老煤矿智能化建设关键技术及实施

文/涂兴子

（责任编辑：庞永厚）

煤矿智能化是适应现代工业技术革命发展趋势、保障国家能源安全、实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。平煤股份十矿是煤与瓦斯突出的老煤矿，通过智能化建设关键技术的实施，完成了煤矿智能化建设，并取得显著经济效益。

一、智能化煤矿建设背景及目标

平煤股份十矿作为开采近60年的老矿井，系统复杂、深部开采,煤与瓦斯突出、高地应力等灾害威胁日趋严重，矿井智能化建设势在必行。

2019年以来，十矿通过完善基础设施平台、综合自动化平台、管理信息平台、协同办公平台和智能决策平台，致力于建设设施标准化、生产自动化、管理信息化、办公移动化和决策智能化矿井。主要应用技术包含矿井多种感知节点数据接入、井下万兆工业环网升级、井下4G无线网络覆盖、安全生产信息共享平台应用、综合自动化系统集成、生产可视化系统搭建、智能综采工作面投产等。系统构成如图1所示。

二、关键技术和建设步骤

1.统一数据标准，实现安全生产信息共享

平煤股份十矿各业务子系统众多，同一基础数据在不同系统中定义不同，无法保证同一个对象编码的唯一性及上下游规范的一致性，需要将安全生产过程流程化、标准化、协同化，实现“采、掘、机、运、通”等安全生产全过程的一体化管理。

项目按照“总体规划、分步实施、因地制宜、效益优先”的原则建设，分为六个主要阶段：前期调研及硬件环境的部署、数据处理、数据集成、功能优化、系统安装与培训及系统上线试运行，最终形成了多终端应用模式。

图1 智能化系统架构图

平台上线后，对煤矿生产业务进行标准化管理，实现对信息的规范性和安全性保障；作为平台核心的“一张图”管理，可以通过图层的叠加功能，实现不同专业、类别图件的对比分析，最终实现“以图管矿，以图管量，以图救灾”的目的；基于安全生产信息共享平台实现了所有安全生产过程的大数据分析，根据生产经营分析需要进行多维度数据挖掘分析，为生产决策提供客观的数据依据；通过移动端APP应用，实现随时随地对煤矿安全生产信息调取与查阅。

2.升级通信网络，提供业务数据传输保障

平煤股份十矿设计建立高速、开放、安全、可靠的矿井数字化矿山监控网络传输平台，解决所有生产自动化子系统传输物理通道和接入问题；对所有子系统进行数据采集、处理、存储、发布，完成信息集中管控/网络发布平台建设。

十矿骨干网络采用万兆+千兆双环网络的方式组网,井下分支网络采用双千兆网络的方式组网，保证整个自动化内网的可靠性及在突发情况下的生存能力。

采用工业以太环网和环间耦合技术，地面各子系统、井下各子系统、调度中心网络设备分别组成单环网络，地面环网、井下环网分别连接到机房的核心网络设备上，这样整体工业以太环网就形成了以二台核心交换机（环网）为核心分别与井下环网、地面环网组成的相互独立的两个环型网络。工业以太网与办公局域网采用防火墙等硬件设备有效隔离。

3.工业自动化集成，实现综合统一管控

平煤股份十矿过去的自动化系统丰富，但是缺少集中管理的平台界面，各子系统分散管理，效率低下。本次集成工作通过多种模式采集系统底层数据，如OPC数据接口、FTP文本文件解析、PLC数据点表分析等，存入实时和历史数据库，完成了对主副井提升、通风系统、架空乘人、排水系统、皮带系统、供电系统和综采系统的集成，实现了自动化数据查阅方式的变化，提高了工作效率。

4.多维可视化展示，提供智能决策支持

针对海量的业务数据，挖掘其中的关联关系并发现其价值所在意义重大。因此，建立数据可视化展示平台，通过大数据处理技术和算法对数据进行有效的处理和挖掘，把井下人员情况、安全监测信息通过直观的方式呈现在调度大屏幕上，同时融合生产、隐患、物资管理、销售经营报表文本等数据，实现多数据融合及共享，做到“所见即所得”。

依托集团公司成熟的网络架构以及先进的大数据、云计算、云存储平台，采用国内先进的视频分析算法，建立视频可视化平台，将可视化技术有机融入工业监控系统，以生产仿真场景为基础，结合井下生产工作面架设的高清摄像头，远程在线调用，直观展现视频监控区域，实时分析和跟踪运动目标，对异常行为产生告警，提前预警恶性事件的发生，实现了智能化巡检。

5.建设智能综采工作面，大幅提高生产效率

平煤股份十矿建立的第一个智能综采工作面为己四采区的己15、16-24130工作面，该采面属大采高(3.5m)、超长倾向(315m)、一面5巷（机，风，中间巷，机、风底抽巷）Y型通风采煤工作面。

（1）地面联合调试。

十矿在机械化工厂模拟实际运转条件，并将工作分解为八个步骤顺序进行，包含顺槽控制室的搭建，完成主机和交换机配置；支架电液控安装、调试，实现电液控的送电和控制器的程序传送；外围离散设备接入，将语音、泵站、采煤机、负荷中心系统有机整合；工作面视频系统接入，实现上位机远程调看；采煤机定位系统调试，实现红外定位和射频定位；跟机自动化调试，实现跟机护帮板动作、跟机拉架动作及跟机推溜动作；测试人员定位系统，实现精准定位和定位闭锁功能；调度室搭建地面控制系统实现语音对讲和远程一键启停等功能。

（2）井下安装试运转。

整套设备井下安装完成后进入试运转环节，围绕采煤机记忆截割、惯性导航、准确定位、支架追机移架、视频监视及语音接入通信等关键技术点反复调试、落实整改，对“三机一站”等智能化综采设备进行反复磨合，查漏补缺，最终实现井上下一键启停的智能化采煤。

2019年7月，经过近1个月的调试运行，己15、16-24130智能化综采工作面各种设备运转正常，各项数据指标正常，生产状态稳定，标志着河南省首个智能化综采工作面顺利建成。

（3）生产效益对比分析。

十矿的智能化综采工作面每班只需9名职工作业，与同等条件的非智能化综采工作面相比，单班减少16人；综采三队也由之前的160人减至59人；月产量由5万吨增加到10万吨；集团2019年下达利润计划指标为-5000万元，实际完成8000万元，实现扭亏为盈。

三、小结

平煤股份十矿依托大数据、工业互联网等技术的应用，建设信息化、智能化新型矿井，达到了“无人则安、少人则安”的要求，实现了“机械化换人、自动化减人、智能化少人”的目标，安全、产量、效益都有了大幅度提升。2020年，十矿的3个工作面均取消了夜班生产，每日原煤生产人数由原来的7000人减少至3000人，依托智能化技术，全年争取实现产量300万吨、销售利润3亿元的目标。