朝川礦智能礦山建設研究

周文彬

摘 要：在中國共產黨第十九次代表大會上提出的“推動兩化深度融合，堅持四化同步發展”的精神指引下，基于“智慧城市”作為代表的智慧化發展方興未艾，使礦山行業迎來智慧化建設的浪潮。面對新一代物聯網技術的普及，煤礦企業如何運用新技術、新設備改善職工作業環境、實現礦井高產高效、提升礦井核心競爭力是為當下之急，是每個煤礦努力的方向。

關鍵詞：智慧礦山;物聯網;自動化;環網

中圖分類號：F426.1;F270.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0094-03

Abstract： Guided by the spirit of “promoting the deep integration of the two modernizations and adhering to the simultaneous development of the four modernizations” put forward at the 18th Congress， the intelligent development based on “smart city” as a representative is in the ascendant， which also makes the mining industry usher in the wave of intelligent construction. Faced with the popularization of the new generation of Internet of Things technology， how to use new technologies and equipment to improve the working environment of workers， achieve high production and efficiency of mines， and enhance the core competitiveness of mines is the urgent matter at present and the direction of every coal mine.

Keywords： intelligent mine;Internet of Things;automation;ring network

1 朝川礦概述

朝川礦隸屬于中國平煤神馬能源化工集團的上市公司平頂山天安煤業股份有限公司。朝川礦位于河南省汝州市南部，北距汝州市18km，南距寶豐縣25km，距平頂山市60km。焦枝鐵路、207國道、904省道均從礦區東部通過。有專用線與焦枝鐵路小屯站接軌，有礦區公路與207國道、904省道連接，交通十分方便。井田面積26km2，是河南省第二大主焦煤基地，歷史上有“川炭之鄉”的美稱。產品有焦煤、肥煤、精煤和焦炭，煤質優良，低硫低灰高發熱量，是電力、建材、冶金、煉焦的理想原料。1971年建井，1978—1980年相繼投產，1998年7月加入平頂山煤業（集團）有限責任公司，年設計生產能力120萬t[1]。

朝山礦井下地質條件復雜、多水，隨著開采深度加深，直接面臨水患及-400m水平以下沼氣帶的威脅?！睹旱V安全生產“十三五”規劃》指出：科技進步為煤礦安全提供有力支撐，國家大力推進“機械化換人，自動化減人”工程，有效促進煤礦安全生產，加快小型礦井機械化改造，鼓勵無人值守和遠程監控。按照規劃，到2020年，我國將建成100個初級智能化示范礦井，2025年大煤礦基本全部實現智能化[2]。

要實現智慧礦山，首先要把自動化搞好、把基礎打牢，礦山自動化是基礎。沒有各系統接入層（底層傳感器）的信息數字化、網絡化實時采集，沒有綜合自動化平臺，沒有物聯網、大數據技術共享與分析，智慧礦山便是無源之水。

2 現狀

朝山礦為國有煤礦企業，在公司及礦黨政領導的正確帶領下發展勢頭強勁，科技方面投入也較大。對朝山礦而言，雖正處在機械化礦山向自動化礦山的發展進程中，但自礦井自動化投入運行以來，在減員增效、安全穩定方面成績顯著。不但減少了崗位人員，還夯實了檢修隊伍，改善了工作環境，提高了設備穩定性。但對于智慧礦山而言，發展空間還很大。

朝山礦自動化有一定基礎，近年來雖建成了以礦井工業以太環網為基礎的高速傳輸網絡平臺，礦井信息孤島依然眾多，可發展潛力很大。

目前，朝山礦只有部分運輸設備實現了遠程集中控制，其余設備均是現場操作。雖然多數設備也使用新型工業控制裝置，但仍離不開人員在現場操作，如朝山礦的副井提升系統、綜掘系統、遼源MG-300/730-MD綜采系統等。雖然設備都是新型的PLC工業控制裝置，具備硬件接入條件，有通用型強和標準的接口功能，但都沒有組網建設，依靠崗位人員現場作業，無法發揮新型設備的性能，標準化現場及亮點不能突出展示，且浪費較多人力資源。此外，個別系統雖前幾年做過控制系統改造，但因沒有堅持使用或發現的問題沒能整改、維護不到位等造成系統通信中斷、設備長期閑置損壞等。安全監測、調度通信、人員定位等系統獨立存在，昂貴的線路成本和重復的檢修人員是最顯著的特點。

2.1 工業環網傳輸平臺

工業環網傳輸平臺為朝山礦自動化的基礎平臺。整體網絡由24芯光纜和地面核心交換機、井下隔爆型交換機組成的千兆冗余以太環網，機房2個核心交換機，井下4臺隔爆型交換機，地面煤樓1臺赫斯曼交換機，光纜敷設約10km。利用率很低，其他子系統分散運行，孤島現象嚴重，如安全監控、人員定位、調度通信系統等都是獨立存在運行的。

2.2 集控情況

在主運行系統中，2012年已建設遠程集中控制并投入使用，其余設備均是現場操作，且從近幾年的使用情況來看，控制設備相對穩定可靠。但從期間的運行情況來看，主要存在以下4個問題：第一，現場人員觀念陳舊或技術欠缺，已經適應了老設備、老方法，對新技術、新設備有排斥心里：第二，剛投入使用期間問題相對較多，需高標準調試和維護，負責人員需有較強責任心;第三，底層傳感器故障相對較多;第四，精密的電子設備對環境要求苛刻，需定期巡查、維護。

3 分析與效果

煤礦技術發展的過程是原始礦山—機械化礦山—自動化礦山—智慧礦山。智慧就是有和人一樣的思維，能夠替代人處理復雜的工作?？梢哉f，礦山技術發展的終極目標就是智慧礦山—礦山“無人化”，能夠主動感知、自動分析，并能快速而正確地處理礦山系統。智慧化礦山是個長期過程，煤礦生產中涉及很多系統，包括采掘系統、膠帶運輸系統、提升機系統等;為保障煤礦安全生產，還有排水、供電、通風、人員定位、安全監測等輔助系統;煤礦生產還要面對復雜的地質條件、礦壓、瓦斯、地下水等。這些復雜的因素給礦井安全信息感知和傳輸帶來了很大困難。所以，不能指望一次建設終身受用，應在整體規劃的基礎上分布實施，集中優勢力量重點突破。

煤礦自動化建設的過程就是規范的過程，是從人治向法治轉變的過程，讓工作流程更清晰、制度更完善。此外，自動化建設牽扯面廣、范圍大，涉及煤礦安全生產的各個重要環節，如采掘、機電運輸、通風、安全等各系統都屬于不同的部分，當屬“一把手”工程。自動化建設對朝山礦以后的發展意義重大，因此，決策層應發揮強大的導向力量，在領導的指引下聯系實際、因地制宜，建立完善的激勵約束機制，使朝山礦智慧礦山建設長效發展。

鑒于筆者自身的經驗，利用皮帶機實現遠程集中控制，能夠延長至運煤上山皮帶或亮點“頭面”。綜掘、綜采系統有良好的硬件接入條件，通過敷設線纜組網后，視頻和設備信號即可傳送至調度機房，在綜掘機和采面支架做視頻覆蓋后可在調度中心全方位實時監控工作面的生產情況和設備狀況，控制上，通過軟件組態和程序設置，可實現井下操作站所有功能;再和視頻信息相配合，也可實現工作面無人值守。

安全監測、人員定位、調度通信等更換主要設備，采用符合標準接口的設備可連接融入平臺，直接節省原有復雜的電纜線路，把不穩定、延時長的電纜傳輸方式改為穩定、延時短的光纜傳輸，既降低了原有線路造價成本，又可減少線路的維護人員。面對朝山礦進行更深煤層開采，井下不穩定因素也勢必會增加，對安全監測和通信系統的穩定性要求必然會更加嚴格。利用先進的射頻技術及無線通信技術，井下可使用手持式無線通信設備，還可與調度通信相連接，方便井下軌道和車輛管理，使軌道運輸系統運行效率大大提高。后期還可利用地理信息數據、物聯網技術等，將人員、設備等定位情況以3D實景礦圖的形式實時展現。智慧礦山體系結構如圖1所示。

3.1 調查研究，總體規劃

調查朝山礦井下的真實情況，研究制訂智慧礦山長期或較長期的規劃方案及短期目標，使朝山礦在智慧礦山建設上少走彎路。通過調查研究，對現階段存在的問題進行分類匯總，按需進行整改，為現階段建設創造必要條件。通過整體規劃，讓我們思路清晰，對朝山礦智慧礦山的建設有清楚的認識和可行的目標。

近些年，隨著國家層面政策推動，很多服務廠家打出了數字礦山、智能礦山等各種口號，導致出現平臺多樣、標準多樣、融合不匹配、接口費用高等許多現實問題。為避免沒有規劃各系統分散實施，要做好數據接口的預留處理，為新系統創造以后接入的條件。例如：子系統與自動化平臺分別使用不同的設計及接口集中融合，需要承擔高昂的接入費用，甚至有可能需要返工再次更換底層設備等。

3.2 完善制度

建立健全激勵約束機制，以制度為綱規范建設和管理。在宣傳和學習中讓多數人真正感受到智慧礦山為職工帶來的幸福，使之有良好的建設氛圍，更為以后免遭人為破壞，避免形勢上建設、跟風上建設，讓建設有目的、投入出效益。

3.3 建設

在智慧礦山建設中，煤炭企業還需要做好統一、科學、合理規劃，實現技術規范統一，并且要求嚴格落實。做好數據接口的預留處理，能夠為新系統創造接入的條件。做好各個接入子系統的健全與完善工作，不斷豐富信息來源，利用智慧礦山本身的“強集成”作用，發揮綜合效益。在建設與運行智慧礦山的過程中，還需要確保新的管理理念、管理思想、新技術與新工藝融入，進一步提升系統的技術水平。例如，通過無線通信技術，可以實現語音通話、移動辦公應用以及視頻傳輸，為井下人員提供便捷的通信以及移動辦公條件;利用光纖傳感技術，建立對應的安全綜合檢測系統，對現有的采集系統進行替換與升級，讓采集數據更加豐富，讓采集手段更加安全，最終在提升效率的同時，滿足成本控制[3]。

智能礦山的建設是長期的、循序漸進的，結合朝山礦實際，穩步推進，高標準建設。先期的建設標準直接關乎日后系統的使用及融合，標準低會使日后的運行受到各種條件限制，遭遇瓶頸或故障較多無法正常運行。先急后緩，循序漸進強化朝山礦的科技引領和支撐。

在信息技術、人工智能、VR三維可視等技術快速發展的今天，相信朝山礦定會蓬勃發展。降低職工勞動強度，進一步改善工作環境，將勞動密集型礦山企業向技術密集型轉變。

4 結語

在建設智慧礦山的過程中，需要組織對應的人員實現深度融合，將建設過程作為優化流程、理順管理以及人才培養的主要過程，這樣就可以實現與實施單位的共同進步、共同建設與共同提高。智慧礦山的各個子系統都屬于不同的部分，在建成系統之后，還需要將管理體制理順，并落實管理責任，這樣就可以強化智慧礦山系統以及對應的子系統維護管理，滿足系統維護以及運行正常的要求。

總而言之，隨著時代不斷發展，在信息技術的時代，基于物聯網技術的智慧礦山，就是以自動化、信息化作為基礎，從而對于礦山之中的生產運營、人員管理、安全調度、數據收集等一系列的子系統實現集成，從而將其形成一個整體，然后利用統一管理，對平臺之中的各種數據信息做好對應管理、存儲與共享，然后將數據信息分享給對應的設備設施人員以及操作人員，從而滿足煤礦科學化、自動化的管理要求。

參考文獻：

[1]秦紅梅，張韻，范曉剛.煤礦智慧綠色礦山建設技術研究[J].內蒙古煤炭經濟，2018（17）：1-5.

[2]董健，陳園，王建勝，等.智慧礦山：智慧貝拉斯改造應用設計[J].世界有色金屬，2018（12）：278-281.

[3]呂鵬飛，何敏，陳曉晶，等.智慧礦山發展與展望[J].工礦自動化，2018（9）：84-88.