煤矿智能化矿井建设高质量发展现状及展望.pdf

总第2 2 9 期2023年第7 期经验交流摘要：煤矿现代化、智能化的建设当前已经成为化解国家能源供需、提高矿山行业安全水平和保障生命、财产损失及生态环境治理和控制开采效益成本等问题的重要途径。分析了当前煤矿现状和信息基础设施，制定了煤矿智能化建设目标，设计了智能化煤矿整体架构并提出了建设路径，为煤矿智能化建设高质量发展提供参考意见。关键词：智能化建设；现状分析；建设目标中图分类号:TD82;TD670引言现代智能化矿井通过移动互联网、物联网、AI技术、云计算等现代信息技术将各类信息进行横向整合协调，实现煤矿管理人员随时随地查阅、监督、调度井下视频监控、监测监控、人员定位、超限预警、安全隐患管理等等各类生产管理信息，从而快速为生产安全、经营管理进行决策1。矿山数字化和信息化及现代人工智能技术是智能化矿井建设的根本，安全矿山、高效矿山、绿色矿山、清洁矿山建设是智能化矿井的本质2-3 。1现状分析当前煤矿百兆光纤工业以太网尚未形成环网结构。各子系统之间相对独立,通过地面调度中心设备监控机房的核心交换机进行汇聚,并通过核心交换机实现不同子系统间的数据通讯，并实现与上级云端数据接入；视频监控系统已经使用多年，存在大部分设备老化问题。已建立的瓦斯、水害、粉尘、顶板灾害监测系统、人员定位监测系统等安全管控系统，目前部分设备已经老化，部分软件由于厂商问题，缺少运维。1.1主干网络当前煤矿矿井之前已建设百兆光纤工业以太网，尚未形成环网结构。各子系统之间相对独立,通过地面调度中心设备监控机房的核心交换机进行汇聚,并通过核心交换机实现不同子系统间的数据通讯。1.2工业视频监控当前煤矿现有安防视频监控是模拟监控,现有点位145个，142 处点位正常传输，14处显示屏可正常使用，2 块显示器垂直条纹遮挡视频信号，1块显示器清晰度由于老化清晰度降低，硬盘录像机有少部分硬盘容量失效。1.3上级云端数据接入当前煤矿已接人上级云端数据平台、大数据中心，实现本级矿用数据和决策应用数字化，可上传通收稿日期:2 0 2 3-0 1-19作者简介：吴胜利（19 8 0 一），男，山东充州人，本科，毕业于哈尔滨工业大学机械设计制造及其自动化专业，助理工程师，从事煤矿机电管理工作。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization煤矿智能化矿井建设高质量发展现状及展望吴胜利（山东能源充煤集团内蒙古昊盛煤业，内蒙古鄂尔多斯0 17 2 0 0）文献标识码：A风、瓦斯、产量、人员定位、工业视频等数据至上级单位及监管部门。1.4安全管控系统建成安全监测系统，无灾害感知预警系统，可以实现多种监测(气体、粉尘、温度)数据的统一传输。1.5瓦斯灾害1)瓦斯监测现有数据与通风系统线下共享；2)能够实现瓦斯超限区域自动断电；3)能够显示各测点相关瓦斯监测数据,并做预警提示，无法做避灾线路规划。1.6水害1）目前监测数据为井下泵房仓位数据和流量数据。数据来源于泵房水位仪、流量仪；2)人工启停水泵；3探放水作业数据当前为线下人工采集。1.7火灾1)束管监测目前时间频率为8 min,温度数据为传感器测温；2)具备灌浆、注氮等设施。1.8粉尘已有采、掘工作面有粉尘监控(传感器）。1.9顶板灾害1)有矿山压力监测系统,范围包含综采工作面；2)压力数据可以做简单分析展示，包含超限预警分析。1.10灾害综合防治系统1)建成安全监测系统,无灾害感知预警系统，可以实现多种监测(气体、粉尘、温度)数据的统一传输。上传通风、瓦斯、产量、人员定位、工业视频等数据至上级单位及监管部门；2)有安全风险分级管控体系。1.11人井人员装备1)具备人员定位功能（通过井下人员携带定位卡Total 229No.7,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.07.107文章编号：2 0 9 5-0 7 48(2 0 2 3)0 7-0 316-0 32023年第7 期实现）；2)目前人员定位系统实现部分电子围栏功能。2煤矿智能化建设目标基于大数据融合分析技术，满足煤矿生产经营管理智能化需求，需实现以下目标：1)实现智能化煤矿各系统间的协调联动与智能管控,实现矿井多部门、多专业、多层面的数据集中应用、共享交换和决策支持，井上下各系统“监测、控制、管理”的一体化及智能联动控制。2)实现设备智能化在线监测,实现统一标准、统一存储、统一管理,实现数据共享。3)实现模块化无缝横向连接，实现云架构简单化、可靠化和高可用化，实现数据分类、数据分析、数据融合功能,提高系统弹性计算能力。4)实现重大危险及安全隐患早期预测预报，提高煤矿重大危险源识别及监测预警能力，有效降低重大事故发生的概率。提升煤矿整体的安全管理能力。5)采用“三维虚拟矿井平台”实现矿井智能化、网络化、分布式综合管理，为煤矿安全生产管理提供前提保障。实现矿井整体“监测管理、预测预警、调度控制”的整体化。6)根据矿井实际,对矿井基础信息系统、机械化+智能化的采掘系统、重大安全隐患的智能分析预警、智能安全监测系统进行重点设计，实现提升安全系数、减人增效。智能化矿山建设是对矿山整体进行数字化再现。核心是在统一的时间坐标和空间框架下,科学合理地组织梳理矿井各类生产安全信息，将海量矿井信息数据进行全面高效有序地整合管理。最终表现为矿山的高度信息化、自动化、高效率、少人化、无人化，高安全和高效益2 1)以平台化思维,推进智能化矿山整体系统的整合。使用平台化的思维建设智能化矿山，尽可能的数据都集中到一个页面上，一套数据存储体系上,将对未来的数据应用起到至关重要的作用。2)借助物联网技术,实现对生产调度的智能化管理。随着网络的推进，物联网设备不断地加人到生产管理过程中，各种传感器替代了人的手工录人，提高了数据采集的精度、时效性、准确性，实现矿山的生产调度智能化管理。3)构建以信息化为依托的规范化生产过程管理实现增效。借助于信息化手段开展的管理模式，从减轻人员工作强度、降低工作环境风险等多种有利方面推进,都有较好的效果。能够帮助矿山提升管理,向精细化管理推进。借助智能设备的快速反应、无疲劳、稳定性高等吴胜利：煤矿智能化矿井建设高质量发展现状及展望提升矿山的生产效率3。4)达成以数据为核心的矿山业务分析，为决策提供数据支持。随着市场变化的不断加剧,管理的不断规范,为生产决策提供有效的数据支持成为了当前智能化矿山必备的能力。通过进行智能化矿山的建设推进、在保证了数据的真实性、实时性、完整性、统一性等条件下，为整个不同层级的管理者提供多方位的数据支撑、多元化的数据分析、多展现形式的报表将为其决策提供有力的支持。3总体架构设计采用一张网、一个平台、一张图的建设思路，保证系统的实用性、稳定性和信息的共享性。利用云计算、大数据等技术建设大数据中心，按照边缘云协同计算的架构设计进行统一部署运行，支持统一数据接口多用户协同作业，具备数据分类、数据分析、数据融合等功能,如图1所示。数据对外管控设备异常预警瓦斯异常预警给排水分析通风分析冲击地压预警能耗分析平台技术中台智能移动应用平台视频接人平台化煤区块链平台GIS平台矿工微服务平台人工智能平台运输业务业互联网平台云计算平台物联网管理平台边缘层边缘计算设备接入层备智能数据网关模块OPC感知层生产环境3.1感知层感知层是整个智能化矿山业务的基础，数据来源：前端的物联感知数据、工业自动化系统数据、视频监控以及安全生产经营管理系统的数据均由感知层通过基础设施层上传给平台使用。3.2网络层网络层是整个平台数据传输，存储的保障，直接影响平台的运行和实施。由“一张网”构成：一由工业环网、企业网构成，提供全面的高速网络通道，用于监测监控、无线通信、人员定位、音视频等数据传输。3.3平台层该层是整个智能化矿山综合管控平台的技术核心，提供整个平台业务的基础支撑能力和数据处理能力。3.4应用层结合协同设计管理平台工具给客户构建煤矿生产、经营、管理各类业务应用，比如综合地质保障、综合自动化、智能安全监控、生产经营管理、智能决策分317特性，在某些生产瓶颈环节替代人工操作,将极大地商业服务业务中台数据中台采掘业务安监业务机电业务调度业务洗选业务存储分析设备接人设备影子边缘计算网关MODBUSMQTT设备类人员图1智能化煤矿整体架构数据综合管理平谷数据集市层汇总分析层大数据平台明细数据层计算网络设备鉴权规划引擎边缘物联代理RTSP5G车辆安全WIFI现代工业经济和信息化第13卷析等应用。3.5展示层提供各类设备的可视化展示能力，将平台各功能直接展示给用户，方便用户的使用。主要包括指挥中心大屏展示、PC端展示、移动端展示、Web端展示、三维仿真展示等。4智能化煤矿建设整体规划及建设路径4.1智能化煤矿建设整体规划由于智能矿山建设投人大、周期长，按照“整体设计、分步实施”的原则进行分阶段实施。智能矿山建设划分两期建设，一期工程完成智能化信息基础设施建设、智能化掘进面的建设，完成智能综合管控平台的建设及相关系统的接入，实现井下采掘面减人的目标；二期工程完成智能化综采工作面、智能煤矿的总体建设内容，实现每班井下总人数减少的目标。各期主要完成的内容如下：基础设施、“感知矿山”安全系统、控制系统建设为主，二期以智能综采工作面和智能化煤矿整体建设为主。建设内容包括：智能化综合管控平台建设、调度室建设、综合管控平台的部分系统建设、工业环网建设（包括地面环网和井下环网的建设），以及工业视频的升级改造。智能化采煤工作面和智能化煤矿的建设。建设内容如下：智能化采掘工作面的建设、智能化煤矿矿井整体建设、洗选厂智能化的建设及其各智能化子系统的接人。4.2生产矿井智能化建设路径根据矿井实际情况和建设目标，制定科学合理地设计智能化建设方案，按照“基础系统高容量一采掘系统高可靠一感知系统全覆盖一保障系统高适应”的思路，自下而上逐步实现矿井智能化建设方案。煤矿智能化建设技术路径为：1)对具体各个生产及辅助系统进行技术和装备升级，提高单个设备或系统的自动化、智能化水平。2)开展网络平台、调度指挥中心及数据处理中心升级，汇聚生产技术、生产工艺、现场环境过程信息等；3)整体集成系统,实现智能化综合管控平台的一体化智能协同调度管控。智能化矿井建设以数字矿山和矿山物联网为基础,实现物理矿山的虚拟化、生产环节的可视化、运营环节的高效化。是在数字矿山和矿山物联网基础上，对矿井生产经营活动的流程进行再造，是在AI技术感知和数字化基础上，将各类信息提炼为决策智能化,将智能化决策转化为执行能力的过程5结语智能化矿井建设是管理、体制及技术创新有机结合,是对现有煤矿生产管理模式和管理理念的一次重大变革，特征为矿井信息全覆盖采集、全共享数据资源、智能化统计分析、全透明业务管理、人机状态全监控和生产过程全记录。通过深化矿井智能化建设，实现各系统的融合联动，进一步减员增效，实现无人化开采,打造一流的安全高效、绿色智能的现代化煤矿。智能化矿山已经成为现代采矿企业安全、高效、低耗和绿色开采的必由之路。参考文献1冯晓斌.矿井智能化建设模式与管理途径研究J.工矿自动化，2022,48(S2):1-3.2袁华.推进智慧矿山建设打造安全高效智能化矿井J.中国煤炭工业,2 0 2 2(7)：8 0-8 1.3张雷.多元灾害智能协同治理深地资源智能开采新突破：张双楼煤矿智能化示范矿井建设成果及经验J.智能矿山，2 0 2 2,3(4):37-46.(编辑:白龙)The Current Situation and Outlook of High-Quality Development of Intelligent MineConstruction in Coal MinesWu Shengli(Inner Mongolia Haosheng Coal Industry,Shandong Energy Yancoal Group,Erdos Inner Mongolia 017200,China)Abstract:The modernisation and intelligent construction of coal mines has now become an important way to solve the problems of nationalenergy supply and demand,improve the safety level of the mining industry to safeguard life,property loss and ecological environmentmanagement and control mining efficiency costs.The current situation of coal mines and information infrastructure is analyzed,theintelligent construction target of coal mines is formulated,the overall structure of intelligent coal mines is designed and the constructionpath is proposed to provide reference for the high-quality development of intelligent coal mine construction.Key words:intelligent construction;analysis of the current situation;construction goals