王有明

（山西焦煤華晉焦煤龍山煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 032300）

0 引言

隨著開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步和煤礦井下安全、高效開(kāi)采要求的日益提高，煤礦智能化建建設(shè)越來(lái)越受到人們的重視[1-3]。近年來(lái)，國(guó)家、省等相關(guān)部門(mén)連續(xù)下發(fā)了多個(gè)關(guān)于煤炭行業(yè)礦井智能化建設(shè)的指導(dǎo)文件，有力地推動(dòng)了煤炭行業(yè)智能化控制技術(shù)的發(fā)展[4-5]，許多礦井相繼進(jìn)行了智能化建設(shè)。為響應(yīng)國(guó)家、省及集團(tuán)公司的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)礦井綠色高效發(fā)展，龍山煤業(yè)對(duì)礦井智能化進(jìn)行了規(guī)劃升級(jí)。本文以龍山礦為研究對(duì)象，分析了礦井智能化建設(shè)方案及智能化建設(shè)所帶來(lái)的效益，為礦井智能化實(shí)施提供參考。

1 礦井智能化現(xiàn)狀

龍山煤業(yè)屬于兼并重組礦井，礦井設(shè)計(jì)能力為60 萬(wàn)t/a，目前正在開(kāi)采2 號(hào)煤層，礦井初步建成了通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、提升運(yùn)輸系統(tǒng)、防滅火系統(tǒng)、綜合防塵系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)與應(yīng)急救援系統(tǒng)，但尚未建成智能化礦井，通過(guò)核實(shí)礦方的實(shí)際情況，結(jié)合煤礦智能化建設(shè)條件分類評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比分析，確定該礦的智能化建設(shè)條件類別為智能化建設(shè)條件Ⅱ類煤礦。

2 礦井智能化建設(shè)規(guī)劃

根據(jù)山西省的相關(guān)政策要求，智能化煤礦應(yīng)當(dāng)建設(shè)信息基礎(chǔ)設(shè)施、地質(zhì)保障系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)、綜采系統(tǒng)、主運(yùn)輸系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)、安全管控系統(tǒng)、智能化園區(qū)與經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)等9 大系統(tǒng)。這9 大系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)理解為一個(gè)有機(jī)的整體，而不應(yīng)當(dāng)理解為相互孤立的系統(tǒng)，完成這9 大系統(tǒng)的建設(shè)并不能真正建成智能化煤礦。煤礦智能化建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要不斷地應(yīng)用新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高程度的智能化，智能化需要與本企業(yè)的生產(chǎn)、安全、管理的實(shí)際相結(jié)合，要充分發(fā)揮作用、實(shí)現(xiàn)價(jià)值，真正做到減人、增安、提效。

從煤炭企業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的角度去進(jìn)行智能化煤礦的整體規(guī)劃，建設(shè)內(nèi)容涵蓋、但不局限于山西省要求建設(shè)的內(nèi)容。本規(guī)劃旨在對(duì)企業(yè)的智能化建設(shè)提供一個(gè)立體的、有機(jī)的架構(gòu)圖，為企業(yè)長(zhǎng)期的智能化建設(shè)提供一個(gè)基礎(chǔ)模板，企業(yè)可根據(jù)自身的需要進(jìn)行擴(kuò)展，滿足未來(lái)企業(yè)智能化發(fā)展的需要。煤礦的主要業(yè)務(wù)域分為安全、生產(chǎn)、管理三大業(yè)務(wù)域，煤礦智能化建設(shè)是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)三大業(yè)務(wù)域的智能化。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施

煤炭企業(yè)智能化戰(zhàn)略基于 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)” 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、安全三大體系，網(wǎng)絡(luò)是要基于5G、局域網(wǎng)、PON 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)WIFI、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)建設(shè)煤礦井上下的泛在的、全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)；辦公網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)千兆到桌面，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)要滿足固定及移動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備控制的要求，要滿足控制的低時(shí)延（小于20 ms）、大帶寬（主要體現(xiàn)在基于視頻分析對(duì)網(wǎng)絡(luò)的大帶寬的需要）的要求；平臺(tái)包括計(jì)算平臺(tái)、基礎(chǔ)平臺(tái)、應(yīng)用平臺(tái)等內(nèi)容。在具體的實(shí)踐中，安全融入于網(wǎng)絡(luò)及平臺(tái)中，要確保達(dá)到國(guó)家信息安全等級(jí)保護(hù)三級(jí)認(rèn)證的要求。

2.2 智能安全

安全業(yè)務(wù)域包括安全感知（監(jiān)測(cè)）和安全管理兩類業(yè)務(wù)。安全感知采用 “人、機(jī)、環(huán)” 的全面感知思想對(duì)人的不安全行為、機(jī)器設(shè)備的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素進(jìn)行全面感知、綜合分析、預(yù)警預(yù)判，防止發(fā)生安全事故。安全管理包括風(fēng)險(xiǎn)隱患雙重預(yù)防、三違管理、事故管理、應(yīng)急救援指揮、安全檢查管理、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理、班組建設(shè)管理、職工培訓(xùn)管理、職業(yè)健康管理等安全管理業(yè)務(wù)。

2.3 智能生產(chǎn)

生產(chǎn)業(yè)務(wù)域包括生產(chǎn)過(guò)程智能化控制和生產(chǎn)管理兩類業(yè)務(wù)。煤礦的生產(chǎn)系統(tǒng)包括電流（供電系統(tǒng)）、風(fēng)流（通風(fēng)系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)）、水流（供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)）、煤流（主運(yùn)輸系統(tǒng)）、物流（輔助運(yùn)輸系統(tǒng)）、回采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)、掘進(jìn)工作面生產(chǎn)系統(tǒng)等）。生產(chǎn)過(guò)程智能化控制是在實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)之上，一是實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)系統(tǒng)的智能控制，二是實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)系統(tǒng)之間的協(xié)同控制、智能控制。生產(chǎn)管理包括調(diào)度指揮管理、機(jī)電設(shè)備管理、地質(zhì)測(cè)量管理、一通三防管理、生產(chǎn)技術(shù)管理、運(yùn)輸管理、煤質(zhì)計(jì)量管理、環(huán)境保護(hù)管理、生態(tài)治理管理等內(nèi)容。

2.4 智能管理

管理業(yè)務(wù)域是指安全、生產(chǎn)管理以外的經(jīng)營(yíng)管理、黨政管理等管理內(nèi)容，包括ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）、SCM（供應(yīng)鏈管理）、CRM（客戶關(guān)系管理）、黨務(wù)管理、工會(huì)管理、后勤管理、智慧園區(qū)管理等內(nèi)容。

2.5 智能化的核心

智能化建設(shè)的核心是在信息化、自動(dòng)化的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，通過(guò)對(duì)礦井的安全、生產(chǎn)、管理數(shù)據(jù)（包括文本數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)等）的采集、分析，反作用于企業(yè)的管理和生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)管理、安全、生產(chǎn)過(guò)程控制的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)管理、安全、生產(chǎn)的有機(jī)融合、協(xié)同控制、聯(lián)動(dòng)控制、智能控制，進(jìn)一步提升煤礦的管理水平、安全水平、生產(chǎn)效率水平，實(shí)現(xiàn)井下固定崗位無(wú)人、采掘少人，有效減少入井人數(shù)。目前，煤礦智能化建設(shè)的重點(diǎn)是安全及生產(chǎn)的智能化，實(shí)現(xiàn)減人、增安、提效的智能化建設(shè)目標(biāo)。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

3.1 投資估算

本規(guī)劃分兩期進(jìn)行實(shí)施建設(shè)，一期規(guī)劃為建設(shè)II類初級(jí)智能化煤礦，按照中級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，確保通過(guò)初級(jí)驗(yàn)收；二期規(guī)劃為II 類中級(jí)智能化煤礦。一期概算費(fèi)用為6 950 萬(wàn)元、二期概算費(fèi)用2 600 萬(wàn)元，合計(jì)為9 550 萬(wàn)元。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.2.1 節(jié)省人力資源產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)實(shí)施智能化礦井，能大大節(jié)約煤礦生產(chǎn)管理的人力資源，其主要作用為：減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員的人數(shù)，降低現(xiàn)場(chǎng)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度；有效把控生產(chǎn)情況，提高溝通管理效率，降低管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度；減少設(shè)備故障，降低機(jī)電人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

礦井采掘工作面按每天2 個(gè)生產(chǎn)班次計(jì)算，井上下變電所、水泵房、機(jī)電硐室、皮帶硐室空壓機(jī)房等機(jī)電崗位按每天2 個(gè)班次計(jì)算，實(shí)現(xiàn)智能化礦井后，以下生產(chǎn)場(chǎng)景可實(shí)現(xiàn)減員：掘進(jìn)工作面每個(gè)生產(chǎn)班減少3 人，2 個(gè)生產(chǎn)班共減少6 人，兩個(gè)智能掘進(jìn)工作面減員12 人；綜采工作面每個(gè)生產(chǎn)班減少5 人，2 個(gè)生產(chǎn)班共減少10 人，一個(gè)智能綜采工作面減員10 人；井下機(jī)電硐室室、皮帶硐室、地面通風(fēng)機(jī)房、空壓機(jī)房、地面變電站、地面生產(chǎn)系統(tǒng)等，智能化煤礦建設(shè)完成后，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，累計(jì)減員約20 人。

礦井累計(jì)可減員42 人，人均成本按掘進(jìn)作業(yè)人員12 萬(wàn)元/a、綜采作業(yè)人員萬(wàn)元/a、井下硐室操作人員及地面操作人員按8 萬(wàn)元/a。通過(guò)減少作業(yè)人員，每年可提高經(jīng)濟(jì)效益約424 萬(wàn)元。

3.2.2 提高設(shè)備可靠性產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)實(shí)施智能化礦井系統(tǒng)，能大大提高設(shè)備可靠性，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其主要作用為提高設(shè)備維護(hù)的有效性，減少設(shè)備非正常操作帶來(lái)的損壞以及提高故障處理反應(yīng)速度。

按礦井機(jī)電每年運(yùn)行維護(hù)成本為2 500 萬(wàn)元估算，根據(jù)國(guó)內(nèi)外智能化礦井經(jīng)驗(yàn)，能每年提高設(shè)備運(yùn)行效率約15%。則每年可提高經(jīng)濟(jì)效益約為2 500×15%=375 萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)煤礦智能化建設(shè)，通過(guò)人力資源和設(shè)備可靠性兩方面可提高經(jīng)濟(jì)效益約為424+375=799 萬(wàn)元。

4 安全效益分析

運(yùn)用智能化系統(tǒng)后，建立了以安全、生產(chǎn)為中心的企業(yè)管理機(jī)制，建立了安全、生產(chǎn)控制體系，加強(qiáng)了集團(tuán)公司對(duì)下級(jí)企業(yè)的監(jiān)管力度，使安全、生產(chǎn)的投入效益發(fā)生最優(yōu)化，產(chǎn)生最大效益。建立了高效的決策支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度、集中控制、礦井決策的科學(xué)化、規(guī)范化、數(shù)據(jù)化管理，減少了決策的簡(jiǎn)單、盲目性。保障了煤礦全面安全管理，煤礦的產(chǎn)業(yè)特色決定了整個(gè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)對(duì)安全的依賴，信息化系統(tǒng)中的安全管理系統(tǒng)解決了煤礦對(duì)安全問(wèn)題迫切需求及嚴(yán)格管理。

5 社會(huì)效益分析

煤礦智能化系統(tǒng)的建設(shè)不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，還實(shí)現(xiàn)了管控一體化，真正讓礦井自動(dòng)化與礦井信息化的無(wú)縫連接，為企業(yè)綜合應(yīng)用提供平臺(tái)，同時(shí)又能方便地獲取最新的市場(chǎng)信息和最先進(jìn)的科技信息，利于調(diào)度指揮和決策，提高礦井管理水平和管理效率，提升整體管理水平和市場(chǎng)應(yīng)變能力以及整體競(jìng)爭(zhēng)能力，為集團(tuán)公司同類型煤礦設(shè)立了智能化建設(shè)典型，促進(jìn)其他煤礦開(kāi)展實(shí)施智能化礦山建設(shè)的進(jìn)程。

通過(guò)一系列的改變和優(yōu)化，可改善社會(huì)對(duì)煤炭開(kāi)采行業(yè)的整體印象，可更好地爭(zhēng)取高技術(shù)人才、政策、資金的支持，保障公司的全面安全管理，煤礦的產(chǎn)業(yè)特色決定了整個(gè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)對(duì)安全的依賴，礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的安全生產(chǎn)管理協(xié)同平臺(tái)正好解決煤礦對(duì)安全問(wèn)題的迫切需求。

6 結(jié)語(yǔ)

龍山煤業(yè)礦井智能化的實(shí)施將大大改善煤礦自動(dòng)化和信息化程度，提高生產(chǎn)效率，減少和防止重大事故發(fā)生。此外，將提高企業(yè)工作效率、管理水平和決策水平，改善企業(yè)形象，增強(qiáng)企業(yè)管理能力，為安全生產(chǎn)應(yīng)急指揮提供有力的監(jiān)控手段。后期在智能化實(shí)施過(guò)程中應(yīng)結(jié)合礦井實(shí)際情況，制定合理的智能化管理制度，并在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不斷完善，保證礦井安全、高效生產(chǎn)。