基于智能化矿山的煤矿机电设备安全技术管理措施研究

霍建良

（冀中能源九龙矿，河北 邯郸 056500）

煤炭利用在我国的国民经济发展过程中发挥着重要的作用，作为主要能源之一的地位是不能被替代的。改革开放以来，我国的煤矿企业保持着持续进步的发展趋势，尤其是进入21 世纪，更是朝着机械自动化、智能信息化的方向飞速发展，煤炭开采和加工利用效率越来越高，工作质量不断提升，这对煤矿机电设备安全技术管理提出了全新要求。在现代智能化矿山怎样实现煤矿机电设备有效安全管理和科学高效目标是一个非常复杂的课题。管理人员、技术人员、运行维护人员只有对智能化矿山设备进行综合全面掌握，才能避免管理上、技术上、操作上出现问题，才能保证智能化矿山机电设备安全高效地运转。

1 智能化矿山机电设备安全技术管理的重要意义

1.1 能够促进智能化矿山健康发展

加强智能化矿山煤矿机电设备安全技术管理可以促进煤矿企业的安全健康发展，对矿井安全生产具有十分积极的促进作用。随着新技术的不断发展，煤矿生产设备也不断地推陈出新，许多先进的生产设备应用于矿山井下，智能化矿山必须建立完善的机电设备安全技术管理体系，科学合理安全地使用设备，能够促进矿山的健康安全发展。

1.2 有利于智能化矿山提高生产效率

随着技术不断进步创新发展，煤矿生产方式和管理模式正朝着机械自动化、智能信息化方向飞速发展，煤矿企业开采效率大大提升，使机电设备做到安全高效的运行，在智能化煤矿作业过程中，机电设备的安全高效运行占据了主导地位，对安全技术管理提出了挑战，如果在作业过程中出现故障影响了机电设备安全运转势必对矿山企业造成损失，因此有利于智能化矿山提高生产效率。

2 矿井运输智能调度指挥系统

2.1 “运输智能调度指挥”系统实施背景

九龙矿原有的轨道运输调度系统是采用泄漏通讯的方式来达到轨道运输指挥调度的目的，该通讯方式信号易受干扰，通话噪音大、不稳定、系统维护困难、无拓展能力。随着煤炭企业智能信息化水平的发展，迫切需要包括移动电话、视频、语音、高速数据等多媒体并发通信手段，尤其是专网通讯系统宽带化、多媒体化的需求越来越强烈。4G 无线通信技术具有高带宽、灵活移动性、全IP 化、成熟稳定可靠等优势，非常适于作为智能矿山的基础无线网络平台，是实现智能化调度指挥解决之道。

2.2 “运输智能调度指挥”系统创建内容

地面核心系统的建设：井上4G 网络系统机柜安放在九龙矿通信中心机房内，机柜中配备1 台4G 核心网EPC、1 台可视化多媒体调度服务器、1 台核心交换机、1 台E1 网关和1 台NVR 视频服务器。为实现4G 系统与矿万兆环网连接以及4G 网络无线传输和数据系统分析奠定了基础；地面运输指挥调度台的建设：地面运输指挥调度台建设在运输区值班室，配备1 台运输调度PC和1 台监控大屏。可实时掌握井下本安4G 智能手机的注册情况及通话状态，有优先呼叫和紧急呼叫权，可组织召开视频会议，可监控车辆实时画面和区域性位置，实现对矿井无线通信系统用户的统一调度；井下基础设备的建设：井下轨道运输大巷、主斜坡及采掘工作面共安装了75 台4G 基站及配套电源装置，铺设光缆线2 万余米，4G 基站直线信号传输距离为300m，实现了井下运输巷道4G 通讯信号全覆盖；机车智能化改造建设：每台机车上安装前后2 台摄像头、2 台本安型PAD、2 台直流电源及1 部信号转换器。实现了机车行驶视频采集、存储和上传至地面调度台等功能，并且通过摄像头AI智能系统可识别车辆前方人员误入及障碍物，发出声光报警；运输关键线路监控系统的建设：九龙矿运输大巷分南北翼两条线路，进出车辆必然会通过南北翼交互卡口，在此各安装1 台视频监控，实时画面可上传至地面运输指挥中心，并且通过地面NVR 视频服务器，可自动计算各类型车辆所挂车厢计数，实现辅助精细化生产运输管理；通信手机配备：九龙矿智能运输调度平台的用户最大容量可达到500 人，根据生产需要共发放200 部智能手机，实现了地面、井下生产指挥通讯全覆盖；拓展功能的建设：4G 网络建成后，通过与“安全生产标准化评分”系统的互联互通，实现4G 手机用户可进入该评分系统进行打分，达到了“一机多用”的效果。

2.3 “运输智能调度指挥”系统的效益分析

生产效益分析：项目实施后，使得井上井下人员通信不仅听的清而且看得见，既提高了通讯质量，又摆脱了传统线缆通讯的束缚，丰富了通讯手段，全面提高了运输调度效率。同时通过工作面4G 基站的安装，为实现智能化矿井移动物联网打下良好的网络基础；安全效益分析：项目实施后有效的防止了机车在运输线路上发生碰撞事故，同时也解决了生产中运输车辆定位不准确、不全面而带来的安全问题，杜绝了机车运行对顶、追尾，从而避免车辆设备损坏及人员损害，为矿井创造了一个安全的生产环境，有着巨大的安全效益；经济效益分析：项目实施后，井下调度站实现无人值守由地面值班人员通过智能指挥调度系统完成运输生产任务，做到了减人提效。同时，可准确掌握所有机车位置信息，利用智能指挥调度业务功能，能科学合理调度车辆运行，使车辆就近完成运输任务，有效减少车辆无效运输，提高运输效率约30%。

2.4 智能化矿山机电设备安全技术管理存在的问题

（1）煤矿井下机电队伍整体素质需要提升。煤矿工作是一个高风险特殊工种行业，工作环境一般在上百米深的地下活动受限空间：封闭狭窄、光线不足、黑暗潮湿，工作环境相对特殊，对员工吸引力不够，就出现了煤矿企业招工难、素质低局面。但是，智能化矿山企业对新设备和新技术的引进是现代化科技进步形势要求，没有相适应素质的管理、技术、运行和维护人员，就造成了不匹配的局面出现。

（2）管理制度不够健全，员工培训力度不够。在煤炭企业实际操作中，有些矿井安全意识差，重视程度低，更有甚者，管理人员组织协调能力差，考核不严，导致机电管理制度不能落实。对员工的培训也是走过场，导致员工的理论知识水平和操作熟练成度达不到要求、责任心不强。

（3）机电设备综合管理力度不够，没有达到设备健康全生命周期管理水平。煤矿机电设备综合管理是非常重要的，但是现实中往往差强人意，设备入井把关不严存在隐患、使用操作过程中档案管理不完善、设备一台一档履历不完整、没有及时补充，没有达到设备健康全生命周期管理水平。

2.5 基于智能化矿山的机电设备安全技术管理措施

（1）应用全生命周期健康智能化管理系统。机电设备全生命周期健康智能化管理包括多种内容，如机电设备运行数据的智能化采集、健康档案的建立、运行大数据分析等。这些内容都可以进行设备健康评估，根据健康评估结果提前干预维修，从而促进机电设备的正常运转。

（2）使用人工智能机器人技术进行机电设备管理。目前人工智能机器人技术已经广泛地应用到了生活的各个领域，在各个行业也都有所应用。煤矿行业使用人工智能机器人技术对机电设备进行管理可以显著节省人力提高效率。人工管理往往会因为人的惰性监管不到位而产生疏忽，智能机器人管理没有惰性，能够全面监管到设备的任何不良运转并能报警提醒工作人员，增加了管理的安全有效性。

（3）加强现场煤矿机电设备安全管理。煤矿企业必须积极配合国家安全管理上级部门做好检查工作，按照国家安全生产标准化管理体系相对应的完好评分标准、煤矿安全规程安全要求对机电设备进行维护和保养，使之符合安全使用要求，使得每台设备都能明确责任包机到人。管理、技术人员发挥管理、技术职能使机电设备能够得到有效的技术管理，发挥设备的最大效能。

3 中央泵房实现远程开泵减人提效

3.1 系统现状

九龙矿主排水系统卧泵建设在井底600 水平中央泵房内，共有4 台卧泵、5 趟排水管路，编号分别为1#、2#、3#、4#和钻孔管。运转司机在现场操作控制。系统实现远程开泵必要性：改造前，水泵在开启过程中需要2 名水泵司机协同完成，开泵程序比较复杂，而且需要人为观测真空表与压力表的数值来关闭射流阀和控制排水管路上的阀门，容易出现因操作不当而损害设备降低使用寿命。使用远程开泵也就是半自动模式后，因为系统完成了对水仓水位、出水口压力、进水口真空度、电机温度等数据的实时采集，这些数据传到地面监控机后，系统依据这些数据实现一键式开泵，不仅保证了开泵的安全性与稳定性，还节省了用工和时间效益显著。

3.2 系统改造

远程自动控制排水监控系统工作原理及工作方式：主排水系统通过水泵自动排水监控系统进行监测和控制，系统可有三种工作模式：全自动、半自动、就地手动。水泵自动排水监控系统主要由工控机、可编程控制器、控制柜、电源柜、温度、压力、液位变送器等，结构组成设计为上、下位机结构，工控机为上位机，可编程控制器PLC 为下位机。水泵启动开关的电量参数由上位机采集完成，再通过远程控制中心的千兆环网交换机以及扩展工业以太网模块传给PLC。

全自动运行时，系统的下位机PLC 实时采集水仓高、低水位变化状态，根据水仓水位情况，按照各台水泵的运行累积时间长短启动相应水泵的运行或停止。半自动运行时，工作人员按照水位情况选择启动水泵，只要工作人员点击相应需要启动水泵号的启动按键，系统就可自行完成水泵开启，水泵停止也一样。就地手动工作模式时，现场水泵司机根据水仓水位，就地通过控制柜操作手动控制水泵的启停。远程工作时，由授权值班工作人员通过上位计算机控制水泵的启动和停止；系统在正常运行过程中，不论何种工作方式，均可实现将现场技术参数、设备状态通过工业以太网传到远程控制中心。

远程开泵程序：监控室值班人员观测到水仓水位到达开泵水位后，做好开启1#(2#、3#、4#)水泵准备；监控室值班人员打开电脑监控主界面，点击左菜单栏的“参数设置”，确认中央泵房水泵参数设置准确无误。点击左菜单栏“监控界面”→“中央泵房”→“运行主界面”→选择1#(2#、3#、4#)水泵的运行界面→“开泵”；水泵开启后，监控室值班人员记录好水泵和电机的运行状态、参数变化与水位变化情况，机器人全时空巡检。

3.3 达到效果

实现远程控制后，不仅能提高泵房的开泵效率，同时也提高了开泵的安全性与稳定性，从而延长了相关设备的寿命。在人工方面，每班减少了一名运转司机，实现了减人提效的目的。

4 结语

煤炭企业机电设备安全是一个非常重要的课题：系统复杂、影响巨大，它的安全管理运行效率与煤矿经济效益有着紧密直接的联系，随着煤矿开采机械自动化、智能信息化水平的提高，更需要加强机电设备管理，提高智能化煤矿机电设备管理水平，以实现现代煤矿企业走新型煤矿智能化发展道路。