基于智能化礦山的煤礦機電設(shè)備安全技術(shù)管理措施研究

霍建良

（冀中能源九龍礦，河北 邯鄲 056500）

煤炭利用在我國的國民經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用，作為主要能源之一的地位是不能被替代的。改革開放以來，我國的煤礦企業(yè)保持著持續(xù)進(jìn)步的發(fā)展趨勢，尤其是進(jìn)入21 世紀(jì)，更是朝著機械自動化、智能信息化的方向飛速發(fā)展，煤炭開采和加工利用效率越來越高，工作質(zhì)量不斷提升，這對煤礦機電設(shè)備安全技術(shù)管理提出了全新要求。在現(xiàn)代智能化礦山怎樣實現(xiàn)煤礦機電設(shè)備有效安全管理和科學(xué)高效目標(biāo)是一個非常復(fù)雜的課題。管理人員、技術(shù)人員、運行維護人員只有對智能化礦山設(shè)備進(jìn)行綜合全面掌握，才能避免管理上、技術(shù)上、操作上出現(xiàn)問題，才能保證智能化礦山機電設(shè)備安全高效地運轉(zhuǎn)。

1 智能化礦山機電設(shè)備安全技術(shù)管理的重要意義

1.1 能夠促進(jìn)智能化礦山健康發(fā)展

加強智能化礦山煤礦機電設(shè)備安全技術(shù)管理可以促進(jìn)煤礦企業(yè)的安全健康發(fā)展，對礦井安全生產(chǎn)具有十分積極的促進(jìn)作用。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦生產(chǎn)設(shè)備也不斷地推陳出新，許多先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用于礦山井下，智能化礦山必須建立完善的機電設(shè)備安全技術(shù)管理體系，科學(xué)合理安全地使用設(shè)備，能夠促進(jìn)礦山的健康安全發(fā)展。

1.2 有利于智能化礦山提高生產(chǎn)效率

隨著技術(shù)不斷進(jìn)步創(chuàng)新發(fā)展，煤礦生產(chǎn)方式和管理模式正朝著機械自動化、智能信息化方向飛速發(fā)展，煤礦企業(yè)開采效率大大提升，使機電設(shè)備做到安全高效的運行，在智能化煤礦作業(yè)過程中，機電設(shè)備的安全高效運行占據(jù)了主導(dǎo)地位，對安全技術(shù)管理提出了挑戰(zhàn)，如果在作業(yè)過程中出現(xiàn)故障影響了機電設(shè)備安全運轉(zhuǎn)勢必對礦山企業(yè)造成損失，因此有利于智能化礦山提高生產(chǎn)效率。

2 礦井運輸智能調(diào)度指揮系統(tǒng)

2.1 “運輸智能調(diào)度指揮”系統(tǒng)實施背景

九龍礦原有的軌道運輸調(diào)度系統(tǒng)是采用泄漏通訊的方式來達(dá)到軌道運輸指揮調(diào)度的目的，該通訊方式信號易受干擾，通話噪音大、不穩(wěn)定、系統(tǒng)維護困難、無拓展能力。隨著煤炭企業(yè)智能信息化水平的發(fā)展，迫切需要包括移動電話、視頻、語音、高速數(shù)據(jù)等多媒體并發(fā)通信手段，尤其是專網(wǎng)通訊系統(tǒng)寬帶化、多媒體化的需求越來越強烈。4G 無線通信技術(shù)具有高帶寬、靈活移動性、全I(xiàn)P 化、成熟穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，非常適于作為智能礦山的基礎(chǔ)無線網(wǎng)絡(luò)平臺，是實現(xiàn)智能化調(diào)度指揮解決之道。

2.2 “運輸智能調(diào)度指揮”系統(tǒng)創(chuàng)建內(nèi)容

地面核心系統(tǒng)的建設(shè)：井上4G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機柜安放在九龍礦通信中心機房內(nèi)，機柜中配備1 臺4G 核心網(wǎng)EPC、1 臺可視化多媒體調(diào)度服務(wù)器、1 臺核心交換機、1 臺E1 網(wǎng)關(guān)和1 臺NVR 視頻服務(wù)器。為實現(xiàn)4G 系統(tǒng)與礦萬兆環(huán)網(wǎng)連接以及4G 網(wǎng)絡(luò)無線傳輸和數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析奠定了基礎(chǔ)；地面運輸指揮調(diào)度臺的建設(shè)：地面運輸指揮調(diào)度臺建設(shè)在運輸區(qū)值班室，配備1 臺運輸調(diào)度PC和1 臺監(jiān)控大屏?？蓪崟r掌握井下本安4G 智能手機的注冊情況及通話狀態(tài)，有優(yōu)先呼叫和緊急呼叫權(quán)，可組織召開視頻會議，可監(jiān)控車輛實時畫面和區(qū)域性位置，實現(xiàn)對礦井無線通信系統(tǒng)用戶的統(tǒng)一調(diào)度；井下基礎(chǔ)設(shè)備的建設(shè)：井下軌道運輸大巷、主斜坡及采掘工作面共安裝了75 臺4G 基站及配套電源裝置，鋪設(shè)光纜線2 萬余米，4G 基站直線信號傳輸距離為300m，實現(xiàn)了井下運輸巷道4G 通訊信號全覆蓋；機車智能化改造建設(shè)：每臺機車上安裝前后2 臺攝像頭、2 臺本安型PAD、2 臺直流電源及1 部信號轉(zhuǎn)換器。實現(xiàn)了機車行駛視頻采集、存儲和上傳至地面調(diào)度臺等功能，并且通過攝像頭AI智能系統(tǒng)可識別車輛前方人員誤入及障礙物，發(fā)出聲光報警；運輸關(guān)鍵線路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)：九龍礦運輸大巷分南北翼兩條線路，進(jìn)出車輛必然會通過南北翼交互卡口，在此各安裝1 臺視頻監(jiān)控，實時畫面可上傳至地面運輸指揮中心，并且通過地面NVR 視頻服務(wù)器，可自動計算各類型車輛所掛車廂計數(shù)，實現(xiàn)輔助精細(xì)化生產(chǎn)運輸管理；通信手機配備：九龍礦智能運輸調(diào)度平臺的用戶最大容量可達(dá)到500 人，根據(jù)生產(chǎn)需要共發(fā)放200 部智能手機，實現(xiàn)了地面、井下生產(chǎn)指揮通訊全覆蓋；拓展功能的建設(shè)：4G 網(wǎng)絡(luò)建成后，通過與“安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評分”系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)4G 手機用戶可進(jìn)入該評分系統(tǒng)進(jìn)行打分，達(dá)到了“一機多用”的效果。

2.3 “運輸智能調(diào)度指揮”系統(tǒng)的效益分析

生產(chǎn)效益分析：項目實施后，使得井上井下人員通信不僅聽的清而且看得見，既提高了通訊質(zhì)量，又?jǐn)[脫了傳統(tǒng)線纜通訊的束縛，豐富了通訊手段，全面提高了運輸調(diào)度效率。同時通過工作面4G 基站的安裝，為實現(xiàn)智能化礦井移動物聯(lián)網(wǎng)打下良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；安全效益分析：項目實施后有效的防止了機車在運輸線路上發(fā)生碰撞事故，同時也解決了生產(chǎn)中運輸車輛定位不準(zhǔn)確、不全面而帶來的安全問題，杜絕了機車運行對頂、追尾，從而避免車輛設(shè)備損壞及人員損害，為礦井創(chuàng)造了一個安全的生產(chǎn)環(huán)境，有著巨大的安全效益；經(jīng)濟效益分析：項目實施后，井下調(diào)度站實現(xiàn)無人值守由地面值班人員通過智能指揮調(diào)度系統(tǒng)完成運輸生產(chǎn)任務(wù)，做到了減人提效。同時，可準(zhǔn)確掌握所有機車位置信息，利用智能指揮調(diào)度業(yè)務(wù)功能，能科學(xué)合理調(diào)度車輛運行，使車輛就近完成運輸任務(wù)，有效減少車輛無效運輸，提高運輸效率約30%。

2.4 智能化礦山機電設(shè)備安全技術(shù)管理存在的問題

（1）煤礦井下機電隊伍整體素質(zhì)需要提升。煤礦工作是一個高風(fēng)險特殊工種行業(yè)，工作環(huán)境一般在上百米深的地下活動受限空間：封閉狹窄、光線不足、黑暗潮濕，工作環(huán)境相對特殊，對員工吸引力不夠，就出現(xiàn)了煤礦企業(yè)招工難、素質(zhì)低局面。但是，智能化礦山企業(yè)對新設(shè)備和新技術(shù)的引進(jìn)是現(xiàn)代化科技進(jìn)步形勢要求，沒有相適應(yīng)素質(zhì)的管理、技術(shù)、運行和維護人員，就造成了不匹配的局面出現(xiàn)。

（2）管理制度不夠健全，員工培訓(xùn)力度不夠。在煤炭企業(yè)實際操作中，有些礦井安全意識差，重視程度低，更有甚者，管理人員組織協(xié)調(diào)能力差，考核不嚴(yán)，導(dǎo)致機電管理制度不能落實。對員工的培訓(xùn)也是走過場，導(dǎo)致員工的理論知識水平和操作熟練成度達(dá)不到要求、責(zé)任心不強。

（3）機電設(shè)備綜合管理力度不夠，沒有達(dá)到設(shè)備健康全生命周期管理水平。煤礦機電設(shè)備綜合管理是非常重要的，但是現(xiàn)實中往往差強人意，設(shè)備入井把關(guān)不嚴(yán)存在隱患、使用操作過程中檔案管理不完善、設(shè)備一臺一檔履歷不完整、沒有及時補充，沒有達(dá)到設(shè)備健康全生命周期管理水平。

2.5 基于智能化礦山的機電設(shè)備安全技術(shù)管理措施

（1）應(yīng)用全生命周期健康智能化管理系統(tǒng)。機電設(shè)備全生命周期健康智能化管理包括多種內(nèi)容，如機電設(shè)備運行數(shù)據(jù)的智能化采集、健康檔案的建立、運行大數(shù)據(jù)分析等。這些內(nèi)容都可以進(jìn)行設(shè)備健康評估，根據(jù)健康評估結(jié)果提前干預(yù)維修，從而促進(jìn)機電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

（2）使用人工智能機器人技術(shù)進(jìn)行機電設(shè)備管理。目前人工智能機器人技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了生活的各個領(lǐng)域，在各個行業(yè)也都有所應(yīng)用。煤礦行業(yè)使用人工智能機器人技術(shù)對機電設(shè)備進(jìn)行管理可以顯著節(jié)省人力提高效率。人工管理往往會因為人的惰性監(jiān)管不到位而產(chǎn)生疏忽，智能機器人管理沒有惰性，能夠全面監(jiān)管到設(shè)備的任何不良運轉(zhuǎn)并能報警提醒工作人員，增加了管理的安全有效性。

（3）加強現(xiàn)場煤礦機電設(shè)備安全管理。煤礦企業(yè)必須積極配合國家安全管理上級部門做好檢查工作，按照國家安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系相對應(yīng)的完好評分標(biāo)準(zhǔn)、煤礦安全規(guī)程安全要求對機電設(shè)備進(jìn)行維護和保養(yǎng)，使之符合安全使用要求，使得每臺設(shè)備都能明確責(zé)任包機到人。管理、技術(shù)人員發(fā)揮管理、技術(shù)職能使機電設(shè)備能夠得到有效的技術(shù)管理，發(fā)揮設(shè)備的最大效能。

3 中央泵房實現(xiàn)遠(yuǎn)程開泵減人提效

3.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

九龍礦主排水系統(tǒng)臥泵建設(shè)在井底600 水平中央泵房內(nèi)，共有4 臺臥泵、5 趟排水管路，編號分別為1#、2#、3#、4#和鉆孔管。運轉(zhuǎn)司機在現(xiàn)場操作控制。系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程開泵必要性：改造前，水泵在開啟過程中需要2 名水泵司機協(xié)同完成，開泵程序比較復(fù)雜，而且需要人為觀測真空表與壓力表的數(shù)值來關(guān)閉射流閥和控制排水管路上的閥門，容易出現(xiàn)因操作不當(dāng)而損害設(shè)備降低使用壽命。使用遠(yuǎn)程開泵也就是半自動模式后，因為系統(tǒng)完成了對水倉水位、出水口壓力、進(jìn)水口真空度、電機溫度等數(shù)據(jù)的實時采集，這些數(shù)據(jù)傳到地面監(jiān)控機后，系統(tǒng)依據(jù)這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)一鍵式開泵，不僅保證了開泵的安全性與穩(wěn)定性，還節(jié)省了用工和時間效益顯著。

3.2 系統(tǒng)改造

遠(yuǎn)程自動控制排水監(jiān)控系統(tǒng)工作原理及工作方式：主排水系統(tǒng)通過水泵自動排水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制，系統(tǒng)可有三種工作模式：全自動、半自動、就地手動。水泵自動排水監(jiān)控系統(tǒng)主要由工控機、可編程控制器、控制柜、電源柜、溫度、壓力、液位變送器等，結(jié)構(gòu)組成設(shè)計為上、下位機結(jié)構(gòu)，工控機為上位機，可編程控制器PLC 為下位機。水泵啟動開關(guān)的電量參數(shù)由上位機采集完成，再通過遠(yuǎn)程控制中心的千兆環(huán)網(wǎng)交換機以及擴展工業(yè)以太網(wǎng)模塊傳給PLC。

全自動運行時，系統(tǒng)的下位機PLC 實時采集水倉高、低水位變化狀態(tài)，根據(jù)水倉水位情況，按照各臺水泵的運行累積時間長短啟動相應(yīng)水泵的運行或停止。半自動運行時，工作人員按照水位情況選擇啟動水泵，只要工作人員點擊相應(yīng)需要啟動水泵號的啟動按鍵，系統(tǒng)就可自行完成水泵開啟，水泵停止也一樣。就地手動工作模式時，現(xiàn)場水泵司機根據(jù)水倉水位，就地通過控制柜操作手動控制水泵的啟停。遠(yuǎn)程工作時，由授權(quán)值班工作人員通過上位計算機控制水泵的啟動和停止；系統(tǒng)在正常運行過程中，不論何種工作方式，均可實現(xiàn)將現(xiàn)場技術(shù)參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳到遠(yuǎn)程控制中心。

遠(yuǎn)程開泵程序：監(jiān)控室值班人員觀測到水倉水位到達(dá)開泵水位后，做好開啟1#(2#、3#、4#)水泵準(zhǔn)備；監(jiān)控室值班人員打開電腦監(jiān)控主界面，點擊左菜單欄的“參數(shù)設(shè)置”，確認(rèn)中央泵房水泵參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確無誤。點擊左菜單欄“監(jiān)控界面”→“中央泵房”→“運行主界面”→選擇1#(2#、3#、4#)水泵的運行界面→“開泵”；水泵開啟后，監(jiān)控室值班人員記錄好水泵和電機的運行狀態(tài)、參數(shù)變化與水位變化情況，機器人全時空巡檢。

3.3 達(dá)到效果

實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制后，不僅能提高泵房的開泵效率，同時也提高了開泵的安全性與穩(wěn)定性，從而延長了相關(guān)設(shè)備的壽命。在人工方面，每班減少了一名運轉(zhuǎn)司機，實現(xiàn)了減人提效的目的。

4 結(jié)語

煤炭企業(yè)機電設(shè)備安全是一個非常重要的課題：系統(tǒng)復(fù)雜、影響巨大，它的安全管理運行效率與煤礦經(jīng)濟效益有著緊密直接的聯(lián)系，隨著煤礦開采機械自動化、智能信息化水平的提高，更需要加強機電設(shè)備管理，提高智能化煤礦機電設(shè)備管理水平，以實現(xiàn)現(xiàn)代煤礦企業(yè)走新型煤礦智能化發(fā)展道路。