“5+4”智慧工程，讓開采更聰明

山西焦煤集團(tuán)西山煤電馬蘭礦地處呂梁山東翼、汾河之濱，位于我國最大主焦煤生產(chǎn)基地——山西省古交市，是國家“七五”期間建設(shè)的國有特大型現(xiàn)代化礦井。馬蘭礦于1983年11月開工建設(shè)，1990年6月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬噸/年，服務(wù)年限107年。

馬蘭礦提出，以“物聯(lián)網(wǎng)整合，互聯(lián)網(wǎng)傳輸，數(shù)字化集成，可視化保障，程序化操作”為核心目標(biāo)，實(shí)施“5+4”智慧工程，通過“大膽淘汰、大力升級(jí)、大方引進(jìn)”，將設(shè)備、工藝與系統(tǒng)、平臺(tái)同步設(shè)計(jì)、同步攻關(guān)、同步發(fā)力、同步推進(jìn)。

“5+4”智慧工程中的“5”是指“五個(gè)統(tǒng)一”，即統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)、統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的“一張圖”管控一體化平臺(tái)；“4”是指建立安全管控系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)以及企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）四大子系統(tǒng)?！?+4”智慧工程，架構(gòu)智能化，利用“數(shù)智化”，讓煤礦開采更聰明。

打造數(shù)字化智慧體

“五個(gè)統(tǒng)一”的目的是建立基于空間和時(shí)間的四維地理信息、泛在網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬化、計(jì)算機(jī)軟件以及各種網(wǎng)絡(luò)，集成應(yīng)用各類傳感感知、數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)控制、智能決策等技術(shù)，建成精準(zhǔn)適時(shí)采集、高可靠網(wǎng)絡(luò)化傳輸、規(guī)范化信息集成、實(shí)時(shí)可視化展現(xiàn)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動(dòng)化運(yùn)行，為各類決策提供智能化服務(wù)的數(shù)字化智慧體，使整個(gè)礦井具有自我學(xué)習(xí)、分析和決策的能力。

一是統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

馬蘭礦構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用寬帶光纖網(wǎng)+4G無線寬帶網(wǎng)+窄帶傳輸，打造煤礦高速通信的異構(gòu)網(wǎng)，建立數(shù)字化礦山高速信息傳輸通道（煤礦信息高速公路）。同時(shí)，建設(shè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性和私密性，實(shí)現(xiàn)井下語音通話、數(shù)據(jù)通信、無線視頻、設(shè)備集控等。

馬蘭礦在升級(jí)了井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上新建了一個(gè)環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)的分開傳輸、互不干擾；建成了覆蓋地面、井下大巷以及南五下組煤盤區(qū)的4G無線網(wǎng)絡(luò)，并配置部分手持終端，為多系統(tǒng)的無線接入奠定了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；地面構(gòu)筑了辦公網(wǎng)、云數(shù)據(jù)中心等。

未來，馬蘭礦將在井下主干采用24芯礦用鎧裝光纜重新布線，服務(wù)器、操作系統(tǒng)、交換機(jī)、網(wǎng)管軟件、輔材全套配備；在調(diào)度中心引進(jìn)4G核心網(wǎng)，布置地面基站、井下基站等，配置手持終端，實(shí)現(xiàn)井下4G全覆蓋、人員隨時(shí)通信；不斷提高通信帶寬，將原有的人員定位系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)等通過4G無線接入到數(shù)據(jù)中心，減少井下線纜鋪設(shè)和維護(hù)量，同時(shí)使礦山設(shè)備、人員、車輛、工藝在統(tǒng)一的寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上運(yùn)行。

二是統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)。

目前，馬蘭礦各系統(tǒng)的開發(fā)相對(duì)獨(dú)立，對(duì)智慧礦山數(shù)據(jù)傳輸造成了障礙。根據(jù)接口系統(tǒng)特點(diǎn)，馬蘭礦擬采用分布式、模塊化、跨平臺(tái)的開放體系結(jié)構(gòu)和基于標(biāo)準(zhǔn)MODBUS RTU通信協(xié)議，支持Modbus-TCP/IP通信機(jī)制，兼顧有線、無線接口的接入，并為分布式系統(tǒng)及終端提供多種自動(dòng)化接口模式。

未來五年，馬蘭礦將統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌建立現(xiàn)有各系統(tǒng)的交換標(biāo)準(zhǔn)接口，將企業(yè)各種信息系統(tǒng)、應(yīng)用資源有效整合到一起，實(shí)現(xiàn)信息共享。

三是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

馬蘭礦依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)，將構(gòu)建集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析利用于一體的云數(shù)據(jù)平臺(tái)。近期，馬蘭礦將引進(jìn)云數(shù)據(jù)設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有機(jī)房進(jìn)行升級(jí)改造和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，通過統(tǒng)一的接口將現(xiàn)有各系統(tǒng)數(shù)據(jù)遷至云數(shù)據(jù)中心，利用虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)眾多應(yīng)用的集中部署、資源共享，從而建立智能分析與決策系統(tǒng)模型。

四是統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)備、物資的管理上，馬蘭礦將創(chuàng)建統(tǒng)一的編碼系統(tǒng)，提高信息交換和數(shù)據(jù)共享能力。一方面建立點(diǎn)檢設(shè)備的編碼體系，另一方面建立物資管理的編碼體系，使庫存信息分享更及時(shí)，實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)賬和實(shí)物賬的統(tǒng)一。

五是統(tǒng)一的“一張圖”管控一體化平臺(tái)。

馬蘭礦的調(diào)度中心對(duì)人員定位系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了集中管理，但該礦的絕大多數(shù)系統(tǒng)沒有數(shù)據(jù)接入，因此調(diào)度管理較為滯后。

未來五年，馬蘭礦將建立GIS的分布式協(xié)同“一張圖”信息支持系統(tǒng)，將調(diào)度室打造為全礦的集控中心，并開發(fā)包括安全監(jiān)測(cè)、人員定位、視頻監(jiān)控、移動(dòng)指揮、應(yīng)急避險(xiǎn)等功能為一體的移動(dòng)智能終端，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確指揮。配套建設(shè)數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)配置服務(wù)器、節(jié)點(diǎn)交換機(jī)、可視化管理平臺(tái)等智能設(shè)備，人、機(jī)、環(huán)各因素實(shí)現(xiàn)全面感知。

升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)和裝備

馬蘭礦的智慧礦山建設(shè)尚處于起步階段。2019年，馬蘭礦打造了一個(gè)智能化工作面，在井下部分區(qū)域配套跟進(jìn)智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一鍵啟停、記憶割煤、自動(dòng)跟機(jī)、視頻監(jiān)控的智能開采。未來，馬蘭礦將大力淘汰老舊設(shè)備，升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)和裝備，引進(jìn)智能設(shè)施和高精技術(shù)，建立安全管控系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）四大應(yīng)用主系統(tǒng)。

一是安全管控系統(tǒng)。

馬蘭礦的安全管控系統(tǒng)已完成55%。我們通過升級(jí)KJ90X監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，引進(jìn)千米定向鉆機(jī)，完成了地面各個(gè)風(fēng)機(jī)房、抽采泵站以及井下所有盤區(qū)的改造。引進(jìn)履帶式全液壓坑道機(jī)，健全了礦井水文動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)，加設(shè)分站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，智能監(jiān)測(cè)礦井水文動(dòng)態(tài)。安設(shè)束管防滅火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從井下延伸至各個(gè)采區(qū)、大巷，對(duì)各種氣體含量實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè)，對(duì)煤層自然發(fā)火進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。引進(jìn)音頻服務(wù)器、調(diào)度主機(jī)等，其中井下廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙向通話。

下一步，我們將進(jìn)一步優(yōu)化礦井生產(chǎn)布局，加快構(gòu)成大采區(qū)，加快盾構(gòu)機(jī)、110工法等新裝備、新工藝的推廣。擬建立安全管理信息系統(tǒng)和重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)體系庫，對(duì)重大危險(xiǎn)源分類、重大危險(xiǎn)源等級(jí)、應(yīng)急預(yù)案等數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。通過更新改造高低壓開關(guān)柜及綜合保護(hù)、電力系統(tǒng)集中監(jiān)控后臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)抽采泵站智能化管理。擬建立應(yīng)急救援資源及管理信息數(shù)據(jù)庫，建成應(yīng)急處置、指揮以及演練綜合性平臺(tái)。

二是生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)主要分為兩方面。一方面是淘汰老舊設(shè)施、升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)、引進(jìn)智能裝備。另一方面是配套建立12項(xiàng)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)與技術(shù)的智能管控。

我們引進(jìn)了多功能巖巷快速掘進(jìn)復(fù)合式鑿巖鉆車與爆破技術(shù)、TBM盾構(gòu)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了巖巷全斷面掘進(jìn)、自動(dòng)化操作。推廣使用超前支架，引進(jìn)井下監(jiān)控中心、采煤機(jī)控制系統(tǒng)等，建成了18509智能工作面及配套的工作面智能監(jiān)控系統(tǒng)。

同時(shí)，馬蘭礦將持續(xù)引進(jìn)先進(jìn)的采煤機(jī)、支架電控、刮板輸送機(jī)等，配套建立采、掘、開工作面的監(jiān)控系統(tǒng)，與集控中心實(shí)現(xiàn)無縫傳輸。

關(guān)于智慧調(diào)度方面，我們于2018年完成了地面工業(yè)區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的初級(jí)升級(jí)。未來，馬蘭礦將圍繞智能監(jiān)控建設(shè)，二次升級(jí)工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并將其并入集控中心，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。

三是輔助生產(chǎn)系統(tǒng)。

馬蘭礦現(xiàn)有的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)部分實(shí)現(xiàn)了智能化。井下現(xiàn)有2座自動(dòng)化充電硐室，蓄電池電機(jī)車實(shí)現(xiàn)了輔助駕駛，井下12部固定帶式輸送機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)改造，對(duì)變頻器、集控裝置等進(jìn)行了改造。升級(jí)井下排水系統(tǒng)，對(duì)各變電所、配電點(diǎn)內(nèi)設(shè)備以及保護(hù)裝備進(jìn)行了智慧改造，井下8個(gè)變電所、8個(gè)排水泵房已實(shí)現(xiàn)無人值守。按照規(guī)劃，輔助生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)計(jì)2022年底投入使用。

四是企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP)。

馬蘭礦于2018年引進(jìn)契約化管理系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)具備報(bào)表分析、預(yù)算管理、內(nèi)部市場(chǎng)化管理、獎(jiǎng)罰考核管理四大功能，數(shù)據(jù)可以通過手機(jī)APP查詢進(jìn)行互通。下一步，該礦將建立企業(yè)地面單位管理系統(tǒng)，即企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）。

（作者系山西焦煤集團(tuán)西山煤電馬蘭礦礦長(zhǎng)）