地下矿山生产监控系统的开发和应用

冯景艳

（首钢矿业公司，河北迁安064404）

地下矿山生产监控系统的开发和应用

冯景艳

（首钢矿业公司，河北迁安064404）

地下矿山由于采用地下开采方式开采矿产资源，生产环境差，存在诸多不安全因素。杏山铁矿作为首钢矿业公司第一家地下矿山，建成了符合杏山铁矿实际的“十大自动化控制系统”和“六大安全系统”，同时，为了对生产过程中的数据信息进行实时动态的监控，开发了“地下矿山生产监控系统”，提高杏山铁矿对生产过程的管理和控制水平。

地下矿山；生产监控；开发；应用

随着浅部易采资源的开发利用，地下金属资源的开发逐步向纵深方向发展。地下开采面临着更广泛、更复杂的技术难题，如高温、提升、回采、充填、排水、通风、支护、环境保护等［1］，在管理方面更加突出安全、高效。杏山铁矿为中国第一个大型露天转地下开采的矿山，也是首钢矿业公司第一家地下矿山，年设计能力320万t矿石，2007年开始建设，2011年正式投产，并建立符合杏山铁矿实际的“十大自动化控制系统”和“六大安全系统”，成为“国内先进、国际一流”的地下数字矿山，同步，杏山铁矿的管理信息化也纳入到首钢矿业公司整体ERP、MES系统中。在此基础上，为了更好地利用自动化系统的数据信息，与已有信息化系统进行集成统一，建立更加有效、快捷的生产组织和生产控制平台，2012年，杏山铁矿提出建立地下矿山信息化建设规划方案，并首先开发完成了“地下矿山生产监控系统”。

“地下矿山生产监控系统”是一个集成自动化控制系统、计量系统、信息化管理系统，是对生产、设备、质量等生产过程进行实时、动态、统一、图形化的监控平台。系统根据杏山铁矿生产经营的需要，利用现代化信息技术，结合先进的管理理念，实现生产流程数据信息自动采集，实时监控生产过程的各项指标，生成各种生产数据及分析报表，实现矿山生产经营平稳、高效的目的。

1 系统设计

1.1 系统目标

面向业务的信息系统通常是对业务流程产生的数据信息进行记录，没有提供图形可视化的生产监控功能［2］，这对生产过程管理来说，效率很低，不够直观。对生产各要素状态实时的监控功能，能够使各级生产组织人员及时掌握生产动态，并为下一步的生产决策提供依据，对建立和完善、规范、有效、安全的地采生产秩序具有重要的现实意义。

系统需要实现以下目标：

1）全面覆盖：包括开拓、采矿、碎运、提升、井巷、动力等多个作业区域各生产环节，反映生产过程中各种动态数据。

2）无缝集成：与现有信息化系统、自动化系统、计量系统进行无缝集成。

3）实时刷新：及时反映现场生产状况，数据实现秒级异步刷新。

4）直观便捷：尽量以简洁明了的图形化方式，形象化地再现地下生产工艺流程，标示数据、颜色、提示等信息。

5）统计分析：对生产组织各环节数据进行分析、归纳、总结，进一步指导、指挥生产。

1.2 系统架构

系统整体架构如图1。基础层：主要是自动化控制系统、计量系统，为系统提供动态的、实时的数据信息。执行层：包括生产管理、设备管理、质量管理、能源管理等业务信息系统，提供业务流程产生的各种数据信息。表现层：各种查询、统计、分析、监控功能，更多的以图形化形式表现。系统按范围主要划分为采区作业情况监控、碎运系统监控、提升系统监控、动力系统监控四部分。

图1 地下矿山生产监控系统架构Fig.1 Production monitoring system architecture of underground mine

1.3 系统构成

基于Web的远程监控是以Internet为基础，对生产过程信息进行自动采集，实时发布，它将各个“自动化孤岛”连接起来，实现企业生产管理一体化，它既具有控制系统的实时性、可靠性，又具有信息系统的开放性和广泛性［3］。

系统设计重点考虑以下四个方面：

1）数据采集与处理

主要完成对生产过程中产生的数字、模拟量信息进行采集、存储、处理和输出，为生产、管理层提供可靠依据，以便及时了解生产情况，并进行分析判断。数据采集的主要来源有两部分内容：一种是现场的工控服务器，工控设备信息被送入工控数据库服务器，过程监控通过对工控服务的数据访问获取各种模拟量、数字量，如温度、频率、流量等信息；另一种是生产人员在生产过程中输入数据，如生产进度情况，通过归纳、整理、计算等二次加工后以表格等形式加以展示。

2）异步数据更新

系统采用异步数据更新机制，根据需要设置不同的刷新频率，最大限度地提升用户体验。数据发布要及时、准确、快速，用户可以通过WEB浏览器从系统中监控现场生产过程中的设备运行参数、工艺状况、生产进度等情况。

3）智能报警

针对不同的监控对象，设置不同的报警限制及报警信息，系统根据已有的数据，对照标准，对生产进行分析、诊断、预测，并以醒目的红色，滚动显示故障和突发事件等报警信息。

4）分级显示

由于系统涉及范围广、监控内容多，需要有重点地、分层次地显示不同的信息，设置一级、二级、三级页面，并能快速跳转，方便灵活。

2 系统功能

地下矿山生产监控系统划分为采区生产情况、矿石破碎运输情况、矿石提升情况及主要关注的重点动力设备的运行情况。监控内容涉及生产产量、设备作业状态、设备重点参数、作业位置、溜井空高、矿仓仓位、各部水位仓位、风水电运行状态等作业信息，数据定时异步刷新，显示自巷道掘进至矿石入选各道工序，为生产指挥中心进行指导，指挥生产提供数据支持。

地下矿山生产监控系统的主要功能模块如图2所示。

图2 生产过程监控的功能模块图Fig.2 The functional module chart of the production process monitoring

为保证系统的实时准确性，监控设置定时刷新。因监控包含内容较多，数据量很大，为提升用户体验，系统采用异步刷新的方式，根据时效性要求高低的不同，分区域设置刷新频率。总体流程监控之外设置二级页面，进一步细化监控内容，如各个水平采场的掘进、回采进度等。设置电流、频率等重点设备运行参数及溜井空高、储矿仓位等主要生产关注点的异常报警信息，出现异常及时提示，以便生产组织者及早发现问题，解决问题。

2.1 采区作业监控

系统设置两级界面，一级显示采场单体设备的运行和停机台数，掘进、支护、中深孔穿孔任务完成情况、溜井甩矿量等，以此作为反映采场生产的关键信息。二级为进一步细化的信息，详细显示每条溜井的料位、储矿量等，并以图形方式直观显示每台单体设备的运行状态。采区作业监控功能图见图3。

图3 采区作业监控功能图Fig.3 Monitoring function diagram of mining operation

针对地采各水平的监控，设置了设备作业位置、配电硐室位置监控，同步显示班日产量、各条进路掘进以及回采进度情况等；并可查看相应进路的设计、计划、完成等具体信息。

2.2 碎运系统监控

破碎系统监控功能图见图4，包括运输系统监控和破碎系统监控两部分内容，反映碎运系统生产工艺的实时状态。监控信息涵盖运输设备、主溜井、传输设备、破碎设备的运行状态、运行参数等信息。点击界面中的电机车设备图片，可以显示电机车的详细标签，包括电机车作业时间、完好时间、作业率、完好率、效率、运输列数、吨数等。

图4 碎运系统监控功能图Fig.4 Monitoring function diagram of crushing and transit system

2.3 提升系统监控

提升系统监控功能图见图5，包括主井提升系统监控和地表皮带监控两部分内容，全面反映提升系统生产、设备的实时情况。监控主要信息包括提升机及地表皮带的运行状态、设备运行参数、料场及矿仓的仓位情况等。点击界面中的相应设备设施图片，可以查看对应设备的详细标签，包括设备的作业情况、系统的产量等信息。

图5 提升系统监控功能图Fig.5 Monitoring function diagram of hoisting system

2.4 动力系统监控

动力系统监控共分两级监控：一级主要包括风机站和泵站、泵房情况，有风机的运行状态、采场通风总量、水泵的运行状态、水仓空高、变电所进口瞬时负荷等信息；二级主要包括通风、排水、供电三大部分的详细信息，如风机的风量、风速，水泵的电流、电压，排水管的流量、水仓、水涡、地表水池的空高等信息。同时，按照安全可靠的原则，系统设定了安全警戒标准。通过对地下供电、排水、通风的全面监控，为预防井下险情、保证地采安全、改善作业环境、摸索经济运行规律提供信息支持，为安全、科学、合理组织生产提供保障［4］。动力系统监控功能图如图6所示。

2.5 基础数据信息

系统数据部分共有三种数据来源：

第一种是自动采集底层自动化系统的数据，如风、水、电、皮带等运行参数；

第二种是获取自其它系统的已有数据，如入选质量、电量、产量等数据；

第三种是相关岗位录入系统所需要的数据，包括生产计划、完成等。

图6 动力系统监控功能图Fig.6 Monitoring function diagram of power system

这些数据为整个监控系统提供基础支持。

2.6 统计分析

本监控系统中除生产过程数据实时监控外，还配备了部分重点关注信息的统计分析功能。系统对来源于自动化系统、其它信息化系统，以及手工录入的数据进行统一加工、处理、统计分析，以图形、图表的方式加以展示，数据情况一目了然，更加便于使用人员发现问题、专项分析、掌握趋势、寻找规律。统计分析范围涵盖生产、质量、设备、风水电等内容。

3 系统应用

2012年底，“地下矿山生产监控系统”在首钢矿业杏山铁矿投入运行，应用于生产过程管理，取得了很好的效果。

1）实现对生产各要素状态的实时监控。为各级生产组织人员及时掌握生产动态，进行生产决策提供依据。

2）实现报警提示功能。对建立和完善规范、有效、安全的地采生产秩序具有重要的现实意义。

3）实现对生产过程状态的评定功能，为探索安全、有效、科学的生产组织和管理模式提供可靠依据。

4）不断完善异常数据分析功能，通过探索研究工序间、数据间的内在关系，不断确定标准，完善指标体系，量化异常信息和数据，为生产决策和异常问题的判断处理提供准确信息或指令，逐步实现信息智能化，为安全稳定经济运行和科学管理提供依据。

4 结论

“地下矿山生产监控系统”主要是基于Web的实时监控，架构于Internet计算环境中，可以实现大范围的资源共享，多方面改善监控系统的性能和扩展增强系统功能。利用网络技术实时在线显示各个生产流程的生产作业情况，分析和探索各个工序之间的联系，加强数据的异常管理，为生产决策和异常问题的判断处理提供准确信息或指令，达到快速提高企业的运转效率，为安全稳定经济运行和科学管理提供保障。

［1］冯兴隆，贾明涛，王李管，等.地下金属矿山开采技术发展趋势［J］.中国钼业，2008，32（2）：9-13.

［2］王琳，梁平，刘明周，等.基于MES的可视化生产监控与控制平台［J］.合肥工业大学学报，2013，36（11）：1304-1308.

［3］刘君祖.基于Web的工业信息监控系统研究与实现［D］.大连：大连理工大学，2006.

［4］齐瑞普，张云峰.首矿杏山铁矿指尖上的管理变革［J］.企业改革与管理，2014（10）：38-40.

Development and application of underground mine production monitoring system

FENG Jingyan
（Shougang Mining Company，Qian’an Hebei 064404，China）

During the underground mining for acquiring underground mineral resources，the production environment is poor and there are many unsafe factors.As the first underground mine in Shougang Mining Company，Xingshan Iron Mine develop"Ten Automation Control System"and"Six Security System"according to their own reality.Meanwhile，in order to achieve real-time monitoring of the data information in the production process，they developed"Underground Mine Production Monitoring System"to improve the management and control level of the production process.

underground mine；production monitoring；development；application

TD76

Α

1671-4172（2015）06-0107-05

冯景艳（1968-），女，高级工程师，计算机软件专业。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.06.023