煤矿智能化建设研究——以中煤新集集团为例.pdf

年第期第 卷(总第 期)淮 南 职 业 技 术 学 院 学 报J OUR NA LO FHUA I NANVO C A T I ONA L&T E C HN I C A LC O L L E G ENO,VO L,S e r i a lN o 煤矿智能化建设研究 以中煤新集集团为例靳文录(中煤新集集团,安徽 淮南 )摘要:加快煤矿智能化发展、建设现代化智慧矿山是我国煤炭工业发展的战略方向.我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段,煤矿的智能化建设存在研发现状滞后于企业发展需求、自动化、智能化建设技术标准与规范不完善等问题.从信息基础设施建设、地质保障系统建设、智能化掘进建设等九方面,介绍中煤新集集团的煤矿智能化建设,以期能促进我国煤矿的智能化建设.关键词:智慧矿山;智能化煤矿建设;智能化掘进中图分类号:T D 文献标识码:A文章编号:()煤矿智能化是指煤矿的开、采、掘,机、洗选、运通、生产管理、安全监测等主要系统实现智能化,以数字化技术,依托计算机云计算、物联网、人工智能、移动互联网、自动控制、机器人装备等与现代矿山开发技术相融合,开发具备自动演算、分析、预测、决策、控制的完整矿山智能系统,建设集开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生产管理等一体化、全过程智能化运行的现代智能型煤矿.一、煤矿智能化建设中存在的问题目前,我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段,煤矿智能化建设虽然有所发展,即,在部分煤层赋存条件较优越的矿区实现了工作面“有人巡视,无人值守”的智能化开采,但相关技术还不能直接应用于条件较复杂的煤层,存在研发滞后于企业发展需求,自动化、智能化建设技术标准与规范不完善、技术装备保障不足,研发平台不健全以及高端智能化人才匮乏;由于前期投入资金较大,大型企业集团资金实力雄厚,煤矿自动化、智能化建设速度推进较快,一些中小型企业受资金所限,煤矿自动化、智能化建设速度推进较慢甚至停滞不前.现在国家大力推进煤矿自动化、智能化建设,加大中小型煤矿企业的并购、重组,淘汰落后产能的企业,越来越多的煤矿企业加大了煤矿智能化建设.二、煤矿智能化建设策略 以中煤新集智能化建设为例(一)信息基础设施建设一是通信网络.G、G无线通信系统获得了广泛的应用,生产矿井建立了K T 矿用 G无线通讯系统,系统实现井上、井下全方位的 G专网覆盖,基于V o L T E的高质量语音通信、高清视频通话、高速上网等服务.通过在重点区域应用 G无线通信系统,公司有线主干网络采用万兆及以上通信网络,采用冗余环形结构,基于MR P协议实现不同型号的交换机环接入,实现冗余功能;G无线通讯系统,实现了在采煤面、掘进面、固定硐室等重点区域场景应用.二是数据中心与服务.第一,深信服私有云平台.公司数据中心建有深信服私有云平台,并采用深信服云计算管理平进行管理,基于专属云技术可提供对计算资源、存储资源、网络、数据库等资源的专属使用,同时提供高安全的网络隔离环境满足网络隔离要求,资源共享可以避免业务高峰期资源被强占造成业务卡顿情况,系统运行安全、稳定、可靠.第二,阿里云I D a t a数据平台.新集公司建立了阿里云I D a t a数据平台,整合了生产、经营、监控、自动化等系统数据.通过对数据加工整合,统一数据标准形成了数据服务市场,并对各专业业务数据梳理并建立数据标准,通过平台云数据功能进行了数据标准的数字化,目前系统运行良好.第三,终端检测与响应系统(E D R).中煤新集公司数据中心建有终端检测与响应系统(E D R),在主机、服务器上安装客户端,对主机、服务器进行杀毒、安全防护,具备主动防御、可信验证、攻击检测等功能,目前公司所属刘庄煤矿数据中心依据国家信息安全相关法律法规建设有完善的网收稿日期:作者简介:靳文录(),男,安徽凤台人,工程师,电工技师,研究方向为煤矿电气工程.络安全系统,且已满足等保二级要求(已备案),系统运行正常.三是综合管控平台.第一,综合自动化平台.公司生产矿井均建成综合自动化平台系统,实现了矿井 多项子系统的数据接入、业务应用、交互展示;实现了“采、掘、机、运、通”等主要生产环节、井下环境安全、人员位置等安全生产实时信息的综合集成、联动控制与可视化展示.第二,工业网综合自动化管控平台(智能化透明矿山系统).新集公司生产矿井均建立了工业网综合自动化管控平台(智能化透明矿山系统),能够对井下设备和传感器建立设备模型,并提供相关的数据接口,通过应用软件对设备数据进行实时分析、处理、可视化,同时开放给第三方进行相关的场景化应用.(二)地质保障系统建设一是,地质建模与应用.通过引进北京龙软科技公司的“G I S一张图融合平台”技术:智能G I S“一张图”系统能够采用图表曲线、地质模型构建、三维可视化平台等功能实现地质数据推演与可视化等功能.地质建模、地质数据、基础信息均可通过二维一张图和三维可视化系统进行直观展示.目前公司生产矿井均已建成G I S一张图融合平台,系统整体运行、使用效果良好.二是,勘探技术与装备.引进巷道随掘超前探测技术服务,该系统通过在巷道后方帮部布设阵列式地震检波器,实时自动采集综掘机切割煤岩体产生的地震波信号,通过矿井工业环网上传到地面服务器,分析地震波的旅行时间、振幅、相位和频率,基于相关干涉理论,利用深度域绕射扫描偏移叠加成像技术,进行巷道随掘超前探测三维成像,确定前方异常地质体类型、空间分布等信息,做到超前地质预测预报,为煤矿安全高效生产提供技术指导.(三)智能化掘进建设一是大力引进先进的掘进设备.引进掘锚一体机(E B Z M),该机配备机载瓦斯、温度、粉尘传感器,对迎头环境数据进行检测,根据监测数据发出“报警或停车”.掘进工作面集控系统,通过 G通讯模块、智能网关采集掘锚机机载传感器数据,以及巷道传感器数据,对巷道温度、瓦斯、一氧化碳进行监视,并设定报警值,能够对危险进行报警,同时根据危险程度发出掘锚机及工作面运输设备等的联动,包括启机自检闭锁、报警、危险停机等.二是集中控制中心.E B Z M掘进机(含二运)远程监控系统,实现对E B Z M掘锚机二运皮带机的远程控制,包括启动、停止、行走、截割,以及自动化掘进割煤等.同时,E B Z M掘锚机(含锚臂及钻机)可通过遥控器操作实现视距(m)遥控作业.三是视频监控系统.在E B Z M掘锚一体机、迎头顶板、皮带机转载点、配套了高清视频摄像仪及巷道 云台摄像仪,构建了掘进工作面视频监控监控系统,能够实现井下集控中心、地面调度室掘进监控平台对工作面情况的实时视频.通过井下和地面的视频系统控制器,可实现对监测视频、摄像仪云台的远程控制.在视频辅助下,可进行对掘进工作面设备的远程控制、人机交互干预以及急停闭锁等.(四)智能化采煤系统的建设一是割煤系统.采用采煤机视频监控系统,实现对采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、供液系统远程集中控制.二是支护系统.引进北京天玛S A CS AM电液控制系统,实现远程对液压支架的降、移、升进行控制,运行正常.三是供液、供电系统.引进泵站集控系统、自动化控制系统,该系统具有在线监测功能,可以实现油温、油位、液位、温度、压力、浓度等运行状态参数自动监测、预警功能;移变、组合开关等具有数据采集、上传功能,在权限范围内能够进行远程分合闸操作,具备远程参数整定功能.四是集中控制中心.引进集中控制中心,在井下和地面共设两套集中控制中心,在集控中心可实现工作面三机、泵站一键启停,支架远程成组控制,采煤机实现记忆截割等功能.(五)主煤流运输系统建设采用A I智能煤流监测运输系统,该煤流运输系统中带式输送机、给煤机等相关设备控制信号能够通过现场工业总线实现互联互通,现场胶带机各种保护传感器状态、C S T设备运行数据采集、煤仓料位监测、主要设备轴承温度振动监测、变频器运行数据采集、A I智能煤流及异物监测、巷道环境监测等功能,通过M o d b u sT C P通讯协议与工业环网连接,能够与矿井地面综合管控平台实现智能联动,在地面集控中心远程控制,实现无人值守作业.同时该系统配备A I智能煤流监测设备,采用A I高速智能摄像仪配合专用线型激光标定光源方式,实时扫描皮带上煤流的断面形状,通过发送与接收信号的时间差,计算出煤流轮廓,精确识别算出皮带上的煤量,对皮带的运量进行统计,并将这些数据传送至控制中心,控制中心分析数据后,发送指令给运输设备控制变频器,实现设备分布状态实时监测、变频调速,具备调速模型的优化功能,实现煤流平衡.(六)辅助运输系统一是辅助运输管理系统.该系统基于统一的E R P物料编码体系,通过数据的无缝融合对接,实现运输第期靳文录:煤矿智能化建设研究物资编码信息同步,并能和仓储管理系统无缝对接.使用单位根据生产需求按物资类别和数量进行审批,仓储管理系统按审批流转进行出库发放,运输区采用统一装配,运输各类物资,实现物资申请审批出库装车入井运输卸车出车升井,全流程集装化运输.在精准定位系统的基础上,刘庄煤矿建有辅助运输立体交通管控系统,通过在单轨吊、电机车、无轨胶轮车车身上安装定位卡,扩容高精度基站,实现对单轨吊、电机车、无轨胶轮车等运输车辆位置实时在线监测、速度监测、机车运行参数监测、自动跟踪,统一调度,透明指挥,系统通过收集分析井下运输车辆和交通状态各类数据,可实时调整运输方案、行车计划和调度指令,实现智能精准调度、降低安全风险,提高运输效率.二是轨道运输.引进机车监控系统(单轨吊),该系统具备机车位置、速度以及线路道岔和风门状态数据采集和预警功能,综合自动化平台已通过此接口实现对单轨吊通讯,交换数据控制,使用效果较好.三是精确定位系统.该系统采用基于UWB高精度定位技术,主要实现对井下人员、车辆的实时定位及管理,提高井下环境的安全性及井下人、车管理的效率.(七)通风与压风系统一是矿井智能通风及自动控制系统.建成矿井智能通风及自动控制系统,目前系统运行正常,井下共安装自动风门处,风窗处,使用效果较好.二是主通风机实现远程控制.主通风机实现远程一键倒、自动切换功能,压风机全部实现远程集中控制、无人值守、机器人定期巡检,井下局部通风机实现远程控制,并定期在地面进行远程切换实验.(八)供电与供排水系统一是中央变电所(主排水泵房).中央变电所引进智能巡检机器人,机器人巡检时可对变电所环境及设备运行状况进行采集参数进行上传到矿集控中心,以便于运维人员及时发现问题、及时解决问题.外线路巡检采用无人机代替传统的人工巡检方式,高效快捷.二是井下智能供电系统.该系统结合视频监控系统具有远程停送电功能,同时具有防越级跳闸功能,还具有用电负荷的在线监测功能.方便运维人员及时调整线路的负荷的大小,做到安全用电、经济用电.三是主排水集中控制系统.该集控系统采用西门子S 系列P L C控制器,具有检修、就地、远控、全自动运行四种运行模式,可实现单台水泵控制和多台水泵的自动轮换调度智能化控制;同时可实时检测水仓水位、流量、压力、真空度、温度、振动、闸阀状态等一系列参数,目前为地面远程集中控制、井下无人值守方式运行.目前系统运行正常,使用效果较好.(九)安全监控系统一是瓦斯灾害防治.引进瓦斯监控报警联动系统,当工作面瓦斯异常时及时报警,提醒工作人员及时采取相应的措施治理瓦斯灾害.二是水害防治.引进K J 矿井水文监测系统,水文动态观测系统系统运行稳定,能够及时地反应井下涌水量及地面水文长观孔水位变化,对异常数据能够及时发出报警信息,达到对水害事故及时预警,保障煤矿安全生产,使用效果良好.三是火灾防治.引进自动灌浆系统:建有地面制氮站,目前实现无人值守和远程集中控制,运行良好.四是顶板灾害防治.采用K J 矿压监测平台,对顶板实施在线监测,顶板离层及时发出报警信息,提醒工作人员及时采取相应的处置措施.五是粉尘灾害防治.引进矿井智能喷雾集中控制系统,目前该系统运行正常,井下共安装自动喷雾 处,使用效果较好.六是综合防治系统.采用K J X安全监控系统,该系统具有实时监测井下作业总人数,不同分区及各个工作面的实时人数和位置实时变化,同时具有报警提醒功能,遇突发情况时及时联系遇险人员及时撤离危险区域,所有生产头面均按要求设置应急广播系统,遇险情时调度可以一键急呼应急广播系统,及时撤离人员.年,公司所属刘庄煤矿成为全国首批智能化示范矿井,为全公司煤矿智能化建设树立了标杆,年新集公司综采工作面将全部实现智能化采煤,建成 个智能化掘进工作面,完成 个固定车间硐室智能化系统升级改造.刘庄煤矿继续保持智能化中级水平,新集一矿、二矿智能化达标初级,板集煤矿通过智能化矿井验收.努力构建网信安全纵深防御体系,全年实现智能化减员 人,全年杜绝重大网信安全事件.参考文献:卢新明,尹红数字矿山的定义、内涵与进展J煤炭科学技术,():王国法,王虹,任怀伟,等智慧煤矿 情境目标和发展路径J煤炭学报,():王国法,任怀伟,庞义辉等煤矿智能化(初级阶段)技术体系研究与工程进展J煤炭科学技,():王国法,杜毅博德国工业与中国煤机装备智能制造的发展J煤炭科学技术,():淮南职业技术学院学报第 卷