数字矿山建设实践探索.pdf

第 4 0卷 第 3期 2 0 1 4年 3月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 0 NO ． 3 M a r ． 2 0 1 4 ’ 。 ’ 。 ”’ i 分析研究 专 ． ． I_． Ⅲ ◆ _ ． 1{’ 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 4 0 3 0 0 3 2 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 0 9 王继生 ， 潘涛． 数字矿 山建设实践探索[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 4 ， 4 0 3 3 2 3 5 ． 数字矿山建设实践探索 王 继生 。 ， 潘 涛 1 ． 神华和利时信息技术有限公司 ， 北京 1 0 0 0 1 1 ； 2 ． 神华集 团有限责任公司， 北京 1 0 0 0 1 1 摘 要 以神 华 集 团承 担 的 国家 8 6 3计 划项 目 数 字矿 山关键 技 术研 究与 示 范项 目为背 景 ， 介 绍 了对数 字矿山建设的理解及神华集团在锦界煤矿建设数 字矿 山示范矿 井的实践情况。锦界煤矿示范矿 井的建设实 践表明， 智能一体化软件管控平 台应用信息化手段 固化煤矿 生产管理流程和标准作业流程 ， 集成创 新技术 ， 解 决 了长期 以来各 专业 子 系统分 割孤 立 的 问题 ， 实现 了业务协 同和调度 业务 变革 ， 提 升 了调 度 管理 和应 急指 挥 能力 ， 达到 了全 面感知 、 智能联 动 、 精 益 管控 、 绿 色低 耗 和安 全 高效 的 目的。 关键 词 数 字矿 山 ；自动化 ； 信 息化 中图分类号 T D 6 7 2 文献标志码 A 网络 出版时间 2 0 1 4 0 3 0 6 0 9 4 9 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d o i ／ 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 x ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 0 9 ． h t ml Pr a c t i c a l e xp l o r a t i o n o n c o n s t r u c t i o n o f d i g i t a l mi ne W ANG J i s h e n g 一．P AN Ta o 1 ． S h e n h u a Ho l l y s y s I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y Co ． ，L t d． ，Be i j i n g 1 0 0 0 1 1 ，Ch i n a 2 ． S h e n h u a Gr o u p Co． ，L t d． ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 1 ，Ch i n a A b s t r a c t Th e p a p e r t o o k t h e 8 6 3 p r o j e c t n a me d Ke y Te c h n o l o g y Re s e a r c h a n d De mo n s t r a t i o n o f Di g i t a l M i n e wh i c h i s u n d e r t a k e n b y S h e n h u a Gr o u p a s b a c k g r o u n d，i n t r o d u c e d u n d e r s t a n d i n g o f d i g i t a l mi n e c o n s t r u c t i o n a n d d e mo n s t r a t i o n c o n d i t i o n i n J i n j i e C o a l Mi n e ．Th e j i n j i e Co a l Mi n e c o n s t r u c t i o n pr a c t i c e s ho ws t ha t t he i nt e l l i ge nc e i n t e gr a t i o n pl a t f o r m a pp l i e s i n f o r m a t i z a t i o n t e c hn ol o gy t o s o l i d i f y pr o c e s s o f c o a l mi ne o pe r a t i o n a n d s t a n da r d o pe r a t i ng pr o c e du r e s，a n d i nt e g r a t e s a d v a nc e d t e c hn ol o gi e s，S O a s t o s o l ve s ub s ys t e m i s ol a t i o n p r o bl e m i n a l o ng t e r m ， a c hi e ve s c he d ul i n g o pe r a t i on s y ne r g y a n d s c h e d u l i n g t r a n s f o r ma t i o n，e n h a n c e ma n a g e me n t a n d e me r g e n c y o p e r a t i o n a b i l i t y，a n d a t t a i n t h e g o a l s o f f ul l pe r c e p t i o n，i n t e l l i g e n t l i n ka g e，de t a i l e d c o nt r o l ，gr e e n a nd l o w c o ns umpt i on，s a f e a n d e f f i c i e nt ． Ke y wo r d s d i g i t a 1 m i n e；au t o ma t i o n；i nf or ma t i z a t i o n 0 引言 自 1 9 9 9 年神东公 司大柳塔煤矿建设综合 自动 化系统以来已经过 了 1 5 个年头 ， 综合 自动化系统在 神华集团的安全高效生产中发挥 了重要作用。随着 信息技术 的发展和人们驾驭信息化能力 的提升 ， 煤 矿的信息化和 自动化应用有 了更大的发展和升级空 间 ， 特别是在煤炭行业十年黄金期更是得到了快速 的发展 ， 先进技术和产品不断推出， 随之出现了数字 矿山、 智能矿 山、 智慧矿山等概念。笔者认 为， 煤矿 信息化和 自动化建设一定要讲求实效 ， 有价值体现， 做到能用 、 实用、 管用 ； 要把成熟的技术用好了， 进行 深化应用 ， 提高应用水平； 要发挥信息化和 自动化的 协同效应 ， 真正为煤矿安全生产提供更大 的保障 ， 创 收稿 日期 2 0 1 3 - 1 2 - 1 6 ； 修回 日期 2 0 1 3 1 2 3 1 ； 责任编辑 胡娴。 基金项 目 国家高技术研究发展计划 8 6 3计划 项 目 2 0 1 2 AA0 6 2 2 0 3 ； 神华集团科技创新重点资助项 目 S X 一 1 。 作者简介 王继 生 1 9 6 1 一 ， 男 ， 陕西府谷人 ， 研究员 ， 主要从事机 电信息化管理工作 ， E ma i l wa n i s h e n g s h e n h u a ． C C 。通讯作者 潘涛 。 2 0 1 4年 第 3期 王继 生等 数 字矿 山建设 实践探 索 3 3 造 更 大 的价 值 [ 1 ] 。本 文 以神 华 集 团在 2 0 1 2年 承 担 的 国家高技 术研 究发 展 计 划 8 6 3计划 项 目 数 字 矿 山关键 技术 研 究 与 示 范项 目为 背 景 ， 简要 介 绍 笔 者对 数字 矿 山建设 的理解及 神华 集 团在 锦界煤 矿 建 设数 字矿 山示 范矿 井 的实践 。 1数 字矿 山特 征 1 信息采集点要多， 数据量要大 ， 尽可能实现 全 覆 盖 。信 息 采集 是 前 端 ， 是 煤 矿 安 全 生产 管 理 的 眼睛 、 耳朵 、 鼻 子 ， 是 所有 系统 进行 分析 判 断的基 础 。 如 果 没有前 端 的数 据 ， 后 台 的统 计 、 分 析 、 判 断 和 智 能预警 就无 从谈 起 。神 华集 团正 在进行 的数字矿 山 建设工程 ， 一个矿的信息采集点能达到数万点 ， 基本 做到了信息采集全覆盖 。 2 数据传输通 道要 宽。由于数据量大， 特别 是大量 的视频信息 ， 传输通道的带宽至少千兆 ， 甚至 达 到万 兆 ， 可考 虑 N 网合一 或 多功 能分 站 。 3 数 据 共 享 程 度 要 高 。大 量 的 数 据 采 集 上 来 ， 一定要实现共享 ， 否则就浪费了数据资源。所 以 要 改 变过去 那种 独立 部署 、 各 自为阵 的做法 ， 进行 整 合 、 集成。神华集团的做法是建立统一的数据标准 ， 建设集 中的数据库和一体化的平 台， 实现业务衔接 和 数据 共享 。 4 智能分 析和联动功能要强 。有 了大数据 ， 有 了一 体化 的平 台 ， 通 过 开 发 功 能 强 大 的软 件 系 统 实 现智 能分 析 ， 有 了分 析 的结 果后 就 可 以实 现 智 能 联 动 。 5 生产调度指挥人员职能可转变。传统的煤 矿 自动化、 信息化系统数据来源分散 ， 信息量少， 智 能 分析 不足 ， 应 急处 置无 章可 循 ， 调 度员 的业 务多 为 “ 上传下达” 。如果调度人员有了强大的信息系统支 撑 ， 再 配上 专业 的业 务管 理人 员 ， 调 度指 挥 中心可 真 正转变成具有生产决策 、 指挥 、 事故应变、 协 同作业 能 力 的决策 指挥 中心 和控 制 中心_ 2 ] 。 6 运营保障要到位 。信息化系统和 自动化系 统建设得再好 ， 如果运营保障机制不健全， 运营保障 不 到位 ， 所有 的投 入将 会前 功尽 弃 ， 运 营保 障机制 包 括组织保 障、 制度保障、 数据保障、 技术维护保障等。 2 神 华集 团的数 字 矿 山建设 实践 神华集团示范矿井选择在神华神东集团的锦界 煤矿。锦界 煤矿 位 于陕西 省榆林 市神 木县 境 内， 2 0 0 6年 9月 3 0日建成并试 生产 ， 综采工作 面 自动 化水平高， 2 0 1 2年生产原煤 2 0 0 0万 t 、 商品煤 1 9 4 0 万 t 。 同时 ， 锦 界 煤 矿水 量 比较 大 ，隐 含 水 害 风 险 。 因此 ， 锦界 煤矿 符合 示 范 矿 井 要 求 的具 有 自动 化 基 础 、 典型示范、 提高安全生产的要求 。 在进行锦界煤矿示范矿井建设之前 ， 对 国内外 矿 山信息化 、 自动化建设先进企业进行了广泛调研 ； 在此基础上 ， 对神华集团数字矿山进行了规划研究 ， 并广泛邀请 国内科研 院所 、 政府部门、 神华集团内部 企业的相关专家进行评审 ； 依托神华集 团信息化总 体规划 ， 从煤炭板块规划人手 ， 制定 了神华集团数字 矿 山规 划_ 3 ； 以此 规划 为指 导 ， 通过 自主 核心软 件 平 台研发， 依托示范工程 ， 将神华多年安全高效生产实 践与新一代信息技术有机融合 ， 构建高度互联共享 的大数据综合智能一体化平台； 与传统煤矿信息化、 自动化 建设 相 比， 具 有技 术更 先进 、 集成 度 和智能 化 更高 、 安全生产保障能力更强 、 应用范 围更广、 价值 收益更 大等 特 点 。 数字矿 山锦界示范工程按照神华数字矿山规划 的 目标范围、 架构设计、 建设内容、 技术标准 、 实施策 略等进行了统一建设 ， 实现 了煤矿的信息采集全覆 盖 、 生 产过 程全 记 录 、 人 机 环状 态 全 监 控 、 数 据 资 源 全 共享 、 统 计分 析全 自动 、 业务 管理 全透 明 。通过 数 字矿山锦界示范工程 ， 达到了以下 4个方面的创新 和提 升 1 自主研 发综合智能一体 化平 台， 打破 国外 软件长期垄断 ， 填补了国内空 白。通过 自主创新 ， 成 功研发 了全面覆盖煤炭生产过程控制的综合智能一 体化平 台软件 ， 打破了长期 以来 罗克韦尔 RS Vi e w、 通 用 电气 I F I X、 西 门子 Wi n C C等 国外 软 件 在 煤 炭 行 业 的垄断 地位 ， 填 补 了国 内煤炭行 业 软件空 白； 并 首 次将 地 理 信息 G I S与水 文 地 质信 息 、 生产 控 制 进 行融合创新 ， 真正实现了煤矿井上井下各专业“ 一张 图” ， 实现了信息关联 ， 画面分层动态联动， 解决 了长 期 以来各专业子系统分割孤立的问题 。 综合智 能一体化生产控制平台将原来 3 2个相 对 独 立 、 分 散 、 呈 烟 囱 状 的 控 制 和 监 测 子 系 统 和 4 ． 5 万个采集数 据整合到一个 平 台上 ， 实现 了时空 状态、 全生命周期 数据整合、 数 据共享 、 业务衔接 。 传统煤矿及数字矿山信息化应用模式如图 1所示 。 据 了解 ， 目前 国内还没有第 2 家成功案例 。 通过 自主创新 ， 成功研发了生产过程管理综合 智能一体化生产管理系统软件 ， 涵盖了生产管理 、 调 度管理 、 机 电管理、 一通 三防、 安全管理、 应急救援 、 煤质管理 、 环保管理、 设计管理 、 综合分析十大模块 ， 与经 营管理 如E R P 层 、 生产 控制层 进行 无缝衔 3 4 工矿 自动 化 2 0 1 4年 第 4 0卷 传统煤矿信息化应用模式 数字矿 山信 息化应用模 式 婴垦 垦 垦 垦 ⋯ i F二 雩 ； 。 。 。 。 。。 。 。 。 ‘ 。 。 。 ‘ ‘ 。 。 ‘ ‘ 。 ‘ ‘ ‘● 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 ‘ ‘ ‘ ‘ 。 。 ‘ I 薷 ⋯ lJ国 国 国 国 园 国 国 国 国 l}--．． 图 1 传统煤矿及数字矿 山信息化应用模式 接 ， 彻 底打 通 了相关 生产 管理业 务 ， 进一 步 提升 了煤 炭生产运营管理各专业 口的协 同能力 。据 了解 ， 目 前 行业 内还 没有 这 么 完 整 和具 有 平 台化 、 多 级 应 用 的生 产管 理软 件 。 2 首次 在全 矿井 实现 “ 一 网一 站 ” 多 系 统集 成 新技术应用 。目前煤矿 自动化系统、 通信系统、 定位 系统、 工业电视系统、 广播系统等多采用独立建站， 独立电源 ， 独立线缆的建设方式 ， 造成井下线缆多、 分站多、 电源多， 存在重复投资、 浪费的情况。随着 生产规模逐步扩大 ， 孤立 的信息系统逐渐难 以匹配 高 速发 展 的生产 需求 。 通 过 建 设井 下 万 兆 以太 环 网及 综合 分 站 ， 首 次 在全矿井实现了大数据高速传输和设备监测控制系 统 、 无线通信系统、 人员定位系统、 工业电视系统 、 I P 广播系统 、 T P调度电话 系统等的集成整合 ， 减少 了 井下缆线和设备数量 ， 节约了投资 ， 降低 了维护量。 通 过 采用先 进 的 Z i g B e e 技 术 ， 实 现 了关 键 区域 5 IT I 的定位 精度 。 3 全 面梳 理 煤 矿 业 务 领 域 的 管 理 流 程 ， 固化 神 华集 团安 全 高 效 生 产管 理 实 践 。通 过 全 面 梳 理 、 充 分 总结 神华 集 团先进 的煤 炭生 产成 功实 践经 验和 专家模型 ， 按照“ 专业化分工、 精细化管理和集约化 运营” 的要求 ， 覆盖设计管理 、 生产管理、 调度管理、 机电管理 、 安全管理 、 一通三防管理、 煤质管理 、 环保 管理等八大业务领域 ， 固化 了神华集团多年形成 的 安全高效管理实践 ， 形成 了符合神华集 团实际 、 可推 广的业务流程标准化成果。 通 过业 务 标 准化 设 计 和 流程 梳 理 ， 明确 各业 务 领域在 集 团公 司、 子 分公 司、 煤 矿／ 专 业服 务单 位 三级管理之间的管控边界 ； 以全面计划为基础 ， 形成 集团总部、 子分公 司、 煤矿及专业 服务单位之间的联 系和纽 带 ， 实现 煤炭 生产 各环节 的协 同 ； 明确 各业 务 领 域之 间 的关 系 ， 支持 流程 逻辑 关 系与 接 口设计 ， 建 立 边界 清 晰 、 关 系 明确 的 3 4 6个 四级 业 务 流 程 框 架 体系 ， 建立以综合分析指标为基础的量化体系 ， 保障 业 务运 作有 效 。 4 实现 业 务 协 同 和 调 度业 务 变 革 ， 提 升 调 度 管理和应急指挥能力 。传 统的煤矿 自动化 、 信息化 系统数据来源分散 ， 信息量少 ， 智能分析不足 ， 应急 处 置无 章可 循 ， 调度 员 的业 务 多 为 “ 上 传 下 达 ” 。在 锦界示范工程建设 中， 综合智能一体化 生产控制系 统 按 照相关 事件 的处 理规 则 、 规定 的数 据 间 的联 系 、 触发规则 ， 实现数据的关联分析 、 触发 ， 并完成突发 事件的处理或给调度员提出建议 ， 为安 全生产指挥 提供了决策依据 ， 提高了调度执行的效率和质量 。 实施调度业务管理变革 ， 实现 了由传统 的“ 上传 下 达 ” 汇报 型调 度模 式 向专 业 化 生 产 指 挥模 式 的转 变 ， 进 一步 提高 了煤 矿生 产调 度指 挥能 力 。 3数 字矿 山锦 界 示范工 程 的应用 成效 1 全 面感 知 。通 常 情 况 下 ， 传 统 的矿 井 综 合 自动 化系 统最 多采 集 1 ． 5万 点数 据 ， 并 不 能反 映矿 井人 、 机 、 环、 管全方面的信息 。数字矿 山锦界示范 工程全面实现 了对“ 采 、 掘 、 机 、 运 、 通、 洗选、 装车各 生产系统及安全监测监控、 工业电视 、 人员 、 车辆、 水 文信息的自动 、 实时、 准确采集 ， 总点数 达到 4 ． 5万 点 ， 基 本 实现 了全 面感知 。 2 智能联动。能够对监控信息进行智能识别 处理 ， 实现多系统组合报警 以及上下游设备的智能 联动控制 。例如 当报警信息触发后 ， 可 自动弹出报 一 画 确 一 画 一 卤 一 无人值守灯 房 三 ～圆 口兰 ～ 剧 『 i删 要 一 安 全 监 测 监 控蚤 i 矿级应用 一 ～固 ～ 兀 ] 芏 百国 ～]南 目 二 国 蔫蕊 二团 _ ～ 旷 暖 壶 用 第 4 O卷 第 3 期 2 0 1 4年 3月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 0 No ． 3 M a r ． 2 0 1 4 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 4 0 3 0 0 3 5 0 3 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 1 0 杨清翔 ， 李硕 ， 秦文光 ， 等． 井下视频监控系统容量问题分析[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 3 3 5 3 7 ． 井下视频监控系统容量闻题分析 杨清翔 ， 李硕 ， 秦文光 ， 王海燕 1 ． 华晋焦煤有限责任公司 王家岭煤矿，山西 河津0 4 3 3 0 0 ； 2 ． 中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘 要 针 对基 于无线 Me s h网络 的井 下视 频 监控 系统 采 用 多跳 传输技 术 导致 系统 容 量 降低 、 信 号 带宽 下 降等 问题 ， 提 出在 无 线 Me s h网络 中采 用 多输入 多输 出技 术 来提 高 系统 容量 ， 并 对 多输 入 多输 出 系统 的容 量 进行 了分析和仿真验证 。Ma t l a b仿真结果表明， 多输入 多输 出技术可以在不增加带宽的情况下有效地提 高 系统容量， 解决 了井下视频 多跳传输过程 中带宽下降的问题 ， 从而提高了井下视频 实时传输质量。 关键 词 井 下视 频 监控 ；无 线 Me s h网络 ；系统容 量 ；多输 入 多输 出 中图分类号 T D7 6 ／ 6 5 5 ． 3 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 4 一 O 3 一 O 6 O 9 5 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d o i ／ 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 1 0 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 0 6 ； 修回 日期 2 0 1 3 - 1 1 - 2 0 ； 责任编辑 胡娴。 基 金项目 国家 自然科学基金项 目 5 1 2 0 4 1 7 5 ； 江苏省产学研联合创新基金前瞻性联合研 究项 目 B Y2 0 1 2 0 8 1 。 作者 简介 杨 清翔 1 9 8 o ～ ， 男 ， 河南新野人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事矿井机电管理工作 ， E ma i l y y q q x x 0 0 1 1 6 3 ． c o rn。 警点工业电视 、 人员位置、 安全监测等系统 的信息 ， 联动广播 、 语音通信 、 移动终端等系统通知井下工作 人 员 ， 并按 照最 优 流程 自动启 停 生产 、 运输 、 排水 、 通 风等相关设备 。 3 安全高效。最大 限度减少井下作业人员。 在 锦界 煤矿 可 对 1 0处 中转 水 泵 和 3 5 0台小 水 泵 实 现 自动排水 和 远程在 线 监控 ， 水泵 工人 数 可减少 2 ／ 3 不少于 6 0人 。通过实 时监控煤矿各专业 系统运 行 状态 ， 动 态调 整上 下 游 系统 间 能力 匹 配 和启 停 顺 序 ， 实现安全高效协 同生产。通过数 字工业 电视设 置 电子 围栏 ， 对 井下 危 险区域进 行 在线监 视 ， 当有 人 员无故进入或活动物体进入时， 可及时报警 ， 并 自动 广 播通 知 。 4 精 益管 控 。 固化 了煤矿 生 产管 理 流程 和 标 准作业流程 ， 对关键生产运营指标进行综合统计 、 图 形展示和趋势分析， 对设备停机 、 设备效能进行全面 分析， 为实现生产组织精准 、 设备运行精 良、 运营决 策精益提供了支撑 。 5 绿色低耗。采用激光 自动称重装置 ， 可实 现运输系统根据载荷 和煤量智能 自动调速， 降低带 面、 托辊 、 滚筒磨损 ， 大幅降低维修时间 ， 减少停机故 障， 实现节能降耗 ， 延长带式输送机寿命 ； 可将煤矿 污水排放监测信息接入系统 ， 实现实时不问断监控 。 4 结语 神华集团在锦界煤矿进行的数字矿山示范建设 探索了一条推进两化深度融合、 促进产业转型升级 的发 展之路 。 目前 ， 示 范 矿 井 建 设 的 各项 工 作 进 展 顺利 ， 已经取得 了一定的成效 ， 其中智能一体化软件 平 台已成功实现了上线运行。神华集团正按照打造 “ 生产集约化 、 技术现代化 、 队伍专业 化、 管理精 益 化 、 决策智能化 、 装备 自动化、 作业标准化 、 环境生态 化” 现代煤炭生产体系的目标 ， 为打造世界一流煤矿 奠 定坚 实基 础 ， 为引 领煤 炭行业 发 展进行 有益 尝试 。 参 考文献 [ 1 ] 孙继平． 煤矿 自动化 与信息化 技术 回顾 与展望 E J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 0 ， 3 6 6 2 6 3 0 ． [ 2 ] 韩建国 ， 杨汉宏 ， 王继生 ， 等． 神华集团数字矿 山建 设研 究[ J ] ． 工矿自动化， 2 0 1 2 ， 3 8 3 l l 一 1 4 ． [ 3 ] 神华 集团数字矿 山规划项 目组． 神华 集团数 字矿 山建 设规 划研 究[ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 4 ] 潘 涛 ， 梁宏． 数 字煤 矿特 点及 关键 技 术 [ J - I ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 1 1 ， 3 7 3 5 9 6 2 ． [ 5 ] 霍振龙 ， 包建军． 煤 矿物联网统一通信平 台研 究[ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 1 ， 3 7 1 O 1 - 3 ．