核桃峪煤礦綜合自動化管控平臺研究及應(yīng)用

黃江回　邵常雄

摘 要：文章根據(jù)核桃峪煤礦實(shí)際情況，采用高可靠性、機(jī)電一體化采掘設(shè)備，并建立管理與控制一體化綜合自動化系統(tǒng)，將核桃峪礦井建成一個自動化、信息化、安全、高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化“管控一體化”礦井，是礦井建設(shè)的總體目標(biāo)。綜合自動化管控平臺的建設(shè)將為保障煤礦安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效，配置了自動化技術(shù)水平較高的全礦生產(chǎn)過程綜合自動化控制系統(tǒng)，建立現(xiàn)代化的、覆蓋礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)、采、掘、運(yùn)的綜合調(diào)度和生產(chǎn)過程自動化，換算成經(jīng)濟(jì)效益約合500萬/年。

關(guān)鍵詞：煤礦；自動化；管控平臺

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0174-03

1 華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司核桃峪煤礦基本情況

核桃峪井田位于甘肅省慶陽市正寧縣西南部，行政區(qū)劃屬正寧縣宮河、周家鄉(xiāng)和寧縣中村鄉(xiāng)管轄。根據(jù)寧正礦區(qū)總體規(guī)劃，井田范圍由20個拐點(diǎn)坐標(biāo)圈定，東西長約15 km，南北寬約12 km，面積183.19 km2。

井田東部為無煤帶邊界；南部為陜、甘省界；西部與本礦區(qū)新莊井田相鄰，其中西南部為寧縣、正寧縣的縣界（無日天溝溝口位置）；北部以探礦權(quán)邊界為基礎(chǔ)取直后與寧中勘查區(qū)相鄰。本礦設(shè)計(jì)可采儲量1 229.53 Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8.0 Mt/a，儲量備用系數(shù)按1.4考慮，則礦井的服務(wù)年限為109.8 a。

2 項(xiàng)目的背景和必要性

2.1 項(xiàng)目背景

隨著國家對煤礦安全的日益重視，“數(shù)字礦山、智能礦山”的概念越來越普及，其意義是建立在數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎(chǔ)上的，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理的管控一體化系統(tǒng)，它綜合考慮生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、環(huán)境、資源、安全和效益等各種因素，以如何提升生產(chǎn)要素完全有效生產(chǎn)率為目標(biāo)，以先進(jìn)的檢維修策略為載體，全員的行為全規(guī)范化為過程，以企業(yè)自動化、信息化建設(shè)為基礎(chǔ)，在數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎(chǔ)上的，綜合考慮了生產(chǎn)、設(shè)備、安全、管理、環(huán)境、資源和效益等各種因素，使信息化逐步由輔助生產(chǎn)經(jīng)營管理，轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿雍鸵I(lǐng)企業(yè)管理模式創(chuàng)新，優(yōu)化企業(yè)資源配置，提高經(jīng)營決策水平，保障安全、清潔、高效發(fā)展的主要推動力。其平臺建設(shè)的核心思路就是“管理模式的轉(zhuǎn)變、檢維修模式的提升”。

2.2 項(xiàng)目必要性

2.2.1 國內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

中國煤炭資源豐富，煤種齊全。資源總量為5.5萬億t，其中已查明的資源儲量1萬億噸，排在俄羅斯（2.5萬億t）和美國（1.5萬億t）之后，居世界第三位。

而中國的煤炭產(chǎn)量居世界首位，煤礦數(shù)量多，超過世界上其他主要采煤國家的煤礦總數(shù)。

全國煤炭產(chǎn)量25億t/a，其中大型煤礦的產(chǎn)量13.5億t，比重54%，大型煤礦企業(yè)近600家；中型煤礦的產(chǎn)量4.5億噸，比重18%，中型煤礦企業(yè)近900家；小型煤礦產(chǎn)量控制在7億噸以內(nèi)，比重占28%，數(shù)量控制在1萬家。

2.2.2 國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

作為世界主要產(chǎn)煤大國之一，美國也曾經(jīng)歷過安全狀況惡化、傷亡事故嚴(yán)重的年代。

煤礦安全專家估計(jì)，自從有煤礦以來，美國大約20萬礦工被事故吞噬了生命。20世紀(jì)前30年，美國煤礦每年平均事故死亡2 000多人；進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，傷亡人數(shù)才迅速減少， 2 000年死亡40人。

從國際上公認(rèn)的安全生產(chǎn)指標(biāo)百萬噸死亡率來看，美國的這一指標(biāo)已下降到0.035左右。從總的歷史趨勢看，美國的煤礦安全狀況在100多年中得到了大幅度的改善，死亡率甚至比漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)和零售業(yè)還要低。

3 項(xiàng)目實(shí)施方案

核桃峪煤礦綜合自動化管控平臺是一個集現(xiàn)代管理理念、現(xiàn)代化技術(shù)、資源和管理手段融合為一體，能夠支撐核桃峪煤礦實(shí)現(xiàn)經(jīng)營和管理戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，滿足全礦范圍內(nèi)各個業(yè)務(wù)對口部門的多媒體信息采集、傳輸、存儲和加工處理需要的企業(yè)綜合數(shù)字化信息系統(tǒng)，使其網(wǎng)絡(luò)、軟件、數(shù)據(jù)、應(yīng)用均能符合企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，體系結(jié)構(gòu)符合國際標(biāo)準(zhǔn)或國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 項(xiàng)目目標(biāo)及執(zhí)行計(jì)劃

采用高可靠性、機(jī)電一體化采掘設(shè)備，并建立管理與控制一體化綜合自動化系統(tǒng)，將礦井建成一個自動化、信息化、安全、高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化“管控一體化”礦井，是礦井建設(shè)的總體目標(biāo)。依據(jù)這一總體目標(biāo)，礦井綜合自動化建設(shè)內(nèi)容包括：礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)自動化控制，礦井安全生產(chǎn)環(huán)境、人員分布、視頻信息監(jiān)測監(jiān)控，調(diào)度通訊。

礦井自動化控制與信息通訊集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)；礦井綜合管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)和決策信息分析系統(tǒng)三個層次內(nèi)容。

實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度管理和高效、現(xiàn)代化的經(jīng)營決策管理。

為保障煤礦安全、高效的生產(chǎn)，建設(shè)完善礦井綜合自動化系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)全礦井的規(guī)范化、科學(xué)化的調(diào)度、指揮、管理。

5 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益及社會效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

①此系統(tǒng)投入運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的全過程、全要素管理，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享分析，減少安全生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，降低人力資源方面的投入，提高了礦井生產(chǎn)效率和現(xiàn)代化管理水平。有效的對系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控，能準(zhǔn)確的掌握設(shè)備運(yùn)行情況，并通過人員作業(yè)行為，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，有利于設(shè)備的維護(hù)，減少設(shè)備的資金投入。

②設(shè)備購置費(fèi)用低：平臺設(shè)備購置費(fèi)用（含軟件平臺）為350萬元，同類型的管理信息化平臺購置費(fèi)用在大概在800萬元以上，本系統(tǒng)的購置費(fèi)用為同類型產(chǎn)品的45%，可節(jié)約最少55%的投資。

③系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低：在建莊煤礦采用了綜合自動化管控平臺后，減少了各區(qū)隊(duì)各類信息的統(tǒng)計(jì)人員1人，減少生產(chǎn)過程崗位工1人，人力資源的各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)1人，全礦節(jié)省崗位工最少15人，按公司年均工資8.9萬計(jì)算，每年可節(jié)約開支133萬元，同時設(shè)備的不必要的損耗，減少設(shè)備運(yùn)行故障的發(fā)生，并減少安全事故的發(fā)生，同事每年可節(jié)約設(shè)備運(yùn)維費(fèi)及備件費(fèi)58萬元；

使用人員作業(yè)行為系統(tǒng)之后，大大提高了區(qū)隊(duì)對現(xiàn)場人員作業(yè)過程的管控，減少班中串崗、離崗等現(xiàn)象的發(fā)生，提高區(qū)隊(duì)工作效率，并減少安全事故的發(fā)生。

④監(jiān)控跟蹤設(shè)備的開停情況以及設(shè)備運(yùn)行情況、降低設(shè)備運(yùn)行能耗、從而最大限度地幫助企業(yè)有效使用現(xiàn)有生產(chǎn)資源。

⑤提高生產(chǎn)安全性。通過大量使用工業(yè)控制設(shè)備與系統(tǒng)，可以減少人工差錯與干預(yù)，依靠技術(shù)手段提高安全性。

⑥精細(xì)化管理，降低企業(yè)生產(chǎn)過程成本。通過各種信息技術(shù)的使用，減少人工需求，降低人員成本。另外，應(yīng)用系統(tǒng)為管理者提供良好的工具，來改進(jìn)和優(yōu)化管理，降低成本消耗。

5.2 社會效益分析

①本項(xiàng)目投資大、科技含量高、產(chǎn)業(yè)帶動力強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于促進(jìn)結(jié)構(gòu)升級并形成新的優(yōu)勢。

②本項(xiàng)目產(chǎn)品使用先進(jìn)的圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、視頻技術(shù)、完善的班組建設(shè)規(guī)范以及各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，有利于該技術(shù)在煤礦行業(yè)的發(fā)展。

③使用系統(tǒng)之后，從整體上提高了煤礦整體信息化水平，并為煤礦培養(yǎng)了一大批信息化專業(yè)人才，從事系統(tǒng)的運(yùn)維工作，同比外包系統(tǒng)售后服務(wù)費(fèi)近百萬元。

④本項(xiàng)目使用國內(nèi)外先進(jìn)的管理理念，全面地設(shè)備故障分析方法，全新的設(shè)計(jì)思路來完成系統(tǒng)，完成后可以在行業(yè)內(nèi)推廣，推動我國煤礦信息化、數(shù)字化系統(tǒng)的發(fā)展。

⑤該項(xiàng)目完成后可以作為“智慧礦山”和“數(shù)字礦山”的重要組成部分。

6 項(xiàng)目預(yù)期成果

此系統(tǒng)投入運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的全過程、全要素管理，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享分析，減少安全生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，降低人力資源方面的投入，提高了礦井生產(chǎn)效率和現(xiàn)代化管理水平。

有效的對系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控，能準(zhǔn)確的掌握設(shè)備運(yùn)行情況，并通過人員作業(yè)行為，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，有利于設(shè)備的維護(hù)，減少設(shè)備的資金投入。

7 結(jié) 語

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的數(shù)字化、自動化技術(shù)，目標(biāo)是建成國內(nèi)一流的，并且可以長時間領(lǐng)先的綜合智能化、數(shù)字化應(yīng)用管理平臺，以煤炭企業(yè)的“人、機(jī)、物、環(huán)”為基礎(chǔ)，PDCA模式為驅(qū)動，打破信息孤單，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，并依據(jù)企業(yè)管理理念，持續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提高企業(yè)的安全生產(chǎn)管控效率，進(jìn)而確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

7.1 實(shí)現(xiàn)礦井管理的職能化，為打造本質(zhì)安全型礦井提 供信息保障

建立包括完整的地質(zhì)信息、危險(xiǎn)源信息和生產(chǎn)信息的礦山模型，以人員作業(yè)管理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)包括安全隱患的預(yù)先顯現(xiàn)，根據(jù)各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和檢查檢測系統(tǒng)返回的動態(tài)數(shù)據(jù)，利用“煤礦綜合自動化管控平臺”系統(tǒng)提供模型庫、方法庫對生產(chǎn)過程的各種危險(xiǎn)因素進(jìn)行實(shí)時分析，對各種安全隱患進(jìn)行超前預(yù)測預(yù)報(bào)，對不安全因素提前進(jìn)行整改，同時對有危險(xiǎn)性較大的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，對無法避免的災(zāi)變可以快速啟動相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行緊急救援，依據(jù)井下人員定位技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，采用灰色理論和故障樹模型等多種分析法，結(jié)合危險(xiǎn)源（已知危險(xiǎn)源和決策支持系統(tǒng)實(shí)時分析出的危險(xiǎn)源）實(shí)現(xiàn)對人的不安全行為的預(yù)警，減少物的不安全行為造成的作業(yè)人員傷亡。

7.2 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程管理的精細(xì)化、智能化，為打造高產(chǎn)高 效礦井提供決策手段

在各個業(yè)務(wù)專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)倉庫提供的完整信息和智能化分析工具，將現(xiàn)場的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)等，通過工業(yè)以太網(wǎng)及無線通訊網(wǎng)進(jìn)行全方位集成分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山的深層次管理。

7.3 高產(chǎn)高效、減員增效，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化

綜合自動化管控平臺的建設(shè)將為保障煤礦安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效，配置了自動化技術(shù)水平較高的全礦生產(chǎn)過程綜合自動化控制系統(tǒng)，建立現(xiàn)代化的、覆蓋礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)、采、掘、運(yùn)的綜合調(diào)度和生產(chǎn)過程自動化，切實(shí)達(dá)到減員增效的目的，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，換算成經(jīng)濟(jì)效益約合1000萬/年。

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