建莊礦業(yè)“四化”建設(shè)的探索與研究

雷肖飛 王志榮 康行

摘 要 文章分析陜煤力推的“四化”建設(shè)內(nèi)容，以“機(jī)械化減人，自動(dòng)化換人”為思路，結(jié)合建莊實(shí)際，提出了建莊“四化”建設(shè)需要遵循的智慧建莊1234構(gòu)架體系，探析了實(shí)施智慧建莊新途徑的三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)互聯(lián)、全面感知，自主學(xué)習(xí)、分析決策，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，為建莊“四化”建設(shè)開辟新途徑。

關(guān)鍵詞 人機(jī)平衡;痕跡化;流程化;全面感知;分析決策;協(xié)同控制

引言

2019年建莊礦業(yè)積極響應(yīng)陜煤集團(tuán)“四化”建設(shè)，以 “機(jī)械化減人，自動(dòng)化換人”的建設(shè)思路，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新裝備，對(duì)十大生產(chǎn)輔助系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化建設(shè)，引進(jìn)、開發(fā)多套信息化系統(tǒng);進(jìn)入2020年，國(guó)家八部委印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》也為智能礦山指明了方向，建莊礦業(yè)“四化”也進(jìn)入了智能化建設(shè)的框架構(gòu)建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)階段，也在不斷探索研究中逐步成型，發(fā)揮作用。

1陜煤提出的“四化”建設(shè)是什么？

機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化。

2建設(shè)“四化”的意義

通過(guò)采用機(jī)械化的設(shè)備把職工從勞動(dòng)密集型的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，減少危險(xiǎn)場(chǎng)所作業(yè)人員，減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度;建立自動(dòng)化系統(tǒng)使生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，利用系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性自動(dòng)完成流程操作，從而取消崗位操作，把人們從簡(jiǎn)單枯燥的崗位上換下來(lái)，達(dá)到減人提效目的;通過(guò)信息化建設(shè)改變?nèi)藗児ぷ鞣绞?，提高辦公效率;通過(guò)構(gòu)建智能化管理平臺(tái)，從根本上改變企業(yè)的安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理模式，把礦井變成本質(zhì)安全性礦井，使礦井經(jīng)營(yíng)管理效益最大化[1]。

3機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人轉(zhuǎn)崗

3.1 機(jī)械化

機(jī)械化是指用機(jī)械來(lái)代替人工勞動(dòng)完成生產(chǎn)作業(yè)。機(jī)械代入從煤礦發(fā)展的歷程看：

五六十年代一個(gè)30萬(wàn)噸的煤礦職工在五六千人。

八九十年代一個(gè)100萬(wàn)噸以下的煤礦職工在三四千人。

現(xiàn)在，一個(gè)500萬(wàn)噸的煤礦職工只有一兩千人。

從圖1可看出，機(jī)械化就是用機(jī)械力代替人力，把人由密集型的重體力勞動(dòng)者變?yōu)闄C(jī)器設(shè)備的崗位作業(yè)者，減少人員使用，降低了人身事故的發(fā)生。隨著各類先進(jìn)的電氣技術(shù)如：柔性啟動(dòng)、變頻器、PLC及CST、福伊特及高電壓、大功率的電氣設(shè)備在井下的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，這些設(shè)備的應(yīng)用改變了煤礦生產(chǎn)工藝。

建莊礦業(yè)建成了兩個(gè)工作面的遠(yuǎn)距離供液供電系統(tǒng)，運(yùn)輸皮帶電機(jī)改用永磁電機(jī)、井下工程用上防爆挖掘機(jī)、防爆裝載機(jī)[2]。

在實(shí)際生產(chǎn)中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象：機(jī)械設(shè)備在不斷地升級(jí)換代，人員減少卻并不明顯，這是因?yàn)闄C(jī)械化發(fā)展到一定程度，煤礦生產(chǎn)工藝相對(duì)固化，崗位相對(duì)固定，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)人機(jī)平衡的瓶頸，要打破這種瓶頸，就要實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)化。

3.2 自動(dòng)化（Automation）

自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程（生產(chǎn)、管理過(guò)程）在沒(méi)有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過(guò)程。

（1）機(jī)械化發(fā)展到一定程度，就會(huì)出現(xiàn)人機(jī)平衡的發(fā)展瓶頸，只有通過(guò)實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)化才能打破這種人機(jī)平衡局面，把職工從簡(jiǎn)單枯燥的崗位上解放出來(lái)，把不動(dòng)的崗位工變?yōu)閯?dòng)態(tài)的巡查巡檢工，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)安全、健康、良性的作業(yè)循環(huán)。

（2）煤礦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化必須具備的條件：

1）機(jī)械化發(fā)展到一定程度，生產(chǎn)工藝相對(duì)固化。電氣設(shè)備遠(yuǎn)程操作控制功能顯得尤為重要，變頻器起的作用不可小覷，如圖2、圖3。

2）電氣、機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)齊全準(zhǔn)確，如：電壓、電流、功率等;各項(xiàng)保護(hù)穩(wěn)定可靠如：欠壓、過(guò)流、漏電、震動(dòng)、溫度等。

3）系統(tǒng)沿線保護(hù)必須齊全可靠如：過(guò)溫、跑偏、堆煤、撕裂、斷帶、風(fēng)電保護(hù)、瓦斯電保護(hù)等，視頻監(jiān)控作為一種輔助保護(hù)手段，重要位置必須加裝，視頻圖像清晰。

4）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定可靠，采用三層架構(gòu)，主干采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，各點(diǎn)必須配備電源確保網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

5）根據(jù)不同的系統(tǒng)需求，選用適合的正版組態(tài)軟件（人機(jī)交互界面），因破解版和試用版很多功能是受限制。把參數(shù)點(diǎn)表導(dǎo)入軟件，按照系統(tǒng)啟動(dòng)流程進(jìn)行配置，并與給各類保護(hù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)或條件化啟動(dòng)了。一般常用的組態(tài)軟件有組態(tài)王、MCGS 、InTouch、WinCC、NI Lookout。3.2.2.6、綜合自動(dòng)化首先是要做好單點(diǎn)、單系統(tǒng)的自動(dòng)化穩(wěn)定運(yùn)行（近控）。

其次才是一條沿線、一個(gè)面的自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)。（遠(yuǎn)控）如圖4、圖5。

3.3 建莊礦業(yè)公司自動(dòng)化現(xiàn)狀

（1）網(wǎng)絡(luò)

2019年對(duì)中心機(jī)房進(jìn)行改造，已建成了覆蓋井上、井下三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的工業(yè)環(huán)網(wǎng)（核心、匯聚萬(wàn)兆主干環(huán)網(wǎng)，千兆接入）;企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙機(jī)熱備的萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);瓦斯檢測(cè)、運(yùn)銷管理采用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行;與陜煤集團(tuán)、蒲白礦業(yè)建成兩條網(wǎng)絡(luò)專線，各網(wǎng)絡(luò)間通過(guò)網(wǎng)閘關(guān)聯(lián)，確保整個(gè)礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)體系的安全運(yùn)行。如圖6所示。

（2）自動(dòng)化系統(tǒng)

建設(shè)自動(dòng)化項(xiàng)目34項(xiàng)，涉及皮帶運(yùn)輸、供電監(jiān)測(cè)、礦井排水、礦井通風(fēng)、瓦斯抽放、局扇、洗煤廠、污水處理、自動(dòng)裝車、凈水車間等十大生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。

2020年規(guī)劃：建成快速掘進(jìn)、智能開采系統(tǒng)、主斜井皮帶機(jī)器人巡檢[3]。

4信息化提升管理效率

信息化是以現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)所研究對(duì)象各要素匯總至數(shù)據(jù)庫(kù)，供特定人群生活、工作、學(xué)習(xí)、輔助決策等和人類息息相關(guān)的各種行為相結(jié)合的一種技術(shù)，使用該技術(shù)后，可以極大地提高各種行為的效率，為推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步提供極大的技術(shù)支持。

（1）信息化就是把各類痕跡信息加上時(shí)間標(biāo)簽通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，按照管理的需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用表格、圖形、曲線進(jìn)行展示分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這個(gè)痕跡可是人的痕跡、也可以是物的痕跡，同時(shí)也可以是環(huán)境的痕跡。

（2）信息化系統(tǒng)就是把我們?nèi)粘９ぷ髦械男袨榉绞?，通過(guò)科學(xué)總結(jié)形成流程化的模式，把這個(gè)流程化的模式用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出來(lái)并應(yīng)用到工作中去，成為我們工作的“工具”，讓數(shù)據(jù)跑不讓人跑，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

（3）信息化的特點(diǎn)：痕跡化、流程化、圖表化、工具化、唯一性、快速性、共享性、交互性、權(quán)限性。

公司現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)共有14套，涉及人員管理、安全管理、財(cái)務(wù)管理、物資管理、銷售管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)管理等多個(gè)方面。

5智能化改變礦井的管理模式

智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能動(dòng)地滿足人的各種需求的屬性。

5.1? 人工智能

2016年3月，谷歌公司推出最新研制的圍棋機(jī)器人AlphaGo來(lái)挑戰(zhàn)人類，在“人機(jī)”大戰(zhàn)開始前，全世界都認(rèn)為僅憑AlphaGo自身的智能運(yùn)算肯定無(wú)法擊敗人類，然而一場(chǎng)4：1的比分卻驚呆了世界，曾經(jīng)的圍棋世界冠軍被AlphaGo擊敗。

從上述可以看出，機(jī)器的運(yùn)算和靈活的運(yùn)動(dòng)都有了質(zhì)的飛躍。在《不可阻擋的浪潮》里有這么一段話：“21世紀(jì)，我們迎來(lái)一個(gè)科技創(chuàng)新層出不窮的時(shí)代，從工業(yè)4.0到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，人們發(fā)明了更強(qiáng)大、更實(shí)時(shí)的數(shù)字化控制設(shè)備，一步步讓機(jī)器、工件乃至原材料告別了‘聾啞開始‘ 開口說(shuō)話了，初步‘知曉人意，感知更加準(zhǔn)確了。技術(shù)是‘融合的，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的‘大殺器”。

5.2 智慧建莊1234構(gòu)架體系

一個(gè)體系（標(biāo)量管理體系），兩個(gè)通道（網(wǎng)絡(luò)、通訊），三個(gè)平臺(tái)（綜合自動(dòng)化管理平臺(tái)、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理綜合管理平臺(tái)、綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理平臺(tái)），四個(gè)要素（人、物、環(huán)、管）。統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一人員編碼、統(tǒng)一地址碼，消除信息孤島、打通數(shù)據(jù)鏈條、構(gòu)建模型管理、用大數(shù)據(jù)分析決策，實(shí)現(xiàn)礦井智能化管理。如圖7所示。

5.2 實(shí)施智慧建莊分三個(gè)步驟

（1）實(shí)時(shí)互聯(lián)、全面感知

打通兩通道，一是網(wǎng)絡(luò)通道，將工業(yè)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)融合起來(lái)，建立礦區(qū)大帶寬、低延時(shí)的高速網(wǎng)絡(luò)通道，與礦業(yè)公司、集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)構(gòu)筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)雛形;二是通信通道，將調(diào)度電話、行政電話、應(yīng)急廣播、無(wú)線通信、沿線喊話系統(tǒng)及人員定系統(tǒng)融合起來(lái)，建立井下無(wú)盲區(qū)調(diào)度指揮通訊體系，確保調(diào)度指令能夠及時(shí)下發(fā)到每一個(gè)職工。

將系統(tǒng)歸類管理，建立綜合自動(dòng)化平臺(tái)、經(jīng)營(yíng)管理平臺(tái)、綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)，統(tǒng)一接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)打通各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，以人的唯一性為標(biāo)準(zhǔn)打通經(jīng)營(yíng)管理各個(gè)系統(tǒng)，建立礦井GIS體系打通監(jiān)測(cè)監(jiān)控各個(gè)系統(tǒng)，消除信息孤島，對(duì)三平臺(tái)進(jìn)行融合。用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)去感知礦井，這個(gè)感知可以是人的、物的、環(huán)境的，也可以是礦井的管理體系，同時(shí)，用這些數(shù)據(jù)構(gòu)筑煤礦模型管理。

（2）自主學(xué)習(xí)、分析決策

建立標(biāo)量管理體系，在這個(gè)體系里納入煤礦管理的有關(guān)法律、法規(guī)、行業(yè)規(guī)范及各項(xiàng)制度流程，建立一個(gè)煤礦管理的知識(shí)庫(kù)和煤礦管理標(biāo)準(zhǔn)。由于煤礦生產(chǎn)的未知性與各煤礦的異樣性，如：地質(zhì)、水文、環(huán)境、設(shè)備、人員，等等，因此，在不違反煤礦有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)范的前提下，系統(tǒng)在運(yùn)行中不斷地學(xué)習(xí)去適應(yīng)一個(gè)煤礦特殊管理，形成這個(gè)煤礦的管理標(biāo)準(zhǔn)體系，這就是系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)的過(guò)程。系統(tǒng)通過(guò)不斷學(xué)習(xí)，形成的管理標(biāo)準(zhǔn)體系也越來(lái)越適應(yīng)這個(gè)礦井，各平臺(tái)在運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與管理體系發(fā)生偏差時(shí)系統(tǒng)就會(huì)預(yù)警，同時(shí)，會(huì)給出相應(yīng)的解決方案，這就是系統(tǒng)分析決策形成的過(guò)程。

（3）動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)

系統(tǒng)在全面感知、分析決策中逐漸成熟，形成系統(tǒng)自主的管理體系，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析可以動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)礦井的狀態(tài)，我們只需在調(diào)度集控中心輸一條命令或按一個(gè)鍵，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)人員、安全、環(huán)境、設(shè)備進(jìn)行綜合分析判斷，多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)，整條生產(chǎn)線設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到協(xié)同控制的智能化系統(tǒng)。

5.3 國(guó)家對(duì)煤礦智能化發(fā)展的3個(gè)階段性目標(biāo)要求

（1） 2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系，基本實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無(wú)人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無(wú)人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（2）2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)開拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、采掘（剝）、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行，井下重點(diǎn)崗位機(jī)器人作業(yè)，露天煤礦實(shí)現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無(wú)人化運(yùn)輸。

（3）2035年，各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。

6結(jié)束語(yǔ)

煤炭行業(yè)作為我國(guó)重要的傳統(tǒng)能源行業(yè)，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其智能化建設(shè)直接關(guān)系我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)智能化的進(jìn)程。建莊礦業(yè)作為其中一員，按照國(guó)家、集團(tuán)的要求大力開展“四化”建設(shè)，培養(yǎng)“四化”建設(shè)人才，掌握先進(jìn)技術(shù)，將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、分析決策、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程的智能化運(yùn)行，使企業(yè)安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)效益最大化。

參考文獻(xiàn)

[1] 李衛(wèi)星.淺析我國(guó)煤礦信息化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].科技與企業(yè)，2016（7）：178.

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作者簡(jiǎn)介

雷肖飛（1971-），男，陜西蒲城人;學(xué)歷：大專，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陜西蒲白西固煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：煤礦安全管理。

王志榮（1966-）男，陜西蒲城人;學(xué)歷：中專，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陜西蒲白西固煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：煤礦信息化建設(shè)與管理。

康行（1989-）男，陜西延川人;學(xué)歷：本科，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陜西蒲白西固煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：煤礦信息化建設(shè)與管理。