神南矿区智能化矿山设计及建设_杨丽.pdf

神南矿区智能化矿山设计及建设 杨丽 中煤科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120 ［ 摘 要］从智能化矿山的现状及设计目标、设计内容和特点 3 个方面对神南矿区智能化矿山 进行了现有情况的分析、归纳，兼顾与陕西煤化工集团有限公司数字化、信息化共享，结合神南矿业 公司及下属的红柳林矿业公司、柠条塔矿业公司、张家峁矿业公司智能化矿山建设具体情况，以空间 信息处理技术、物联网技术、大数据、虚拟现实技术、云计算技术为手段，实现采掘一线少人化、固 定岗位无人化、安全生产可量化、矿井生产指挥控制系统智能化和可视化、生产和生产辅助系统智能 化、矿井管理与经营决策智能化，最终实现安全、高效、绿色、智能化现代化矿区设计目标。 ［ 关键词］神南矿区; 智能化; 安全; 高效 ［ 中图分类号］ TD212［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201703- 0106- 04 Intelligence Mine Design and Construction of Shennan Mine District YANG Li CCTEG Beijing Huayu Engineering Co. ，Ltd. ，Beijing 100120，China Abstract Current situation of Shennan mine district intelligence mine were analyzed and induction from following three sides，which include intelligence mine present situation and design aim，design content and characters，with digitalization and ination share of Shaanxi coal chemistry corporation Co. ，Ltd. ，based on specific situation of intelligence mine construction of Shennan mine corpora- tion，Hongliulin mine company，Ningtiaota mine company and Zhangjiamao mine company，it taking space ination processing technology，things internet technology，big data，virtual reality technology，cloud calculation technology as means，and the following aims were realized，which include the front- line excavation people minimization，fixed post unmanned，safety production quantiza- tion，mine production command system intelligence and visualization，production and assistant production system intelligent，mine management and designing intelligent，and then the last design aim safety，high efficient，green and intelligent were realized. Key words Shennan mine district，intelligence，safety，high efficient ［ 收稿日期］ 2016－10－26［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 03. 031 ［ 基金项目］ 中国国有资本经营预算重点产业转型升级与发展资金项目 财企 ［ 2013］ 472 号 ［ 作者简介］ 杨丽 1982－ ，女，北京人，工程师，从事煤矿电气设计相关工作。 ［引用格式］ 杨丽 . 神南矿区智能化矿山设计及建设 ［ J］． 煤矿开采，2017，22 3 106－109. 随着国家对信息化和工业化建设深度融合的要 求，物联网、大数据、云计算等技术手段日趋成 熟，煤矿智能化的设计和建设具备了必要的条件。 年产量国内领先的神南矿区，其智能化设计和建设 仍处于初级阶段，主要表现在智能化信息化发展没 有统一规划，智能化项目管控不到位，重投入轻效 益，规范标准不完善，各单位和专业化系统独成体 系，个别系统形成信息 “孤岛” ，信息系统缺乏整 合统一，难以全面实现信息共享和高效集成运作等 方面。通过本次设计和建设将神南矿区建设为本 安、智能、生态型智能化矿山，打造国内领先、世 界一流的现代化矿区。此次设计和建设成功后将在 陕煤集团乃至全国推广应用 ［1－9 ］。 1智能化矿山建设现状及设计目标 1. 1智能化矿山现状 煤炭行业的智能化矿山建设可以归纳为 设备 单机自动化、系统综合自动化、矿山数字化和矿山 智能化 4 个阶段。第一阶段主要是以传感器和执行 结构组成，可实现单机通过预先设定的程序自动运 行，以及远程数据监测等特点; 第二阶段是以高速 网络为基础，综合系统化地集成了部分子系统，实 现了数据的初级处理和应用，通过综合一体化的平 台进行综合的展示等特点; 第三阶段是以矿山三维 建模为基础，实现了管理上的信息化、矿井三维仿 真模拟、局部岗位无人值守、部分系统的联动运行 等特点; 第四阶段主要以大数据、云计算等技术手 段实现了系统的闭环运行、固定岗位无人值守、一 线岗位少人值守、远程诊断维护、智能决策分析、 系统预测预判等特点，目前国内外正处于第四阶段 的初期 ［10 ］。 1. 2主要设计目标 神南矿区智能化矿山设计定位于建设国内一流 智能化煤炭开采企业。实现采掘一线少人化、固定 601 第 22 卷 第 3 期 总第 136 期 2017 年 6 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 3 Series No. 136 June2017 ChaoXing 岗位无人化、安全生产可量化、矿井生产指挥控制 系统的可视化和智能化、生产和生产辅助系统的智 能化、矿井三维可视化、矿井管理与经营决策智能 化，将神南矿区建设为安全、高效、绿色、数字化 煤矿，主要设计目标效果结构图如图 1 所示。 图 1智能化矿山设计目标效果结构 2智能化矿山设计内容 2. 1智能化矿山架构设计 神南矿区智能化矿山设计时充分体现系统的实 用性、可靠性、先进性、长远性、可扩展性，满足 及时、有效获得监测、控制等管理信息需要，同时 还需考虑矿井近、远期发展，产品的技术更新与升 级换代，售后服务、传输接口等多方面因素，以空 间信息处理技术、物联网技术、云计算技术、大数 据、虚拟现实技术等为手段对神南矿区的智能化矿 山架构进行了设计 ［11 ］，架构设计如图 2 所示。 图 2智能化矿山架构设计 2. 2智能化矿山标准化设计 智能化矿山系统标准化设计将神南矿区的神 南矿业公司及下属的红柳林矿业公司、柠条塔矿业 公司、张家峁矿业公司的应用架构、数据架构和安 全架构等进行统一应用架构设计，将子系统建设目 标和功能等建设内容进行标准化设计，将业务标 准、技术标准和分类指导标准进行规范标准化设 计，统一规划、关键技术研究、系统研发、矿井建 设和全面推广应用等进行统一化标准化设计。 设备标准化设计将神南矿区的神南矿业公司 下属的红柳林矿业公司、柠条塔矿业公司、张家峁 矿业公司分别进行了一平台、两系统、多子系统、 软件、硬件、显示、功能等一系列的统一化、标准 化的设计。将整个矿区各矿各系统各软件和硬件设 备实现互通、互换和互用。 设备接口和网络通信标准化设计设备接口标 准化设计进行了设备硬件的标准化设计，例如 压 力传感器类出线接口全部采用快插头四芯线缆 U 型销锁紧的固定方式、压力传感器与压力源连接全 部采用 DN10 接口的型式等系列化的设备接口标准 化设计。网络通信标准化设计进行了通信网络、通 信距离和通信协议标准化的设计，例如 0 ～ 50m 通信采用无线通信方式，50 ～ 300m 采用总线的通 信方式，300m 以上交换机进环网的通信方式。接 口、设备、通信等标准化后进行了通信协议的标准 化的初步设计。此次对全矿井进行了多项目的标准 化设计，例如 对线色的标准化设计中设计了通信 线用蓝色，127V 用黑色，1140V 用黄色，3300V 用 红色等针对性的标准化设计。 2. 3生产智能监控系统设计 神南矿区综合生产智能化监控系统设计对生产 全过程进行数字化智能化监测和控制，通过优化、 固化业务流程，实现信息采集全覆盖、数据资源全 共享、统计分析全智能，业务管理全透明、人机状 态全监控、生产过程全记录。 本次设计将神南矿区的综采工作面、掘进工作 面、主运输系统、辅助运输系统、热力交换系统、 洗煤厂、装车系统、供配电系统、排水系统、供水 系统、消防洒水系统、通风系统、压风系统及其他 系统和设备全数据的监测和控制，各系统实现智能 化自主运行为主人员干预及控制为辅的运行状态。 本次设计将神南矿区的安全监测系统、无人值守灯 房、工业电视系统、污水处理系统、调度通信系 统、火灾监测系统、人员与车辆定位系统、水文地 质监测系统、矿压监测系统及其他系统设计为只监 测不控制，对这些系统的数据进行分析和处理，实 现了所有监测系统数据的智能分析和利用。 本次设计的生产智能化监控系统包含矿井整个 701 杨丽 神南矿区智能化矿山设计及建设2017 年第 3 期 ChaoXing 的生产环节，综采智能化设计为综采工作面无人跟 机作业、有人安全值守的生产模式，综掘智能化设 计为掘进工作面掘进、支护、运输、通风除尘、供 电供水、辅助运输等全部智能化，运输系统智能化 设计为智能一键启停、智能重载启动、智能逆煤流 启动、智能顺煤流停车。供电系统智能化设计为变 电所无人值守有人巡视智能运行，通风系统智能化 设计，洗选系统智能化设计等所有的环节，为智能 化矿区设计提供了坚实的保障 ［12 ］。 2. 4生产智能管理系统设计 神南矿区的神南矿业公司、红柳林矿业公司、 柠条塔矿业公司、张家峁矿业公司设计统一生产管 理系统，实现生产管理、调度管理、机电管理、一 通三防管理、综合分析、安全管理、设计管理、煤 质管理、环保管理、应急管理等智能化一体化管理 和应用设计。 智能化一体化生产管理系统从生产的决策、计 划、准备、实施、监控、分析进行标准化管理系统 的设计，在资源获取中的探矿权、评价、预可研、 可研; 在矿井设计中的基建设计、生产专项设计; 在规划中的规划、计划;在矿井建设中的基建施 工、竣工验收、移交投产; 在机电管理中的机电设 备、机电设施、机电数字化系统、仪器仪表、材料 备件、能耗; 在生产管理中的生产准备、开采、地 质测量、防治水、资源储量; 在一通三防管理中的 通风、瓦斯防治、防灭火、防尘; 在安全管理中的 本安管理、应急管理、事故处理、灾害防治; 在调 度管理中的作业计划、调度指挥、实施监控与预 警、安全监控、应急管理; 在环保管理中的建设项 目环保、生产运营环保、环保专项、环保风险; 在 煤质管理中的煤层、原煤、商品煤、外购煤; 在洗 煤选煤装煤中的筛分破碎、脱水与干燥、煤泥水处 理、噪声与粉尘防治、存储与卸载、装车、运输; 在煤炭销售中的客户、销售、营销、渠道、服务、 产品等进行系列的标准化设计和建设。 生产计划管理系统化设计和建设，实现了生产 可视化，通过摄像头三维建模传感器等模拟井下查 询当前环境人员信息，设备属性查询和 “穿透式 查询” ，工作面巷道运输系统和工作面设备三维可 视化、给排水通风等系统建模可视化、采掘进度管 理、工作面二三维联动 ［13 ］。生产计划管理，包括 从产量计划、接续计划、作业计划到计划执行的全 过程，煤业公司、各矿、区队多个应用层级。通过 生产管理模块的应用，实现了多级协同指挥和全程 管控，生产接续、设备配套、搬家倒面等计划自动 排程，有效支撑了生产相关业务的高效协同。 综合智能一体化生产管理系统，包含生产、调 度、机电、一通三防等多个模块。煤炭生产管理业 务多而复杂，本项设计区别于传统烟囱式的信息系 统建设方式，通过一体化的顶层设计，梳理、规范 了各领域之间的业务流、数据流，实现了生产相关 业务的数据传递和业务贯通，打造了高效、有序的 “信息高速公路” 。 2. 5智能化综合分析系统设计 智能化一体化综合分析系统的设计和建设从调 度、生产、机电、一通三防等对全矿井进行数据的 综合分析和应用设计，在调度中的原煤产量偏差 率、商品煤产量偏差率、掘进进尺计划偏差率、装 车计划偏差率、重点事项督办完成率; 在生产中的 采出率、采掘比、采煤计划完成率、工作面推进分 析、单产分析、单进分析、全员工效、原煤工效、 排水量变化率分析、万吨掘进率分析、煤质分析、 矿山压力; 在机电中的设备故障率、采掘设备运行 故障率、采掘设备综合利用率、采煤智能化程度、 掘进智能化程度、原煤电耗、吨煤用水量、材料费 用; 在一通三防的矿井总进风量、矿井总回风量、 矿井有效风量、矿井有效风量率、矿井通风最大流 程、矿井漏风量、漏风率、矿级瓦斯等级、煤层爆 炸性危险性、煤自燃倾向性、矿井最大粉尘浓度、 煤层自然发火期、工作面最高粉尘浓度、掘进最高 粉尘浓度、主扇运行效率、主扇叶片角度、主扇电 机额定功率、矿井风压、全尘预警、呼尘预警、瓦 斯日报预警、异常风量分析、采空区防灭火分析、 风速分析、回采面相对瓦斯涌出量、矿井相对瓦斯 涌出量等进行量化指标设计和建设 ［14 ］。 3智能化矿山设计的特点 本次神南矿区智能化矿山设计和建设消除了各 矿和矿业公司的信息孤岛、设计了固定岗位无人值 守、多系统多信息智能集中显示、智能报警与联 动、各业务智能协同管理、实时智能指挥等诸多特 点。 消除信息孤岛方面通过智能矿山设计和建 设，智能控制系统将综采工作面监控、掘进工作面 监控、主运输系统监控、无线通信、安全监控、人 员车辆定位等系统及多个独立信息系统整合在一 起，实现了信息共享和共用，各系统协调生产实现 了互联互通，消除信息孤岛。 固定岗位无人值守方面在地面中央集控指挥 中心对井下设备进行远程控制，实现变电所、水泵 801 总第 136 期煤矿开采2017 年第 3 期 ChaoXing 房、主运输驱动机房等固定岗位无人值守。 多系统多信息智能集中显示方面设计将地表 卫星影响信息、水文地质信息、人员位置信息、环 境监测信息、设备监控信息等集中到采掘工程平面 图上进行多元化一体化显示和控制，实现了各系统 高度集中智能监控。 智能报警与联动方面每个矿设计了约 6 万多 个数据采集点，通过基于大数据多维度对比分析判 断决策，实现了瓦斯报警联动、水仓水位超限联 动、人员超员超时联动、局扇断电联动、胶带保护 动作联动及其他系统的联动，智能联动同时设计有 智能报警分级报警、分区域报警、分专业报警、多 系统组合报警等多种智能化报警方式。 各业务智能协同管理方面煤矿生产业务设计 将生产、机电、调度、一通三防、安全、环保、煤 质、设计、综合分析、应急救援等进行系统管理， 实现煤矿精益化智能管理、煤业公司集约化智能管 控。 实时智能指挥方面借助系统对监控数据进行 智能分析和决策支持，实现了传统调度由单一的 “上传下达”和部分控制，向采掘、机运、一通三 防等专业分工、中央集控的生产指挥转变，将调度 室变为专业分工、中央集控智能生产指挥的实时智 能指挥部。 4结束语 目前神南矿区和国内智能化矿山设计和建设仍 然存在一些问题，各矿的建设都是先独立地建设各 子系统，后续很难再统一综合利用，需要升级淘汰 的设备太多导致资金浪费。传统观念、惯性思维、 组织机构等不能完全满足新系统的应用，需要有变 革、适应的过程 。煤矿安全规程对智能矿山信 息系统应用有某些方面的制约。传感器准确性和可 靠性差，影响数据采集的质量。大部分井下设备只 有就地操作功能，缺少远程通信、控制执行功能， 建设智能矿山所需配套改造量大。业务人员与 IT 人员结合难度大，难以满足建设、推广需要。这些 问题需要逐步得到解决。 各单位对本次神南矿区的设计分别进行了 98 个系统和功能分类的设计和建设，设计和建设内容 包括对所有各系统和功能的总体设计、功能要求、 主要设备配置要求、主要设备参数、招标货物参考 清单、资金预算等进行了详细并结合实际的有针对 性的设计，目前神南矿区正在按计划有序实施设计 方案，实施效果良好，本次设计对煤矿智能化设计 和建设具有积极的推进意义。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 吴德政 . 数字化矿山现状及发展展望 ［J］． 煤炭科学技术， 2014，42 9 17－21. ［ 2］ 王国法 . “十二五”煤矿开采装备技术的发展展望 ［J］． 煤矿 开采，2011，16 3 19－24. ［ 3］ 许润莲 . 晋华宫矿数字化矿山网络平台的研究 ［J］． 煤炭科 学技术，2013，41 S 146－148. ［ 4］ 王国法 . 煤矿高效开采工作面成套装备技术的创新和发展 ［J］． 煤炭科学技术，2010，38 1 63－68. ［ 5］ 张灵 . 实用型数字化矿山系统构建及综合应用 ［J］． 煤炭 科学技术，2013，41 S 110－117. ［ 6］ 丁震 . 浅谈数字化矿山建设 ［J］． 神华科技，2011 6 23－25. ［ 7］ 吴立新，汪云甲，丁恩杰，等 . 三论数字矿山－借力物联网保 障矿山安全与智能采矿 ［J］． 煤炭学报，2012，37 3 357 －365. ［ 8］ 尹玉杰 . 互联网系统中的煤矿数字化应用研究 ［J］． 煤炭科 学技术，2013，32 9 13－15. ［ 9］ 张杰 . 神华宁煤集团安全智能分析平台建设构想 ［J］． 工 矿自动化，2012，38 9 83－86. ［ 10］ 孙利军，孟灵飞，黄德伦 . 基于 Surpac 软件对玲珑金矿数字 信息化研究 ［J］． 矿山测量，2012 2 75－77. ［ 11］ 雷高 . 智慧矿山建设的探讨 ［J］． 铜业工程，2013 4 43－46. ［ 12］ 李健. 基于数字化矿山的全信息化应急管理系统研究 ［J］． 山西焦煤科技，2013 9 35－37. ［ 13］ 李晋，王海先 . 论数字化矿山建设 ［J］． 煤炭经济研究， 2013，33 1 63－65. ［ 14］ 卢新明，尹红 . 数字矿山的定义、内涵与进展 ［J］． 煤炭 科学技术，2010，38 1 48－52. ［责任编辑 邹正立］ 山东煤矿安全“体检”取得阶段性成效 国家安全监管总局 国家煤矿安全监局关于开展煤矿全面安全 “体检”专项工作的通知下发后，山东煤矿安监局紧 紧围绕目标要求，迅速开展行动，制定工作方案，配备过硬力量，采取过硬手段，扎实推进安全 “体检”工作。 截至 2017 年 4 月底，共组织 365 人次参加体检，聘请专家 110 人次，完成 “体检”煤矿 52 处，完成率 41. 27。出具 体检报告 49 份，查处隐患和问题 2060 条，责令停止作业 21 处 ，“体检”罚款 445. 5 万元。前 4 个月，全局罚款 1080. 1 万 元，与 2016 年同比，增长 203。 山东煤矿安全 “体检”工作进展顺利，取得了阶段性成效 ，“体检”开展以来，未发生生产安全事故，已连续 28 个月 杜绝较大以上事故。 摘自 煤炭信息周刊 2017. 5. 18 901 杨丽 神南矿区智能化矿山设计及建设2017 年第 3 期 ChaoXing