導(dǎo) 讀
煤炭作為中國(guó)的第一大能源，儲(chǔ)存量龐大、分布范圍廣泛，然而中國(guó)大部分煤礦企業(yè)采用井工開(kāi)采的方法，極易受到自然條件的限制和威脅。同時(shí)中國(guó)大多數(shù)煤礦的智能化水平還基本處于萌芽階段，生產(chǎn)數(shù)據(jù)往往不能得到及時(shí)的整理和處理，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，容易造成人身傷害以及財(cái)產(chǎn)損失。
目前，中國(guó)一些煤礦普遍存在智能化領(lǐng)域投入嚴(yán)重不足，生產(chǎn)設(shè)備落后，無(wú)法滿足新時(shí)代煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)要求的現(xiàn)狀。
為積極響應(yīng)國(guó)家提出的碳中和、碳達(dá)峰要求，推進(jìn)智慧煤礦轉(zhuǎn)型。近年來(lái)，毛坪礦不斷投入資金和人力，在充分研究新技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和行業(yè)內(nèi)外部先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，持續(xù)加大科技研發(fā)和應(yīng)用投入，加快智能礦山、環(huán)保礦山建設(shè)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
但距離生產(chǎn)智能化、無(wú)人化目標(biāo)尚存在較大差距，礦井仍然存在排水系統(tǒng)落后等問(wèn)題，此外還存在設(shè)備操作強(qiáng)度大，人力成本較高，以及缺乏對(duì)供電、排水、供風(fēng)、通風(fēng)、提升運(yùn)輸和充填系統(tǒng)設(shè)備等的實(shí)施監(jiān)控功能，成為制約礦山裝備水平提升及智能化發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。
毛坪礦信息化發(fā)展現(xiàn)狀
隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，礦山生產(chǎn)過(guò)程具備了標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、科學(xué)化的特點(diǎn)，在一定程度上促成了智慧礦山的發(fā)展，保障了礦井工人的生命健康及礦山企業(yè)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。
毛坪礦所在彝良縣地處云南省東北部的云、貴、川三省結(jié)合部的烏蒙山區(qū)，項(xiàng)目實(shí)施地位于云南省昭通市彝良縣境內(nèi)。智慧礦山本質(zhì)就是安全礦山、高效生產(chǎn)礦山、清潔礦山，而礦山的數(shù)字化、信息化、智能化則是智慧礦山建設(shè)工作的基礎(chǔ)和前提要求。
煤礦智能化最直接的目標(biāo)是減人、增安、提效和環(huán)保，其中減人是增安的重要條件，也是提效的重要途徑。
通過(guò)對(duì)毛坪礦井項(xiàng)目分析，發(fā)現(xiàn)存在以下三個(gè)問(wèn)題。
● 首先，毛坪礦井存在排水系統(tǒng)落后，設(shè)備操作強(qiáng)度大，人力成本較高等問(wèn)題。
● 其次，缺乏對(duì)供電、排水、供風(fēng)、通風(fēng)、提升運(yùn)輸和充填系統(tǒng)設(shè)備的集中監(jiān)控。
● 第三，考慮到安全需求，無(wú)人化值守也是此次礦井智能化改造的一個(gè)重要目標(biāo)。
按照項(xiàng)目要求，需針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)狀況，需升級(jí)改造排水系統(tǒng)（670主、輔助泵房及河西610泵房）設(shè)備并新增設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)及其配套設(shè)施，根據(jù)水倉(cāng)液位情況自動(dòng)/手動(dòng)啟停、系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、排水泵錯(cuò)峰啟停、自動(dòng)控制水泵輪流工作、緊急故障報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)一鍵式排水、無(wú)人值守的智能閉環(huán)控制。
同時(shí)預(yù)留通過(guò)礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息上傳至生產(chǎn)管控平臺(tái)的接口，生產(chǎn)管控平臺(tái)對(duì)相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析后可向上發(fā)布，為今后提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)改造作好準(zhǔn)備工作。
毛坪礦智慧礦山變革之路
礦山的智能化、專業(yè)化建設(shè)依賴于科技的發(fā)展與進(jìn)步，因而在打造智慧礦山的過(guò)程中首先要從數(shù)據(jù)和安全著手，通過(guò)逐步解析、處理數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效結(jié)果預(yù)測(cè)，直至最后對(duì)各類數(shù)據(jù)加以系統(tǒng)性應(yīng)用，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高效生產(chǎn)力。
特別是在機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化采礦的當(dāng)下，各類數(shù)據(jù)的廣泛獲取以及有效利用，是智慧礦山系統(tǒng)建立和高效運(yùn)行過(guò)程最重要的基礎(chǔ)。
礦山行業(yè)在智能化建設(shè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集如通風(fēng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括風(fēng)速、風(fēng)量、溫度、負(fù)壓、O2、瓦斯、CO、粉塵、煙霧的數(shù)據(jù)；抽水試驗(yàn)井的層高、水位、水壓、流量、水溫、水質(zhì)以及降雨量、涌水量、排水量和水文觀測(cè)孔等數(shù)據(jù)；安全環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備穩(wěn)定性參數(shù)等；還包括井下和重點(diǎn)區(qū)域人員數(shù)量、人員位置、攜卡人員出入井時(shí)間、工作時(shí)間、重點(diǎn)區(qū)域出入時(shí)間、限制區(qū)域出入時(shí)間等，以及其他安全數(shù)據(jù)，包括通過(guò)隱患排查檢查出來(lái)的各類隱患點(diǎn)、人員違章作業(yè)記錄等。
對(duì)于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的搭建，主要分為子系統(tǒng)端的采集計(jì)算模塊以及礦端的匯總、計(jì)算、展示模塊。子系統(tǒng)端采集計(jì)算程序作為一個(gè)獨(dú)立的小工具進(jìn)行安裝部署配置運(yùn)行。子系統(tǒng)端匯總、計(jì)算、展示作為一個(gè)整體形成一個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)端將從第三方系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)化處理和部分計(jì)算后傳輸?shù)降V端，礦端對(duì)子系統(tǒng)端下發(fā)部分配置數(shù)據(jù)，以供子系統(tǒng)端計(jì)算所需。
通過(guò)對(duì)項(xiàng)目改造需求進(jìn)行分析，實(shí)施方制定了以下詳細(xì)的系統(tǒng)改造方案。
在核心監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施上，通過(guò)采用西門子正版WINCC7.5軟件搭建統(tǒng)一的軟件監(jiān)控平臺(tái)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)設(shè)備工況，并可對(duì)各子系統(tǒng)的I/O進(jìn)行控制。同時(shí)，通過(guò)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，可對(duì)各子系統(tǒng)的設(shè)備狀況進(jìn)行分析、查詢、統(tǒng)計(jì)。
在平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)上，采用Stratus ftServer容錯(cuò)服務(wù)器替代傳統(tǒng)服務(wù)器，承載核心監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，包含1臺(tái)ftServer4910容錯(cuò)服務(wù)器、1臺(tái)中央數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺(tái)web服務(wù)器，配置18臺(tái)操作站、2臺(tái)工程師站，其中ftServer容錯(cuò)服務(wù)器可大幅降低整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)非計(jì)劃宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了數(shù)據(jù)的安全性和完整性。
此方案完成了水泵的自動(dòng)開(kāi)停和工況檢測(cè)，同時(shí)系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程、本地操作狀態(tài)，具備自動(dòng)控制方式、手動(dòng)控制方式、檢修方式、一鍵啟動(dòng)方式、遠(yuǎn)程控制模式幾種操作模式，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)自動(dòng)控制、無(wú)人值守。
總體來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目實(shí)施后產(chǎn)生的具體效益體現(xiàn)在六大方面：
● 首先，可依據(jù)水倉(cāng)水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生產(chǎn)成本。
● 其次，實(shí)現(xiàn)就地?zé)o人值守，自動(dòng)運(yùn)行，可減少看護(hù)人員，相應(yīng)減少工資投入，并可充實(shí)設(shè)備維護(hù)檢修隊(duì)伍，提高維護(hù)質(zhì)量，減少事故發(fā)生，變事故發(fā)生后的被動(dòng)檢修為主動(dòng)的定期檢修，提高設(shè)備的使用率。
● 第三，可有效的保護(hù)水泵電機(jī)等設(shè)備。延長(zhǎng)使用壽命，減少事故停機(jī)時(shí)間，提高供排水能力，改善工作環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
● 第四，通過(guò)調(diào)整開(kāi)停時(shí)間避開(kāi)電力負(fù)荷高峰期，有效地削峰填谷，節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)國(guó)家碳中和環(huán)保要求。
● 第五，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)電力數(shù)據(jù)、供水?dāng)?shù)據(jù)，如電壓、電流，壓力、液位等。
● 第六，出現(xiàn)故障，進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)維修處理。
中國(guó)煤礦數(shù)量眾多，但是自然環(huán)境及開(kāi)采條件較為惡劣，在此基礎(chǔ)上中國(guó)煤礦的整體智能化應(yīng)用程度不高。而且很多中小型煤礦的安全設(shè)施和開(kāi)采設(shè)備相對(duì)落后，一些小煤礦甚至仍然在采用最原始的采煤方法，從根本上不完全具備安全生產(chǎn)的基本條件。
隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，礦山企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)從原來(lái)的粗放式管理與生產(chǎn)模式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦又悄芑?、精?xì)化的智能礦山生產(chǎn)，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)過(guò)程中的危險(xiǎn)性，更在一定程度上節(jié)約了成本，減少了由粗放型經(jīng)濟(jì)造成的不必要的經(jīng)濟(jì)損失與浪費(fèi)。
在智慧礦山建設(shè)過(guò)程中，Stratus ftServer容錯(cuò)服務(wù)器作為一款高可用性的產(chǎn)品被越來(lái)越多地用來(lái)替換傳統(tǒng)服務(wù)器，對(duì)核心監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行提供支撐，受到了客戶廣泛好評(píng)。
