智能化管理的综合自动化和数字化矿山

唐志章，李强，刘劲松，贾冠军

(山西石泉煤业有限责任公司，山西 襄垣 046200)

智能化管理的综合自动化和数字化矿山

唐志章，李强，刘劲松，贾冠军

(山西石泉煤业有限责任公司，山西 襄垣 046200)

综合自动化、数字化矿山是矿山技术发展的根本方向。目前全国都在积极推动矿山技术的智能化管理。一方面，为众多的设备制造厂商指明了技术进步和产品转型的的方向和时机；另一方面，也为矿山技术发展指明了方向。着重阐述了石泉煤业数字化矿山建设的过程。实现了“地面调度统一指挥、调度室集中控制、现场专人巡查”的控制管理模式的智能化管理方向。

自动化；数字化矿山；智能化管理

0 引言

随着矿井的不断发展和智能化、数字化科技的持续完善，大量高科技含量产品已延伸至煤矿采掘行业。山西石泉煤业有限责任公司在系统内率先提出“智慧矿山”思路，依托科技力量提升矿井可持续发展能力，以自动化为可持续发展目标，通过对生产设备、远程输送子系统的集中控制，从而达到对整个煤矿工程的一体化管理。这样在地面就可以实时对矿井上下生产设备进行监控并记录数据。不仅减少了井下作业人数，而且极大地提高了煤矿施工的安全水平及生产效率。不仅能随时掌握单个设备的独立运行状态，也能够控制和协调指挥各设备的系统开启，实现了“地面调度统一指挥、调度室集中控制、现场专人巡查”的控制管理模式。

1 系统目标及范围

系统的目标是实现基于振动与视频为主的远程无人值守系统。

系统采用当今国际、国内先进的监控监测及视频技术，具有有效的运行状态监控及重大危害要素监控能力，达到“预测、预报、预警”的目的。有效集成子系统，实现综合监控数据的真正融合。

项目建设的子系统在提供运行工况监测与远程无人值守监测、提供系统运行状态及参数的统计查询、定期生成报表等功能的基础上，提供系统内部状态的自诊断与故障预警机制，实现设备远程可靠性控制保护，保证系统的先进性、安全性、可靠性。

6大子系统建设主要包括控制子系统、远程调度中心、千兆网络子系统、无人值守监控子系统(本地)、机器人巡检子系统与远程监控中心。

2 关键手段

(1)系统关键手段是可编程逻辑控制器(PLC)+监控站点。系统主要由控制中心PLC核心控制柜、传输网络和就地控制箱等组成。

(2)应用关键手段是控制中心，控制中心设置在集控室。通过工作站和工业电视对地面生产设备和设施进行集中控制和监视。

(3)技术关键手段是现场总线+光纤传输。利用网络结构中DP网络作为地面生产集中控制系统的底层网络，实现生产系统设备的实时控制及信号采集，实现远程集中控制。

3 研究方法和技术路线

(1)实现部分单个环节自动化、单机自动化，包括主运输系统自动化、水泵房自动化、矿灯房无人值守系统等。

(2)实现全矿井自动化，包括井上下变电所电力监控系统、矿车定位追踪系统、压风机、瓦斯泵站、主通风机、综采工作面智能化、电量计量节能系统、矿井不停风自动切换风机等，依托数字化的调度指挥工业系统，6大子系统全部形成的数字化矿山建设，各数字化子系统的建成使用，可完成矿相关信息的精确实时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化操作和智能化服务，如图1所示。

(3)与生产调度、安全生产监控、经营管理形成有机整体。针对矿井建成的瓦斯监测监控、工业视频监控、工业以太网、人员定位系统等十几个自动化监测监控系统进行集成整合，借助先进的网络技术、通信技术和软件技术，采用分层分布式架构，在调度中心形成一个整体化的平台，消除信息“孤岛”，实现对生产作业场所数据点的采集和监视及各自动化监测监控子系统的数据共享、业务集成和智能联动。

图1 压风机、瓦斯泵站、主通风机无人值守监控设计总体规划

4 数字化带来的效益

4.1 减员提效带来的经济效益

以中央泵房3台450 kW电机计算，正常情况下每一个圆班需要开泵10 h以上，以电价1元/(kW·h)计算，10 h需要花费4 500元，安装该系统后在零点班进行排水，正常抽水时间需要6 h，以电价0.95元/(kW·h)计算每个圆班需要花费2 565元，比原来减少1 935元。一个月节约电费58 050元，年节约电费在70万元左右(2个泵房共计节约电费140万元)。

其他主运输、水泵房、压风机、瓦斯泵站、3个井上下变电所、主通风机等自动化实现后，每班只需1人进行巡视，由原来的一个圆班需7个人，到现在只需电钳工兼职巡查，每年可减少职工工资支出：6人×3 700(元/人/月)×12月=26.6万元。全部8个场所自动化实现每年可节约212.8万元。

综采工作面自动化后使工作面作业人员降到9人以下，从而减小成本损耗，每年可节约：60人×6 000(元/人/月)×12月=432万元。

4.2 设备指标效率(OEE)提升

实现了自动化控制与生产管理系统数据共享，调度室远程操作，为计算设备效率提供准确数据，通过主运输系统自动化的投运，使我矿的开机率得到了提升，2016年石泉煤业原煤按照100万t计算，原煤单价500元，设备提升率为7%，年增加效益3 500万元。电量计量节能系统可以使井下各地点的电量进行合理调配，提高开机率，提升OEE，如图2所示。

图2 2016年8～12月份石泉煤业矿井OEE对比

4.3 安全效益及科技示范作用

实现智能化后，减少了事故造成的人员、设备损失 ，一方面可以及时、快速、准确地发现发生的事故，并采取应对措施；另一方面还可以在事故发生之前及时发出预警信息，保证井上下设备人员及时撤离。机器人巡视和综采工作面自动化可以减少人员的投入，提高安全性。

先进的自动化、智能化技术和设备在煤矿的应用与推广已成为一种趋势，智能化管理系统在我矿的应用，更符合石泉煤业的发展需求，满足了石泉煤业“多上设备少、上人员”新的办矿理念。

5 结束语

智能化系统以系统安全、可靠、先进为原则，实现在安全生产指挥调度中心与矿井监控系统联网，便于集中控制，形成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个矿井各系统的控制、监测，可提高生产效率、降低事故率，减少故障处理时间，减少现场操作人员，提高经济效益，起到科技示范作用。

(本文责编：齐琳)

唐志章(1973—)，男，河南鹤壁人，工程师，从事煤矿机电运输管理方面的工作(E-mail:260471780@qq.com)。

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1674-1951(2017)11-0075-02

2017-09-11；

2017-10-18