可可盖煤矿智能化生产设备系统设计研究_王瑞鹏.pdf

可可盖煤矿智能化生产设备系统设计研究王瑞鹏，张俊星(陕西延长石油榆林可可盖煤业有限公司，陕西榆林719000)摘要:智能化建设是煤矿走向高效、安全生产的必由之路。基于可可盖煤矿建设情况，提出构建智能化生产设备系统。系统主要分为两大类:生产监控类子系统和安全监测类子系统，共 15 个子系统，主要对生产系统、辅助生产系统、辅助系统、安全保障系统等监控系统进行集成，对采集的数据进行监测分析，为安全生产管控层提供系统数据，实现集中管控及各系统数据交换、关联分析、联动功能。关键词:智能化系统;系统集成;生产监控系统;安全监测系统中图分类号:F4063;TD67文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02003403近年来，煤矿智能化快速发展，大量智能化系统被应用。智能化系统是煤矿进一步提升效率必然选择13。智能化煤矿是将人工智能、工业互联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤矿开发技术进行深入融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等全过程的智能化运行4。专家学者在智能化系统构建方面进行了较多研究。杨鹏5 结合矿井实际情况构建了煤矿机电设备健康智能化管理系统，提高了机电设备的运行质量，为煤矿安全生产提供了保障。汪杰6 等基于贵州煤矿的运行情况提出构建煤矿智能化系统运维服务平台，并介绍了系统的业务流程和关键技术，为贵州煤矿业务管理提供了高效平台。刘澎7 等针对现有煤矿带式输送机未能提升到智能化控制的问题，提出构建无人值守带式输送机智能化系统，提高了煤矿的安全管理水平。刘银志8 等通过分析大型煤矿集团信息化管理存在的现实问题，提出构建大型煤矿集团管理智能化系统，应用结果表明该系统能够大大提高管理的智能化水平和决策效率。闫锦华9 分析了我国煤矿采掘现状，提出了采掘智能化应用研究，为煤矿智能化发展奠定了基础。丁国瑞10 分析了煤矿机械工程发展过程中存在的弊端，对煤矿机械智能化展开了设计研究分析，并对比分析了应用智能化技术和传统技术后，煤矿取得的经济社会效益，研究表明应用智能化技术能进一步提高矿井经济社会效益，有效保障煤矿安全生产。李刚11 分析了我国煤炭行业的发展方向，论述了我国煤矿机械工程智能化发展过程中的不足之处，展望了煤矿行业未来的发展方向。本文基于可可盖煤矿的实际情况，构建了煤矿智能化生产设备系统，主要从生产系统、辅助生产系统、辅助系统、安全保障系统的监控、监测建设等方面对各监控系统进行集成，对采集的数据进行监测分析，为安全生产管控层提供系统数据，实现集中管控及各系统间数据交换、关联分析、联动功能。1 智能化生产设备系统设计原则智能化生产设备系统通过集中管控各个子系统为煤矿安全生产提供数据支撑和辅助决策方案。系统设计以数字化、智能化、云计算等高科技为技术手段，以安全、高效、便利为目标，针对不同专业场景建立自适应智能化系统，在提高效率的同时为管理人员提供分析决策方案。2 系统架构设计智能化生产设备系统主要是从生产系统、辅助生产系统、辅助系统、安全保障系统的监控、监测建设等方面对监控系统数据进行采集，为安全生产管控层提供系统数据，实现集中管控及各系统间数据交换、关联分析、联动功能。系统主要分为两大类:生产监控类子系统和安全监测类子系统，共 15 个子系统，各控制系统提供工业以太网接口，根据 PLC 型号，提供标准的Modbus、Modbus Plus、ControlNet、DeviceNet、Profibus、ProfiNet 通信协议的任何一种，若控制系统不是由 PLC控制，则要提供标准 OPC 协议，实现各类子系统的集成。系统架构图如图 1 所示。3 功能模块构建31 生产监控类子系统311 智能开采系统在各工作面配置智能综采工作面监控系统。智能开采系统包括工作面集中监控系统、液压支架电液控制系统、采煤机监测监控子系统、“三机”监测监控子系43DOI:10.13487/ki.imce.023220图 1系统架构图统、顺槽胶带监控子系统、智能喷雾除尘系统、工作面视频监控系统、语音通信系统、惯性导航定位系统、工作面找直系统、工作面工业传输网络、工作面监控中心等，实现对工作面设备群的实时监测和运行状态分析。312 掘进工作面监控系统在井下各掘进工作面设置一套监控系统。在每个掘进工作面设置综合监控中心，包括综合监控台、本安型工控机(含显示器、监控软件)、矿用隔爆型工业以太网交换机等设备，实现掘锚一体机、综掘机及其配套设备的远程控制、数据实时监测上传、远程监控等功能。313 智能煤流运输系统主运输系统由各带式输送机组成，将主运输系统集中控制、综合保护与 AI(人工智能)技术，利用计算机视觉分析设备、PLC 设备进行生产现场就地分析控制、降低网络信号传输风险，以最可靠的方式实现主运输系统智能化控制。通过变频器、电机等可执行调速机构形成一个智能化、多功能、全天候的动态安全智能闭环节电系统，以达到降低能耗、生产成本的目的。314 井下排水监控系统排水监控子系统配置 PLC 控制站、现场智能传感器、仪表等设备，实现对排水设备的“三遥”控制，根据井下用水量的变化，优化配水泵与水位联动、自动轮循运行。结合 GIS、水文地质报告、水文监测系统和气象数据，预测矿井涌水量，提前安排排水泵的启动时间和数量。315 矿井智能通风系统在中央和北一回风立井通风机房分别选用一套矿井智能通风系统，完成通风机轴承温度、风门位置状态、风道风量、负压等信息的采集和程序控制，配合矿井主通风机不停风倒机智能监控系统，可以对风机进行远程控制，实时监测主通风机的性能参数和状态参数、电机的电气参数，实现数据管理、报表管理、性能测试和远程通信等要求。矿井智能通风系统实现矿井通风参数无人化测量、矿井风量远程调控、通风隐患自动识别、通风灾变联动控制，在通风管理方面实现减人、智能决策和远程控制的目标。316 空压机站监控系统空压机治控制系统随主机设备配套提供，要求控制系统配置以太网接口模块。空压机治监控系统仅提供接入，通过设置在空压机站的工业以太网交换机实现与矿井综合监控系统地面工业以太网相连，并将信息上传至矿调度中心，满足远程监测要求，可实现空压机站无人值守。317 矿井电力监控系统在矿井设置一套电力监控系统，矿井工业场地110kV 变电站和风井场地 35kV 变电站均设有电力综合自动化监控系统。该电力综合自动化监控系统实现对全部一次设备进行监视、测量、控制记录和报警功能。318 灌浆站监控系统灌浆站监控系统随设备配套提供，配置以太网接口模块，就近接入灌浆站工业环网交换机，与矿井综合监控系统地面工业以太网相连，将黄泥灌浆站控制信息上传矿调度中心，实现远程监控，无人值守。319 地面辅助设施监控系统该系统包括矿井工业场地井下水处理站控制系统、生活污水处理站控制系统、锅炉房控制系统等。在矿井工业场地井下水处理站、生活污水处理站、锅炉房(换热站)分别设置工业以太网交换机。将各控制系统直接接入矿井综合监控系统的地面光纤工业以太环网。在矿调度中心可观察到各控制系统中的各种参数和运行状态。32 安全监测类子系统321 安全监控系统可可盖煤矿为低瓦斯矿井。依据煤矿安全规53程(2016 版)第 487 条规定，所有矿井必须装备矿井安全监控系统。按照 煤矿安全规程(2016 版)第 489 条和 煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ62012019)，设置一套 KJ95X 型数字安全监控系统。该系统符合煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ62012019)，所有设备具有 MA 认证标志。322 井下作业人员管理系统井下作业人员管理系统由地面设备和井下设备两部分组成。地面设备主要由监测主机、打印机、井口大屏显示等设备组成。井下设备主要由人员定位分站(与位置服务系统分站共用)、矿用隔爆兼本安电源(与位置服务系统电源共用)、本安型无线编码发射器或本安信息矿灯等组成。该系统能够监测井下人员位置，具有携卡人员出/入井时刻、重点区域出/入时刻、限制区域出/入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能。323 工业视频监控系统系统配置多路输入视频服务器、视频矩阵切换器，可将现场传来的每路视频信号通过视频服务器进行MPEG4 数字压缩编码录像，可设置在多个地点进行实时、定时控制和录像，并同时回放 16 路录像文件。通过监控系统以太网可实现远程实时监视和控制，满足单路、多路录像文件的检索查询及传输要求。324 火灾束管监测系统系统采用井下矿井气体实时监测分站。将矿井气体监测分站安放在井下，通过矿井气体实时监测分站的气体采集取样部件和少量的束管监测点气体，气体进入实时监测分站中进行实时分析。井下工作人员可以通过此监测分站实时监测监测点的气体成分，监测分站将分析结果通过井下以太网交换机上传到地面，地面工作人员可以在地面监控室里实时监测监测点的气体，并根据分析预警软件对一段时间内的分析结果进行分析预警，还可通过网络发布数据。325 光纤测温监测系统光纤传感器以光波为信息载体，实现了光纤信息采集与传输一体化，具有下列独特优点:不带电本质安全、适用于煤矿井下易燃、易爆环境;光纤传输损耗小、距离远、不受电磁场干扰和温度湿度影响、传输可靠性高;光纤传感监测系统容量大、易于实现多点多参数在线监测，大大减少设备的种类和数量，系统配置简单，便于维护;光纤传感器具有分布式监测的独特优势，可以实现对光纤沿线各点的温度应变在线监测，对较大空间范围内的连续监测具有独特的应用价值。326 矿压综合监测系统井上、井下设备由地面监测服务器、矿用本安型光端机、矿用本安型压力监测子站、工作面无线数字压力计、无线围岩移动传感器、无线矿用本安型锚杆(索)应力传感器、无线矿用本安型激光测距仪、隔爆兼本安型供电电源和通信电缆等组成，实现对矿压的实时监测和分析。4 结论本文基于可可盖煤矿建设情况，提出构建智能化生产设备系统，包括生产监控类子系统和安全监测类子系统，共 15 个子系统。对系统架构进行了设计构建，该系统主要对生产系统、辅助生产系统、辅助系统、安全保障系统等监控系统进行集成，对采集的数据进行监测分析，为安全生产管控层提供系统数据，实现集中管控及各系统数据交换、关联分析、联动功能，为可可盖煤矿智能化生产设备系统建设提供了一种思路。参考文献:1 李鑫有关煤矿智能化系统探索 J 当代化工研究，2022(08):106108 2 王国法，任怀伟，赵国瑞，等智能化煤矿数据模型及复杂巨系统耦合技术体系J 煤炭学报，2022，47(01):6174 3 孙进伟，郑勇，徐犇纳林河二号井煤矿智能化系统构建及关键技术探讨 J 山西煤炭，2021，41(02):105110 4 王国法，杜毅博煤矿智能化标准体系框架与建设思路 J 煤炭科学技术，2020，48(01):19 5 杨鹏分析煤矿机电设备健康智能化管理系统关键技术 J 内蒙古煤炭经济，2022(03):136138 6 汪杰，王春华，李晓华，等贵州煤矿智能化系统运维服务平台设计 J 煤矿安全，2021，52(09):161166 7 刘澎，任文清煤矿无人值守带式输送机智能化系统设计 J 工矿自动化，2021，47(S2):7577+96 8 刘银志，赵廷钊，毛善君，等大型煤矿集团管理智能化系统研究 J 工矿自动化，2020，46(12):2530+69 9 闫锦华煤矿采掘机械自动化和智能化应用研究 J 当代化工研究，2020(22):7172 10 丁国瑞煤矿机械智能化的设计与研究分析 J 冶金管理，2020(09):4546 11 李刚试论煤矿机械工程智能化发展与应用 J 石化技术，2019，26(11):348+340作者简介:王瑞鹏(1994)，男，陕西神木人，本科，工程师，从事煤矿智能化安全管理方向研究工作。63