核桃峪煤矿综合自动化管控平台研究及应用

黄江回　邵常雄

摘 要：文章根据核桃峪煤矿实际情况，采用高可靠性、机电一体化采掘设备，并建立管理与控制一体化综合自动化系统，将核桃峪矿井建成一个自动化、信息化、安全、高产高效的现代化“管控一体化”矿井，是矿井建设的总体目标。综合自动化管控平台的建设将为保障煤矿安全生产、高产高效，配置了自动化技术水平较高的全矿生产过程综合自动化控制系统，建立现代化的、覆盖矿井各生产系统的实时调度监控网络，实现煤炭生产、采、掘、运的综合调度和生产过程自动化，换算成经济效益约合500万/年。

关键词：煤矿；自动化；管控平台

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0174-03

1 华亭煤业集团有限责任公司核桃峪煤矿基本情况

核桃峪井田位于甘肃省庆阳市正宁县西南部，行政区划属正宁县宫河、周家乡和宁县中村乡管辖。根据宁正矿区总体规划，井田范围由20个拐点坐标圈定，东西长约15 km，南北宽约12 km，面积183.19 km2。

井田东部为无煤带边界；南部为陕、甘省界；西部与本矿区新庄井田相邻，其中西南部为宁县、正宁县的县界（无日天沟沟口位置）；北部以探矿权边界为基础取直后与宁中勘查区相邻。本矿设计可采储量1 229.53 Mt，设计生产能力8.0 Mt/a，储量备用系数按1.4考虑，则矿井的服务年限为109.8 a。

2 项目的背景和必要性

2.1 项目背景

随着国家对煤矿安全的日益重视，“数字矿山、智能矿山”的概念越来越普及，其意义是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，以如何提升生产要素完全有效生产率为目标，以先进的检维修策略为载体，全员的行为全规范化为过程，以企业自动化、信息化建设为基础，在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，综合考虑了生产、设备、安全、管理、环境、资源和效益等各种因素，使信息化逐步由辅助生产经营管理，转变为推动和引领企业管理模式创新，优化企业资源配置，提高经营决策水平，保障安全、清洁、高效发展的主要推动力。其平台建设的核心思路就是“管理模式的转变、检维修模式的提升”。

2.2 项目必要性

2.2.1 国内技术发展现状

中国煤炭资源丰富，煤种齐全。资源总量为5.5万亿t，其中已查明的资源储量1万亿吨，排在俄罗斯（2.5万亿t）和美国（1.5万亿t）之后，居世界第三位。

而中国的煤炭产量居世界首位，煤矿数量多，超过世界上其他主要采煤国家的煤矿总数。

全国煤炭产量25亿t/a，其中大型煤矿的产量13.5亿t，比重54%，大型煤矿企业近600家；中型煤矿的产量4.5亿吨，比重18%，中型煤矿企业近900家；小型煤矿产量控制在7亿吨以内，比重占28%，数量控制在1万家。

2.2.2 国外技术发展现状

作为世界主要产煤大国之一，美国也曾经历过安全状况恶化、伤亡事故严重的年代。

煤矿安全专家估计，自从有煤矿以来，美国大约20万矿工被事故吞噬了生命。20世纪前30年，美国煤矿每年平均事故死亡2 000多人；进入20世纪90年代后，伤亡人数才迅速减少， 2 000年死亡40人。

从国际上公认的安全生产指标百万吨死亡率来看，美国的这一指标已下降到0.035左右。从总的历史趋势看，美国的煤矿安全状况在100多年中得到了大幅度的改善，死亡率甚至比渔业、农业、建筑业和零售业还要低。

3 项目实施方案

核桃峪煤矿综合自动化管控平台是一个集现代管理理念、现代化技术、资源和管理手段融合为一体，能够支撑核桃峪煤矿实现经营和管理战略发展目标，满足全矿范围内各个业务对口部门的多媒体信息采集、传输、存储和加工处理需要的企业综合数字化信息系统，使其网络、软件、数据、应用均能符合企业级标准与规范，体系结构符合国际标准或国家工业标准。

4 项目目标及执行计划

采用高可靠性、机电一体化采掘设备，并建立管理与控制一体化综合自动化系统，将矿井建成一个自动化、信息化、安全、高产高效的现代化“管控一体化”矿井，是矿井建设的总体目标。依据这一总体目标，矿井综合自动化建设内容包括：矿井主要生产系统、辅助生产系统自动化控制，矿井安全生产环境、人员分布、视频信息监测监控，调度通讯。

矿井自动化控制与信息通讯集成网络系统和管理信息系统；矿井综合管理业务系统和决策信息分析系统三个层次内容。

实现矿井安全生产远程集中监测监控、统一调度管理和高效、现代化的经营决策管理。

为保障煤矿安全、高效的生产，建设完善矿井综合自动化系统以实现全矿井的规范化、科学化的调度、指挥、管理。

5 项目经济效益及社会效益

5.1 经济效益分析

①此系统投入运行后，实现矿井安全生产的全过程、全要素管理，实现安全生产环节的数据共享分析，减少安全生产的中间环节，降低人力资源方面的投入，提高了矿井生产效率和现代化管理水平。有效的对系统设备的监测监控，能准确的掌握设备运行情况，并通过人员作业行为，提高设备的运行效率，有利于设备的维护，减少设备的资金投入。

②设备购置费用低：平台设备购置费用（含软件平台）为350万元，同类型的管理信息化平台购置费用在大概在800万元以上，本系统的购置费用为同类型产品的45%，可节约最少55%的投资。

③系统运行费用低：在建庄煤矿采用了综合自动化管控平台后，减少了各区队各类信息的统计人员1人，减少生产过程岗位工1人，人力资源的各类数据统计1人，全矿节省岗位工最少15人，按公司年均工资8.9万计算，每年可节约开支133万元，同时设备的不必要的损耗，减少设备运行故障的发生，并减少安全事故的发生，同事每年可节约设备运维费及备件费58万元；

使用人员作业行为系统之后，大大提高了区队对现场人员作业过程的管控，减少班中串岗、离岗等现象的发生，提高区队工作效率，并减少安全事故的发生。

④监控跟踪设备的开停情况以及设备运行情况、降低设备运行能耗、从而最大限度地帮助企业有效使用现有生产资源。

⑤提高生产安全性。通过大量使用工业控制设备与系统，可以减少人工差错与干预，依靠技术手段提高安全性。

⑥精细化管理，降低企业生产过程成本。通过各种信息技术的使用，减少人工需求，降低人员成本。另外，应用系统为管理者提供良好的工具，来改进和优化管理，降低成本消耗。

5.2 社会效益分析

①本项目投资大、科技含量高、产业带动力强的特点，有利于促进结构升级并形成新的优势。

②本项目产品使用先进的图形技术、数据采集技术、视频技术、完善的班组建设规范以及各种标准规范，有利于该技术在煤矿行业的发展。

③使用系统之后，从整体上提高了煤矿整体信息化水平，并为煤矿培养了一大批信息化专业人才，从事系统的运维工作，同比外包系统售后服务费近百万元。

④本项目使用国内外先进的管理理念，全面地设备故障分析方法，全新的设计思路来完成系统，完成后可以在行业内推广，推动我国煤矿信息化、数字化系统的发展。

⑤该项目完成后可以作为“智慧矿山”和“数字矿山”的重要组成部分。

6 项目预期成果

此系统投入运行后，实现矿井安全生产的全过程、全要素管理，实现安全生产环节的数据共享分析，减少安全生产的中间环节，降低人力资源方面的投入，提高了矿井生产效率和现代化管理水平。

有效的对系统设备的监测监控，能准确的掌握设备运行情况，并通过人员作业行为，提高设备的运行效率，有利于设备的维护，减少设备的资金投入。

7 结 语

本项目采用先进的数字化、自动化技术，目标是建成国内一流的，并且可以长时间领先的综合智能化、数字化应用管理平台，以煤炭企业的“人、机、物、环”为基础，PDCA模式为驱动，打破信息孤单，实现煤矿的安全生产，并依据企业管理理念，持续对系统进行改进，提高企业的安全生产管控效率，进而确保企业可持续发展。

7.1 实现矿井管理的职能化，为打造本质安全型矿井提 供信息保障

建立包括完整的地质信息、危险源信息和生产信息的矿山模型，以人员作业管理为基础，实现包括安全隐患的预先显现，根据各种监测监控系统和检查检测系统返回的动态数据，利用“煤矿综合自动化管控平台”系统提供模型库、方法库对生产过程的各种危险因素进行实时分析，对各种安全隐患进行超前预测预报，对不安全因素提前进行整改，同时对有危险性较大的区域进行重点监控，对无法避免的灾变可以快速启动相应的应急预案进行紧急救援，依据井下人员定位技术和地理信息系统技术，采用灰色理论和故障树模型等多种分析法，结合危险源（已知危险源和决策支持系统实时分析出的危险源）实现对人的不安全行为的预警，减少物的不安全行为造成的作业人员伤亡。

7.2 实现生产过程管理的精细化、智能化，为打造高产高 效矿井提供决策手段

在各个业务专业监测数据的基础上，利用数据仓库提供的完整信息和智能化分析工具，将现场的环境监测数据、设备动态监测数据、人员定位数据、视频监测数据等，通过工业以太网及无线通讯网进行全方位集成分析，实现数字化矿山的深层次管理。

7.3 高产高效、减员增效，实现企业经济效益的最大化

综合自动化管控平台的建设将为保障煤矿安全生产、高产高效，配置了自动化技术水平较高的全矿生产过程综合自动化控制系统，建立现代化的、覆盖矿井各生产系统的实时调度监控网络，实现煤炭生产、采、掘、运的综合调度和生产过程自动化，切实达到减员增效的目的，实现企业经济效益的最大化，换算成经济效益约合1000万/年。

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