礦井智慧工序的研究與應用

任富強 郭坤閃

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦，河南 平頂山 467012）

隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，企業(yè)的信息化程度已經(jīng)成為決定企業(yè)效益和國家經(jīng)濟增長的戰(zhàn)略資源，利用信息技術(shù)提高企業(yè)管理效率和管理水平，提升企業(yè)核心競爭力，已經(jīng)成為國家和企業(yè)關注的熱點。礦井智能工序的研究與示范應用是在國家大力推進信息化的背景下進行的探索研究，符合礦井智能化發(fā)展的需要。

1 礦井智慧工序介紹

礦井智慧工序是應智慧礦山的概念而產(chǎn)生的，礦山智慧化是礦山信息化在經(jīng)歷自動化、數(shù)字化發(fā)展階段后迎來的新時代［1］。所謂礦井智慧工序，從廣義上講是指能夠自動地、智能地對礦井生產(chǎn)實際情況迅速、靈活、正確地做出判斷并處理的能力；從狹義上講是指提取實際生產(chǎn)中的工序（工作流程），通過自動化信息化的方法使設備能夠根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境變化自主工作，實現(xiàn)無人值守。礦井智慧工序的研究是從各個單機自動化系統(tǒng)的工序入手，研究工序的每個細微的過程，通過優(yōu)化升級，完善系統(tǒng)，使其能夠自動快速正確的進行處理，為實現(xiàn)智慧礦山開拓了一種新的研究模式［2］。

2 整體方案

通過對平煤股份八礦的工作面監(jiān)測系統(tǒng)、膠帶機集控系統(tǒng)、地面儲裝運系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)等進行研究和分析，優(yōu)化和升級，使其初步具有參數(shù)的自動采集，故障的自動報警、事故的自動處理等初步的智能。主要采用如下方案：

①對膠帶機的集控系統(tǒng)和煤樓集控系統(tǒng)進行研究，對處理程序進行升級處理，實現(xiàn)了順煤流的控制。

②對壓風機監(jiān)控系統(tǒng)的運行模式和運行規(guī)律進行分析，實現(xiàn)了根據(jù)總管網(wǎng)壓力和各臺空壓機狀況的智能運行。

③對中央排水系統(tǒng)的工序進行的研究，目前已經(jīng)達到了避峰就谷的智能運行。

④對應急通訊保障系統(tǒng)和通風機等系統(tǒng)進行研究，使其更加智能。

3 具體實施方法

這里主要以皮帶輸送系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，壓風系統(tǒng)為例進行介紹。

3.1 對膠帶機實施順煤流節(jié)能運行［3］

平煤股份八礦地面儲裝運系統(tǒng)共有皮帶31部，給煤機4臺，破碎機2部，螺旋篩2部，振動篩2部。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 平煤八礦煤樓運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以二系統(tǒng)入東大倉這條煤流進行舉例分析。此流程如下：

給煤機——202皮帶——204皮帶——208振動篩——212皮帶——216破碎機——220皮帶——224皮帶（正轉(zhuǎn)）——231皮帶——233皮帶——東大倉。共有涉及12部設備，其中兩臺給煤機（只選擇一臺運行），一部破碎機（216），一部振動篩（208），長皮帶三條（202、204、231），短皮帶四條（包括一條選矸皮帶212，一條小上山皮帶220，及224和233），大倉小跑車235（未參與控制）。

經(jīng)現(xiàn)場測量從給煤機出煤到東倉共用時190秒，其中202皮帶用時46秒，204皮帶用時60秒，212選矸皮帶用時17秒，224皮帶用時4秒，231皮帶用時71秒，233皮帶用時5秒。

按照煤流運行方向，在煤到達該設備前（預留1～2秒）開始啟動該設備，預留該設備的啟動時間（大于等于該設備的啟動超時時間）；停止時，按煤流運行方向，首先停止給煤機，然后待該設備拉空煤以后延時2秒停止。啟動過程中，設備不能正常啟動，立刻停止已經(jīng)啟動的設備，問題處理后，從故障設備處延時分頭開始啟動。正在運行中，設備故障停車，上面設備立刻停車，下面設備將煤拉空后延時停車（或者不自動停車，根據(jù)情況手動一鍵停止）；故障處理后，從故障設備的下部設備延時分頭啟動。

順煤流正常啟停延時如下表1，表2所示（時間單位為秒）；

表1 系統(tǒng)順煤流啟動邏輯

表2 系統(tǒng)順煤流停止邏輯

3.2 對排水系統(tǒng)實施智能運行［4］

3.2.1 泵自動輪詢功能實現(xiàn)

平煤股份八礦二水平中央泵房共有5臺水泵中有工作泵2臺，備用泵2臺，檢修泵1臺。系統(tǒng)全自動運行時，涉及五臺水泵要實現(xiàn)自動輪詢及自動根據(jù)水倉水位啟停泵這兩個關鍵問題。五臺水泵自動輪詢問題要考慮同一供電回路不能同時運行兩臺泵，一個出水管路不能同時被兩臺泵使用；

1號、2號泵可以用2#和4#管路，4號泵可以用1#和4#管路，3號、5號泵可以用1#和3#管路；供電情況為1#泵和2#泵在同一用電

回路，4#泵和5#泵在同一用電回路，3#泵單獨一臺用電回路。

根據(jù)這些情況，項目組設計一種水泵輪序順序，執(zhí)行循環(huán)開停為1#，3#，5#，2#，4#泵，即正常模式下的開始順序，當有兩臺或者兩臺以上泵運行時，按照此順序自動啟動，當任一水泵出現(xiàn)故障時，自動開啟下一臺水泵。

3.2.2 避峰就谷機制的研究

基于礦上用電分時段電費價格不同，設計采用避峰就谷模式，即避開用電高峰和尖峰段，在用電低谷即將結(jié)束時，將水倉水位排至最低，確保在下次用電低谷到來前不啟動水泵。

根據(jù)平煤八礦的實際情況，用電高峰時段為8：00～12：00，用電尖峰為 18：00～22：00，一天的其余時間為用電低谷。因此，開泵的時間應盡量避開高峰和尖峰，利用“避峰就谷”機制很好地解決了整個問題。

圖2 水位監(jiān)測趨勢圖

“避峰就谷”機制如圖2所示。設定4個水位：低水位H1、中間水位H2、高水位H3、危險水位H4。當前水位設為H，當H達到危險水位H4時，無條件起泵。當H達到高水位H3時，首先判斷電網(wǎng)的負荷，若處于低谷，即啟動一臺水泵；若處于用電高峰或用電尖峰，則暫緩啟動水泵，直到達到危險水位H4再起泵。這樣就可以減少在用電高峰和用電尖峰起泵的時間，有效地節(jié)約了資源。高水位、低水位和中間水位可以根據(jù)實際情況人為靈活的設定。如圖2所示為水倉水位變化趨勢圖：

3.3 對壓風系統(tǒng)實施智能運行

項目組對平煤八礦新副井壓風系統(tǒng)的工序進行調(diào)查分析，主要解決了以下幾個關鍵問題：一是使所有閥門具備遠程監(jiān)測控制，二是使變頻器自動投入系統(tǒng)運行，三是使系統(tǒng)根據(jù)總管網(wǎng)壓力自動加卸載，四是完善整個系統(tǒng)，使監(jiān)控功更加安全穩(wěn)定。從而實現(xiàn)了整套壓風機遠程監(jiān)控和具備智慧運行。

4 結(jié)語

平煤股份八礦通過對智慧工序研究已經(jīng)實現(xiàn)了對井下三大采區(qū)皮帶、地面煤樓設備的一鍵控制，實現(xiàn)井下兩個泵房的避峰就谷的全自動運行，也實現(xiàn)了壓風機房根據(jù)總管網(wǎng)壓力的自動運行。這些技術(shù)的應用使各單機自動化系統(tǒng)運行更加科學化、智能化，還實現(xiàn)了減員和節(jié)省材料費用。這些技術(shù)具有一定的創(chuàng)新性，有很實用的推廣和借鑒意思。

［1］徐國萍.智慧礦山關鍵技術(shù)研究初探［J］.山西焦煤科技，2014，38（11）：33-36.

［2］徐靜，譚章祿.智慧礦山系統(tǒng)工程與關鍵技術(shù)探討［J］.煤炭科學技術(shù)，2014，42（4）：79-82.

［3］祝龍記，王汝琳.礦井膠帶輸送機分布式智能控制系統(tǒng)［J］.工礦自動化，2003，（4）：28-30.

［4］郭暢.淺析提高礦井排水系統(tǒng)功效的方法［J］.科技創(chuàng)新與應用，2012，（32）：129.