導(dǎo) 讀
煤炭作為中國的第一大能源，儲存量龐大、分布范圍廣泛，然而中國大部分煤礦企業(yè)采用井工開采的方法，極易受到自然條件的限制和威脅。同時中國大多數(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產(chǎn)損失。
目前，中國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，無法滿足新時代煤礦自動化生產(chǎn)要求的現(xiàn)狀。
為積極響應(yīng)國家提出的碳中和、碳達(dá)峰要求，推進智慧煤礦轉(zhuǎn)型。近年來，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)外部先進經(jīng)驗基礎(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)濟和社會效益。
但距離生產(chǎn)智能化、無人化目標(biāo)尚存在較大差距，礦井仍然存在排水系統(tǒng)落后等問題，此外還存在設(shè)備操作強度大，人力成本較高，以及缺乏對供電、排水、供風(fēng)、通風(fēng)、提升運輸和充填系統(tǒng)設(shè)備等的實施監(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
隨著科技的進步與發(fā)展，礦山生產(chǎn)過程具備了標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、科學(xué)化的特點，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。
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)，項目實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。
通過對毛坪礦井項目分析，發(fā)現(xiàn)存在以下三個問題。
● 首先，毛坪礦井存在排水系統(tǒng)落后，設(shè)備操作強度大，人力成本較高等問題。
● 其次，缺乏對供電、排水、供風(fēng)、通風(fēng)、提升運輸和充填系統(tǒng)設(shè)備的集中監(jiān)控。
● 第三，考慮到安全需求，無人化值守也是此次礦井智能化改造的一個重要目標(biāo)。
按照項目要求，需針對現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)狀況，需升級改造排水系統(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、監(jiān)控系統(tǒng)及其配套設(shè)施，根據(jù)水倉液位情況自動/手動啟停、系統(tǒng)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集、排水泵錯峰啟停、自動控制水泵輪流工作、緊急故障報警等功能，實現(xiàn)排水系統(tǒng)一鍵式排水、無人值守的智能閉環(huán)控制。
同時預(yù)留通過礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息上傳至生產(chǎn)管控平臺的接口，生產(chǎn)管控平臺對相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行整合分析后可向上發(fā)布，為今后提升機遠(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)展與進步，因而在打造智慧礦山的過程中首先要從數(shù)據(jù)和安全著手，通過逐步解析、處理數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)進行有效結(jié)果預(yù)測，直至最后對各類數(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。
特別是在機械化、自動化、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)建立和高效運行過程最重要的基礎(chǔ)。
礦山行業(yè)在智能化建設(shè)過程中的數(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；還包括井下和重點區(qū)域人員數(shù)量、人員位置、攜卡人員出入井時間、工作時間、重點區(qū)域出入時間、限制區(qū)域出入時間等，以及其他安全數(shù)據(jù)，包括通過隱患排查檢查出來的各類隱患點、人員違章作業(yè)記錄等。
對于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的搭建，主要分為子系統(tǒng)端的采集計算模塊以及礦端的匯總、計算、展示模塊。子系統(tǒng)端采集計算程序作為一個獨立的小工具進行安裝部署配置運行。子系統(tǒng)端匯總、計算、展示作為一個整體形成一個業(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)過結(jié)構(gòu)化處理和部分計算后傳輸?shù)降V端，礦端對子系統(tǒng)端下發(fā)部分配置數(shù)據(jù)，以供子系統(tǒng)端計算所需。
通過對項目改造需求進行分析，實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)的實施上，通過采用西門子正版WINCC7.5軟件搭建統(tǒng)一的軟件監(jiān)控平臺，可實時監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)備工況，并可對各子系統(tǒng)的I/O進行控制。同時，通過存儲的歷史數(shù)據(jù)，可對各子系統(tǒng)的設(shè)備狀況進行分析、查詢、統(tǒng)計。
在平臺基礎(chǔ)架構(gòu)上，采用Stratus ftServer容錯服務(wù)器替代傳統(tǒng)服務(wù)器，承載核心監(jiān)控系統(tǒng)的運行，包含1臺ftServer4910容錯服務(wù)器、1臺中央數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺web服務(wù)器，配置18臺操作站、2臺工程師站，其中ftServer容錯服務(wù)器可大幅降低整個系統(tǒng)平臺非計劃宕機的風(fēng)險，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開停和工況檢測，同時系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程、本地操作狀態(tài)，具備自動控制方式、手動控制方式、檢修方式、一鍵啟動方式、遠(yuǎn)程控制模式幾種操作模式，實現(xiàn)排水系統(tǒng)自動控制、無人值守。
總體來說，項目實施后產(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，實現(xiàn)就地?zé)o人值守，自動運行，可減少看護人員，相應(yīng)減少工資投入，并可充實設(shè)備維護檢修隊伍，提高維護質(zhì)量，減少事故發(fā)生，變事故發(fā)生后的被動檢修為主動的定期檢修，提高設(shè)備的使用率。
● 第三，可有效的保護水泵電機等設(shè)備。延長使用壽命，減少事故停機時間，提高供排水能力，改善工作環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率。
● 第四，通過調(diào)整開停時間避開電力負(fù)荷高峰期，有效地削峰填谷，節(jié)約電費開支，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)國家碳中和環(huán)保要求。
● 第五，實時監(jiān)測各項電力數(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，進行聲光報警，提醒工作人員及時維修處理。
中國煤礦數(shù)量眾多，但是自然環(huán)境及開采條件較為惡劣，在此基礎(chǔ)上中國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)施和開采設(shè)備相對落后，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。
隨著科技的進步與發(fā)展，礦山企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)從原來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)過程中的危險性，更在一定程度上節(jié)約了成本，減少了由粗放型經(jīng)濟造成的不必要的經(jīng)濟損失與浪費。
在智慧礦山建設(shè)過程中，Stratus ftServer容錯服務(wù)器作為一款高可用性的產(chǎn)品被越來越多地用來替換傳統(tǒng)服務(wù)器，對核心監(jiān)控系統(tǒng)的運行提供支撐，受到了客戶廣泛好評。
