煤礦數(shù)字化礦山經(jīng)驗總結
----駱駝山煤礦綜合自動化與信息管理的數(shù)字化礦山經(jīng)驗總結
引 言
如何提高企業(yè)的競爭能力，我國未來煤炭企業(yè)的出路在那里，20世紀80年代后期，我國煤炭工業(yè)綜合自動化在一些大型的煤炭企業(yè)得到了一些應用，但不同程度存在管理層與生產(chǎn)過程層數(shù)據(jù)不能共享，形成了信息化孤島的狀況。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展及在其他行業(yè)綜合自動化的應用，信號處理技術、計算機技術、通訊技術及計算機網(wǎng)絡與自動控制技術的結合使過程控制開始突破自動化孤島模式，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、調度、管理、經(jīng)營于一體的綜合的信息化管理新模式。所有的信息將以數(shù)字化的方式表現(xiàn)出來，其應用的價值將體現(xiàn)在礦井安全生產(chǎn)自動化(管控一體化)上，體現(xiàn)在企業(yè)的減人增效、保障安全上。這給煤炭企業(yè)發(fā)展提供了一個挈機。根據(jù)煤炭企業(yè)生產(chǎn)的特點，企業(yè)生產(chǎn)強調的是生產(chǎn)過程的整體性，各個工序、各套設備生產(chǎn)加工組織的局部優(yōu)化是不夠的，局部的最優(yōu)安排可能與整體優(yōu)化產(chǎn)生沖突，只有企業(yè)整體生產(chǎn)經(jīng)營過程的優(yōu)化才能保證企業(yè)在生產(chǎn)成本和經(jīng)營效益上的最優(yōu)結果，因此需要利用CIMS的思想和方法，通過自動化系統(tǒng)的建設，達到整個設計、經(jīng)營加工過程的集成，實現(xiàn)整體優(yōu)化。而綜合自動化系統(tǒng)的建設，不僅依靠提高生產(chǎn)設備控制的自動化水平和增強企業(yè)的經(jīng)營管理，還要在設備控制和企業(yè)經(jīng)營管理之間實現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)控管理一體化，實現(xiàn)過程信息與管理信息的集成。對此，特提出數(shù)字化礦山的建設架構，見圖1。
圖1 煤礦企業(yè)ERPMESPCS三層體系的系統(tǒng)結構
一、對建設數(shù)字化礦山的認識
數(shù)字礦山是當今采礦科學、信息科學、人工智能、計算機技術和3S技術高度結合的產(chǎn)物，它將深刻改變傳統(tǒng)的采礦生產(chǎn)活動。我國在資源開采自動化控制、評價、管理、礦業(yè)專用軟件方面對外依存度高，嚴重影響了資源評價、儲量監(jiān)管、生產(chǎn)自動控制的水平，降低了礦山設計和計劃編制的效率與可靠性，制約了礦山信息化的進程。
數(shù)字礦山是國家戰(zhàn)略資源安全保障體系的重要組成部分，是評價礦山資源生態(tài)環(huán)境的重要數(shù)據(jù)基礎。數(shù)字礦山的建設是資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，是化解高危行業(yè)風險的根本途徑。
數(shù)字礦山主要系統(tǒng)如下：
1、數(shù)字采礦系統(tǒng)：
礦區(qū)無線網(wǎng)絡覆蓋系統(tǒng)
三維地質模型系統(tǒng)
三維礦床模型系統(tǒng)
地測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
礦石品位估算系統(tǒng)
邊坡穩(wěn)定性檢測系統(tǒng)
自動采掘規(guī)劃系統(tǒng)
礦業(yè)經(jīng)濟效益分析系統(tǒng)
設備點檢崗位巡檢信息系統(tǒng)
工業(yè)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)
地質數(shù)據(jù)快速測量分析系
井下礦人員設備定位系統(tǒng)
尾礦庫安全自動化監(jiān)控預警系統(tǒng)
大屏幕監(jiān)控與顯示系統(tǒng)
礦區(qū)行車安全預警系統(tǒng)
2、數(shù)字選礦系統(tǒng)：
破碎自控系統(tǒng)
磨礦工藝信息系統(tǒng)
浮選自動控制系統(tǒng)
脫水槽控制系統(tǒng)
磁選柱、旋流器、磁聚機控制系統(tǒng)
過濾水份控制系統(tǒng)
提鐵降硅控制系統(tǒng)
靜壓回水遠程自控系統(tǒng)
底流輸送自控系統(tǒng)
三水平衡控制系統(tǒng)
選礦廠工藝全流程DCS系統(tǒng)
二、駱駝山煤礦數(shù)字礦山、應用綜合自動化的現(xiàn)狀
因駱駝山煤礦屬基礎建設的礦井。數(shù)字礦山、應用綜合自動化各大系統(tǒng)正在進一步完善當中?，F(xiàn)主要包括以下幾大系統(tǒng)：
安全生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)
安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)
井下人員定位系統(tǒng)
無線小靈通通訊系統(tǒng)
工業(yè)電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)
大屏幕監(jiān)控與顯示系統(tǒng)
35KV變電所供電監(jiān)控系統(tǒng)
膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)(皮帶保護+PLC控制系統(tǒng))
洗煤廠PLC自動化控制系統(tǒng)
在客觀上這幾個方面信息系統(tǒng)都是互相共享利用的，然而在具體建設實施過程中，這些系統(tǒng)都是由不同的廠家完成，沒有從整個礦井利用信息的角度或者說從數(shù)字礦山的角度考慮和規(guī)劃礦井基礎信息的產(chǎn)生、認知、獲取、表達、處理、共享、可視化、傳輸和增值利用，所以雖然建立了各業(yè)務子系統(tǒng)，但在信息共享處理，信息再利用和數(shù)據(jù)挖掘方面存在問題，缺乏必要的數(shù)據(jù)訪問機制和豐富的可視化表現(xiàn)手段，沒有發(fā)揮礦井基礎信息應有的作用。
三、建立數(shù)字化礦山的目標及措施
1、建立完善監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)
要實現(xiàn)數(shù)字礦山，有關安全和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取是致關重要的，獲取方法除了人工檢測外，更重要的是利用先進可靠的傳感器和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實時采集有關技術參數(shù)，其中包括地質、礦壓、水文、瓦斯、火情、粉塵、提升、運輸?shù)?，針對目前有些礦監(jiān)測系統(tǒng)還不太完善的情況，除了加強人工采集數(shù)據(jù)了力度外，重點完善和改進自動化采集手段，例如完善地應力監(jiān)測設備、微震監(jiān)測設備、斷層探測裝置、水文監(jiān)測系統(tǒng)和井下人員定位系統(tǒng)等。
2、建立完善的地理信息系統(tǒng)
實現(xiàn)數(shù)字礦山的基礎是建立一個完整礦山四維地理信息系統(tǒng)，建設地理信息系統(tǒng)的目的是：(1)建立完整的礦山二維電子礦圖和精細的三維地質模型;(2)建立精細的數(shù)字地面模型和井巷工程模型;(3)建立完善井上下采礦設施模型;(4)利用獲取的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)，實時修正相應模型，配置和更新所有對象的屬性;(5)使所有礦山內容能夠按地理位置和時間順序進行可視管理和透明管理。
并且實現(xiàn)地測管理、采掘設計、通防分析、供電計算、人員指揮等內容的協(xié)同化和智能化。
3、完善管理規(guī)范，提高技術人員素質
針對我國采掘業(yè)部分一線技術人員素質低的問題，實現(xiàn)數(shù)字礦山還需要對一線技術人員進行知識提高和技術更新，使其在信息化建設中，樹立全局觀念、消除本位主義思想，熟練掌握本專業(yè)的基礎理論、提高技術技能，不要認為技術更新、技術改造和安全隱患排查是專家學者的事情，更不能對數(shù)字礦山建設中一切原始信息和處理結果一知半解，要按照信息化、數(shù)字化的管理規(guī)范工作，使自己成為信息化建設的主人公。
4、健全安全管理系統(tǒng)
眾所周知，現(xiàn)有的絕大多數(shù)煤礦安全管理系統(tǒng)都是一些有數(shù)據(jù)庫、檢查臺賬和統(tǒng)計報表組成的低智能系統(tǒng)，除了查詢統(tǒng)計方便之外，沒有太多用處。
安全管理系統(tǒng)建設目標是在四維地理信息系統(tǒng)的支持下，融合有關的模型庫、方法庫，實現(xiàn)真正的危險源辯識，為消除各種安全隱患提供決策支持，有了這樣的系統(tǒng)就如同有關安全專家親臨現(xiàn)場。
5、集成工業(yè)自動化系統(tǒng)
工業(yè)自動化集成也不是什么新鮮話題，因為，中國不僅有很多煤礦自動化系統(tǒng)集成商，也有許多礦山實現(xiàn)了工業(yè)自動的信息集成，但是這些集成系統(tǒng)只是把各子系統(tǒng)的運行界面進行了組態(tài)和集成，部分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的匯總和查詢，沒有實現(xiàn)各子系統(tǒng)的協(xié)同聯(lián)動，更沒有統(tǒng)一接口管理規(guī)范，不能為各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模型分析系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，沒有一個數(shù)據(jù)交換平臺，不能實現(xiàn)真正的管控一體化。
我們的目標是給出監(jiān)測、監(jiān)控、視頻、音頻、導航、定位和管理系統(tǒng)的統(tǒng)一接口規(guī)范，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的即插即用，實現(xiàn)實現(xiàn)真正的管控一體化。
6、完善礦山ERP系統(tǒng)
礦山ERP系統(tǒng)主要包括計劃管理、財務管理、設備管理、物資管理、人力資源管理、運輸銷售管理和綜合調度管理等，以前大多數(shù)系統(tǒng)只是實現(xiàn)了人工管理的計算機化，并沒有實現(xiàn)資源的有效整合和最佳利用。我們將通過優(yōu)化定額、以項目管理為主線、實現(xiàn)企業(yè)資源的優(yōu)化配置和時實調控，實現(xiàn)真正的精細化管理。
7、實現(xiàn)生產(chǎn)、安全、經(jīng)營的無縫集成
數(shù)字礦山建設的最終目標不僅是數(shù)字化有關采礦活動的一切內容，提供完善的信息支持，更重要的是實現(xiàn)生產(chǎn)、安全、調度、經(jīng)營和工業(yè)自動化的無縫集成和動態(tài)聯(lián)動，達到企業(yè)資源的最優(yōu)利用和安全生產(chǎn)決策指揮的快速響應，建造高產(chǎn)高效的本質安全型礦井，創(chuàng)造和諧的生產(chǎn)環(huán)境。
結語：
1、針對安全高效現(xiàn)代化礦井建設的需求，研究了綜合自動化數(shù)字礦山建設的結構體系及其支撐關鍵技術，包括煤礦企業(yè)PCS過程數(shù)據(jù)檢測技術、煤礦企業(yè)PCS生產(chǎn)過程建模技術、基于MES技術及原理的煤礦安全生產(chǎn)調度管理系統(tǒng)、基于可靠性的設備維護及連續(xù)生產(chǎn)保證系統(tǒng)技術、煤礦企業(yè)ERP/MIS管理技術、綜合自動化低成本集成技術以及礦井安全生產(chǎn)三維可視化平臺建設相關技術等。以此為基礎，設計了煤礦綜合自動化PCS , MES及ERP/MIS一體化解決方案，實現(xiàn)了煤礦的生產(chǎn)過程監(jiān)控及實時管理自動化目標。
2、數(shù)字化礦山建設的創(chuàng)新特色主要具有：①通過自主開發(fā)和集成創(chuàng)新，系統(tǒng)地建立了實用的煤礦企業(yè)綜合自動化與信息管理數(shù)字化礦山體系結構;②在煤礦企業(yè)MES中引人RCM系統(tǒng)，結合PCS的故障診斷與異常檢測，開發(fā)出連續(xù)生產(chǎn)保證子系統(tǒng);③將三維虛擬技術與煤礦安全生產(chǎn)調度管理系統(tǒng)(MES )結合，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)與礦井安全生產(chǎn)三維可視化信息平臺集成;④在煤礦綜合自動化工業(yè)控制網(wǎng)絡設計及應用中，引入ProfiNet網(wǎng)絡，實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)、視頻、語音”三網(wǎng)合一;⑤在國產(chǎn)采煤機開發(fā)應用了自動調整滾筒高度記憶割煤智能化技術，實現(xiàn)了綜采工作面采煤機仿形割煤智能控制。
3、通過數(shù)字化礦山建設的成功實施及應用，提高了礦井生產(chǎn)自動化程度和綜合管理水平，實現(xiàn)了礦井減員提效增安的目標，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益：①生產(chǎn)管理部門對生產(chǎn)信息的把握更快、更準確，對生產(chǎn)的調度和指揮也更為及時、正確;②礦井安全生產(chǎn)綜合管理三維可視化信息系統(tǒng)以及綜合自動化程度的實施，提高了監(jiān)控手段，提高生產(chǎn)管理效率，增加了企業(yè)效益;③礦并生產(chǎn)自動化系統(tǒng)及安全管理監(jiān)控系統(tǒng)等基層自動化系統(tǒng)應用，井下一、二線工作人員大大減少，減輕了安全管理人員的負擔。
總之，數(shù)字化礦山的成功建設與運用，改變煤礦員工的生產(chǎn)條件，樹立企業(yè)新形象;提高煤礦的社會地位，樹立了煤礦行業(yè)員工的新形象;促進了本安型礦井的建設;為企業(yè)的決策提供了準確的各類依據(jù)改進決策方法，提高決策質量;提高了員工的整體素質，促進了企業(yè)職工的和諧;提高安全生產(chǎn)管理水平，保障職工人身安全;減少崗位用工，提高了企業(yè)效益;提高了掌握全礦的生產(chǎn)和安全信息的能力，進一步實現(xiàn)了數(shù)字化礦山建設，為煤炭企業(yè)的數(shù)字化礦山建設探索走出了新路子。
