三道溝煤礦大采高工作面供電監(jiān)控系統(tǒng)研究實(shí)踐

丁遼

（國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)神公司三道溝煤礦，陜西 榆林719407）

煤炭是中國(guó)主體能源，安全智能、綠色高效礦井是中國(guó)煤礦發(fā)展的主要方向。特別是近年來(lái)，在國(guó)家發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略方針的大力推動(dòng)下，以實(shí)現(xiàn)少人化、無(wú)人化開(kāi)采為目標(biāo)的智能化開(kāi)采技術(shù)成為煤炭開(kāi)采的主要發(fā)展趨勢(shì)。

隨著采礦技術(shù)的發(fā)展，綠色節(jié)能環(huán)保開(kāi)采理念不斷深化，對(duì)特厚煤層的開(kāi)采提出新的要求，煤礦企業(yè)要不斷提高資源的有效利用率，研究高效的開(kāi)采技術(shù)。實(shí)踐證明，特厚煤層大采高工作面的開(kāi)采是提高厚煤層開(kāi)采效率及減少資源損耗的有效途徑。綜合國(guó)內(nèi)外綜采工作面的情況，大采高工作面的開(kāi)采技術(shù)與設(shè)備的配套已經(jīng)趨于成熟，尤其以神東集團(tuán)為代表的在國(guó)內(nèi)率先實(shí)施的6.3 m 大采高工作面開(kāi)采取得巨大成功，已經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用。

1 三道溝煤礦大采高工作面現(xiàn)狀

國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)神公司三道溝煤礦位于陜西省榆林市府谷縣廟溝門(mén)鎮(zhèn)，井田面積174.134 6 km2，儲(chǔ)量15.42 億噸，該礦設(shè)計(jì)規(guī)模900 萬(wàn)噸/年。85205 大采高工作面位于三道溝煤礦5-2 煤層。工作面兩順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2 062 m，可采長(zhǎng)度1 892.8 m（按1 893 m 計(jì)），工作面長(zhǎng)度300.5 m。該礦供電系統(tǒng)為35 kV 三回路供電，其中I、II 回路引自神華國(guó)能（神東電力）德源電廠(chǎng)線(xiàn)供電線(xiàn)路，電壓等級(jí)為35 kV，另回路引地方農(nóng)網(wǎng)三道溝變電站，電壓等級(jí)為35 kV。在礦井工業(yè)場(chǎng)地建35 kV 變電站一處，下設(shè)2 臺(tái)16 000 kVA 變壓器，主要供井下三盤(pán)區(qū)、四盤(pán)區(qū)生產(chǎn)用電。風(fēng)井場(chǎng)地建35 kV 箱式變電站一處，電源取自工業(yè)場(chǎng)地35 kV 變電站35 kV 兩段母線(xiàn)不同開(kāi)關(guān)，通過(guò)兩段LGJ-300/5.230KM 架空線(xiàn)供電，風(fēng)井場(chǎng)地變電站設(shè)容量12 500 kVA 變壓器2 臺(tái)，主要供井下八盤(pán)區(qū)生產(chǎn)，通過(guò)四MVJV22-240 電纜由地面鉆孔至井下分別設(shè)10 kV 中央變電所及10 kV 八盤(pán)區(qū)變電所，大采高工作面生產(chǎn)電源取自井下中央變電所兩段母線(xiàn)2 臺(tái)高防開(kāi)關(guān)，額定容量均為500 A。

三道溝煤礦大采高工作面產(chǎn)煤量占全礦86%，大采高工作面的安全可靠運(yùn)行尤為重要，因此設(shè)計(jì)研究一套可靠的供電設(shè)計(jì)及監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大采高工作面的生產(chǎn)具有重要意義。

2 大采高工作面供電系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)意義與目標(biāo)

大采高工作面供電系統(tǒng)電氣設(shè)備多，電氣設(shè)備起停邏輯程序復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中需準(zhǔn)確掌握電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，設(shè)計(jì)一套可靠的監(jiān)控系統(tǒng)將電氣設(shè)備數(shù)字化監(jiān)控，從而大大減少人力的投入及保障設(shè)備安全運(yùn)行。綜采工作面是煤礦生產(chǎn)最前沿的工作環(huán)節(jié)，也是最復(fù)雜的工作環(huán)節(jié)，其人員、設(shè)備數(shù)量多，環(huán)境復(fù)雜多變，煤礦綜采工作面的人、機(jī)和環(huán)境的有效監(jiān)管是煤礦安全生產(chǎn)的核心。綜采工作面的生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)節(jié)多，核心設(shè)備（系統(tǒng)）主要有采煤機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、泵站、負(fù)荷中心和皮帶運(yùn)輸機(jī)等，對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集成和監(jiān)控，從而提高綜采工作面的自動(dòng)化監(jiān)控水平，確保各設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行。對(duì)綜采工作面進(jìn)行數(shù)字化集成及監(jiān)控的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面的機(jī)電設(shè)備、人員和環(huán)境數(shù)據(jù)在井下順槽集控中心的統(tǒng)一集成和監(jiān)控，同時(shí)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳到地面在調(diào)度室實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管。實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面的人員、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況環(huán)境安全數(shù)據(jù)的有效實(shí)時(shí)監(jiān)管，為煤礦工作面的安全生產(chǎn)提供保障。煤礦綜采工作面系統(tǒng)集成和遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)是充分利用工作面現(xiàn)有的自動(dòng)化系、接口進(jìn)行有效提取和利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面的人、機(jī)和環(huán)境有效監(jiān)管的一套系統(tǒng)，解決了調(diào)度人員和領(lǐng)導(dǎo)的核心關(guān)切問(wèn)題。綜采工作面系統(tǒng)集成和遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)，能全面提升煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求，尤其是解決對(duì)綜采工作面人、機(jī)和環(huán)境進(jìn)行有效監(jiān)管的困難。提高企業(yè)的綜合實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)監(jiān)督管理煤礦的生產(chǎn)作業(yè)，提高煤礦安全保障，提高企業(yè)形象有很大的促進(jìn)作用。

本項(xiàng)目在綜采工作面建設(shè)一套系統(tǒng)集成和遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作面的設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、人員和環(huán)境的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控。同時(shí)建立工作面音視頻監(jiān)控、聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，工況圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度指揮控制中心進(jìn)行監(jiān)視、存儲(chǔ)。調(diào)度指揮人員可通過(guò)音頻聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)及時(shí)向下喊話(huà)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可向上緊急呼叫。井下集控室建立套工作面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的機(jī)電設(shè)備的集中監(jiān)控、音視頻監(jiān)控和聯(lián)絡(luò)，井下的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)向地面?zhèn)鬏敚瑢?shí)時(shí)在調(diào)度室統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)管。

3 大采高工作面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要技術(shù)

工作面系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成：工作面的電液控、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、順槽皮帶、泵站、負(fù)荷中心等系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)隔爆兼本安型接入網(wǎng)關(guān)接入到井下隔爆計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控、顯示，并通過(guò)井上下環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行監(jiān)管。井下工作面三機(jī)和順槽皮帶實(shí)現(xiàn)對(duì)華寧皮帶通信保護(hù)裝置的集成，每條順槽皮帶增加1 臺(tái)PLC 控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制。安全監(jiān)測(cè)和人員定位數(shù)據(jù)通過(guò)地面的系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成。

移動(dòng)變電站及組合開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：移動(dòng)變電站高壓側(cè)、低壓側(cè)組合開(kāi)關(guān)電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、平均電流、三相電流、供電狀態(tài)、漏電電流、漏電電阻。工作面音視頻監(jiān)控、聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)和集成：在采煤工作面安裝8 個(gè)本安型視頻攝像儀（級(jí)聯(lián)），在切眼安裝2 臺(tái)本安型球形攝像儀實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的視頻監(jiān)控，視頻圖像通過(guò)本安型網(wǎng)絡(luò)延遲器傳輸?shù)骄赂舯O(jiān)視器。井下順槽監(jiān)控中心、順槽皮帶機(jī)頭安裝本安型網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)音電話(huà)（擴(kuò)音、打點(diǎn)、撥號(hào)功能）集成華寧的擴(kuò)音電話(huà)，實(shí)現(xiàn)井上下的擴(kuò)音廣播和通話(huà)聯(lián)絡(luò)。

地面監(jiān)控中心：地面監(jiān)控控制中心集成大采高工作面機(jī)電設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、人員和環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)，對(duì)統(tǒng)一的界面進(jìn)行監(jiān)管，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可通過(guò)Web 發(fā)布到辦公網(wǎng)絡(luò)。

4 系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)

4.1 系統(tǒng)功能

4.1.1 生產(chǎn)工況實(shí)時(shí)監(jiān)管

系統(tǒng)可對(duì)工作面現(xiàn)有的控制系統(tǒng)、負(fù)荷中心、液壓裝置、泵站、順槽皮帶等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)在井下工作面的集中監(jiān)控，同時(shí)數(shù)據(jù)可上傳到地面調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管，為井下操作人員和地面監(jiān)控人員提供更加直接有效的監(jiān)管手段。

人員、環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可集成工作面安全監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)、人員定位系統(tǒng)的人員數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的人員和環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)管采煤作業(yè)全過(guò)程

通過(guò)攝像儀和工作面的視頻攝像儀實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤作業(yè)全過(guò)程的監(jiān)控，可在井下順槽中心進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)視頻可上傳到地面調(diào)度室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，圖像可錄像存儲(chǔ)、回放、網(wǎng)上瀏覽。

4.1.3 井上下語(yǔ)音全雙工對(duì)講和緊急廣播

通過(guò)帶撥號(hào)的網(wǎng)絡(luò)型擴(kuò)音電話(huà)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面和順槽皮帶沿線(xiàn)華寧的電話(huà)的集成，可實(shí)現(xiàn)井上下的全雙工語(yǔ)音對(duì)講，緊急情況下可通過(guò)地面向工作面發(fā)送緊急廣播通知。

4.1.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和報(bào)警

系統(tǒng)可對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)集成和監(jiān)測(cè)，進(jìn)行報(bào)警數(shù)據(jù)分析和語(yǔ)音報(bào)警，可實(shí)現(xiàn)井下語(yǔ)音報(bào)警和地面語(yǔ)音報(bào)警，將報(bào)警數(shù)據(jù)提示給監(jiān)控人員，從而為生產(chǎn)調(diào)度管理和領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支持。

4.1.5 歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)

系統(tǒng)可查詢(xún)煤機(jī)、皮帶、泵站等設(shè)備的開(kāi)停時(shí)間，瓦斯、溫度等歷史曲線(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)至少保存1 個(gè)月。

4.1.6 Web 發(fā)布

系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面和各種功能可以通過(guò)Web 發(fā)布到礦辦公網(wǎng)和集團(tuán)局域網(wǎng)，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和人員可實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)、瀏覽。

4.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)特點(diǎn)如下：①充分利用現(xiàn)有資源，減少投資。系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成、整合，避免重復(fù)建設(shè)和投資。②方便修改、擴(kuò)展靈活。系統(tǒng)軟件提供標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面功能，并提供軟件的策略組態(tài)，使礦方人員具有修改和維護(hù)的能力，便于對(duì)工況和數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)組態(tài)調(diào)整。維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低的系統(tǒng)的硬件維護(hù)和管理可以利用原有系統(tǒng)的管理隊(duì)伍，不需要再單獨(dú)進(jìn)行維護(hù)和管理，管理和維護(hù)都更加方便、經(jīng)濟(jì)。

5 大采高工作面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐效果及技術(shù)展望

三道溝煤礦大采高工作面監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程可靠、實(shí)用、穩(wěn)定，滿(mǎn)足現(xiàn)代化礦井對(duì)大采高工作面信息的全方位監(jiān)控。通過(guò)實(shí)踐說(shuō)明此項(xiàng)設(shè)計(jì)是合理的，為高產(chǎn)高效礦井提供了安全生產(chǎn)保障，在巷道監(jiān)控中心和地面監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面設(shè)備的一鍵啟停與監(jiān)控，包括支架、采煤機(jī)、輸送機(jī)、泵站的順序啟?？刂坪凸ぷ髅嬉曨l監(jiān)視等。為同本礦綜采設(shè)備相同或相近的礦井提供了綜采工作面供電及監(jiān)控參考依據(jù)。此系統(tǒng)的實(shí)踐為大采高工作面智能化升級(jí)改造的基礎(chǔ)，下一步將對(duì)工作面進(jìn)行系統(tǒng)化智能化改造；工作面今后將通過(guò)實(shí)踐不斷改進(jìn)優(yōu)化供電系統(tǒng)，根據(jù)人工智能優(yōu)化升級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)踐人工智能采煤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作面全自動(dòng)化無(wú)人開(kāi)采。

6 結(jié)束語(yǔ)

三道溝煤礦大采高工作面已經(jīng)將智能化升級(jí)改造列入專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃，本供電系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)踐是智能化升級(jí)改造的基礎(chǔ)，下一步大采高工作面將基于“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)現(xiàn)礦井自動(dòng)化與信息化的深度融合，以實(shí)現(xiàn)大采高工作面減人提效、安全高效、自動(dòng)化生產(chǎn)的建設(shè)目標(biāo)。此監(jiān)控設(shè)計(jì)實(shí)踐將有力促進(jìn)數(shù)字化智能化礦井建設(shè)，并對(duì)推進(jìn)全國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)和煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義和示范引領(lǐng)作用。