導 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。同時中國大多數煤礦的智能化水平還基本處于萌芽階段，生產數據往往不能得到及時的整理和處理，從而導致生產效率低下，容易造成人身傷害以及財產損失。
目前，中國一些煤礦普遍存在智能化領域投入嚴重不足，生產設備落后，無法滿足新時代煤礦自動化生產要求的現狀。
為積極響應國家提出的碳中和、碳達峰要求，推進智慧煤礦轉型。近年來，毛坪礦不斷投入資金和人力，在充分研究新技術應用現狀和行業內外部先進經驗基礎上，持續加大科技研發和應用投入，加快智能礦山、環保礦山建設，取得了顯著的經濟和社會效益。
但距離生產智能化、無人化目標尚存在較大差距，礦井仍然存在排水系統落后等問題，此外還存在設備操作強度大，人力成本較高，以及缺乏對供電、排水、供風、通風、提升運輸和充填系統設備等的實施監控功能，成為制約礦山裝備水平提升及智能化發展的主要挑戰。
毛坪礦信息化發展現狀
隨著科技的進步與發展，礦山生產過程具備了標準化、系統化、科學化的特點，在一定程度上促成了智慧礦山的發展，保障了礦井工人的生命健康及礦山企業的可持續經營。
毛坪礦所在彝良縣地處云南省東北部的云、貴、川三省結合部的烏蒙山區，項目實施地位于云南省昭通市彝良縣境內。智慧礦山本質就是安全礦山、高效生產礦山、清潔礦山，而礦山的數字化、信息化、智能化則是智慧礦山建設工作的基礎和前提要求。
煤礦智能化最直接的目標是減人、增安、提效和環保，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，發現存在以下三個問題。
● 首先，毛坪礦井存在排水系統落后，設備操作強度大，人力成本較高等問題。
● 其次，缺乏對供電、排水、供風、通風、提升運輸和充填系統設備的集中監控。
● 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。
按照項目要求，需針對現有設備系統、監控系統狀況，需升級改造排水系統（670主、輔助泵房及河西610泵房）設備并新增設備遠程監測、監控系統及其配套設施，根據水倉液位情況自動/手動啟停、系統實時監控數據采集、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，實現排水系統一鍵式排水、無人值守的智能閉環控制。
同時預留通過礦山網絡系統將信息上傳至生產管控平臺的接口，生產管控平臺對相關信息數據進行整合分析后可向上發布，為今后提升機遠程監控系統改造作好準備工作。
毛坪礦智慧礦山變革之路
礦山的智能化、專業化建設依賴于科技的發展與進步，因而在打造智慧礦山的過程中首先要從數據和安全著手，通過逐步解析、處理數據，基于大數據進行有效結果預測，直至最后對各類數據加以系統性應用，將數據轉化為高效生產力。
特別是在機械化、自動化、信息化、智能化采礦的當下，各類數據的廣泛獲取以及有效利用，是智慧礦山系統建立和高效運行過程最重要的基礎。
礦山行業在智能化建設過程中的數據采集如通風設備狀態數據，包括風速、風量、溫度、負壓、O2、瓦斯、CO、粉塵、煙霧的數據；抽水試驗井的層高、水位、水壓、流量、水溫、水質以及降雨量、涌水量、排水量和水文觀測孔等數據；安全環境數據、設備穩定性參數等；還包括井下和重點區域人員數量、人員位置、攜卡人員出入井時間、工作時間、重點區域出入時間、限制區域出入時間等，以及其他安全數據，包括通過隱患排查檢查出來的各類隱患點、人員違章作業記錄等。
對于數據分析系統的搭建，主要分為子系統端的采集計算模塊以及礦端的匯總、計算、展示模塊。子系統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。子系統端匯總、計算、展示作為一個整體形成一個業務子系統。子系統端將從第三方系統采集到的數據經過結構化處理和部分計算后傳輸到礦端，礦端對子系統端下發部分配置數據，以供子系統端計算所需。
通過對項目改造需求進行分析，實施方制定了以下詳細的系統改造方案。
在核心監控系統的實施上，通過采用西門子正版WINCC7.5軟件搭建統一的軟件監控平臺，可實時監測子系統設備工況，并可對各子系統的I/O進行控制。同時，通過存儲的歷史數據，可對各子系統的設備狀況進行分析、查詢、統計。
在平臺基礎架構上，采用Stratus ftServer容錯服務器替代傳統服務器，承載核心監控系統的運行，包含1臺ftServer4910容錯服務器、1臺中央數據服務器、1臺web服務器，配置18臺操作站、2臺工程師站，其中ftServer容錯服務器可大幅降低整個系統平臺非計劃宕機的風險，提高了數據的安全性和完整性。
此方案完成了水泵的自動開停和工況檢測，同時系統分為遠程、本地操作狀態，具備自動控制方式、手動控制方式、檢修方式、一鍵啟動方式、遠程控制模式幾種操作模式，實現排水系統自動控制、無人值守。
總體來說，項目實施后產生的具體效益體現在六大方面：
● 首先，可依據水倉水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生產成本。
● 其次，實現就地無人值守，自動運行，可減少看護人員，相應減少工資投入，并可充實設備維護檢修隊伍，提高維護質量，減少事故發生，變事故發生后的被動檢修為主動的定期檢修，提高設備的使用率。
● 第三，可有效的保護水泵電機等設備。延長使用壽命，減少事故停機時間，提高供排水能力，改善工作環境，提高勞動生產率。
● 第四，通過調整開停時間避開電力負荷高峰期，有效地削峰填谷，節約電費開支，保護生態環境，實現國家碳中和環保要求。
● 第五，實時監測各項電力數據、供水數據，如電壓、電流，壓力、液位等。
● 第六，出現故障，進行聲光報警，提醒工作人員及時維修處理。
中國煤礦數量眾多，但是自然環境及開采條件較為惡劣，在此基礎上中國煤礦的整體智能化應用程度不高。而且很多中小型煤礦的安全設施和開采設備相對落后，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的基本條件。
隨著科技的進步與發展，礦山企業的生產已經從原來的粗放式管理與生產模式，逐漸轉變為更加智能化、精細化的智能礦山生產，不僅大大提高了生產效率，降低了生產過程中的危險性，更在一定程度上節約了成本，減少了由粗放型經濟造成的不必要的經濟損失與浪費。
在智慧礦山建設過程中，Stratus ftServer容錯服務器作為一款高可用性的產品被越來越多地用來替換傳統服務器，對核心監控系統的運行提供支撐，受到了客戶廣泛好評。
