朝川矿智能矿山建设研究

周文彬

摘 要：在中国共产党第十九次代表大会上提出的“推动两化深度融合，坚持四化同步发展”的精神指引下，基于“智慧城市”作为代表的智慧化发展方兴未艾，使矿山行业迎来智慧化建设的浪潮。面对新一代物联网技术的普及，煤矿企业如何运用新技术、新设备改善职工作业环境、实现矿井高产高效、提升矿井核心竞争力是为当下之急，是每个煤矿努力的方向。

关键词：智慧矿山;物联网;自动化;环网

中图分类号：F426.1;F270.7 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）19-0094-03

Abstract： Guided by the spirit of “promoting the deep integration of the two modernizations and adhering to the simultaneous development of the four modernizations” put forward at the 18th Congress， the intelligent development based on “smart city” as a representative is in the ascendant， which also makes the mining industry usher in the wave of intelligent construction. Faced with the popularization of the new generation of Internet of Things technology， how to use new technologies and equipment to improve the working environment of workers， achieve high production and efficiency of mines， and enhance the core competitiveness of mines is the urgent matter at present and the direction of every coal mine.

Keywords： intelligent mine;Internet of Things;automation;ring network

1 朝川礦概述

朝川矿隶属于中国平煤神马能源化工集团的上市公司平顶山天安煤业股份有限公司。朝川矿位于河南省汝州市南部，北距汝州市18km，南距宝丰县25km，距平顶山市60km。焦枝铁路、207国道、904省道均从矿区东部通过。有专用线与焦枝铁路小屯站接轨，有矿区公路与207国道、904省道连接，交通十分方便。井田面积26km2，是河南省第二大主焦煤基地，历史上有“川炭之乡”的美称。产品有焦煤、肥煤、精煤和焦炭，煤质优良，低硫低灰高发热量，是电力、建材、冶金、炼焦的理想原料。1971年建井，1978—1980年相继投产，1998年7月加入平顶山煤业（集团）有限责任公司，年设计生产能力120万t[1]。

朝山矿井下地质条件复杂、多水，随着开采深度加深，直接面临水患及-400m水平以下沼气带的威胁。《煤矿安全生产“十三五”规划》指出：科技进步为煤矿安全提供有力支撑，国家大力推进“机械化换人，自动化减人”工程，有效促进煤矿安全生产，加快小型矿井机械化改造，鼓励无人值守和远程监控。按照规划，到2020年，我国将建成100个初级智能化示范矿井，2025年大煤矿基本全部实现智能化[2]。

要实现智慧矿山，首先要把自动化搞好、把基础打牢，矿山自动化是基础。没有各系统接入层（底层传感器）的信息数字化、网络化实时采集，没有综合自动化平台，没有物联网、大数据技术共享与分析，智慧矿山便是无源之水。

2 现状

朝山矿为国有煤矿企业，在公司及矿党政领导的正确带领下发展势头强劲，科技方面投入也较大。对朝山矿而言，虽正处在机械化矿山向自动化矿山的发展进程中，但自矿井自动化投入运行以来，在减员增效、安全稳定方面成绩显著。不但减少了岗位人员，还夯实了检修队伍，改善了工作环境，提高了设备稳定性。但对于智慧矿山而言，发展空间还很大。

朝山矿自动化有一定基础，近年来虽建成了以矿井工业以太环网为基础的高速传输网络平台，矿井信息孤岛依然众多，可发展潜力很大。

目前，朝山矿只有部分运输设备实现了远程集中控制，其余设备均是现场操作。虽然多数设备也使用新型工业控制装置，但仍离不开人员在现场操作，如朝山矿的副井提升系统、综掘系统、辽源MG-300/730-MD综采系统等。虽然设备都是新型的PLC工业控制装置，具备硬件接入条件，有通用型强和标准的接口功能，但都没有组网建设，依靠岗位人员现场作业，无法发挥新型设备的性能，标准化现场及亮点不能突出展示，且浪费较多人力资源。此外，个别系统虽前几年做过控制系统改造，但因没有坚持使用或发现的问题没能整改、维护不到位等造成系统通信中断、设备长期闲置损坏等。安全监测、调度通信、人员定位等系统独立存在，昂贵的线路成本和重复的检修人员是最显著的特点。

2.1 工业环网传输平台

工业环网传输平台为朝山矿自动化的基础平台。整体网络由24芯光缆和地面核心交换机、井下隔爆型交换机组成的千兆冗余以太环网，机房2个核心交换机，井下4台隔爆型交换机，地面煤楼1台赫斯曼交换机，光缆敷设约10km。利用率很低，其他子系统分散运行，孤岛现象严重，如安全监控、人员定位、调度通信系统等都是独立存在运行的。

2.2 集控情况

在主运行系统中，2012年已建设远程集中控制并投入使用，其余设备均是现场操作，且从近几年的使用情况来看，控制设备相对稳定可靠。但从期间的运行情况来看，主要存在以下4个问题：第一，现场人员观念陈旧或技术欠缺，已经适应了老设备、老方法，对新技术、新设备有排斥心里：第二，刚投入使用期间问题相对较多，需高标准调试和维护，负责人员需有较强责任心;第三，底层传感器故障相对较多;第四，精密的电子设备对环境要求苛刻，需定期巡查、维护。

3 分析与效果

煤矿技术发展的过程是原始矿山—机械化矿山—自动化矿山—智慧矿山。智慧就是有和人一样的思维，能够替代人处理复杂的工作。可以说，矿山技术发展的终极目标就是智慧矿山—矿山“无人化”，能够主动感知、自动分析，并能快速而正确地处理矿山系统。智慧化矿山是个长期过程，煤矿生产中涉及很多系统，包括采掘系统、胶带运输系统、提升机系统等;为保障煤矿安全生产，还有排水、供电、通风、人员定位、安全监测等辅助系统;煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿压、瓦斯、地下水等。这些复杂的因素给矿井安全信息感知和传输带来了很大困难。所以，不能指望一次建设终身受用，应在整体规划的基础上分布实施，集中优势力量重点突破。

煤矿自动化建设的过程就是规范的过程，是从人治向法治转变的过程，让工作流程更清晰、制度更完善。此外，自动化建设牵扯面广、范围大，涉及煤矿安全生产的各个重要环节，如采掘、机电运输、通风、安全等各系统都属于不同的部分，当属“一把手”工程。自动化建设对朝山矿以后的发展意义重大，因此，决策层应发挥强大的导向力量，在领导的指引下联系实際、因地制宜，建立完善的激励约束机制，使朝山矿智慧矿山建设长效发展。

鉴于笔者自身的经验，利用皮带机实现远程集中控制，能够延长至运煤上山皮带或亮点“头面”。综掘、综采系统有良好的硬件接入条件，通过敷设线缆组网后，视频和设备信号即可传送至调度机房，在综掘机和采面支架做视频覆盖后可在调度中心全方位实时监控工作面的生产情况和设备状况，控制上，通过软件组态和程序设置，可实现井下操作站所有功能;再和视频信息相配合，也可实现工作面无人值守。

安全监测、人员定位、调度通信等更换主要设备，采用符合标准接口的设备可连接融入平台，直接节省原有复杂的电缆线路，把不稳定、延时长的电缆传输方式改为稳定、延时短的光缆传输，既降低了原有线路造价成本，又可减少线路的维护人员。面对朝山矿进行更深煤层开采，井下不稳定因素也势必会增加，对安全监测和通信系统的稳定性要求必然会更加严格。利用先进的射频技术及无线通信技术，井下可使用手持式无线通信设备，还可与调度通信相连接，方便井下轨道和车辆管理，使轨道运输系统运行效率大大提高。后期还可利用地理信息数据、物联网技术等，将人员、设备等定位情况以3D实景矿图的形式实时展现。智慧矿山体系结构如图1所示。

3.1 调查研究，总体规划

调查朝山矿井下的真实情况，研究制订智慧矿山长期或较长期的规划方案及短期目标，使朝山矿在智慧矿山建设上少走弯路。通过调查研究，对现阶段存在的问题进行分类汇总，按需进行整改，为现阶段建设创造必要条件。通过整体规划，让我们思路清晰，对朝山矿智慧矿山的建设有清楚的认识和可行的目标。

近些年，随着国家层面政策推动，很多服务厂家打出了数字矿山、智能矿山等各种口号，导致出现平台多样、标准多样、融合不匹配、接口费用高等许多现实问题。为避免没有规划各系统分散实施，要做好数据接口的预留处理，为新系统创造以后接入的条件。例如：子系统与自动化平台分别使用不同的设计及接口集中融合，需要承担高昂的接入费用，甚至有可能需要返工再次更换底层设备等。

3.2 完善制度

建立健全激励约束机制，以制度为纲规范建设和管理。在宣传和学习中让多数人真正感受到智慧矿山为职工带来的幸福，使之有良好的建设氛围，更为以后免遭人为破坏，避免形势上建设、跟风上建设，让建设有目的、投入出效益。

3.3 建设

在智慧矿山建设中，煤炭企业还需要做好统一、科学、合理规划，实现技术规范统一，并且要求严格落实。做好数据接口的预留处理，能够为新系统创造接入的条件。做好各个接入子系统的健全与完善工作，不断丰富信息来源，利用智慧矿山本身的“强集成”作用，发挥综合效益。在建设与运行智慧矿山的过程中，还需要确保新的管理理念、管理思想、新技术与新工艺融入，进一步提升系统的技术水平。例如，通过无线通信技术，可以实现语音通话、移动办公应用以及视频传输，为井下人员提供便捷的通信以及移动办公条件;利用光纤传感技术，建立对应的安全综合检测系统，对现有的采集系统进行替换与升级，让采集数据更加丰富，让采集手段更加安全，最终在提升效率的同时，满足成本控制[3]。

智能矿山的建设是长期的、循序渐进的，结合朝山矿实际，稳步推进，高标准建设。先期的建设标准直接关乎日后系统的使用及融合，标准低会使日后的运行受到各种条件限制，遭遇瓶颈或故障较多无法正常运行。先急后缓，循序渐进强化朝山矿的科技引领和支撑。

在信息技术、人工智能、VR三维可视等技术快速发展的今天，相信朝山矿定会蓬勃发展。降低职工劳动强度，进一步改善工作环境，将劳动密集型矿山企业向技术密集型转变。

4 结语

在建设智慧矿山的过程中，需要组织对应的人员实现深度融合，将建设过程作为优化流程、理顺管理以及人才培养的主要过程，这样就可以实现与实施单位的共同进步、共同建设与共同提高。智慧矿山的各个子系统都属于不同的部分，在建成系统之后，还需要将管理体制理顺，并落实管理责任，这样就可以强化智慧矿山系统以及对应的子系统维护管理，满足系统维护以及运行正常的要求。

总而言之，随着时代不断发展，在信息技术的时代，基于物联网技术的智慧矿山，就是以自动化、信息化作为基础，从而对于矿山之中的生产运营、人员管理、安全调度、数据收集等一系列的子系统实现集成，从而将其形成一个整体，然后利用统一管理，对平台之中的各种数据信息做好对应管理、存储与共享，然后将数据信息分享给对应的设备设施人员以及操作人员，从而满足煤矿科学化、自动化的管理要求。

参考文献：

[1]秦红梅，张韵，范晓刚.煤矿智慧绿色矿山建设技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2018（17）：1-5.

[2]董健，陈园，王建胜，等.智慧矿山：智慧贝拉斯改造应用设计[J].世界有色金属，2018（12）：278-281.

[3]吕鹏飞，何敏，陈晓晶，等.智慧矿山发展与展望[J].工矿自动化，2018（9）：84-88.