(shí)別子系統(tǒng)、視頻子系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)電控設(shè)備遠(yuǎn)控及電量統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)組成。將煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)劃分為若干個(gè)獨(dú)立的煤流線(xiàn)，各個(gè)煤流線(xiàn)相對(duì)獨(dú)立，互不干涉，研究各個(gè)煤流線(xiàn)的高效運(yùn)行啟停策略，確定煤流線(xiàn)的各帶式輸送機(jī)的啟停策略。實(shí)現(xiàn)了主運(yùn)輸系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制，一鍵式順煤流啟動(dòng)、膠帶機(jī)多段式變頻智能調(diào)速，膠帶異物識(shí)別，電機(jī)、滾筒設(shè)備溫度振動(dòng)在線(xiàn)診斷等功能，確保各帶式輸送機(jī)高效運(yùn)行。

（四）構(gòu)建智能化主通風(fēng)系統(tǒng)

1.礦井主通風(fēng)系統(tǒng)概況

高家梁煤礦回風(fēng)立井和回風(fēng)斜井均采用軸流對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)，回風(fēng)立井電機(jī)功率2×630kW，回風(fēng)斜井電機(jī)功率2×160kW。風(fēng)道地面主通風(fēng)斷面約為4.3m×4.3m，風(fēng)道原有兩道閘板風(fēng)門(mén)，由風(fēng)門(mén)絞車(chē)通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)。閘板風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)速度較慢。由于風(fēng)門(mén)不能帶載開(kāi)閉，風(fēng)門(mén)開(kāi)閉都需要停止風(fēng)機(jī)。實(shí)際使用中原風(fēng)門(mén)密封效果較差，漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致負(fù)壓下降較大。風(fēng)道頂部各有一個(gè)水平測(cè)試蓋板，通風(fēng)斷面3.5m×3.5m，性能測(cè)試時(shí)采用風(fēng)門(mén)絞車(chē)啟閉測(cè)試蓋板。

本次項(xiàng)目主要是在現(xiàn)有主通風(fēng)機(jī)上增加不停風(fēng)倒機(jī)百葉窗風(fēng)門(mén)，并對(duì)主通風(fēng)機(jī)在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行更新，具有礦井主通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)自動(dòng)倒機(jī)、“一鍵式”操作倒機(jī)和自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行通風(fēng)機(jī)故障的自動(dòng)倒機(jī)功能。通過(guò)檢測(cè)及控制系統(tǒng)，邏輯控制快速開(kāi)啟或閉合自密型新式風(fēng)門(mén)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的快速切換，使倒機(jī)過(guò)程中對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的影響由傳統(tǒng)方式下的“系統(tǒng)停風(fēng)”縮短為“風(fēng)量波動(dòng)”。

2.建設(shè)進(jìn)展

主通風(fēng)系統(tǒng)智能化改造項(xiàng)目于2019年開(kāi)始著手前期準(zhǔn)備工作，為保證項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性，2020年6月份，高家梁煤礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及職能科室外出調(diào)研3次，組織相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)商技術(shù)專(zhuān)家到礦進(jìn)行主通風(fēng)智能化交流研討10余次，并對(duì)周邊4個(gè)大型現(xiàn)代化礦井主通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，最終確定了主通風(fēng)系統(tǒng)智能化改造實(shí)施方案。2020年12月份，項(xiàng)目招投標(biāo)結(jié)束，并最終于2021年4月份設(shè)備安裝完畢，系統(tǒng)投入運(yùn)行。

3.智能化主通風(fēng)系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)功能

礦井主通風(fēng)機(jī)智能化改造系統(tǒng)由不停風(fēng)倒機(jī)監(jiān)控及控制系統(tǒng)和不停風(fēng)倒機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)兩大部分組成。

（1）不停風(fēng)倒機(jī)監(jiān)控及控制系統(tǒng)

不停風(fēng)倒機(jī)監(jiān)控及控制系統(tǒng)中以西門(mén)子高端PLC及工控機(jī)為核心，內(nèi)裝有為不停風(fēng)倒機(jī)而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的風(fēng)機(jī)故障專(zhuān)家系統(tǒng)及熱備用倒機(jī)軟件程序，此外還配備傳感（變送）器、信號(hào)測(cè)取裝置、通訊裝置、輸出及顯示裝置等等。當(dāng)通風(fēng)硬件設(shè)備（主要是主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備）發(fā)生故障不能正常運(yùn)行時(shí)，為了不影響礦井通風(fēng)工作的正常進(jìn)行，需要通過(guò)主通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)自動(dòng)倒機(jī)系統(tǒng)直接倒換主通風(fēng)機(jī)，倒機(jī)過(guò)程中將確保向井下不間斷地供風(fēng)，待倒機(jī)工作結(jié)束、設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)后再對(duì)相應(yīng)設(shè)備或電源電路進(jìn)行故障檢查和排除工作。

（2）不停風(fēng)倒機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)

不停風(fēng)倒機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)主要由多個(gè)功能風(fēng)門(mén)和執(zhí)行動(dòng)力單元組成，即對(duì)空短路風(fēng)門(mén)和立式掛網(wǎng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，為了方便檢修，在立式調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)前靠近風(fēng)井的一側(cè)還可加上一道常開(kāi)備用風(fēng)門(mén)，自密式旋葉風(fēng)門(mén)動(dòng)力由電動(dòng)執(zhí)行器提供（立式旋葉風(fēng)門(mén)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)），可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、就地及手動(dòng)控制，帶全開(kāi)全關(guān)限位開(kāi)關(guān)，并帶有自密式旋葉風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)位置顯示；帶機(jī)械限位擋塊；帶力矩過(guò)載和電流保護(hù)裝置等，風(fēng)門(mén)開(kāi)閉靈活、快速、準(zhǔn)確、可靠，使用方便，開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間小于40s，風(fēng)門(mén)葉片可調(diào)至任意角度，方便風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試。

（3）系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程一鍵式啟停、一鍵式不停風(fēng)倒機(jī)、故障自動(dòng)倒機(jī)功能。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的電壓、電流、振動(dòng)、風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度等實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

（五）構(gòu)建智能化供電系統(tǒng)

1.智能化供電系統(tǒng)概述

工業(yè)場(chǎng)地建有一座35kV變電站，位于礦井負(fù)荷中心，承擔(dān)礦井地面、井下全部負(fù)荷的供電，其中35kV主變壓器采用室外布置，其余供配電設(shè)施為室內(nèi)布置。該變電站35kV配電室安裝12臺(tái)KYN58A- 40.5型35kV開(kāi)關(guān)柜，10kV配電室安裝28臺(tái) KYN28A- 12型10kV高壓開(kāi)關(guān)柜，變電站采用微機(jī)綜合自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電所保護(hù)、控制、監(jiān)視、監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。

距工業(yè)場(chǎng)地約2km全和常村附近建有35kV箱式變電站，采用兩回路35kV供電電源，兩回路供電電源分別引自工業(yè)場(chǎng)地35kV變電站35kV側(cè)不同母線(xiàn)段，該變電站35kV系統(tǒng)安裝12臺(tái)KYN61A- 40.5型35kV開(kāi)關(guān)柜，該變電站10kV系統(tǒng)安裝18臺(tái)XGN-12型、8臺(tái)KYN28A- 12型10kV高壓開(kāi)關(guān)柜，共引出10回饋出。采用微機(jī)綜合自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電所保護(hù)、控制、監(jiān)視、監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。

2.建設(shè)進(jìn)展

供電系統(tǒng)智能化改造項(xiàng)目于2019年開(kāi)始著手前期準(zhǔn)備工作，為保證項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性，2020年6月份，高家梁煤礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及職能科室外出調(diào)研3次，組織相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)商技術(shù)專(zhuān)家到礦進(jìn)行供電系統(tǒng)智能化交流研討4次，并對(duì)周邊2個(gè)大型現(xiàn)代化礦井供電系統(tǒng)智能化建設(shè)情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，最終確定了供電系統(tǒng)智能化改造實(shí)施方案。2020年12月份，項(xiàng)目招投標(biāo)結(jié)束，并最終于2021年6月初設(shè)備安裝完畢，系統(tǒng)投入運(yùn)行。

3.智能化供電系統(tǒng)組成及實(shí)現(xiàn)功能

本次供電系統(tǒng)智能化改造范圍主要包括：35kV氣體絕緣柜，10kV智能化開(kāi)關(guān)柜，配套計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，10kV低頻低壓減載裝置，10kV單相接地故障處理系統(tǒng)，10kV電纜故障預(yù)警測(cè)距系統(tǒng)，一體化電源系統(tǒng)幾部分。

供電系統(tǒng)智能化系統(tǒng)以安全穩(wěn)定供電以及智慧化運(yùn)行管理為目標(biāo)，提供智能配電設(shè)備及智能配電一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)昊華35kV變電站開(kāi)關(guān)柜斷路器及接地刀閘遠(yuǎn)程電動(dòng)操作和視頻監(jiān)控，一鍵順控，電子掛牌，開(kāi)關(guān)柜資產(chǎn)健康管理、高壓開(kāi)關(guān)故障診斷等數(shù)字化運(yùn)行管理，實(shí)時(shí)報(bào)警，主動(dòng)預(yù)測(cè)式維護(hù)，最終將35kV變電站打造為智能化變電站，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

四、實(shí)施效果

（一）綜采工作面全部實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采

通過(guò)智能化綜采工作面建設(shè)，高家梁煤礦兩個(gè)綜采工作面全部實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采，現(xiàn)工作面液壓支架自動(dòng)跟機(jī)率達(dá)85%以上，采煤機(jī)記憶截割率達(dá)80%以上。減少高風(fēng)險(xiǎn)人員的暴露頻次，降低特種作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)；完善了設(shè)備自診斷和綜合保護(hù)能力，提高了設(shè)備自身安全保障能力；設(shè)備突發(fā)故障能夠及時(shí)報(bào)警、故障停機(jī)干預(yù)。生產(chǎn)期間單班減少5人，增產(chǎn)1000噸。

（二）實(shí)現(xiàn)主運(yùn)輸設(shè)備節(jié)能降耗

通過(guò)負(fù)載智能調(diào)速及順煤流啟動(dòng)功能，降低設(shè)備空載運(yùn)行損耗，真正做到主運(yùn)輸設(shè)備的節(jié)能降耗。通過(guò)AI異物識(shí)別，降低異物損傷主運(yùn)輸皮帶的風(fēng)險(xiǎn)；系統(tǒng)能夠自診斷，及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警、停機(jī)干預(yù)，降低設(shè)備帶病運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高了主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行保障能力。系統(tǒng)投入使用以來(lái)主運(yùn)輸三個(gè)崗點(diǎn)已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，減少崗點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)人員9人。

（三）有效保障礦井通風(fēng)安全

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程倒扇操作，減少倒扇的操作環(huán)節(jié)，提高了切換效率，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度；增加設(shè)備故障自動(dòng)倒機(jī)功能，提高了主通風(fēng)系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)能力，有效保障了礦井通風(fēng)安全。開(kāi)發(fā)應(yīng)用了不停風(fēng)倒機(jī)功能，降低了倒機(jī)時(shí)對(duì)井下通風(fēng)影響，提高通風(fēng)系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房無(wú)人值守。

（四）降低供電系統(tǒng)帶病運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

完善了五防設(shè)施，降低人員誤操作風(fēng)險(xiǎn)；設(shè)備具備遠(yuǎn)程操控功能，減少了作業(yè)人員的風(fēng)險(xiǎn)暴露頻次；系統(tǒng)能夠快速故障選線(xiàn)、故障診斷，環(huán)境監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備故障預(yù)警、報(bào)警和防越級(jí)保護(hù)，降低設(shè)備和供電系統(tǒng)帶病運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高了運(yùn)行保障能力。目前，昊華35kV變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，減少值班人員8人。

編輯/王盈 統(tǒng)籌/李蘇