煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术.pdf

第48卷第7期 2020年 7月 煤炭科学技术 Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y Vo l . 48 No . 7 Ju l y 2020 高士岗，高登彦，欧阳一博，等煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术[J].煤炭科学技术,2020,487 150-160. d o i 10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 015 GAO Sh ig a ng, GAO Deng ya n, OUYANG Yibo, et a Z.Mine int el l ig ent int eg r a t ed a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em a nd k ey t ec h no l o g ies[ J] .Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y,2020,487 150-160. d o i 10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 015 移动扫码阅读 煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术 高士岗▽，高登彥1,欧阳一博2,柴敬2,3,张丁丁 2,3,任文清1,赵利虎1 1.国家能源投资集团有限责任公司神东煤炭集团有限责任公司，陕西神木719315,2.西安科技大学能源学院，陕西西安710054； 3.西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西西安710054 摘 要随着我国在智能开采和智能掘进技术方面不断取得重大突破,矿井各子系统智能化程度不 均，矿井生产控制单一分散，各系统信息孤岛化等问题突显，因此需要建立智能一体化辅助生产系统， 实现矿井所有设备的集中控制，数据的集中管理和信息的高度集成与共享，打破各系统信息壁垒，真 正实现煤矿多系统智能化发展目标。针对智能矿山的发展现状和趋势，指出智能矿山的建设是由单 个系统智能化向多系统智能化方向发展,矿井生产控制是由单一分散式向综合智能一体化方向发展， 煤矿智能辅助生产系统是智能矿山建设不可或缺的一环，提出了智能一体化辅助生产系统建设的 “五个一”基本原则。神东矿区通过融合智能主/辅运输技术、智能供电技术、智能排水技术、智能通 风技术及智能通信技术,建立了煤矿智能一体化辅助生产技术体系。引入模块化管理理念，将矿井综 采综放、掘进、主运输、供电、供排水、通风及安全监测监控等所有矿井生产系统高度集成在同一个 平台，将各子系统数据接入区域煤矿集中控制中心，设计出一套集地面与井下为一体的辅助生产系统 的整合控制方案，形成管控一体化平台。采取从采掘、运输和分选加工等煤炭生产一体化管理模式， 形成了专业调度体系，优化了生产控制指挥流程，实现了“五矿六井”大区域煤炭生产的集中控制和 海量数据管理及信息的高度集成与共享，形成新型煤炭生产体系。实践表明，神东矿区智能一体化辅 助生产系统可对全矿区全周期生产数据进行分析应用，减少工作人员400人，降低人工成本8 000 万/a ,节电25,设备利用率提高5,全员工效提高16。 关键词煤矿智能化;辅助生产系统;智能主/辅运输技术;智能供电技术；智能排水技术；智能通风技 术;智能通信技术 中图分类号TD67 文献标志码A 文章编号0253-2336 2020 07-0150-11 Mine intelligent integrated auxiliary production system and key technologies GAO Sh ig a ng12,GAO Deng ya n1,OUYANG Yibo2,CHAI Jing23, ZHANG Ding d ing “ ,REN Wenqing1 ,ZHAO Lih u1 l.Shendong Coal Group Corporation Limited, China Energy Investment Group Co. fLid., Shenmu 719315, China； 2. College of Energy Engineering, Xi1 an University of Science and Technology, Xi，an 710054, China Key Laboratory of Western Mining and Mine Disaster Prevention and Control Under Ministry of Education f XV an University of Science and Technology, XV an 710054, C加 na Abstract As ma jo r br ea k t h r o u g h s a r e ma d e in int el l ig ent mining a nd int el l ig ent d r iving t ec h no l o g y, t h e f o l l o w ing issu es a r e mo r e o bvio u s, f o r ex a mpl es, t h e int el l ig ent d eg r ee o f ea c h su bsyst em o f t h e mine is u neven, t h e mine pr o d u c t io n c o nt r o l is sing l e a nd d ec ent r a l ized, a nd t h e inf o r ma t io n o f ea c h syst em is iso l a t ed . Th er ef o r e, it is nec essa r y t o est a bl ish a n int el l ig ent int eg r a t ed a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em t o r e a l ize t h e c ent r a l ized c o nt r o l o f a l l equ ipment, c ent r a l ized ma na g ement o f d a t a a nd h ig h int eg r a t io n o f inf o r ma t io n sh a r ing, br ea k ing t h e in f o r ma t io n ba r r ier s o f va r io u s syst ems, a nd t r u l y r ea l izing t h e g o a l o f int el l ig ent d evel o pment o f c o a l mine mu l t i syst em. In view o f t h e pr es ent sit u a t io n a nd d evel o pment t r end o f int el l ig ent mine, it is po int ed o u t t h a t t h e c o nst r u c t io n o f int el l ig ent mine is d evel o ping f r o m sing l e syst em int el l ig enc e t o mu l t i syst em int el l ig enc e, mine pr o d u c t io n c o nt r o l is d evel o ping f r o m sing l e d ec ent r a l ized t o c o mpr eh ensive int el l i- 收稿日期2020-05-14 ；责任编辑代艳玲 基金项目国家自然科学基金资助项目41027002,51804244 作者简介高士岗1978，男，陕西神木人，高级工程师，博士研究生，现任神东煤炭集团有限责任公司副总E-ma il 10019638 c h nener g y.c o m.c n 通讯作者柴 敬1964，男，宁夏平罗人，教授，博士生导师，博士。Tel029-85587293,E-ma ilc h a ij x u st .ed u .c n 150 高士岗等煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术2020年第7期 g ent int eg r a t io n. Th e int el l ig ent a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em o f c o a l mine is a n ind ispensa bl e pa r t o f t h e c o nst r u c t io n o f int el l ig ent mine, Five-One ba sic pr inc ipl e o f int el l ig ent a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em c o nst r u c t io n is pu t f o r w a r d . Th e mine int el l ig ent int eg r a t ed a u x il ia r y pr o d u c t io n t ec h no l o g y syst em h a s est a bl ish ed by int eg r a t ing int el l ig ent ma in/a u x il ia r y t r a nspo r t a t io n t ec h no l o g y, int el l ig ent po w er su ppl y t ec h no l o g y, int el l ig ent d r a ina g e t ec h no l o g y, int el l ig ent vent il a t io n t ec h no l o g y a nd int el l ig ent c o mmu nic a t io n t ec h no l o g y in Sh end o ng Mining Ar ea . By int r o d u c ing t h e mo d u l a r ma na g ement c o nc ept, a l l mine pr o d u c t io n syst ems a r e h ig h l y int eg r a t ed o n t h e sa me pl a t f o r m,su c h a s, f u l l y mec h a nized mining f u l l y mec h a nized c a ving , t u nnel ing, ma in t r a nspo r t a t io n, po w er su ppl y, d r a ina g e, vent il a t io n a nd sa f et y mo ni t o r ing a nd c o nt r o l a nd o t h er syst em. Th e d a t a o f ea c h su bsyst em is c o nnec t ed t o t h e r eg io na l c o a l mine c ent r a l ized c o nt r o l c e nt er , a nd a set o f int eg r a t ed c o nt r o l sc h eme f o r a u x il ia r y pr o d u c t io n int eg r a t ing g r o u nd a nd u nd er g r o u nd is d esig ned t o f o r m a ma na g ement a nd c o nt r o l in t eg r a t io n pl a t f o r m. Th e int eg r a t ed ma na g ement mo d e o f c o a l pr o d u c t io n f r o m mining, t r a nspo r t a t io n, so r t ing a nd pr o c essing h a s been a d o pt ed t o f o r m a pr o f essio na l d ispa t c h ing syst em, o pt imize t h e pr o d u c t io n c o nt r o l a nd c o mma nd , pr o c ess, r ea l ize t h e c ent r a l ized c o nt r o l o f c o a l pr o d u c t io n in t h e l a r g e a r ea o f six w el l s o f f ive mines a nd t h e h ig h int eg r a t io n a nd sh a r ing o f ma ssive d a t a ma na g ement a nd inf o r ma t io n, f o r ming a new c o a l pr o d u c t io n syst em. Th e r esu l t s sh o w t h a t t h e int eg r a t ed int el l ig ent a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em in Sh end o ng Mining Ar ea c a n a na l yze a nd a ppl y t h e w h o l e c yc l e pr o d u c t io n d a t a o f t h e w h o l e mining a r e a , r ed u c e 400 st a f f , r ed u c e t h e l a bo r c o st o f 80 mil l io n per yea r , sa ve el ec t r ic it y by 25 , inc r ea se t h e equ ipment u t il iza t io n r a t e by 5 , a nd inc r ea se t h e w o r k ef f ic ienc y o f t h e w h o l e st a f f by 16. Key words int el l ig ent mine ； a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em ； int el l ig ent ma in/a u x il ia r y t r a nspo r t a t io n t ec h no l o g y ； int el l ig ent po w er su ppl y t ec h no l o g y ； int el l ig ent d r a ina g e t ec h no l o g y ； int el l ig ent vent il a t io n t ec h no l o g y ； int el l ig ent c o mmu nic a t io n t ec h no l o g y 0引 言 智能煤矿是新时期煤炭开采领域的研究热点， 是我国矿山建设发展的最新目标，建设智能煤矿是 实现煤炭安全高效绿色开采的必由之路。智能煤矿 的发展是建立在数字煤矿的基础上，目前我国尚处 于智能煤矿的初级阶段，煤矿智能化发展程度必将 随着科技水平的提高而不断提升⑴2］。智能煤矿是 整个煤矿乃至全矿区多单元、多产业、多系统集成的 产物，是矿井开拓、采煤、掘进、运输、通风、分选等全 部主要生产环节的集合，智能煤矿一体化发展应该 是矿山各系统全周期智能化决策及协同联动的实 现。煤矿智能辅助生产系统作为智能矿山建设的八 大系统之一，也是实现智能矿山建设的关键UM。 针对智能煤矿建设过程中存在的诸多问题，国内外 学者开展了广泛而深入的研究，其中文献［5-8］分 别对智能煤矿的定义、系统总体技术架构、平台建设 路径等方面进行了理论研究，为智能矿山的建设提 出了战略性指导意见。文献［9-12］着重围绕煤炭 智能开采进行研究,建成一批智能化开采示范矿井, 促进了我国智能化开采理论及装备的发展。文献 ［13-15］提出了智能煤矿职业安全健康监管信息系 统,以大数据、云计算和物联网等技术为依托，理工 医多学科交叉融合，构建煤矿粉尘防控及职业安全 健康长效机制。文献［16-19］研究了智能矿山海量 多源异构信息的处理和挖掘，优化了智能煤矿信息 逻辑模型,推进了各数据交换标准化,实现信息系统 的跨平台交互。文献［20-22］详细总结了目前智能 矿山建设过程中出现的技术难题，并提出了相应的 解决对策，对应用前景进行了展望。综合国内外学 者对综采智能化工作面和综掘智能化工作面的相关 研究，通过检索国内外研究文献可知,煤矿智能辅助 生产技术相关研究相对较少⑵-⑷。煤矿智能辅助 生产系统的研究和成果实施对于加强智能化矿山的 建设具有重要意义,为了实现矿井生产控制由单一 分散式向综合智能一体化的转变，设备由就地单点 控制到集中远程控制的转变，数据分析由单一维度、 平面式向多维度、立体式集成展示分析转变,神东矿 区遵循智能一体化辅助生产系统建设“五个一”基 本原则，设计出一套智能一体化辅助生产系统的整 合控制方案,并将数据全部接入现有的区域煤矿集 中控制系统，形成了一个矿井辅助生产系统的管控 一体化平台，实现了矿井井下与地面辅助系统的智 能化建设，为丰富智能矿山建设经验提供了参考。 1煤矿智能一体化辅助生产系统 1.1智能一体化辅助生产系统建设基本原则 我国智能矿山建设尚处于初级阶段，由于缺乏 整体技术架构设计也-旳，智能煤矿建设主要集中于 各子系统的独立设计，导致煤矿智能化辅助生产技 术相对于煤矿智能采掘技术发展滞后。现阶段，智 能矿山建设遇到了诸多瓶颈，严重阻碍了智能化发 展的进程，煤矿智能化辅助生产系统建设存在以下 3大难题。 1）信息系统孤岛，不能共享，难于决策。包括 综合自动化系统、视频监控系统、安全监测监控系统 等19个独立系统，由于各系统未进行整合,生产现 场采集到的数据分散在不同系统中，导致组态画面、 151 2020年第7期媒農科学技术第48卷 数据格式、操作系统不统一。各个系统之间的联系 依赖工作人员经验判断,难以实现信息及时性、准确 性和全面性,造成生产效率低下，数据综合性分析难 度大，不利于提供有效安全生产决策依据。 2） 矿山机电设备通信接口不统一，数据协议不 标准。矿山机电设备种类繁多，同类型设备数据协 议标准不统一，例如井下各类开关大多具备串口 RS485通信接口，采用MODBUS传输协议;掘进负 荷中心带式输送机为以太网电口，采用TCP/IP协 议传输;华光变频带式输送机采用DH通信，采用 Et h er NeMIP协议传输数据等。这些不同接口和协 议尚未形成统一标准，数据资源无法实现互联互通, 设备之间存在信息壁垒,造成系统集成难度大，协同 控制水平低等问题。 3） 矿井各系统图纸分散管理。矿井采掘工程 平面图、压风自救系统图、人员定位系统图等10多 个矿井专业图纸相互独立、分散管理,而且各专业图 纸均属于独立存储，数据资料不共享。GIS系统与 井下实际巷道未集成，不利于有效指导井下生产 实践。 随着智能矿山技术变革与发展,为提高矿井信 息互联、数据共享、智能联动和业务管理的协同效 益，矿井生产控制必须由单一分散式向综合智能一 体化转变;为促进煤矿各种资源有效合理配置,煤矿 机械设备必须由就地控制到远程控制，由单点控制 到集中控制的转变;为有效解决矿井信息孤岛的问 题，数据处理分析必须由单一维度、平面式向多维 度、立体式集成展示分析转变。因此针对矿山建设 3大难题，提出了智能一体化辅助生产系统建设应 遵循的“五个一”基本原则，如图1所示。 A ①②③④⑤⑩ 采掘工程压风自供排水人员圧位主运输 通信联绍 平面图救系统系统系统 系统 系统 矿井各系统图纸分散管理 以太网电口 和光口等 RS-485 串行接口 DH 通信接口 通信接口不统一 数据协议不标准 TCP/IP 通信协议 Et h er Net /IP 通信协议等 MODBUS 通信协议 丿 ■个中 心LCC 一张网 一张图 一个平 畀MP “百个一”台LCS 一个标 图1煤矿智能一体化辅助生产系统建设“五个一”基本原则 Fig .l a Five -Oneba sic pr inc ipl e o f int eg r a t ed int el l ig ent a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em c o nst r u c t io n 坚持一张图原则，即以矿井采掘工程平面图 为基础，将矿井采掘工程平面图、压风自救系统 图、人员定位系统图等10多个专业图纸分图层合 并在统一标准的图纸平台上，统一存储、集中管 理、实时更新。在一张图系统中集成了 GIS系统, 多矿井多专业在统一平台上在线协同办公，通过 移动设备随时随地在系统中进行浏览、查询、分 析、编辑操作,实现矿图数据的共享和动态实时更 新。工作人员可直观查看井上下对照情况,提前预 知采掘工作面与地表变化关系,以此可提前制定相 应的安全技术措施。 坚持一张网原则,即建成井上下生产控制专网, 作为生产数据的唯一传输通道,拥有生产数据的专 用链路。满足各矿井下各个业务系统监测监控数据 152 高士岗等煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术2020年第7期 安全、高效、稳定地传入煤矿集中控制系统,并进行 统一存储和集中展示,实现多矿信息联通与共享,使 不同功能的应用系统联系起来，协调有序运行，使各 自独立的监控系统和应用系统实现信息共享，为生 产指挥和数据分析提供有利的链路保障。 坚持一个标准原则,即数据协议与接口标准化。 针对煤矿井下设备类型多、厂家多、接口不统一、协 议不统一造成的数据上传与集成难的问题，制定矿 山机电设备通信接口和协议标准,达到井下设备 “即插即用、自识别”的目标。 坚持一个平台原则，即建立一个覆盖综采、掘 进、机电、运输、分选、装车、安全监控、人员定位、 视频控制、通信等子系统的煤矿集中控制平台。 平台主要实现云监测与远程控制、关联数据分析 与关联控制、辅助决策与诊断功能以及智能报警4 大功能。 坚持一个中心原则,即通过中央生产控制指挥 中心,分设生产工位、安全工位、掘进工位和综采工 位4个专业工位,其中生产工位负责全矿生产指挥, 分选装车外运和井下应急救援等工作;安全工位负 责通风系统、人员定位和安全监测监控等工作;掘进 工位负责掘进生产指挥、掘进输送带集控和主运带 式输送机集控等工作;综采工位负责综采系统集控 和通信系统监测等工作。同时配备专业的后台数据 维护团队,实现了海量数据的集中管理，具有采掘、 运输等系统的数据集成展示、集中控制、关联分析、 故障诊断与决策、智能报警、人力物料管理等功能。 建立了专业调度体系，实现了智能化控制，优化了煤 矿生产排程，为生产决策提供了依据。 1.2智能一体化辅助生产系统组成 煤矿智能一体化辅助生产系统（图2）是将矿井 各子系统高度集成在同一平台，主要包括煤炭生产 各个环节,如采掘、运输和分选加工等，同时依托专 业调度体系，实现对大区域煤炭生产的集中控制和 海量数据的管理。 煤矿智能一体化辅助生产系统分别由地面辅助 生产系统和井下辅助生产系统组成,地面辅助生产 系统主要对主通风机房、压风机房、热风炉房、污水 处理厂、黄泥注浆站和35 k V变电站等协同集控，井 下辅助生产系统组成主要对“三机”进行智能化控 制、通信，并结合井下智能化监控、防灾系统建成了 煤矿地面井下一体化辅助生产系统。 矿井主要通风机房 矿井压城机房矿井污水处理系统 矿井暧风炉 黄泥注浆站 35k V变电所 4G专网、地面覆盖、公网对接 调度通信系统 图像监控、精确定位系统 设备管理、生产管理 還 WG核心网 地 面 生 严 辅 助 系q ■- l iii I广揺 调度台 服务暹J仄员定位 大屏 监控监测J媒电自动化 网管排水自动化风机自动似统 t办公网络 信议 膻会 时频他 即视其 | 9ioa系统 全向天线 智能化控制智能化通信 通风监控■] 供电监控■ 输送带监控■ 采掘设备监控H I 广播终端 本安电话机工 模拟/数字摄像头* 光缆泄向天线 综合分站 光缆 综合分站 综合分站 综合分站 综合分站I综合分站2综合分站3 泄露电缆 u标识卡 本安型信息化矿灯 上4G/WiFi摄像头 CPE Q专网手机 k________iz___________） 无线监测监控类 井下牛产辅助系统 图2煤矿智能一体化辅助生产系统 Fig . 2 Int el l ig ent int eg r a t ed a u x il ia r y pr o d u c t io n syst em o f c o a l mine 153 2020年第7期媒農科学技术第48卷 2智能一体化辅助生产系统关键技术 2.1智能运输系统 1）主运输系统。智能主运系统主要对带式输 送机进行远程集中控制,实现视频智能调速以及设 备运行状态、故障及保护等相关信息的智能在线监 测，可实现带式输送机基于煤量的自动闭环调速控 制功能，减少了设备磨损，降低了能耗，保证了生产 效能的最大化。 基于视频的自适应调速控制,具有煤流动态监 测、大块煤识别，自动生成调速策略等功能,其控制 逻辑如图3所示。视频智能调速是根据带式输送机 瞬时煤量和到达的时间,结合其他影响参数自动下 发命令,实现带式输送机速度控制,降低带式输送机 人工控制率。借助高清网络视频识别技术，智能分 析并确立带式输送机空载状态模型。用微积分算法 在智能调速控制系统中将空载带式输送机凹槽画面 进行等份分割。对有煤流量的带式输送机进行实时 采集，根据所采集煤流宽度占空载带面凹槽等份份 额与提前预设的阈值进行校验分析，根据分析结果 反馈给变频器自动调速。在调速带式输送机的前级 带式输送机处配备可以识别煤流状态的三维摄像 仪，根据带速的不同，摄像仪安装在距离机头卸载点 约200 m位置处，通过检测上级带式输送机煤流状 态变化实现下级带式输送机的智能调速。为保证系 统运行可靠,调速分为高速（50 Hz）、中速（35 Hz）、 低速（20 Hz）、怠速（10 Hz）四个档次。 图3基于视频自适应调速控制逻辑 Fig . 3 Co nt r o l l o g ic d ia g r a m ba sed o n vid eo a d a pt ive speed 采用负载感知自适应张紧控制系统，建立智能 张紧控制自动计算模型,根据带式输送机相关数据, 张紧系统自动计算出所需张紧力并加以控制;采用 电磁制动张紧绞车替代液压制动器，响应时间缩短 到0.3 s,是原液压制动响应时间的25,绞车速度 提高了 2.5倍。在硬件和程序上，优化张紧控制能 力，可有效解决长距离带式输送机启动打滑及停机 张力冲击大的技术难题。如图4所示，利用UPS可 持续电源及ABS制动力控制技术，在带式输送机断 电或故障情况下提供持续控制能力，解决长距离带 式输送机非正常停机张力冲击的问题。应用带式输 送机“服从控制”技术,通过对控制方式分析，建立 驱动、张紧、液压系统三者之间的控制服从关系,实 现了整机系统的稳态控制，确保6 000 m带式输送 机在各种工况下安全运行。 智能运输系统可实现一键式逆煤流启车和顺煤 流停车的功能,调度员只要确定系统正常,即可一次 完成全系统的启动和停机操作，提高设备有效开机 率。重点区域加装云平台摄像机20余台,实现主运 154 图4 UPS断电持续控制原理 Fig .4 Sc h ema t ic d ia g r a m o f UPS c o nt inu o u s po w er o u t a g e c o nt r o l 输系统监视无死角。带式输送机机头上下口、除铁 器、行人侧、非行人侧、机尾、控制台、配电点均安装 有智能监控装置,巡视人员通过配备智能手机，利用 终端APP对带式输送机机头上下口、除铁器、行人 侧、非行人侧、机尾、控制台、配电点进行全方位无死 角监控，掌握带式输送机运行状态,实现远程监控。 通过在带式输送机各关键部位布置的传感器， 采集设备温度和振动信号并传输到主运综合控制系 统服务器,采用数据分析软件分析数据，并以图表， 曲线，实时报警，历史数据査询等方式展现分析结 果，最终达到电动机、减速机、滚筒等设备状态的实 时监测、在线分析、故障诊断和全寿命周期的智能 高士岗等煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术2020年第7期 管理。 智能主运系统真正实现了 “有人巡检,无人值 守”。以活鸡兔井南翼一部带式输送机为例，调速 范围为2.73.9 m/s ,投用后日节约用电1 632 k Wo 相比改造前启动时间大约可节省2 min,停机时可节 省41 min,按照每天增加生产时间30 min,可提高井 下机电设备有效开机率2,有效减少输送带空载 时间。 2）辅助运输系统。辅助运输系统以定位系统、 无线通信及调度系统为基础,为每辆车绑定一张定 位卡，定位卡具有精确定位和呼叫功能,发生危险时 具有紧急呼救、接收撤离报警、一键呼叫调度台和被 调度台呼叫功能。实现车辆的精确定位、实时监测、 轨迹回放查询、出车统计分析等功能,有利于提高井 下运输的效率和安全性，如图5所示。 配备故障车辆一键求助系统，当车辆在井下发 生故障时，驾驶员按下车辆求助按钮,在车辆维修保 养中心即可显示求助车辆信息、车辆位置及故障原 因,结合语音对讲功能实现一键求助。车辆维修人 员在收到求助信息后，通过分析车辆故障原因，提前 准备所需工具及配件，及时抵达求助现场,最大程度 地降低故障车辆带来的影响。 2.2智能供电系统 智能供电系统主要是对地面35 k V高压、井下 10 k V变电所和井下低压系统等全部供电网络进行 监控。通过不同颜色线路可以直观地看到不同的电 压等级和停送电状态,并配合智能巡检机器人，实现 全部供电网络的“ 一张图”监控，变电所全部实现了 无人值守运行。 通过PSI系统平台，将原有的供电系统10余张 图纸集合在一张图上，可显示整个供电网络。供电 系统中每台设备都根据供电网络拓扑关系连接，并 可模拟某一个进线柜跳闸后影响的供电范围，有利 于指导调度员对受影响区域作出紧急判断和决策, 方便指导故障抢修人员准确查找故障点，节省故障 排除时间，保障员工生命财产安全,保障矿井安全 生产。 大柳塔井5-2煤五盘区变电所引进轨道式智 能巡检机器人，可按预设时间进行定时巡检（或按 高压柜柜号巡检），对变电所各高压柜运行状态和 周围环境进行检测,解决了固定视频存在监控死角 问题。智能巡检机器人与智能供电系统联动，当某 台高压柜发生故障时，机器人自行走至柜子前进行 巡查。智能巡检机器人如果监测到环境气体超限 时,可自动切断供电电源，起到保护作用;地面集控 中心可远程操作巡检机器人，实现移动、查看故障信 息、视频抓拍等功能。智能巡检机器人如图6所示。 图6智能巡检机器人 Fig . 6 Int el l ig ent inspec t io n r o bo t 2.3智能供排水系统 智能供排水系统主要是通过建立矿井供排水网 络的三维智能管控平台，实现泵房及主要中转水仓 的集中监控,加压泵房实现变频恒压供水，中转水仓 实现一键启停，实现了无人值守,调度室实时监测水 位、流量、电流、电压、故障状态等信息,达到了减员 增效的目的，同时大幅提高了矿井的安全运行系数。 采用变频恒压自动供水系统自动根据用水量和 管网水压进行转速调节,实现无人值守、节能降耗。 如图7所示，变频恒压供水设备根据用水量的大小 由PLC控制工作泵的数量增减及变频器对水泵的 调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电动 机的电压和频率也随之变化，从而构成了以设定压 力为基准的闭环控制系统。 主排水泵房水泵的自动交替循环运行,实现泵 房的无人值守。井下中转水仓通过水位传感器、管 路流量监测等传感器的应用，实现了中转水仓的自 动排水功能，减少了巷道内流动排水人员。巷道内 各分散小水泵实现了自动排水及远程监测,方便井 下分散小水泵的故障诊断及维护，减少了故障处理 时间。 155 2020年第7期媒農科学技术第48卷 Fig .7 Va r ia bl e f r equ enc y c o nst a nt pr essu r e a u t o ma t ic w a t er su ppl y syst em 引进轮式智能巡检机器人对泵房进行全方位巡 检，如图8所示。轮式智能巡检机器人按设定时间 （3 h）和巡检轨迹对设备进行全面巡检1次,1次巡 检时间约35 min。轮式智能巡检机器M泵房仪器 仪表、球阀、电动阀开停状态、管道跑冒滴漏进行检 测识别，通过红外热成像可对泵房泵体、电缆、电动 机、各类阀温度进行自动识别，通过拾音器可对现场 离心泵运行异常声音进行监测判断，可实现双向对 讲功能，也可实时监测泵房环境气体，包括甲烷、一 氧化碳、氧气和硫化氢。 图8泵房轮式智能巡检机器人 Fig , 8 Pu mp r o o m w h eel ed int el l ig ent inspec t io n r o bo t 2.4智能通风系统 智能通风系统主要是对矿井通风网络进行监控 及故障预警，实现风量、风速的智能实时控制。通过 布设矿井环境、风阻、风压、风量等智能监测传感器, 实时监测高压电动机电压、电流、功率、震动、主轴轴 承温度、风流、风量等重要参数。通过历史曲线数据 分析能够及时发现通风机的故障隐患,使故障消灭 在萌芽状态。当主要通风机由于故障停机后，系统 会立即显示故障报警信息，通过后台对数据进行分 析判断，可立刻启动备用通风机。 智能通风系统实现了主要通风机、压风机、井口 暖风机等设备的远程监控;风门、电动蝶阀可实现远 程强制开关;2套通风机可远程自动切换，主要通风 机故障停机后切换备用风机由原来至少7 min缩至 现在的2 min启动运行，缩短了切换通风机时间，确 保了矿井安全生产工作顺利进行。 2.5地面智能化辅助生产系统 大柳塔煤矿活鸡兔井地面辅助生产系统包括主 要通风机房、压风机房、热风炉房、污水处理厂、黄泥 注浆站和35 k V变电站。其中主要通风机房、压风 机房