文/代業(yè)濱

隨著國家環(huán)境保護力度的加大和能源消費結構的轉型，倒逼煤炭產(chǎn)業(yè)必須走綠色智能的清潔化生產(chǎn)之路。近年來，國源礦業(yè)開發(fā)公司加快了智能化礦山建設步伐，在智能煤炭開采、高效快速掘進、智能通風、智能排水、視頻調速及智能供配電系統(tǒng)等方面取得了實質性突破。國源公司龍王溝煤礦作為全國71處智能化煤礦試點之一被國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局成功納入智能化示范煤礦建設目錄，標志著國源公司智慧礦山建設進入引領階段。

一、龍王溝煤礦智能化系統(tǒng)介紹

龍王溝煤礦的智能化系統(tǒng)可分為智能采煤系統(tǒng)、智能掘錨一體機、智能通防系統(tǒng)、智能供排水系統(tǒng)、主運輸膠帶輸送機智能視頻調速系統(tǒng)、智能供配電系統(tǒng)六個方面，各系統(tǒng)穩(wěn)定運行，智能化礦山建設成效顯著。

1.智能采煤系統(tǒng)

龍王溝煤礦61617工作面采用德國瑪珂基于高精度陀螺儀慣性導航技術和采煤機外置式射頻精準定位技術，實現(xiàn)了工作面智能采煤和地面調度室遠程一鍵啟停集中控制功能，目前已實現(xiàn)該工作面配置5人智能采煤常態(tài)化運行。

在采煤機選擇方面。61617工作面配置美國久益采煤機，具備智能割煤、自動往返、滾筒換向、自動掃底進刀、運行工況及姿態(tài)監(jiān)測、機載無線遙控、三角煤機架協(xié)同控制截割、遠程自動控制、故障診斷分析、環(huán)境安全瓦斯聯(lián)動控制功能。

在電液系統(tǒng)控制方面。61617工作面配置德國瑪珂PM32電液控制系統(tǒng)，已實現(xiàn)液壓支架自動跟機移架、自動補液、自動反沖洗、自動噴霧降塵、移架報警、收伸護幫、自動推溜、成組程序化拉后溜、時序自動放煤，前后刮板機、轉載機、集中泵站及順槽皮帶遠程集中控制等功能，實時在線監(jiān)測采煤機、液壓支架、三機、泵站、順槽皮帶等各類技術參數(shù)數(shù)據(jù)。

在定位方面。采煤機具有位置精確定位，應用慣性導航技術結合四維地理信息系統(tǒng)煤層賦存曲線，實現(xiàn)采煤軌跡自動生成的記憶割煤功能；采煤機通過高精度陀螺儀設備實現(xiàn)對采煤機位置、姿態(tài)的準確檢測，描繪出采煤機沿工作面方向及工作面推進方向的曲線數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工作面刮板運輸機直線度檢測，實現(xiàn)工作面刮板機自動調直與修正功能；61617工作面還具有初次來壓和周期來壓監(jiān)測和預警、工作面人員位置精準定位功能。

在監(jiān)控系統(tǒng)方面。工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)已實現(xiàn)在工作面、轉載點、超前支架等重點位置，實時顯示工作面視頻，并進行跟機旋轉和視頻畫面切換功能。

在數(shù)據(jù)傳輸方面。工作面工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，通過控制器、電源箱、耦合器、節(jié)點交換機、礦用光纜等，形成工作面以太環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速實時傳輸，通過交換機劃分VLAN，實現(xiàn)工作面數(shù)據(jù)流和視頻等信息隔離，保證重要數(shù)據(jù)網(wǎng)絡帶寬和數(shù)據(jù)安全。

此外，為了降低采煤工作面人員勞動強度，實現(xiàn)安全高效智能化工作面，結合放煤工藝流程與德國瑪珂合作，并進行深入技術交流，目前已把多輪順序智能放煤程序編制完成，準備進行工業(yè)性試驗。

2.智能掘錨一體機應用

龍王溝煤礦已成功應用智能化掘錨一體機煤巷快速掘進裝備，實現(xiàn)設備遙控器操作、全斷面截割、鍵盤式操控錨桿機、自動噴霧除塵、工作面環(huán)境智能監(jiān)測分析等功能，實現(xiàn)了掘、支、錨、運、破一體化連續(xù)平行作業(yè)和掘進工作面安全、高效、快速掘進。

掘進系統(tǒng)。具有坡度追蹤、全斷面截割等功能，具備完善的傳感器、執(zhí)行器及控制器，能實現(xiàn)單系統(tǒng)或單設備的遠程自動控制、工況在線監(jiān)測、故障診斷功能。

支護系統(tǒng)。具有自動確定錨護位置等，實現(xiàn)工況在線監(jiān)測及故障診斷、錨固質量自檢驗等功能。

錨桿系統(tǒng)。配備機載頂部錨桿機和幫部錨桿機，頂錨桿機應用鍵盤式操控錨桿機，可顯示扭距、鉆進方位、鉆箱位置等參數(shù)，具備頂板臨時支護功能，實現(xiàn)錨桿作業(yè)流程自動化。

運輸設備。轉載機組具備過載保護功能，帶式輸送機機尾具備自移和張力自動控制功能。

除塵噴霧系統(tǒng)。配備新型濕式除塵風機系統(tǒng)，具備較強的除塵、降塵能力，可有效降低現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境粉塵濃度。

3.智能通防系統(tǒng)

龍王溝煤礦智能通防系統(tǒng)取得一定成效。目前主通風機實現(xiàn)無人值守在線監(jiān)測，可實時顯示電流、電壓、功率、風量、負壓、溫度、振動等運行參數(shù)，超限時報警。通過遠程控制調整頻率，實現(xiàn)風量調整；采用AFM型風機在線監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時對風機、風門等運行狀態(tài)及參數(shù)進行在線監(jiān)測，具備一鍵啟動、一鍵調風、一鍵倒機、一鍵反風、故障自動切換功能。

局部通風機設備開停已實現(xiàn)遠程監(jiān)控、主備風機自動切換，并配備性能可靠的低噪音局部通風機，局部通風機實現(xiàn)遠程控制，煤及半煤巷局部通風機具備調速功能。

為適應智能礦山建設發(fā)展需求，逐步實現(xiàn)礦井通風實時監(jiān)測感知、故障智能診斷、災害智能預警、安全智能管控和災變智能應急控制，提高了礦井通風自動化、信息化和智能化水平。目前，正在開展智能通風建設工作，階段性實現(xiàn)對礦井風阻、風量、風壓等參數(shù)的智能感知，對通風網(wǎng)絡阻力進行實時監(jiān)測與解算；實現(xiàn)主要地點風門和風窗自動和半自動開關；通過智能通風軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)分風解算、通風網(wǎng)絡實時解算及災變狀態(tài)下風流模擬仿真，能夠進行通風系統(tǒng)優(yōu)化、風速傳感器和調節(jié)設施的優(yōu)化布置以及可測性和可控性評價。

4.智能供排水系統(tǒng)

通過建設智能供排水系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井供排水系統(tǒng)的智能聯(lián)動控制，動態(tài)預警分析，供排水量智能平衡控制，還可實現(xiàn)礦井強排系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、主排水系統(tǒng)、水文系統(tǒng)的智能聯(lián)動、預警分析和災害期間的應急管理，達到智慧化排水的目標。

智能供排水系統(tǒng)已具備井下主要排水泵房實現(xiàn)無人值守、遠程數(shù)字傳輸、地面集中可視化監(jiān)控。并具備兩種可靠的抽真空及風水射流引水裝置及雙水位雙報警功能，具有遠程、就地自動、手動三種控制方式，實現(xiàn)了多系統(tǒng)的智能聯(lián)動和預警分析功能。智能供排水系統(tǒng)根據(jù)水倉水位高低和用水量的變化進行自動起泵、自動調節(jié)排水泵運行臺數(shù)，自動切換排水管路，在線檢測主排水系統(tǒng)工序能耗，實現(xiàn)多臺水泵自動輪換和自檢功能。

龍王溝煤礦通過建設智能供排水系統(tǒng)，提高了排水效率，降低了設備故障，取消了崗位人員，降低了人工成本，實現(xiàn)了礦井無人少人的目標。

5.主運輸膠帶輸送機智能視頻調速系統(tǒng)

通過智能視頻調速實現(xiàn)主運輸膠帶輸送機煤流智能啟停、智能調速、智能異物識別等功能；實現(xiàn)煤流大提速、煤流小降速，降低了皮帶運輸系統(tǒng)能耗，減少了運輸系統(tǒng)設備磨損，達到了延長設備壽命的目的。

智能視頻調速系統(tǒng)具備各類運行參數(shù)自動采集顯示、自動分析判斷、異常報警停機、異物智能識別、自動啟停皮帶、遠程集中控制等功能，實現(xiàn)根據(jù)煤流大小、方向、煤倉煤位進行煤流均衡自動控制的目標。通過主運輸系統(tǒng)地面遠程集中控制，機器人巡檢代替人巡檢，達到了無人少人高產(chǎn)增效的目標，

6.智能供配電系統(tǒng)

智能配電系統(tǒng)的應用，使主要機電硐室實現(xiàn)無人值守，配電系統(tǒng)實現(xiàn)高（低）壓電氣設備遙信、遙測、遙控、遙調、遙視信息在線監(jiān)測及遠程實時傳輸和可視化監(jiān)控。

智能配電系統(tǒng)具備防誤操作及遠程閉鎖，各變電所實時遠程集中監(jiān)控及智能調度、數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)視、智能告警、故障錄波分析、防越級跳閘、自動故障定位等功能。此外，還具備峰谷電能計量、能耗統(tǒng)計、在線電能質量分析、絕緣監(jiān)測功能。

二、龍王溝煤礦智能化系統(tǒng)的應用效果

龍王溝煤礦統(tǒng)籌規(guī)劃，從多角度進行智能化系統(tǒng)設計、建設，全力打造智慧綠色安全的一流礦山。

1.踐行綠色發(fā)展理念，推進了節(jié)能減排工作

龍王溝煤礦通過建設四維地理信息系統(tǒng)，利用鉆探數(shù)據(jù)地質體連續(xù)建模技術，在內蒙古自治區(qū)率先建成了首個透明化可視礦山系統(tǒng)，助力礦山地質環(huán)境保護和生態(tài)修復工作；全面開展TDS智能化煤矸分離系統(tǒng)建設，利用分離矸石回填采空區(qū)或用于井巷地坪施工，提高了資源回收率，減緩了地面沉降，實現(xiàn)了矸石零排放；構建礦井水潔凈高效智能化循環(huán)利用系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦井水零排放；利用智慧礦山管理系統(tǒng)，通過對生產(chǎn)系統(tǒng)智能化管控，動態(tài)監(jiān)測礦井各系統(tǒng)能耗，分析制定節(jié)能降耗措施，實現(xiàn)了能源高效利用和低碳發(fā)展；大力推進礦井節(jié)能降耗工作，在礦井110KV主供電系統(tǒng)上，應用無功補償新技術和新產(chǎn)品，使系統(tǒng)功率因數(shù)由原來的0.7提高到0.9以上；在主煤流系統(tǒng)、主通風系統(tǒng)、井下供液系統(tǒng)等主要系統(tǒng)全面推廣應用變頻技術，實現(xiàn)了煤流速度、風機功率、供液泵功率的自動調節(jié)，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，全年累計節(jié)省電量230萬度以上。

2.加強私有云系統(tǒng)建設，營造了良好的網(wǎng)絡安全環(huán)境

智慧礦山系統(tǒng)建設離不開數(shù)據(jù)保障和網(wǎng)絡安全保障，面對復雜的外部網(wǎng)絡環(huán)境和海量智慧礦山數(shù)據(jù)，建設一套高可靠的網(wǎng)絡安全系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)中心尤為重要。龍王溝煤礦于2019年建成智慧礦山私有云系統(tǒng)，系統(tǒng)集成了虛擬集群系統(tǒng)、物理存儲系統(tǒng)、Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、備份一體機系統(tǒng)，采用了業(yè)界先進的虛擬化集群技術和存儲雙活技術，實現(xiàn)了主系統(tǒng)發(fā)生故障后備系統(tǒng)的自動接管業(yè)務以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的負載均衡，保障了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。同時建成網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知平臺、日志審計平臺、上網(wǎng)行為等網(wǎng)絡安全系統(tǒng)，實時監(jiān)測和防護內外網(wǎng)攻擊和系統(tǒng)非法訪問，嚴格按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則開展網(wǎng)絡防護體系建設，成功阻斷防御了勒索病毒、蠕蟲等各類病毒木馬攻擊，為礦井的安全生產(chǎn)和智能化系統(tǒng)建設提供了良好的網(wǎng)絡安全環(huán)境。

3.加強透明礦山建設，提高了三維地質模型精度

龍王溝煤礦利用四維地理信息系統(tǒng)，通過井上下鉆孔數(shù)據(jù)、探煤數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)等，應用槽波探測、定向鉆探、超前鉆探、地球物理探測等技術，高質量完成了61610、61617工作面連續(xù)地質體建模和井田范圍內連續(xù)地質體建模，實現(xiàn)了國內首家連續(xù)60多層連續(xù)地質體建模，為建設智慧透明礦山、實現(xiàn)工作面智能透明開采提供了基礎保障。同時，開展智慧礦山三維組態(tài)系統(tǒng)建設，完成了井上下三維虛擬場景的搭建，建立了供水、通風、運輸、避災線路模型及各種三維漫游場景，實現(xiàn)了對礦井的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過程、設備分布、工藝流程、巷道分布、設備運行狀態(tài)的實時動態(tài)掌握，達到井上下透明化管理的目的。

三、結語

龍王溝煤礦在現(xiàn)有的智慧礦山基礎上重點建設煤礦智慧大腦和智慧礦山大數(shù)據(jù)平臺，積極借鑒其他智慧礦山建設的優(yōu)秀經(jīng)驗和做法，加強智能化系統(tǒng)協(xié)同管控體系建設。積極將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合。在5G+智能透明開采、高效快速掘進、遠程故障診斷、數(shù)字孿生技術應用等方面實現(xiàn)創(chuàng)新突破，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運輸、通風、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智慧化運行，打造了國內一流智能化示范礦井。

采煤工作面