浅谈煤矿综合自动化系统的建设与应用.pdf

1952020 年第 6 期 浅谈煤矿综合自动化系统的建设与应用 宋志亮 （山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 沁水 048214） 摘 要 山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司通过建立煤矿综合自动化系统平台，将瓦斯抽采、通风排水、主运输系统 等 8 个系统信息收集、分析、报警、倒换、成图等功能自动运行，主要系统实现无人值守，从系统上解决煤矿生产人群战 术带来的安全隐患，取得了良好的经济效益和安全效益。 关键词 自动化 无人值守 安全隐患 中图分类号 TD67 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.070 Construction and Application of Coal Mine Integrated Automation System Song Zhi-liang （Shanxi Lanhua Kechuang Yuxi Coal Mine Co., Ltd., Shanxi Qinshui 048214） Abstract Shanxi Lanhua Kechuang Yuxi Coal Mine Co., Ltd., through the establishment of a comprehensive coal mine automation system plat, gas drainage, ventilation and drainage, main transportation system and other 8 systems ination collection, analysis, alarm, switching, mapping and other functions automatically run, the main system to achieve unattended, from the system to solve the coal mine production crowd tactics brought safety risks, achieved good economic and safety benefits. Key words automation unattended operation hidden danger 收稿日期 2020-01-01 作者简介 宋志亮（1974-），男，汉族，山西高平人，本科， 毕业于东北大学，机电工程师，研究方向煤矿机电运输管理。 为积极响应国家大力发展煤矿智能化建设、推 动煤炭产业升级转型相关政策，保证煤矿安全高效 生产，实现建设高效智慧矿山，打造本质安全型矿 井工作理念，玉溪煤矿作为晋城市智慧化矿山建设 试点单位，正在逐步将机械化、自动化、信息化研 发成果引入煤矿安全生产管理系统，建成以瓦斯抽 采、通风排水、主运输、辅助运输等为主的 8 个子 系统集成控制的煤矿监控及自动化平台，煤矿生产 进一步全面智能化，向“安全、高效、绿色”的现 代新型煤炭工业体系建设发展。 1 煤矿综合自动化系统设计原则 煤矿综合自动化系统设计主要突出先进性和可 靠性、适用性和易用性、可视性和可控性、可互联 和可共享、可扩展和可开发等原则，以先进的设计 理念为基础，采用符合未来技术发展的先进技术手 段来构架综合自动化软件平台，利用环网系统将矿 井的瓦斯抽放泵房监控系统、电力监控系统、皮带 监控系统、压风机监控系统、主通风机监测系统、 泵房自动化系统及各工业现场的视频监控汇聚，使 各自动化子系统数据可进行有效集成和有机整合， 实现数据的综合分析，从而实现系统减人、无人的 目的。另外，集控中心、调度室可对井上下施工地 点的环节、设备、人员进行实时监控，实现煤矿井 上下统一调度。 2 煤矿综合自动化系统技术路线 2.1 瓦斯抽采系统技术路线 采用PLC控制系统对瓦斯抽采泵、 循环水系统、 阀门等进行多方式控制，确保系统高效、可靠、安 全的运行，降低工人劳动量，同时对泵站环境参数、 管路参数、工况参数、循环水等参数进行实时监测， 保障瓦斯抽采系统安全运行。 2.2 供配电系统技术路线 对矿井上下供配电系统进行远程监测和控制， 具备远程分合闸功能，遥调、遥测、遥信、遥控、 遥视功能，同时对主变电所电缆夹层、电缆井进行 自动化报警装置设计，并对电缆较为集中的电缆沟、 1962020 年第 6 期 桥架进行火灾告警系统设计，达到远程操控、无人 值守的要求，实现电力系统的远程自动化。 2.3 主运输系统技术路线 采用“工业以太网 现场总线”的控制模式， 结合皮带沿线的扩音广播系统和工业电视系统，实 现了逆煤流启动、顺煤流停车功能，采集设备工况， 具有控制、信息采集与处理、保护、故障诊断、语 音报警、视频监控和数字扩音等功能，实现煤流系 统远程监测监控的要求。 2.4 其他系统技术路线 除以上三大系统外，还有矿井通风、压风、排 水、工业视频监控、信息引导及发布等六大系统。 矿井通风系统可实现主通风机和局部通风机的集中 控制、调速、启动、反风、倒风等一键式操作功能； 压风系统对压风机排气压力、温度、管道风量、电 机电压、电流及相关阀门进行监测、控制和切换等 操作；排水通过“多级控制模式”可进行一键启停、 自动轮询、自动开停泵等操作；工业视频监控子系 统通过高清视频对工业广场、地面变电所、瓦斯抽 采站、 压风机房、 副井提升机房、 地面煤流筛分系统、 煤流转载点、井下变电所、排水泵房等重要场所进 行自诊断功能、自动报警；信息导引及发布系统实 时监控井下环境参数、关键设备状态、区域环境评 估、人员分布等常规信息。 煤矿综合自动化系统通过对井上下大系统常规 信息收集、 分析、 报警、 倒换、 成图等功能的自动化， 实现各大系统全自动化运行，达到煤矿生产主要系 统无人值守的目的，从根本上做到“自动化减人、 现场无人”的本质安全。 3 自动化系统的应用 3.1 瓦斯抽采系统应用 瓦斯抽采自动化要实现监测和监控两个功能， 检测功能的实现通过中心站、显示控制装置、检测 传感器三层结构。中心站负责管理整个瓦斯抽采系 统中各设备检测的数据、抽放监控柜实时数据通讯、 统计存储、屏幕显示、查询打印、网络通讯等任务； 显示控制装置层（分站）采集现场各传感器数据、 数据计量及操作控制、故障保护、面板操作、现场 数据显示、声光报警等；传感器层采集瓦斯抽采系 统中的各种参数。 控制功能的实现通过上位机、PLC 可编程控制 柜、受控设备三层结构。上位机负责实时监控整个 抽放系统所有设备的运行状态，采集监测数据，判 断控制条件，下发控制指令，共享控制权力（实现 网络远程控制）；PLC 可编程控制箱集中控制现场 所有受控设备，通过储存的程序指令以条件式地判 断分别精确地实现远程控制；受控设备包括抽放泵、 电动阀等。具体网络架构如图 1 所示。 图 1 瓦斯抽采自动化系统网络构架图 3.2 供配电系统应用 供配电自动化系统已实现遥测、遥信、遥控、 遥调和遥视功能，并通过绘图软件自行定义各种图 元和动态关联点，由人机界面程序实现现场情况的 动态显示。当系统运行异常时，显示图通过闪烁和 语音的方式进行自行报警，操作人员可通过遥控、 遥调的方式消除故障；还能够将历史和当前数据以 曲线、棒图、饼图等形式显示，直观反应各点数据 占比，自动生成各类报表；通过视频在屏幕上观察 各开关、刀闸位置，线路功率、电流等潮流信息， 趋势曲线信息，从而进行各接线图切换，对各画面 放大、缩小、导航、分层查看等操作；通过人工置 数实现数据设置和在线编辑等功能。如图 2 所示。 图 2 供配电自动化系统网络构架图 3.3 其他系统应用 矿井其他系统也都是通过地面监控室监控操作 人员对主运输、通风、压风、排水、工业视频监控、 1972020 年第 6 期 信息引导及发布等系统各个地点、设备进行控制。 皮带机的开停、通风机参数的实时监控、压风机的 智能管控、水泵的自动控制、各施工地点的视频监 控等都可在地面监控室完成，并通过矿井上 / 下光 纤工业电视系统、调度通信系统、无线通讯系统和 语音广播系统将信息实时传送到矿调度指挥中心、 跟值班人员手机和矿领导办公室，并将调度信息通 过通讯系统反馈到井上下各施工地点，实现地面统 一调度。 4 应用效果 4.1 经济效益分析 玉溪煤矿正积极推进煤矿综合自动化系统升级 改造，系统建成后地面通风机房、空压机房、瓦斯 发电站、地面变电所、井下水泵房、变电所、皮带 头能够基本实现有人巡检、无人值守，共计减人约 64 名。人员年薪按照 5 万元 / 人核算，每年可减少 人工成本投入约 320 万元。具体如表 1 所示。 表 1 玉溪煤矿自动化减人情况表 序号各系统名称减人情况备注 1压风系统4 人 2排水系统中央泵房 4 人；采区泵房 4 人 3供电系统 35kV变电站4人；中央变电所4人； 采区变电所 4 人；机头变电所 4 人 4通风系统主通风机房 4 人 5瓦斯抽采系统瓦斯泵站 8 人 6主运输系统 主斜井胶带输送机 4 人；中央胶带 大巷胶带输送机 4 人；1301 工作 面胶带输送机 4 人；选煤厂 12 人 合计64 人 综合自动化系统的运行提高了生产系统设备 （主要包括煤流系统、排水系统）开机率，设备运 行连续，减少设备空转时间，节约了大量的电费。 根据系统运行故障记录、报警信息等指导维护人员 合理并及时安排设备检修，实现设备精准维护，降 低设备损耗。根据往年设备检修费用分析，降低设 备损耗按照维修费用的 20 核算，每年可减少设备 维修费用约 200 万元。 4.2 安全效益分析 煤矿综合自动化系统改变了传统的生产方式， 打破原有各大系统信息“孤岛式”管理，实现了矿 井信息共享，做到整个矿井统一布局、协同作业， 除了带来一定的经济效益外，主要解决了煤矿在安 全方面的迫切需求。 （1）通过各大系统自动检测、控制、报警等 功能，有效缩短了人工调度出现的时间差，极大提 高了矿井应急反应和处置能力。 （2）自动化终端对各大系统关键设备运行参 数、故障检修和开停控制的实时操作，减少了关键 岗位人员配备， 进一步贯彻 “无人则安， 少人则安” 、 “建设高效智慧矿山，打造本质安全型矿井”的煤 矿工作理念。 5 结论 通过煤矿综合自动化系统平台的建立和实施， 实现了生产工艺的全过程自动化控制，改变了传统 生产方式，优化了生产流程，提高了矿井自动化程 度，提高了矿井的经济效益和社会效益。玉溪煤矿 建立煤矿综合自动化系统平台后，实现了 6 大系统 13 个地点的无人操作，减少 64 人，人工和设备维 修费用约每年节约 520 万元。通过煤矿自动化系统 平台的实施，矿井还实现安全生产动态管理、集中 管控和预警联动，为专家决策和大数据应用分析等 智慧矿山的建设打下了坚实基础。 【参考书目】 ［1］ 刘成，朱拴成 . 煤矿综合自动化与机电技术 [M]. 中国矿业大学出版社，2012. ［2］ 石俊 . 机械自动化技术在煤矿生产中的应用及发 展 [J]. 科技与企业，2014（16）270． ［3］ 王猛 . 浅析煤矿自动化发展现状与应对策略 [J]. 科技与企业，2014（03）116. （上接第 189 页） 两者位置基本吻合。所以物探分析结果可为掘进巷 道的防治水工作面提供依据，为钻探验证提供了重 点探测区域。 （3）防治水工作是煤矿日常安全生产工作的 重点，“有掘必探，先探后掘”是煤矿防治水管理 必须坚持的原则。采用瞬变电磁法、直流电法、地 震法等多种物探方法对巷道迎头前方可能存在的水 文地质进行探测，能够为矿井防治水管理提供可靠 建议。采用钻探的方法，不仅能够充分保证掘进迎 头的安全，而且是对物探地质解释的验证，可以更 好地改进和提升物探结果的准确性，更好地为矿井 （下转第 200 页）