裕源煤矿数字化矿井的构建

2015-08-15赵承继

机械管理开发 2015年3期

赵承继

（山西煤钢联正智煤化有限公司，山西临汾 041200）

引言

山西煤钢联正智煤化有限公司裕源煤矿（全文简称裕源煤矿）位于临汾市蒲县蒲城镇刁口村，矿井设计生产能力为每年1.20Mt，以主立井、副立井、回风立井共3个井筒开发全井田。全井田以＋638m一个主水平开采2号煤和＋565m一个辅助水平开采10号煤，2号煤为特低灰－高灰以低灰为主的、特低硫－高硫以低硫为主的特高发热值的焦煤，10号煤为特低灰－高灰以中灰为主的、高硫、特高发热值的瘦煤和焦煤，属高瓦斯矿井。

数字化矿井就是将煤矿的信息数字化、模拟化，按照三维模型将矿井的地形地貌、水文地质、地质构造、地质储量分布、开拓开采方式等形成一个煤矿整体数据模型，同时嵌入矿山开发与运行各大生产系统的信息，应用计算机控制技术、管理决策技术、生产过程智能化控制技术、数据库技术、网络技术等，把整个煤矿的开发规划、计划、生产、安全、监测等集为一体。系统反映矿井的真实情况，从而提高矿山资源利用水平、矿山企业生产运作效率和矿山企业的安全生产水平，同时还增强了矿山企业的竞争力，得到快速稳定的可持续发展。

裕源煤矿数字化矿井构建基于矿井地质构造、开拓开采、生产系统、安全监测监控、安全避险系统、设备管理、生产调度、综合自动化办公，应用总线形式集为一体，涵盖矿井生产监测监控、安全避险监控、三维地理信息为一体的调度指挥中心系统，实现生产指挥、在线监测、灾害预警预报、设备自动化运行及管理、成本控制等功能。数字化矿井基本由以下几个功能板块子站构成［1］。

1 地形地质状况

矿山地面地形地貌及井下地质构造依托地质勘测形成三维GIS综合信息平台，建立的复合地质数据库和矿井真三维空间地质模型，对井田范围内地形情况模拟三维显示，根据钻孔分布状况，模拟显示井田内不同地质结构、煤炭地质储量与分布、煤层赋存情况，显示煤炭开采深度、顶板、底板岩层结构，断层、裂隙、陷落柱等推断分布等；同时根据物探等地质测试手段结果建立数据库，自动标识水文、地下水及特别岩层构造状况，动态模拟地质变化、采掘过程、运输过程。

2 矿井开拓与开采

根据矿井开采设计，矿井井筒布置、开拓、工作面布置、开采衔接顺序、关键工艺控制点等应用组态软件在三维信息平台上实时再现矿井的真实面貌。同时根据采、掘工作面位置传感器的变化而显示逐步推进的进尺。巷道岩层顶、底板的支护分析与状况，顶板压力监测及其他监测手段辅助于其中。

3 矿井生产过程综合自动化

目前矿井生产系统中主要设备运行监测监控绝大部分是分立运行、互不联系的孤立系统，比如通风系统只显示主通风机的运行状况，没有井下局部通风机的状况；供电只建设地面主变电站和井下中央变电所的电力监控与调度系统，而不能全面反应矿井的整体电力变化，不能满足电力调度与负荷调整的需求等。所以利用现场总线控制技术、DCS集散控制系统及工业以太网技术把矿井通风、排水、供电、压风、瓦斯抽采、供水、主运输提升、辅助运输信集闭系统、通信及综采、综掘等各系统通过开发数据接口上传或下达各子系统实时数据，形成一个统一的实时历史数据库管控一体化平台，从此实现各系统数据共享，同时通过相应的通信接口将各生产对象的数据采集，作为整个生产控制信息集成的基础。采集的井下生产数据及地面各控制系统实时数据拟采用工业以太网前沿传输技术，传递到相应的中央服务器或根据区域划分的应用服务器，实现生产调度管理［2］。

矿井生产过程控制主要包括以下子系统：综采工作面监控主要实现采煤机、刮板输送机等所有生产设备的集中控制、液压支架自动电液控制、顶板压力监测，控制信号及视频监控信号上传到现场总线服务器；掘进工作面、开拓巷工作面进尺与设备运行状况应用工业视频监控与位置传感系统把实时画面、运行状况经数据总线传输回中央服务器；主运输皮带机和主立井提升监控系统通过采用现场总线技术实现对各顺槽皮带机、主井皮带机、煤仓给煤机和煤库煤位集中监控、主井提升机自动运行，结合工业电视监视系统和信号通信系统，实现主运输系统集中控制，并将系统内的信息送至现场总线服务器；副立井提升与井下防爆蓄电池机车构成的辅助运输系统采用信集闭系统及自动定位系统，实时显示副井罐笼运行位置及运行状况；矿井通风系统把所有通风设施运行参数、工艺运行数据、及通风设施状况经视频信号和数据信号传输回数据总线服务器；矿井井下中央水泵房实现无人值守，根据吸水井水位、水位上升速率等检测计算值判断矿井涌水量，自动控制开、关电动闸阀，启、停、调节水泵运行频率以及自动判断启、停台数；根据给定的电力避峰填谷时间段实现节能运行；根据轮换工作原则，自动实现水泵的轮换运行，避免单台水泵长期运行导致故障；压风系统自动运行，并将运行状况及输送风量及压力状况传输于信息服务器；瓦斯抽采系统运行监控［3］。

矿井生产过程控制子系统独立运行，设置权限工程师站，便于维护与检测，但将各个控制系统的实时数据送入一个统一的实时历史数据库管控一体化平台，从此可实现各系统数据共享，构建数据仓库；采用自动控制系统采集现场各生产参数，对现场设备和参数进行监控；采集井下生产数据及地面各控制系统实时数据采用工业以太网前沿传输技术，传递到相应服务器，实现生产调度和公司总体管理。

4 安全避险系统与灾害检测监控预报系统

煤矿六大安全避险系统包括检测监控系统、人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统和通讯联络系统。根据安全规程要求完善各系统，并开发预警与报警界面，将矿井各系统预警与报警进行设置，能够可靠地建立安全信息预警，防范事故的发生。要求监测系统准确、及时报警，而且根据瓦斯、水害、粉尘、防灭火等灾害不同性质，确定监测系统传感器优化设置参数，包括传感器的类型、数量、布置间距、位置、报警限设置等，并根据不同种类传感器的特性和灾害发生的规律，开发辨别灾害误报、错报的技术，提高矿井灾害预警及时性和可靠性。

5 数据库与设备图标链接的建立

机电设备是矿井安全生产的基础，保证设备的运行完好是根本，加强设备的基础管理至关重要。建立设备电子信息，囊括技术档案、运行与检修履历、检修周期、润滑记录、备品备件的仓储、厂家技术服务支撑等。建立设备管理信息数据库，并与矿井三维模型对应链接，实时掌握设备基本情况，实时提醒设备检修周期及检定周期，保证设备安全可靠稳定运行。