皖北煤电集团钱营孜煤矿戈文行——《浅谈煤矿智能化技术在机电专业中的应用》

煤矿智能化是煤矿企业高质量发展的必然途径，将互联网5G+、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、分析决策、自主学习、实时互联、动态预测、协同控制的智能系统，本文对钱营孜煤矿在机电专业智能化应用进行了概述。

关键词：煤矿智能化；物联网5G+；

1、概述

在《国家能源安全战略行动计划（2013—2020）》中明确提出了“四个革命和一个合作”的战略要求，国家能源局在《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》中，明确了“节约、清洁、安全”三大能源战略方针和“节能优先、绿色低碳、立足国内、创新驱动”四大能源发展战略，部署了增强能源自主保障能力、推进能源消费革命、优化能源结构、拓展能源国际合作、推进能源科技创新等能源发展改革的重点任务。

2016年12月国家发展改革委、国家能源局发布的《煤炭工业发展“十三五”规划》要求，到2020年，建成集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系，煤矿信息化、智能化建设取得新进展，建成一批先进高效的智慧煤矿，促使煤炭企业生产效率大幅提升，全员劳动工效达到1300吨/人·年以上。2017年国家发改委发布《安全生产“十三五”规划》，要求在矿山领域实施“机械化换人、自动化减人”，推广应用工业机器人、智能装备等，减少危险岗位人员数量和人员操作。

2.煤矿智能化在机电专业中的应用现状

1.中央变电所及大泵房矿用巡检机器人的应用

中央变电所及大泵房通过铺设的轨道，机器人能够快速稳定的运行，搭载高清的相机及热成像镜头，对关键巡检点进行定时的巡查，同时搭载有害气体、烟雾及温湿度传感器，能够时刻监控变电所环境数据，具有音频分析、报警提示功能。巡检机器人，减轻基层员工劳动强度；能第一时间发现设备运行过程中出现的问题和隐患，及时预警，避免事故扩大化；能够实现有效、可靠巡检，提升煤矿企业的本质安全管理。

2.高压甲烷电双重化闭锁

为避免因联锁开关故障造成甲烷电闭锁失效，通过对供电系统中两级供电开关进行甲烷电闭锁控制，来实现甲烷电闭锁“双重化”。

对电力监控分站的通讯接口进行拓展扩容，提高信号传输速度，修改分站程序使其具有开关之间“关联设置”功能，即当被关联的下级开关出现拒动后，其上级关联开关执行跳闸，同时将各开关故障事件和操作事件上传至上位机形成报警事件，实现上下级供电开关“关联”动作。从而降低因供电设备故障造成甲烷电断电失败的几率，提高甲烷电闭锁的可靠性。

3.中央泵房自动轮循开泵功能

在大泵房现有设备基础上，通过优化程序流程，实现大泵控制系统自动轮循开停。在23：00至8：00时间段内，当中央水仓水位大于2.8米自动启泵，水位小于1.8米时自动停泵，每台泵运行2小时自动切换至另一台水泵运行，实现根据设定水位、用电峰谷自动轮换启/停水泵功能，并已接入矿综合自动化平台，提升的矿井智能化水平。

4.主副井提升系统

建有设备状态诊断系统，具备设备故障诊断与信息推送功能，把振动、温度实时推送至智能专家数据库，实现对提升机、主电机、天轮的轴承振动、温度进行实时监控分析诊断功能，当传感器损坏或断线数据异常时，能够自动报警。副井提升系统安装有重力提升系统，当出现悬罐事故时，可以安全的把罐笼提升至地面。副井上下口、尾绳、提升机房、验绳点等建有视频监视系统。已接入矿综合自动化平台，在集控室对提升机各种参数及运行状态进行远程集中监视。装载系统已实行智能化，当西胶主煤仓煤位低于5米时，装载硐室给煤机自动停止且不能启动，实现煤仓放煤系统进行智能联动。装载硐室、尾绳、接收仓、提升机房、验绳点等建有视频监视系统，在副井车房装设远程操作台，实现对主井提升系统的远程集中控制、无人值守。已接入矿综合自动化平台，在集控室对提升机各种参数及运行状态进行远程集中监视。

安装主副井检修平台，检修人员直接在检修平台上对钢丝绳进行检查与维护，省去以往搭设木板作业，减少工作劳动强度，提高作业安全系数。

副井安装自动罐帘门，改变以往把钩工人工开闭罐帘门，通过遥控操作，减少人员作业强度。

5.通风机集控系统

实现对通风机及风门的远程控制和通风机运行状态、轴承温度、电机绕组温度、传动轴温度、非传动轴温度、稀油站温度、稀油站压力、风量、负压、轴承振动、电压、电流、风门状态、工作模式、高压柜状态等参数进行实时在线监测，实现集中采集、显示和故障诊断的功能，当轴承温度大于70℃、振动大于100um、电机绕组温度大于110℃时，通风机报警，同时具有一键启停、一键倒机、双电源自动切换功能，已接入矿综合自动化平台，在集控室进行远程集中控制，实现无人值守。

6.压风机集控系统

在集控室可以实现对压风机出口压力、风包压力、管网压力、压风机出口温度、管网温度、风包温度、电机轴承温度、电机绕组温度、主电机振动以及电机电流、电压、功率等电气参数的连续在线监测以及远程启停功能，并具备集中控制、故障诊断、监测预警、负荷调节功能，当主排气温度大于103℃、风包温度大于70℃、电机绕组温度大于120℃、电机振动值大于100um时，压风机报警，当管网压力小于6.5KPa时，机组自动加载，管网压力大于7.2KPa，机组自动卸载，全自动运行方式下，完成压风机的自动加卸载控制，实现无人值守。根据程序设定实现压风机自动轮转开停及风包定期自动排污功能。在压风机本体室、高压室、变频器室装设有视频监控系统，实现对压风机房的实时监视。

7.部通风机远程集中控制系统

为实现局部通风机在非计划停风时快速启动风机，减少非计划停风的影响时间，增加局部通风机运行的持续性。建成井下局部通风机远程集中控制系统，能够连续在线监测局部通风机状态、运行参数和环境参数等信息，多方位实现局部通风机的切换、启停等实用功能。

8.低压检漏保护装置远端漏电跳闸试验集控

低压检漏保护装置远端漏电跳闸试验集控系统主要由监控计算机、以太网交换机、PLC控制箱、信号转换器和终端电阻箱组成，可在地面和井下变电所实现系统包含范围内供电线路的远端漏电试验远程操作、试验反馈信号采集。实现矿井远端漏电试验的综合自动化，降低劳动强度、提高安全系数。

9.井下高压漏电保护装置

我矿井下高压供电系统中性点经消弧线圈接地后，造成高压配电开关配备的漏电保护装置产生不正常的误动或者拒动现象，通过安装高压漏电保护装置解决中性点经消弧线圈接地系统的漏电保护。该装置采用集中控制模式，用“能力法”、“有功功率法”和 “突变量法”综合决策原理，不受系统运行方式、长短线悬殊、接地程度等问题的影响。

10.井下串联运输皮带机智能控制系统的应用

主运皮带运输系统作为钱营孜煤矿生产最重要的系统之一，其特点是运距长、环节多、能耗大。依靠传统的皮带控制系统和维护无法满足现有的的安全生产管理以及人员紧张的情况。安装井下主运皮带机集中管理和智能控制系统，实现了对主运输系统运行状态、报警信息、人员信息进行实时监控和计算，实现视频智能调速，达到对主运系统科学管理、减员增效、提高故障处理效率、减少事故隐患的目的

11.主运胶带机集控系统升级的完成

根据《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法》要求，我矿主运胶带机无电动机及主要轴承温度及振动监测装置。通过集控系统升级，增加主要轴承温度及振动监测装置，监测信号通过工业环网上传并接入皮带机集控工控机，监测软件基于皮带集控软件开发，实现分析数据变化，智能报警和预警，掌握设备健康程度，优化检修项目、方式、周期，以到达减少设备漏检和失检，以保障设备安全、稳定、高效、长期健康运行。

3、煤矿智能化在机电运输专业中的发展前景

要想以数字化、网络化、智能化为方向，建立国家级煤矿信息大数据分析与共享交换平台，同步推进网络安全和煤矿智能化发展，只有优先在煤矿内部建立一个智能化平台，采集企业数据，进行统一管理，推进煤炭生产企业建立安全、共享、高效的煤矿智能化大数据应用平台，构建实时、透明的煤矿数据链条，实现煤矿智能化和大数据的深度融合与应用。

工业数据+人工智能有机结合，赋能新一代智慧矿山，工业数据必须要充足、准确，

数据的采集和传输是制约煤矿智能化发展的重大症结点，由于井下环境条件恶劣且巷道曲折，阻挡物较多，造成了数据传输速度慢和真实性降低问题凸显，只有加强对数据传输线路建设和完善，不仅仅使用传导效率高的光纤传输，并与无线传输共同配合，提高信息的传输速率，结合上行传输频率高和下行传输频率低的相关特点，进行有针对地区分各类数据传输线路的建设，对于网络系统中涉及的硬件设备必须能适应煤矿企业的特殊环境，并对传输线路注意进行保护，确保数据的实时性和准确稳定性。

在井下数据信息越过层层的障碍传输至处理中心时，需要进行及时的分析处理，确保信息的时效性，为解决矿山智能化和信息化系统处理数据信息效率低问题，应切实提高矿井信息的处理能力，与信息传输处理专业性较强的企业共同协作，共同建设，例如：在2021年9月14日国家能源集团携手华为公司发布“矿鸿操作系统”。该系统在煤炭领域第一次实现了统一的设备层操作系统，以统一的接口和协议标准，解决了不同厂家设备的协同与互通的问题。“矿鸿操作系统”将从多个方面助力煤炭产业的数字化转型：一是共同打造煤矿工业互联网、建设未来煤矿，有效解决“产业安全”问题；二是通过制定煤矿行业接口、协议标准，有效推进行业适配；三是打磨煤矿工业物联网操作系统，实现工业控制体系的国产、安全可信；四是构建煤矿工业互联网生态体系，推进数字经济和能源经济的融合。

通过数据处理中心收集到了足够的数据建立起来的专家系统方能发挥其重要作用，专家系统是一类包含知识和推理的智能计算机程序，不同于传统程序的仅仅只能进行数据计算和数据处理，而是使用人类专家推理的计算机模型来处理现实世界中需要专家作出解释的复杂问题，并替代专家给出决策建议。

关于专家系统知识系统搜集知识的方式不仅为自动检测传感器数据等结构化数据，而且包括非结构化数据和行业属性特征，非结构化数据主要是管理数据主要包含检维修报告、故障分析报告等数据，难以用数据量化的信息是对结构化数据的补充，行业属性特征主要是行业经验和机理知识，机理知识在实际运用场合中是避免数据干扰的重要数据来源，三者数据相结合，支持后续的数据分析，通过智能化平台体现出生产过程透明化，为生产的管理者提供不一样的洞察能力和分析能力，对每个事件和产品都具有可追溯性。

针对数据分析首先要强化数据感知，通过人工智能分析的算法能够理解数据背后的含义来支持煤矿机电运输行业的问题发掘和决策，例如：西门子预测性维护系统SiePA系统通过对数据的分析能够识别重要转动设备机械类型的故障实现其预测预警，对其涉及工艺性的功能型故障也能够对这些时序的数据进行相应的理解分析和挖掘，从而识别功能类型的故障。其次锐化运营，通过将各个行业的专家经验进行固化，通过计算机的算法可以实现比传统的专家经验更进一步地实现跨专业的综合协同分析，对智慧矿山有更好的促进作用，最后进行优化控制，从过去强调的自动化的精准控制，更重要的进一步优化精准控制到最佳控制。通过平台部署一些人机界面或者移动App更直观的给决策者呈现数据分析成果。针对煤矿机电运输方面，数据分析的重要性尤为突出，通过专家系统对数据可视化报表、报警管理进行根因分析，对机电设备进行故障预警，降低设备能耗，使运行参数最优化，实现数据生产力的变现，持续优化煤矿的生产运营，保障矿井安全稳定运行。

4、结束语

煤矿智能化是大势所趋，在全国工业制造业智能化的浪潮下，煤炭行业作为我国重要的能源行业，其智能化建设直接关系我国国民经济和社会智能化的进程。数据已经成为一大重要的生产要素，是煤矿智能化的重要基础。只有统一部署，统一规划，多方协作方能淘汰落后产能，推动生产结构优化的持续开展，推进煤炭产业转型升级。

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