矿井智慧工序的研究与应用

任富强 郭坤闪

（平顶山天安煤业股份有限公司八矿，河南 平顶山 467012）

随着电子技术和计算机技术的发展和普及，企业的信息化程度已经成为决定企业效益和国家经济增长的战略资源，利用信息技术提高企业管理效率和管理水平，提升企业核心竞争力，已经成为国家和企业关注的热点。矿井智能工序的研究与示范应用是在国家大力推进信息化的背景下进行的探索研究，符合矿井智能化发展的需要。

1 矿井智慧工序介绍

矿井智慧工序是应智慧矿山的概念而产生的，矿山智慧化是矿山信息化在经历自动化、数字化发展阶段后迎来的新时代［1］。所谓矿井智慧工序，从广义上讲是指能够自动地、智能地对矿井生产实际情况迅速、灵活、正确地做出判断并处理的能力；从狭义上讲是指提取实际生产中的工序（工作流程），通过自动化信息化的方法使设备能够根据生产环境变化自主工作，实现无人值守。矿井智慧工序的研究是从各个单机自动化系统的工序入手，研究工序的每个细微的过程，通过优化升级，完善系统，使其能够自动快速正确的进行处理，为实现智慧矿山开拓了一种新的研究模式［2］。

2 整体方案

通过对平煤股份八矿的工作面监测系统、胶带机集控系统、地面储装运系统、选煤厂集控系统、排水系统、提升系统、压风系统等进行研究和分析，优化和升级，使其初步具有参数的自动采集，故障的自动报警、事故的自动处理等初步的智能。主要采用如下方案：

①对胶带机的集控系统和煤楼集控系统进行研究，对处理程序进行升级处理，实现了顺煤流的控制。

②对压风机监控系统的运行模式和运行规律进行分析，实现了根据总管网压力和各台空压机状况的智能运行。

③对中央排水系统的工序进行的研究，目前已经达到了避峰就谷的智能运行。

④对应急通讯保障系统和通风机等系统进行研究，使其更加智能。

3 具体实施方法

这里主要以皮带输送系统，排水系统，压风系统为例进行介绍。

3.1 对胶带机实施顺煤流节能运行［3］

平煤股份八矿地面储装运系统共有皮带31部，给煤机4台，破碎机2部，螺旋筛2部，振动筛2部。系统结构如图1所示：

图1 平煤八矿煤楼运输系统结构

以二系统入东大仓这条煤流进行举例分析。此流程如下：

给煤机——202皮带——204皮带——208振动筛——212皮带——216破碎机——220皮带——224皮带（正转）——231皮带——233皮带——东大仓。共有涉及12部设备，其中两台给煤机（只选择一台运行），一部破碎机（216），一部振动筛（208），长皮带三条（202、204、231），短皮带四条（包括一条选矸皮带212，一条小上山皮带220，及224和233），大仓小跑车235（未参与控制）。

经现场测量从给煤机出煤到东仓共用时190秒，其中202皮带用时46秒，204皮带用时60秒，212选矸皮带用时17秒，224皮带用时4秒，231皮带用时71秒，233皮带用时5秒。

按照煤流运行方向，在煤到达该设备前（预留1～2秒）开始启动该设备，预留该设备的启动时间（大于等于该设备的启动超时时间）；停止时，按煤流运行方向，首先停止给煤机，然后待该设备拉空煤以后延时2秒停止。启动过程中，设备不能正常启动，立刻停止已经启动的设备，问题处理后，从故障设备处延时分头开始启动。正在运行中，设备故障停车，上面设备立刻停车，下面设备将煤拉空后延时停车（或者不自动停车，根据情况手动一键停止）；故障处理后，从故障设备的下部设备延时分头启动。

顺煤流正常启停延时如下表1，表2所示（时间单位为秒）；

表1 系统顺煤流启动逻辑

表2 系统顺煤流停止逻辑

3.2 对排水系统实施智能运行［4］

3.2.1 泵自动轮询功能实现

平煤股份八矿二水平中央泵房共有5台水泵中有工作泵2台，备用泵2台，检修泵1台。系统全自动运行时，涉及五台水泵要实现自动轮询及自动根据水仓水位启停泵这两个关键问题。五台水泵自动轮询问题要考虑同一供电回路不能同时运行两台泵，一个出水管路不能同时被两台泵使用；

1号、2号泵可以用2#和4#管路，4号泵可以用1#和4#管路，3号、5号泵可以用1#和3#管路；供电情况为1#泵和2#泵在同一用电

回路，4#泵和5#泵在同一用电回路，3#泵单独一台用电回路。

根据这些情况，项目组设计一种水泵轮序顺序，执行循环开停为1#，3#，5#，2#，4#泵，即正常模式下的开始顺序，当有两台或者两台以上泵运行时，按照此顺序自动启动，当任一水泵出现故障时，自动开启下一台水泵。

3.2.2 避峰就谷机制的研究

基于矿上用电分时段电费价格不同，设计采用避峰就谷模式，即避开用电高峰和尖峰段，在用电低谷即将结束时，将水仓水位排至最低，确保在下次用电低谷到来前不启动水泵。

根据平煤八矿的实际情况，用电高峰时段为8：00～12：00，用电尖峰为 18：00～22：00，一天的其余时间为用电低谷。因此，开泵的时间应尽量避开高峰和尖峰，利用“避峰就谷”机制很好地解决了整个问题。

图2 水位监测趋势图

“避峰就谷”机制如图2所示。设定4个水位：低水位H1、中间水位H2、高水位H3、危险水位H4。当前水位设为H，当H达到危险水位H4时，无条件起泵。当H达到高水位H3时，首先判断电网的负荷，若处于低谷，即启动一台水泵；若处于用电高峰或用电尖峰，则暂缓启动水泵，直到达到危险水位H4再起泵。这样就可以减少在用电高峰和用电尖峰起泵的时间，有效地节约了资源。高水位、低水位和中间水位可以根据实际情况人为灵活的设定。如图2所示为水仓水位变化趋势图：

3.3 对压风系统实施智能运行

项目组对平煤八矿新副井压风系统的工序进行调查分析，主要解决了以下几个关键问题：一是使所有阀门具备远程监测控制，二是使变频器自动投入系统运行，三是使系统根据总管网压力自动加卸载，四是完善整个系统，使监控功更加安全稳定。从而实现了整套压风机远程监控和具备智慧运行。

4 结语

平煤股份八矿通过对智慧工序研究已经实现了对井下三大采区皮带、地面煤楼设备的一键控制，实现井下两个泵房的避峰就谷的全自动运行，也实现了压风机房根据总管网压力的自动运行。这些技术的应用使各单机自动化系统运行更加科学化、智能化，还实现了减员和节省材料费用。这些技术具有一定的创新性，有很实用的推广和借鉴意思。

［1］徐国萍.智慧矿山关键技术研究初探［J］.山西焦煤科技，2014，38（11）：33-36.

［2］徐静，谭章禄.智慧矿山系统工程与关键技术探讨［J］.煤炭科学技术，2014，42（4）：79-82.

［3］祝龙记，王汝琳.矿井胶带输送机分布式智能控制系统［J］.工矿自动化，2003，（4）：28-30.

［4］郭畅.浅析提高矿井排水系统功效的方法［J］.科技创新与应用，2012，（32）：129.