淺析山陽煤礦“1+4”智能化礦井建設模式的前景研究與應用
淺析山陽煤礦“1+4”智能化礦井建設模式
的前景研究與應用
李昆峰,李建勳
摘 要：本文主要以陝西澄合山陽煤礦有限公司“1+4”智能化礦井建設模式為例，針對山陽煤礦在礦井建設中圍繞打造安全、高效的“智慧化礦井”所麵臨的地麵選運係統管理分散、地麵汙水處理效率低下、主通風係統操作不便、主壓風係統運行不良等問題，對症下藥，精準施策、因地施策，助力將山陽煤礦打造成為渭北一流的智能化礦井。
關鍵詞：山陽煤礦；“1+4”模式；智能化
隨時科技水平的不斷提升，煤炭企業逐步向“機械化換人，自動化減人，智能化無人”的過渡，為了適應煤礦安全生產新形勢，提高礦井安全生產能力,陝煤集團公司適時出台了《關於印發〈進一步加強煤礦安全基礎建設工作指導意見〉的通知》（陝煤司法〔2018〕469號）文件，針對智能化礦井建設提出了“陝煤思路”，而山陽煤礦麵對基建加生產雙重工作推進重壓之下，人員的冗雜、管理的紛雜、生產的繁雜困境，智能化礦井建設既是貫徹上級要求，也成為適應礦井內外現實的必然選擇。
一、山陽煤礦智能化礦井建設現狀及存在問題03manbetx
山陽煤礦前後經曆了漫長的建設期，在籌建之中“機械化、自動化、智能化”也在穩中有快的進行著。目前井下主排水係統、井下主皮帶係統等已實現現場自動化，但地麵選運集中控製係統、地麵汙水處理係統、主通風係統、主壓風係統仍存在諸多不足，製約著礦井智能化建設步伐。
(一)地麵選運管理分散。
膠帶輸送機是煤礦生產的主要運輸設備，其運行狀況決定煤礦整體生產效率，而山陽煤礦有限公司地麵篩分膠帶機雖然已具備本地集中控製，但是數據無法上傳到生產調度中心，不支持遠程訪問監控，並且平台軟件無法展示現場視頻監控畫麵，未真正實現自動化遠程集中控製與現場監測可視化的要求，造成一個工作多人幹，人員操作和管理過於分散，不能滿足智能化管理的需求。
（二）地麵汙水處理效率低下。
山陽煤礦公司汙水處理廠目前主要是用於生活汙水、工業廢水的處理，目前采用傳統的管理模式，站點分散，監測量少監測點多，管理難度較大。檢修人員大都采用傳統工作模式，存在故障響應速度慢，檢修周期長，日常考勤有漏洞等問題。對站點設備維修保障措施也有限，目前隻能依靠經驗進行，缺乏有效的數據支撐。各類問題造成智能化程度低，進而造成汙水處理效率不夠優化。
（三）主通風係統操作不便。
山陽煤礦公司通風機房配置2台對旋式軸流風機主通風機，兩台對旋式軸流風機，每台風機有兩台電機，每台風機有的供電和控製係統有一電源櫃、一變頻器櫃、一自藕減壓啟動櫃組成。但係統目前隻具備本地控製係統，沒有遠程集中控製功能，使操作人員對主通風係統能難及時把握，不能有效的判斷突發問題原因，響應時間慢嚴重時影響到安全生產。
（四）主壓風係統運行不良。
山陽礦現在有4台螺杆式空氣壓縮機，目前所有操作都是通過現場設備的顯示屏進行操作和控製。4台螺杆式空氣壓縮機分別獨立運行，既沒有聯網，也沒有在調度中心進行遠程控製。實際應用中，兩台工作，兩台待機或檢修待機，井下需要壓縮空氣較多時，開3台，備1台。目前不論是壓風機自身的控製係統還是冷卻水係統隻能實現就地的自身控製，而且各個設備都是單獨操作，無法實現遠程控製和監測，不能夠按照需求自動運行，也不具備數據信息共享和遠程控製。壓風係統的運行更多需靠值守人員手動操作，工作人員無法通過網絡從監控室了解到壓風機的工作狀況，也不能遠程控製壓風機的運轉和停止，給日常工作和管理帶來極大的不便。
二、“1+4”智能化礦井建設模式的內涵
目前山陽煤礦公司已實現了礦井半智能化，針對03manbetx 還存在的問題，經過大量的調研和探索，山陽煤礦公司結合實際，因地製宜，創新性提出了“1+4”智能化礦井建設模式，即圍繞礦井智能化建設的一個中心原點，通過對地麵選運集中控製係統、地麵汙水處理係統、主通風係統、主壓風係統這四個係統進行智能化改造，使智能化觸及延伸至礦井每個可替換操作的領域，進而真正實現礦井智能化建設。
三、“1+4”智能化礦井建設模式的研究方向
圍繞“1+4”智能化礦井建設模式的建塑，山陽煤礦公司以智能化礦井建設這一主線，在不影響正常安全生產的前提下，分別確定了四個係統各自可操作實行並執行的研究方向。
(一)六大作用確定地麵選運集中控製係統研究方向。
針對山陽煤礦有限公司地麵選運集中控製係統現狀並在不影響原本的控製係統功能及操作的前提下以六大作用確定了研究方向：一是顯示作用，通過集控樓可實時顯示采集到的輸送機開/停狀態、溫度、速度和煤倉煤位等參數，當被測參數超限、保護傳感器動作及設備運行狀態改變後發出語音、文字告警提示。二是控製作用，以帶式輸送機監控係統對各設施設備、傳感器、信號監測正常的情況下由可編程控製器直接按程序發出啟動指令，當出現故障時，保護動作，附屬設備立即或延時停車。三是視頻監控作用，將皮帶機頭機尾及沿線的視頻信號接入係統，實現監控畫麵的內嵌式聯動，並傳入至集控樓與調度室從而實現無人值守。四是報表查詢作用，根據現場情況，把采集到的數據如電流、滾筒溫度、煤倉煤位等各類數據做成相應的報表，供操作人員隨時查詢參考。五是曆史曲線查詢作用，係統會對采集的數據進行存儲處理，如滾筒溫度、帶式輸送機速度、煤倉煤位等所有數據，為設備故障判斷提供有力依據。六是報警管理作用，通過安裝先進的報警係統可對當前報警與曆史報警03manbetx 出選運係統潛在的問題，從而保障係統安全運行。
（二）兩大平台建設確定地麵汙水處理係統研究方向。
以智能化為前提，以提高汙水處置效率和效果為目的，通過兩大平台建設確定研究方向：一是建立統一軟件平台，集中化管理各個汙水處理廠。各個汙水處理廠的數據全部彙總到中心平台，中心平台可以對各個站點進行統一管理、統一檢測。減少了維護人員數量，並提高工作效率。二是建立全過程控製平台，通過改造生產現場的過程控製係統，提高自動化、智能化水平，基本實現汙水廠的無人化運營。
（三）四個目標確定主通風係統研究方向。
本著安全高效易操作的目的，以四個目標確定了主通風係統研究方向：一是以解決就地控製存在的02manbetx.com 隱患為目標，實現遠程無人操作，僅設巡檢人員；二是以最大限度地減少維護工作量為目標，以係統高度的可靠性和工作的連續性實現智能化；三是以減人提效為目標，通過係統結構優化和信息共享，提高指揮效率和生產率，靈活性處理各種突發事件。四是以報警自診為目標，使係統具備實時數據采集、處理及多種顯示的功能。
（四）六大功能確定主壓風係統研究方向。
根據主壓風係統智能化程度不高，人員值守和遠程控製的難題，以六大功能建設確定了主壓風係統研究方向：一是顯示功能，係統操控軟件包含工藝流程圖總畫麵，實時顯示整個壓風機係統總體運行情況和主要設備的運行狀態和實時參數。二是控製功能，使係統具有遠程自動控製、遠程單機自動控製、遠程單機手動控製、就地控製等多種控製方式。三是參數設置，使工作人員可以根據係統運行情況，設置係統各個設備的運行參數，為係統運行及報警提供依據。四是數據曲線查詢功能，對於重要的係統參數，能進行實時采集，並進行存儲，並實時數據可生成實時曲線，曆史數據可生成曆史曲線，以供需要時及時查詢。五是報表打印功能，智能化係統具備報表生成、存儲、查詢、打印功能。可根據需要輸出包括設備工況運行報表、故障報警實時報表以及設備操作報告和過程變量報告等，保證各種規範管理的需要。六是係統故障報警功能，當係統檢測到故障發生時，報警畫麵自動彈出，並進行紅閃，提醒工作人員處理。
四、“1+4”智能化礦井建設模式的具體實踐
(一)以“兩係統一網辦”建設打造地麵選運集中控製係統。
針對山陽煤礦有限公司地麵選運集中控製係統六個主要研究方向，以完整的智能集中控製係統為建設目的，確定了“兩係統一網辦”（即控製係統、監控係統、工業以太網處理）的具體操作內容。一是通過控製係統對皮帶、滾筒等主要設備加裝先進的溫度、速度傳感器達到對設備運行狀態中的數據實施采集並發送至控製器，對前期PLC控製器的參數設置判斷設備的運行情況是否良好。二是通過監控係統對各個子係統安裝雲台顯示儀、報警顯示器實時的將子係統運行情況反應控製器，及時對控製器前期參數的設置判斷子係統運行情況是否良好。三是將控製係統與監控係統通過網絡接口嵌入至工業以太網，以工業以太網為主傳輸媒介，將所有的信息發送至集控樓監控站與調度室指揮台，同時通過工業以太網也可以在集控樓監控站與調度指揮台對控製係統進行遠程控製，最後將所有的運行數據與視頻監控進行存儲。
（二）以“兩係統一平台”建設打造地麵汙水處理係統。
針對山陽煤礦有限公司地麵汙水處理係統兩個主要研究方向，以“兩係統一平台”（在線監控係統、控製係統、智能化運營控製平台）作為地麵汙水處理係統智能化的具體落實點。一是以在線監控係統的建立，通過安裝監控視頻、壓力變送器、計量表、在線水質監測等裝置來實現數據上的采集，收集的數據由網絡接口送至控製平台與集控，視屏數據也同步發送至本地集控室與礦調度室，實現汙水處置的監控實時化。二是通過軟件03manbetx 與控製程序，使控製係統能對在線監控係統傳輸來的數據進行整合、計算、分析來變PAC、PAM自動加藥裝置的加藥量與各個電磁閥的進水量、出水量，使工作人員更加實時分析數據采取對應舉措。三是通過在線監控係統和控製係統，從而實現地麵汙水處理的智能化管理，讓兩個係統連為一體，讓調度管理中心與管理人員的移動設備連為一體，形成地麵汙水處理的智能化運營控製平台。
（三）以“兩係統一監測”建設打造主通風係統。
根據礦井實際和主通風係統操作不便的現實問題，山陽煤礦公司以“兩係統一監測”（控製係統、顯示係統、在線監測）對主通風係統進行智能化改造。一是在控製係統上，采用可編程控製器，實現通風機的就地集中控製和遠方控製。操作人員通過就地觸摸顯示屏、或者控製櫃麵板按鈕、或者遠程計算機均可完成對風機及風門的開停控製，可實現兩台風機的自動切換，出現故障或低於設定值時，係統自動啟動備用風機，保證井下的通風正常。二是增強顯示功能，優化顯示係統，使係統操控軟件能夠顯示工藝流程圖總畫麵，實時顯示整個通風係統總體運行情況和主要設備的運行狀態及實時參數，以全麵的顯示數據方便工作人員進行調整操作。三是通過兩個係統的並行處理，以PLC加上位機組態監控模式接入公司工業以太網，任一監控站的組態軟件可以同時監控兩台風機的運行狀態，數據實時傳送到調度室，調度室可對各類參數數據進行實時在線監測，完成對數據的采集、顯示和係統的控製。
（四）以“兩係統一操作”建設打造主壓風係統。
依據主壓風係統六大功能的研究方向，以智能化建設這一總目標，山陽煤礦公司通過“兩係統一操作”（在線監測監控係統、遠程控製係統、一人監控操作）建設，著力實現主壓風的智能化控製。一是借助在線監測監控係統，通過安裝先進的傳感器對壓風係統中電力參數，氣體溫度，氣罐壓力和冷卻係統中的數據等進行監測與采集，並實時發送至可編程控製器，根據反應設備數據情況，實時對多台壓風機自動啟停、自動切換。二是通過把在線監測監控係統接入工業以太網接口，安裝組態的調度中心計算機實現對主壓風係統的遠程自動控製、遠程單機自動控製、遠程單機手動控製、就地控製。三是以兩個係統的接入和連接，信息共享的同時，讓對主壓風的控製操作更加便捷，除特殊情況外，使主壓風係統的監控操作僅需一人即可，從而實現智能化減人、少人乃至無人的目的。
五、“1+4”智能化礦井建設模式的應用效果
地麵選運集中控製係統提高了生產效率。在保證係統穩定、可靠、安全的前提下，通過對現有地麵選運集中控製係統進行傳輸、顯示、視頻監控等自動化、智能化升級改造，實現對膠帶機的遠程控製，減少現場工作人員，降低02manbetx.com 率，減少故障處理時間，提高生產運輸效率。
地麵汙水處理係統提高了設備性能。山陽煤礦公司汙水站智能化運營以“無人值守”為初衷，以“智能管理”為目的，通過智能化改造，加裝了大量先進傳感器、儀表，可以做到實時監測以及時時響應，設備的更新換代，改變了傳統的人員數量多、工作效率低的模式，杜絕了汙染事件的發生，使“綠色新山陽”的實現成為保障。
主通風係統提高了管理水平。主通風機房集中控製係統的升級換代，使山陽煤礦公司再生產過程中可隨時掌握通風係統運行狀態，改變傳統的設備管理方式，提高了通風設備的自動化管理水平，有力地保證了通風機設備的經濟、可靠運行，為設備的管理和維修提供了可靠的科學依據。
主壓風係統提高了安全係數。山陽煤礦有限公司壓風機改造後的主壓風係統具備了遠控、就地控製、自動啟動和自動倒台，壓風機的各類信息（包括風壓機運行狀況、各傳感器具體參數等）的采集和顯示以及故障報警和自診斷等功能，改變過去不具備數據信息共享和遠程控製的弊端，充分滿足了礦井對壓風機控製係統的各項要求，保障了壓風機的安全運行。
六、結語
礦井智能化建設是不可逆的潮流也是要必須去完成的工程，從最初的人工開采，到機械化采煤，再到日後的自動化、智能化控製。目前，山陽煤礦公司還在在前期的基礎上一步一步的去摸索、去創新，利用現在先進的自動化、智能化技術與我國大形勢的驅動下，煤礦這種給人髒、亂、差又危險的印象將會徹底的改變。通過“1+4”智能化礦井建設模式的實踐，為以後礦井智能化建設提高借鑒參考的模式，相信山陽煤礦公司一定會成為井下無人、地麵少人，生產安全綠色環保的智能化現代化礦井。
