矿井综合自动化系统在煤矿中的建设与应用

樊亚辉

摘 要：随着科技的发展，煤矿引入自动化控制系统势在必行，这样不但能够降低人为操作所带来的不安全因素，而且能够提高煤矿自动化运行水平。笔者结合工作实践，主要对其进行研究，所取效果比较显著，以期为类似煤矿的推广和应用提供帮助。

关键词：综合自动化;目标;原则;经济效益

中图分类号：TD67文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）02-0071-03

Abstract： With the development of science and technology， it is imperative to introduce automatic control system into coal mine， which can not only reduce the unsafe factors caused by human operation， but also improve the automatic operation level of coal mine. In combination with work practice， the author mainly researches it， and the results are significant， with a view to providing help for the promotion and application of similar coal mines.

Keywords： integrated automation;objectives;principles;economic benefits

某煤礦地处郑州市境内，属于现代化矿井，已经安装很多独立的操作系统，如主副井提升系统、自动化排水控制系统、主扇控制系统和电力监控系统等。这些系统相互独立，没有充分利用通信资源，使得调度仍旧比较困难。伴随信息自动化技术的快速发展，很多煤矿都已应用自动化控制技术，同时鉴于安全生产需要，煤矿构建和应用综合自动化系统已经成为发展趋势。

1 当前煤矿综合自动化系统应用概况

1.1 安全监控系统

从现在煤矿开采情况来看，主要用的监控系统由两部分组成，其一是开采安全监测系统，其二是生产监测系统。监控传感器通常分布在光纤传输主干、综采工作面、矿井下分站、地面主控机等处，旨在实时监控矿井内的风门开关、井下温度、CO含量、风速、风量、瓦斯等环境参数。除此之外，安全生产监控系统还可以对机电设备的整体工作情况进行监测，通过联网来完成监控和管理多个子系统的任务[1-3]。该系统极大地提高了煤矿预警能力，有效监控煤矿的生产设备、内部气体以及生产环境等，为煤矿安全生产保驾护航。

1.2 人员定位系统

煤矿设置该系统，能够实时、有效地监测内部工作人员的流动以及数量等情况，实现对煤矿内部人员的定位监测。这是安全生产工作的关键内容之一，尤其是煤矿发生突发事件时，人员定位系统能够快速协助救援工作。

1.3 主运煤工业自动化监控系统

矿井自动化系统的主运煤工业自动化监控系统主要由以下部分组成，即矿井下就地单台、地面工业电视监控系统、煤矿开采地面集中控制系统和煤矿开采集中控制系统等[4-6]。不仅如此，在煤矿开采过程中，该系统还能够改成胶带连续化运输系统，明显提高主运煤系统的工效。

1.4 主排水自动化控制系统

煤矿开采时，主排水自动化控制系统不仅能够以更生动、更形象的方式（主要是图形和图像）预测和反映地下水位的实际情况，还可以及时调节电机温度、地下排水管道的流量参数，这样就可以很好地实现通信模块和主机检测系统之间的数据交换目标。

2 煤矿综合自动化系统建设的目标

煤矿自动化控制系统主要分为两部分，一是生产设备控制系统，二是视频监控系统。有研究指出，煤矿控制系统必不可少，但是更需要构建一个综合信息化平台，以确保通信网络稳定、事件处置高效、数据传输可靠，同时把相互独立的监控系统结合起来，把煤矿所有生产设备的具体信息和视频监控统一成一个整体，由此就能够在地面实现对煤矿生产各环节的监控。其优势还在于能够把信息及时反馈给煤矿领导层，为决策提供参考依据。

3 煤矿综合自动化系统建设原则

3.1 采取集成平台

集成平台能够把所有信息在一个平台上进行传输，通过大数据技术完成智能化管理，显著提高数据可靠性和传输利用率，降低有可能出现的重复性投资和建设，切实发挥各种资源的作用。另外，煤矿综合自动化系统的所属子系统在数据接口方面有诸多复杂协议，考虑到以后发展，煤矿应当从实际出发，采取集成平台，以便实现集中监控和调度。

3.2 采取自动化网络传输架构

鉴于之前煤矿综合自动化系统的局限性，很多系统没有形成统一的标准，不能兼容，这在很大程度上影响了厂商设备的互联，降低了系统的传输效率，也加大了煤矿管理难度。所以，要想解决该问题，人们就必须采取自动化网络传输架构，最好以工业以太网为主，其具有一系列优势，如成本低、效率高、扩展性好、智能化水平高等，最突出的特点就是具有很强的分散性、可靠性、开放性以及操作性，采用TCP/IP全球化标准，兼容性和可扩展性都显著提升。不仅如此，在选择工业交换机时，最好把成熟的工业交换机列入首要选择，因为其可靠性更好。

3.3 采取MES平台

MES平台是指生产管控一体化平台，它是执行操作系统，主要用来监视和诊断煤矿整个生产过程。MES平台能够处理系统中包含的煤矿生产数据信息，把信息进行分类，按需推送给相关工作人员，避免之前信息和自动化之间出现断层。

3.4 采取子系统通信和物理接口规划

众所周知，煤矿生产系统比较复杂，其内部存在很多子系统，这些子系统担负不同的职责，有着不同的功能，差异较大，如数据监控系统、单片机控制系统等，它们之间的物理接口都不一样，需要较多的通信协议，导致通信规约较多。煤矿要合理选择子系统通信规则和物理接口，科学规划，确保全部子系统能够并入综合自动化系统中。

3.5 采取平台设备

煤矿生产属于一项高危工作，所以，最基本的原则就是以人为本，安全至上，提高煤矿生产的安全性与可靠性，这就对综合自动化系统的容错能力、冗余性提出了更高要求，其要能够适应煤矿的工作环境，还要防爆。因此，人们在选择平台设备时要注意以下几点。首先，要选择容错架构的服务器。其次，组建通信线路时要选择环网技术，连接环网时采取耦合冗余连接，光缆铺设要采取多芯单模备份的光纤，核心交换时采取热备冗余技术。再次，要采取先进的备份以及数据存储系统，方便实时备份处理，确保数据安全可靠。最后，选择数字监控技术来支持系统后备供电，通过在线双变结构解决电压波动、电源干扰、闪电雷击等问题，采取模块化方式来设计电池组，工业交换机构最好采取UPS供电方式，效果比较理想。

4 煤矿综合自动化系统具体建设情况

该矿现有的系统包括主扇控制系统、泵房自动化排水控制系统、井下高低压电力监控系统、地面主副井提升系统，这些系统处于相互独立的状态，并没有实现对通信资源的充分利用，使得调度仍旧比较困难。因此，当务之急就是实现对地面管理系统的集中控制，具体建设情况分为以下几方面。

4.1 煤矿综合自动化控制平台

综合自动化平台把该矿所有子系统很好地结合起来，主扇机房、主副井提升机房、中央泵房通过集控室集中在一起，并且通过交换机和光纤，实现系统之间的交互通信，使煤矿生产各环节信息集中在平台上，然后针对众多数据进行有针对性的挖掘和分析处理，进而实现综合评估关联业务数据、管控一体化的目的。

4.2 站控主单元

该单元具体作用就是采集、通信、处理现场数据，连接不同的硬件通信设备接口，连续采集现场数据，并实时对配电室的智能设备、测控装置、保护装置等设备数据进行保护，把形成的信息发送至调度集控中心、远程后台控制系统。

煤矿下的電力监控系统主要安装在各采区配电点、各盘区变电所以及井下中央变电所，主站系统由监控工作站、数据服务器、通信服务器三大硬件构成，主要实现四遥功能（遥调、遥控、遥信、遥测）。这样在地面上就能够修改和调整井下开关设备的相关参数以及分合闸，实时监控开关设备的动作状态，也可以对故障点发生的故障进行及时报警和处理。

不管是主、副井提升机系统，还是主扇机房系统，都要采取PCS-9700集控站系统，该系统主要由交换机、以太网、UPS、操作员站、PCS-9700保护测控装置等构成。在没有屏蔽时，相应配套的间隔级控制设备也要具备抗电磁干扰的能力。煤矿综合自动化系统中，不论哪一个设备出现问题，都不会对其他设备造成影响，能够保障主扇风机安全运行，实现主副井提升机监控四遥功能，在集控室通过多种方式（联动、手动、自动）来遥控主水泵运行。

4.3 后台监控系统

该系统不但具有实时监控、采集、存储井下数据的功能，而且具有操作控制命令下达和解释、设备状态和参数查询、紧急事件报警与记录、图表显示等功能。系统操作界面简洁易懂，操作便捷，为工作人员远程实时监控和报警提供了依据。

5 煤矿综合自动化系统经济效益分析

该矿在建立综合自动化控制系统后，对之前的规章制度和组织管理机构进行了调整和完善，与此同时制定了新的管理制度，旨在适应综合自动化控制系统。现代化管理方式既提高了管理水平，又提升了工作效率，最重要的是实现了良好的经济效益，主要体现在以下两方面。

5.1 节能效益

建立后，综合自动化控制系统能够远程实时监控中央水泵房，便于削谷填峰，辅助能源综合管理手段，就可以显著降低电能消耗，一年就可以节约近100万元。

5.2 生产效能

自建立综合自动化控制系统后，该煤矿所有设备具体运行情况都能实现全面的量化，事故发生之初就可以准确找出故障位置，然后提醒相关工作人员及时处理，把安全隐患消除在萌芽中。此外，提高设备排查隐患的能力，取平均数来算，每月减少事故处理影响时间6 h，那么一年就是72 h，该矿年生产能力为200万t/a，每小时大约出200t原煤，一年可多出原煤72×200=14 400 t，以400元/t来算，每年可增加销售收入约576万元。

6 结语

在建立自动化控制系统并应用后，该煤矿有效集中控制了主扇控制系统、地面主副井提升系统、泵房自动化排水控制系统等，既降低了采煤成本，也提高了煤炭生产效率和安全生产管理水平，为工作人员安全提供了保障，并且确保了煤矿健康持续发展。

参考文献：

[1]刘鹏飞.矿井综合自动化系统在煤矿的建设与应用[J].科学技术创新，2019（25）：182-183.

[2]张勇.全矿井综合自动化系统在霍尔辛赫煤矿的应用[J].能源与节能，2014（8）：170-172.

[3]郭志博.矿井综合自动化系统在煤矿的建设应用分析[J].内蒙古煤炭经济，2014（5）：48.

[4]刘韩勇，兰巍，周新建.矿井综合自动化系统在煤矿的设计与应用[J].陕西煤炭，2012（3）：71-73.

[5]曹娜，汪海涛.基于工业以太环网的矿井综合自动化系统在高家梁煤矿的应用[J].智能建筑与城市信息，2011（9）：20-23.

[6]张建，汤俊，邓荣.全矿井综合自动化系统在杉木树煤矿的应用[J].工矿自动化，2010（7）：111-113.