文/廖建湘 湯世杰 張建生

針對南方中小煤礦智能化建設(shè)難題，湖南省煤業(yè)集團(tuán)周源山煤礦依據(jù)國家智能化建設(shè)政策，基于礦井實(shí)際情況，提出基于B/S+C/S架構(gòu)的輕型智能化管控平臺(tái)建設(shè)方案，圍繞智能管控核心平臺(tái)建設(shè)，通過基礎(chǔ)設(shè)施改造升級和經(jīng)營管理信息化“一張圖”融合兩步走實(shí)施路徑，打通了各子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一指揮。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該智能化平臺(tái)易于維護(hù)和應(yīng)用擴(kuò)展，使礦井安全生產(chǎn)得到有力保障的同時(shí)，大幅提高了生產(chǎn)管理效率，提升了智能開采水平，實(shí)現(xiàn)了減人提效保安的目的。

一、智能化建設(shè)背景

近年來，全國主要產(chǎn)煤省份大力推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，但在南方中小煤礦，由于井型規(guī)模小、產(chǎn)能低、地質(zhì)條件復(fù)雜、效益差等因素影響，建設(shè)智能化礦井難度很大，只能結(jié)合礦井實(shí)際情況，分塊分步進(jìn)行建設(shè)。

2021年3月，湖南省煤業(yè)集團(tuán)結(jié)合實(shí)際情況，率先在其子公司周源山礦業(yè)公司實(shí)施湖南省第一個(gè)煤礦智能化建設(shè)項(xiàng)目。周源山礦業(yè)公司始建于1966年，1970年投產(chǎn)，1988年進(jìn)行了技術(shù)改造，礦井現(xiàn)生產(chǎn)能力為75萬t/a。智能化煤礦改造前，已經(jīng)建立了南風(fēng)井、空壓機(jī)、-650中央水泵房等自動(dòng)化控制無人值守系統(tǒng)，建成生產(chǎn)調(diào)度管理、調(diào)度通信、人員位置監(jiān)測、應(yīng)急廣播與工業(yè)視頻等子系統(tǒng)，井下建有千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)等基礎(chǔ)實(shí)施，為周源山煤礦智能化建設(shè)奠定了一定的基礎(chǔ)。但各子系統(tǒng)均處于相互獨(dú)立、“信息孤島”狀態(tài)，且大部分子系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合+系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)+信息發(fā)布+遠(yuǎn)程控制的智能模式。為此，周源山礦業(yè)公司提出基于B/S+C/S架構(gòu)的輕型智能化管控平臺(tái)建設(shè)方案，其核心是通過平臺(tái)打通各子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮，提升智能化開采水平，實(shí)現(xiàn)減人提效。

二、智能化建設(shè)架構(gòu)及建設(shè)內(nèi)容

1.智能化建設(shè)架構(gòu)

結(jié)合周源山煤礦現(xiàn)有機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化設(shè)施情況，在完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)上，提出圍繞智能管控平臺(tái)為核心的建設(shè)方案，旨在打通生產(chǎn)自動(dòng)化與安監(jiān)數(shù)字化，形成統(tǒng)一的“一張圖”基礎(chǔ)管理與服務(wù)、綜合自動(dòng)化生產(chǎn)指揮、大數(shù)據(jù)融合分析及預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)與智能移動(dòng)終端系統(tǒng)等專業(yè)應(yīng)用，并為智能規(guī)劃應(yīng)用提供擴(kuò)展。管控平臺(tái)采用B/S+C/S架構(gòu)，既方便維護(hù)，又能滿足煤礦智能化建設(shè)中比較復(fù)雜的各種需求。具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 周源山煤礦智能化建設(shè)架構(gòu)圖

2.主要建設(shè)內(nèi)容

在通過充分調(diào)研現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)施、子系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能化建設(shè)架構(gòu)，規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容分兩期進(jìn)行。第一期主要完成基礎(chǔ)設(shè)施改造、各安全生產(chǎn)相關(guān)子系統(tǒng)升級與智能化管控平臺(tái)建設(shè)，以及在智能化工作面與中央變電所進(jìn)行5G應(yīng)用試點(diǎn)建設(shè)；第二期主要推進(jìn)經(jīng)營管理信息化融合系統(tǒng)、皮帶運(yùn)輸機(jī)道機(jī)器人巡檢、井下部分場景智能視頻分析、人員精確定位系統(tǒng)與井下無線通訊系統(tǒng)等內(nèi)容的建設(shè)。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施改造升級。

①機(jī)房建設(shè)。機(jī)房建設(shè)主要包括中心機(jī)房的機(jī)房供電、UPS電源、機(jī)房防雷及接地、機(jī)房消防、機(jī)房空調(diào)等設(shè)備的安裝及靜電地板裝設(shè)，10臺(tái)4U機(jī)柜的安裝以及各數(shù)據(jù)服務(wù)器的安裝。

②網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改造。在機(jī)房布置2臺(tái)核心萬兆交換機(jī)，在北抽風(fēng)機(jī)房、配電房、南抽風(fēng)機(jī)房、辦公樓布置4臺(tái)千兆交換機(jī)與核心機(jī)房萬兆交換機(jī)相連組成地面千兆環(huán)網(wǎng)。直接將外網(wǎng)傳輸接口安裝在調(diào)度指揮中心機(jī)房，確保地面辦公網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化子系統(tǒng)及安防視頻子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井人員位置監(jiān)測系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)的集中傳輸與管理。

井下保留原來已經(jīng)在-370水泵房、22-370變電所、24-370變電所、24-650變電所、-650北變電所、-650中央水泵房等機(jī)房安裝的6臺(tái)千兆交換機(jī)組成的礦井千兆環(huán)網(wǎng)，在井下原有架構(gòu)上加裝6臺(tái)萬兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，重新組網(wǎng)，構(gòu)成一個(gè)安全、可靠、高度冗余的萬兆環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。井下原千兆環(huán)網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)，且這三個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)融合聯(lián)動(dòng)功能，充分發(fā)揮三大系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能，提升礦井災(zāi)害預(yù)警處置功能。新安裝的礦井工業(yè)視頻、智能化工作面及各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)均加載到萬兆光纖環(huán)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的高速輸出及智能化分析運(yùn)用。

③調(diào)度指揮中心配置。新調(diào)度指揮中心內(nèi)設(shè)置一個(gè)9米長、3米高的LCD液晶顯示大屏，顯示各子系統(tǒng)參數(shù)和工業(yè)視頻圖像。調(diào)度指揮中心配置三排操作臺(tái)，每排6個(gè)工位，共配置18臺(tái)顯示器及電腦，用于各系統(tǒng)操作和顯示，構(gòu)建形成了一個(gè)平臺(tái)、多個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同控制指揮中心系統(tǒng)。

（2）智能管控平臺(tái)建設(shè)。周源山智能管控平臺(tái)是整個(gè)煤礦智能化建設(shè)的核心，是煤礦操控“大腦”，其通過網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)實(shí)現(xiàn)井上下各子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程綜合自動(dòng)化指揮、智能管控、融合聯(lián)動(dòng)、預(yù)警分析等。

①“一張圖”基礎(chǔ)管理服務(wù)平臺(tái)。

全息“一張圖”基礎(chǔ)服務(wù)。通過多圖層形式展示，全息GIS“一張圖”位置服務(wù)在礦井的應(yīng)用主要有定位、導(dǎo)航、查詢?nèi)悜?yīng)用。

“一張圖”協(xié)同設(shè)計(jì)服務(wù)。主要基于協(xié)同平臺(tái)完成地質(zhì)、測量、水文、采掘、供電、生產(chǎn)等各專業(yè)的日常業(yè)務(wù)“一張圖”協(xié)同設(shè)計(jì)，使各業(yè)務(wù)部門共同維護(hù)礦井的“一張圖”數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)作。

“一張圖”集成融合服務(wù)。在對全礦井各子系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，通過地理位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)并存入數(shù)據(jù)庫，并將以“一張圖”集成服務(wù)的方式分類對外提供。

“一張圖”協(xié)同管理服務(wù)。在集成融合服務(wù)的基礎(chǔ)上，對礦井生產(chǎn)與安全各個(gè)方面進(jìn)行綜合管理，主要包括地質(zhì)測量管理、“一通三防”管理、機(jī)電運(yùn)輸管理、回采掘進(jìn)管理、礦井安全管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、智能監(jiān)控管理和綜合調(diào)度管理等“一張圖”的協(xié)同管理服務(wù)。

“一張圖”決策分析服務(wù)。在大數(shù)據(jù)融合分析的基礎(chǔ)上，對礦井生產(chǎn)與安全各類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為管理者提供“一張圖”決策分析服務(wù)，主要應(yīng)用于災(zāi)害事故分析預(yù)警、安全風(fēng)險(xiǎn)量化分析、設(shè)備故障診斷與處置分析等，實(shí)現(xiàn)各類分析的位置服務(wù)與聯(lián)動(dòng)。

②大數(shù)據(jù)融合分析及預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、量化分析技術(shù)，對安全生產(chǎn)相關(guān)的信息進(jìn)行綜合展示、關(guān)聯(lián)分析、探索挖掘、概括推理，發(fā)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的安全生產(chǎn)知識(shí)規(guī)則和人機(jī)環(huán)管要素演化模型，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量化概括當(dāng)下的安全生產(chǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)目前存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和問題，診斷推理風(fēng)險(xiǎn)與問題發(fā)生的原因及可采取的處理措施，根據(jù)歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對未來的安全生產(chǎn)形勢進(jìn)行預(yù)判和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)診斷和輔助決策監(jiān)管。

基于“一張圖”實(shí)現(xiàn)井下“水、火、瓦斯、頂板”等重大危險(xiǎn)源監(jiān)測與預(yù)警，根據(jù)預(yù)警報(bào)警信息，將信息向智能移動(dòng)端推送，將不同的報(bào)警信息推送給不同的處理人員移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)報(bào)警分級管理和區(qū)域化自治管理。當(dāng)某個(gè)報(bào)警長時(shí)間未處理后，自動(dòng)提升報(bào)警等級并推送到上一級處理；對重要報(bào)警信息在分配的同時(shí)也推送到調(diào)度指揮中心。報(bào)警處理界面上具有報(bào)警確認(rèn)、報(bào)警反饋等功能，智能移動(dòng)端報(bào)警與監(jiān)控中心PC端報(bào)警應(yīng)保持信息同步，在中心能夠查看報(bào)警處理進(jìn)度、結(jié)果等。

③綜合自動(dòng)化生產(chǎn)指揮平臺(tái)。綜合自動(dòng)化生產(chǎn)指揮平臺(tái)建設(shè)對各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、發(fā)布，完成統(tǒng)一的信息集中管控、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布，建立一套完善的綜合自動(dòng)化生產(chǎn)指揮管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整體融合和業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)。

④移動(dòng)智能終端門戶系統(tǒng)。智能終端門戶系統(tǒng)主要通過手機(jī)查詢各類實(shí)時(shí)信息，輸入各類報(bào)表數(shù)據(jù)，審批各類文件。

（3）智能裝備及其控制系統(tǒng)建設(shè)。周源山煤礦智能化建設(shè)中，對智能裝備及其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造、完善與新建。

①新建智能系統(tǒng)。新增綜采工作面智能化控制系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、地面皮帶集控系統(tǒng)、-650軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、水文監(jiān)測系統(tǒng)等建設(shè)。以綜采工作面智能化建設(shè)為例，在3231綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能工作面建設(shè)，將原有支架進(jìn)行電液控制自動(dòng)化改造，通過智能化采煤機(jī)和工作面刮板運(yùn)輸機(jī)、支架自動(dòng)供液系統(tǒng)、工作面視頻監(jiān)視系統(tǒng)、工作面人員定位系統(tǒng)、水質(zhì)處理系統(tǒng)等建設(shè)，實(shí)現(xiàn)井下和地面智能化集中控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作面采煤及運(yùn)輸設(shè)備集中控制，一鍵啟停。

②強(qiáng)化系統(tǒng)改造。通過改造礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)、空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、提升監(jiān)控系統(tǒng)（主井、新副井、老副井），實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，并接入綜合自動(dòng)化生產(chǎn)指揮平臺(tái)。

③增設(shè)工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。在主井、新副井、老副井、壓風(fēng)機(jī)房、地面變電所、抽風(fēng)機(jī)房、井下采區(qū)變電所等增設(shè)安裝20個(gè)監(jiān)視點(diǎn)，基本滿足現(xiàn)有智能化建設(shè)應(yīng)用需求。

④開展5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用建設(shè)。在智能化綜采工作面及中央變電所，通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了高清視頻回傳、設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與手機(jī)音視頻無線通訊。

三、智能化建設(shè)保障措施及經(jīng)驗(yàn)

1.健全機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化領(lǐng)導(dǎo)

成立煤礦智能化建設(shè)組織機(jī)構(gòu)，總經(jīng)理擔(dān)任組長，公司其他領(lǐng)導(dǎo)和安全、生產(chǎn)、經(jīng)營、技術(shù)各部門主要負(fù)責(zé)人各司其職、各負(fù)其責(zé)，并設(shè)置智能化煤礦建設(shè)辦公室負(fù)責(zé)日常事務(wù)。

2.分工實(shí)施，重點(diǎn)推進(jìn)

編制智能化煤礦建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)方案、智能化煤礦建設(shè)實(shí)施組織措施，設(shè)立安全技術(shù)、井巷工程、設(shè)備準(zhǔn)備、設(shè)備安裝、機(jī)房改造、網(wǎng)絡(luò)安裝、綜合協(xié)調(diào)7個(gè)項(xiàng)目實(shí)施小組，確定調(diào)度指揮中心改造、礦井網(wǎng)絡(luò)升級改造、智慧管控平臺(tái)建設(shè)、智能化綜采工作面建設(shè)、運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)建設(shè)、自動(dòng)化子系統(tǒng)建設(shè)6大重點(diǎn)任務(wù)。掛圖作戰(zhàn)，每天標(biāo)記，每天督查，一周一匯總、一旬一通報(bào)、一月一小結(jié)。

3.超前規(guī)劃，切合實(shí)際

智能化煤礦建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，并且投資大，牽涉面廣，必須根據(jù)礦井實(shí)際情況制訂詳盡的建設(shè)規(guī)劃，對管控平臺(tái)的功能要求要切合本礦實(shí)際，對子系統(tǒng)的建設(shè)要達(dá)到減人提效的目的。資金難以一步到位時(shí)可以分步實(shí)施，先建設(shè)管控平臺(tái)和重要安全生產(chǎn)子系統(tǒng)，后續(xù)再增加其他相關(guān)系統(tǒng)。

四、應(yīng)用效果

1.減人提效成效顯著

周源山煤礦智能化管控系統(tǒng)運(yùn)行以來，通過智能管控平臺(tái)及其子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綜采工作面自動(dòng)化控制，主要固定設(shè)備實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制無人值守，工作面實(shí)現(xiàn)了手機(jī)音視頻無線通訊，使得固定設(shè)備崗位減少值守人員70%，采煤工效提高了20%。

2.生產(chǎn)管控效率大幅提高

通過各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控、管控平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析及預(yù)警，同時(shí)通過使用方便快捷的手機(jī)APP，生產(chǎn)管理的效率得到了大幅提高。

3.安全保障能力顯著增強(qiáng)

通過建立安全生產(chǎn)相關(guān)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，各生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行安全性能大幅提高，礦井安全生產(chǎn)得到了有力保障。