朝川礦智能礦山建設(shè)研究

周文彬

摘 要：在中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次代表大會(huì)上提出的“推動(dòng)兩化深度融合，堅(jiān)持四化同步發(fā)展”的精神指引下，基于“智慧城市”作為代表的智慧化發(fā)展方興未艾，使礦山行業(yè)迎來智慧化建設(shè)的浪潮。面對(duì)新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，煤礦企業(yè)如何運(yùn)用新技術(shù)、新設(shè)備改善職工作業(yè)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效、提升礦井核心競(jìng)爭(zhēng)力是為當(dāng)下之急，是每個(gè)煤礦努力的方向。

關(guān)鍵詞：智慧礦山;物聯(lián)網(wǎng);自動(dòng)化;環(huán)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：F426.1;F270.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）19-0094-03

Abstract： Guided by the spirit of “promoting the deep integration of the two modernizations and adhering to the simultaneous development of the four modernizations” put forward at the 18th Congress， the intelligent development based on “smart city” as a representative is in the ascendant， which also makes the mining industry usher in the wave of intelligent construction. Faced with the popularization of the new generation of Internet of Things technology， how to use new technologies and equipment to improve the working environment of workers， achieve high production and efficiency of mines， and enhance the core competitiveness of mines is the urgent matter at present and the direction of every coal mine.

Keywords： intelligent mine;Internet of Things;automation;ring network

1 朝川礦概述

朝川礦隸屬于中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)的上市公司平頂山天安煤業(yè)股份有限公司。朝川礦位于河南省汝州市南部，北距汝州市18km，南距寶豐縣25km，距平頂山市60km。焦枝鐵路、207國(guó)道、904省道均從礦區(qū)東部通過。有專用線與焦枝鐵路小屯站接軌，有礦區(qū)公路與207國(guó)道、904省道連接，交通十分方便。井田面積26km2，是河南省第二大主焦煤基地，歷史上有“川炭之鄉(xiāng)”的美稱。產(chǎn)品有焦煤、肥煤、精煤和焦炭，煤質(zhì)優(yōu)良，低硫低灰高發(fā)熱量，是電力、建材、冶金、煉焦的理想原料。1971年建井，1978—1980年相繼投產(chǎn)，1998年7月加入平頂山煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)t[1]。

朝山礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜、多水，隨著開采深度加深，直接面臨水患及-400m水平以下沼氣帶的威脅?！睹旱V安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》指出：科技進(jìn)步為煤礦安全提供有力支撐，國(guó)家大力推進(jìn)“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”工程，有效促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)，加快小型礦井機(jī)械化改造，鼓勵(lì)無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控。按照規(guī)劃，到2020年，我國(guó)將建成100個(gè)初級(jí)智能化示范礦井，2025年大煤礦基本全部實(shí)現(xiàn)智能化[2]。

要實(shí)現(xiàn)智慧礦山，首先要把自動(dòng)化搞好、把基礎(chǔ)打牢，礦山自動(dòng)化是基礎(chǔ)。沒有各系統(tǒng)接入層（底層傳感器）的信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)采集，沒有綜合自動(dòng)化平臺(tái)，沒有物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)共享與分析，智慧礦山便是無源之水。

2 現(xiàn)狀

朝山礦為國(guó)有煤礦企業(yè)，在公司及礦黨政領(lǐng)導(dǎo)的正確帶領(lǐng)下發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，科技方面投入也較大。對(duì)朝山礦而言，雖正處在機(jī)械化礦山向自動(dòng)化礦山的發(fā)展進(jìn)程中，但自礦井自動(dòng)化投入運(yùn)行以來，在減員增效、安全穩(wěn)定方面成績(jī)顯著。不但減少了崗位人員，還夯實(shí)了檢修隊(duì)伍，改善了工作環(huán)境，提高了設(shè)備穩(wěn)定性。但對(duì)于智慧礦山而言，發(fā)展空間還很大。

朝山礦自動(dòng)化有一定基礎(chǔ)，近年來雖建成了以礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)的高速傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，礦井信息孤島依然眾多，可發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

目前，朝山礦只有部分運(yùn)輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中控制，其余設(shè)備均是現(xiàn)場(chǎng)操作。雖然多數(shù)設(shè)備也使用新型工業(yè)控制裝置，但仍離不開人員在現(xiàn)場(chǎng)操作，如朝山礦的副井提升系統(tǒng)、綜掘系統(tǒng)、遼源MG-300/730-MD綜采系統(tǒng)等。雖然設(shè)備都是新型的PLC工業(yè)控制裝置，具備硬件接入條件，有通用型強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)的接口功能，但都沒有組網(wǎng)建設(shè)，依靠崗位人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，無法發(fā)揮新型設(shè)備的性能，標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)及亮點(diǎn)不能突出展示，且浪費(fèi)較多人力資源。此外，個(gè)別系統(tǒng)雖前幾年做過控制系統(tǒng)改造，但因沒有堅(jiān)持使用或發(fā)現(xiàn)的問題沒能整改、維護(hù)不到位等造成系統(tǒng)通信中斷、設(shè)備長(zhǎng)期閑置損壞等。安全監(jiān)測(cè)、調(diào)度通信、人員定位等系統(tǒng)獨(dú)立存在，昂貴的線路成本和重復(fù)的檢修人員是最顯著的特點(diǎn)。

2.1 工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)

工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸平臺(tái)為朝山礦自動(dòng)化的基礎(chǔ)平臺(tái)。整體網(wǎng)絡(luò)由24芯光纜和地面核心交換機(jī)、井下隔爆型交換機(jī)組成的千兆冗余以太環(huán)網(wǎng)，機(jī)房2個(gè)核心交換機(jī)，井下4臺(tái)隔爆型交換機(jī)，地面煤樓1臺(tái)赫斯曼交換機(jī)，光纜敷設(shè)約10km。利用率很低，其他子系統(tǒng)分散運(yùn)行，孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，如安全監(jiān)控、人員定位、調(diào)度通信系統(tǒng)等都是獨(dú)立存在運(yùn)行的。

2.2 集控情況

在主運(yùn)行系統(tǒng)中，2012年已建設(shè)遠(yuǎn)程集中控制并投入使用，其余設(shè)備均是現(xiàn)場(chǎng)操作，且從近幾年的使用情況來看，控制設(shè)備相對(duì)穩(wěn)定可靠。但從期間的運(yùn)行情況來看，主要存在以下4個(gè)問題：第一，現(xiàn)場(chǎng)人員觀念陳舊或技術(shù)欠缺，已經(jīng)適應(yīng)了老設(shè)備、老方法，對(duì)新技術(shù)、新設(shè)備有排斥心里：第二，剛投入使用期間問題相對(duì)較多，需高標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試和維護(hù)，負(fù)責(zé)人員需有較強(qiáng)責(zé)任心;第三，底層傳感器故障相對(duì)較多;第四，精密的電子設(shè)備對(duì)環(huán)境要求苛刻，需定期巡查、維護(hù)。

3 分析與效果

煤礦技術(shù)發(fā)展的過程是原始礦山—機(jī)械化礦山—自動(dòng)化礦山—智慧礦山。智慧就是有和人一樣的思維，能夠替代人處理復(fù)雜的工作?？梢哉f，礦山技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)就是智慧礦山—礦山“無人化”，能夠主動(dòng)感知、自動(dòng)分析，并能快速而正確地處理礦山系統(tǒng)。智慧化礦山是個(gè)長(zhǎng)期過程，煤礦生產(chǎn)中涉及很多系統(tǒng)，包括采掘系統(tǒng)、膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)、提升機(jī)系統(tǒng)等;為保障煤礦安全生產(chǎn)，還有排水、供電、通風(fēng)、人員定位、安全監(jiān)測(cè)等輔助系統(tǒng);煤礦生產(chǎn)還要面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件、礦壓、瓦斯、地下水等。這些復(fù)雜的因素給礦井安全信息感知和傳輸帶來了很大困難。所以，不能指望一次建設(shè)終身受用，應(yīng)在整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上分布實(shí)施，集中優(yōu)勢(shì)力量重點(diǎn)突破。

煤礦自動(dòng)化建設(shè)的過程就是規(guī)范的過程，是從人治向法治轉(zhuǎn)變的過程，讓工作流程更清晰、制度更完善。此外，自動(dòng)化建設(shè)牽扯面廣、范圍大，涉及煤礦安全生產(chǎn)的各個(gè)重要環(huán)節(jié)，如采掘、機(jī)電運(yùn)輸、通風(fēng)、安全等各系統(tǒng)都屬于不同的部分，當(dāng)屬“一把手”工程。自動(dòng)化建設(shè)對(duì)朝山礦以后的發(fā)展意義重大，因此，決策層應(yīng)發(fā)揮強(qiáng)大的導(dǎo)向力量，在領(lǐng)導(dǎo)的指引下聯(lián)系實(shí)際、因地制宜，建立完善的激勵(lì)約束機(jī)制，使朝山礦智慧礦山建設(shè)長(zhǎng)效發(fā)展。

鑒于筆者自身的經(jīng)驗(yàn)，利用皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，能夠延長(zhǎng)至運(yùn)煤上山皮帶或亮點(diǎn)“頭面”。綜掘、綜采系統(tǒng)有良好的硬件接入條件，通過敷設(shè)線纜組網(wǎng)后，視頻和設(shè)備信號(hào)即可傳送至調(diào)度機(jī)房，在綜掘機(jī)和采面支架做視頻覆蓋后可在調(diào)度中心全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控工作面的生產(chǎn)情況和設(shè)備狀況，控制上，通過軟件組態(tài)和程序設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)井下操作站所有功能;再和視頻信息相配合，也可實(shí)現(xiàn)工作面無人值守。

安全監(jiān)測(cè)、人員定位、調(diào)度通信等更換主要設(shè)備，采用符合標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備可連接融入平臺(tái)，直接節(jié)省原有復(fù)雜的電纜線路，把不穩(wěn)定、延時(shí)長(zhǎng)的電纜傳輸方式改為穩(wěn)定、延時(shí)短的光纜傳輸，既降低了原有線路造價(jià)成本，又可減少線路的維護(hù)人員。面對(duì)朝山礦進(jìn)行更深煤層開采，井下不穩(wěn)定因素也勢(shì)必會(huì)增加，對(duì)安全監(jiān)測(cè)和通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求必然會(huì)更加嚴(yán)格。利用先進(jìn)的射頻技術(shù)及無線通信技術(shù)，井下可使用手持式無線通信設(shè)備，還可與調(diào)度通信相連接，方便井下軌道和車輛管理，使軌道運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效率大大提高。后期還可利用地理信息數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將人員、設(shè)備等定位情況以3D實(shí)景礦圖的形式實(shí)時(shí)展現(xiàn)。智慧礦山體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 調(diào)查研究，總體規(guī)劃

調(diào)查朝山礦井下的真實(shí)情況，研究制訂智慧礦山長(zhǎng)期或較長(zhǎng)期的規(guī)劃方案及短期目標(biāo)，使朝山礦在智慧礦山建設(shè)上少走彎路。通過調(diào)查研究，對(duì)現(xiàn)階段存在的問題進(jìn)行分類匯總，按需進(jìn)行整改，為現(xiàn)階段建設(shè)創(chuàng)造必要條件。通過整體規(guī)劃，讓我們思路清晰，對(duì)朝山礦智慧礦山的建設(shè)有清楚的認(rèn)識(shí)和可行的目標(biāo)。

近些年，隨著國(guó)家層面政策推動(dòng)，很多服務(wù)廠家打出了數(shù)字礦山、智能礦山等各種口號(hào)，導(dǎo)致出現(xiàn)平臺(tái)多樣、標(biāo)準(zhǔn)多樣、融合不匹配、接口費(fèi)用高等許多現(xiàn)實(shí)問題。為避免沒有規(guī)劃各系統(tǒng)分散實(shí)施，要做好數(shù)據(jù)接口的預(yù)留處理，為新系統(tǒng)創(chuàng)造以后接入的條件。例如：子系統(tǒng)與自動(dòng)化平臺(tái)分別使用不同的設(shè)計(jì)及接口集中融合，需要承擔(dān)高昂的接入費(fèi)用，甚至有可能需要返工再次更換底層設(shè)備等。

3.2 完善制度

建立健全激勵(lì)約束機(jī)制，以制度為綱規(guī)范建設(shè)和管理。在宣傳和學(xué)習(xí)中讓多數(shù)人真正感受到智慧礦山為職工帶來的幸福，使之有良好的建設(shè)氛圍，更為以后免遭人為破壞，避免形勢(shì)上建設(shè)、跟風(fēng)上建設(shè)，讓建設(shè)有目的、投入出效益。

3.3 建設(shè)

在智慧礦山建設(shè)中，煤炭企業(yè)還需要做好統(tǒng)一、科學(xué)、合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)技術(shù)規(guī)范統(tǒng)一，并且要求嚴(yán)格落實(shí)。做好數(shù)據(jù)接口的預(yù)留處理，能夠?yàn)樾孪到y(tǒng)創(chuàng)造接入的條件。做好各個(gè)接入子系統(tǒng)的健全與完善工作，不斷豐富信息來源，利用智慧礦山本身的“強(qiáng)集成”作用，發(fā)揮綜合效益。在建設(shè)與運(yùn)行智慧礦山的過程中，還需要確保新的管理理念、管理思想、新技術(shù)與新工藝融入，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的技術(shù)水平。例如，通過無線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話、移動(dòng)辦公應(yīng)用以及視頻傳輸，為井下人員提供便捷的通信以及移動(dòng)辦公條件;利用光纖傳感技術(shù)，建立對(duì)應(yīng)的安全綜合檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的采集系統(tǒng)進(jìn)行替換與升級(jí)，讓采集數(shù)據(jù)更加豐富，讓采集手段更加安全，最終在提升效率的同時(shí)，滿足成本控制[3]。

智能礦山的建設(shè)是長(zhǎng)期的、循序漸進(jìn)的，結(jié)合朝山礦實(shí)際，穩(wěn)步推進(jìn)，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。先期的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)直接關(guān)乎日后系統(tǒng)的使用及融合，標(biāo)準(zhǔn)低會(huì)使日后的運(yùn)行受到各種條件限制，遭遇瓶頸或故障較多無法正常運(yùn)行。先急后緩，循序漸進(jìn)強(qiáng)化朝山礦的科技引領(lǐng)和支撐。

在信息技術(shù)、人工智能、VR三維可視等技術(shù)快速發(fā)展的今天，相信朝山礦定會(huì)蓬勃發(fā)展。降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步改善工作環(huán)境，將勞動(dòng)密集型礦山企業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語(yǔ)

在建設(shè)智慧礦山的過程中，需要組織對(duì)應(yīng)的人員實(shí)現(xiàn)深度融合，將建設(shè)過程作為優(yōu)化流程、理順管理以及人才培養(yǎng)的主要過程，這樣就可以實(shí)現(xiàn)與實(shí)施單位的共同進(jìn)步、共同建設(shè)與共同提高。智慧礦山的各個(gè)子系統(tǒng)都屬于不同的部分，在建成系統(tǒng)之后，還需要將管理體制理順，并落實(shí)管理責(zé)任，這樣就可以強(qiáng)化智慧礦山系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)維護(hù)管理，滿足系統(tǒng)維護(hù)以及運(yùn)行正常的要求。

總而言之，隨著時(shí)代不斷發(fā)展，在信息技術(shù)的時(shí)代，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧礦山，就是以自動(dòng)化、信息化作為基礎(chǔ)，從而對(duì)于礦山之中的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、人員管理、安全調(diào)度、數(shù)據(jù)收集等一系列的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，從而將其形成一個(gè)整體，然后利用統(tǒng)一管理，對(duì)平臺(tái)之中的各種數(shù)據(jù)信息做好對(duì)應(yīng)管理、存儲(chǔ)與共享，然后將數(shù)據(jù)信息分享給對(duì)應(yīng)的設(shè)備設(shè)施人員以及操作人員，從而滿足煤礦科學(xué)化、自動(dòng)化的管理要求。

參考文獻(xiàn)：

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