雷肖飞 王志荣 康行

摘 要 文章分析陕煤力推的“四化”建设内容，以“机械化减人，自动化换人”为思路，结合建庄实际，提出了建庄“四化”建设需要遵循的智慧建庄1234构架体系，探析了实施智慧建庄新途径的三个步骤：实时互联、全面感知，自主学习、分析决策，动态预测、协同控制的智能系统，为建庄“四化”建设开辟新途径。

关键词 人机平衡;痕迹化;流程化;全面感知;分析决策;协同控制

引言

2019年建庄矿业积极响应陕煤集团“四化”建设，以 “机械化减人，自动化换人”的建设思路，应用新技术、新工艺、新装备，对十大生产辅助系统进行自动化建设，引进、开发多套信息化系统;进入2020年，国家八部委印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》也为智能矿山指明了方向，建庄矿业“四化”也进入了智能化建设的框架构建数据关联的设计阶段，也在不断探索研究中逐步成型，发挥作用。

1陕煤提出的“四化”建设是什么？

机械化、自动化、信息化、智能化。

2建设“四化”的意义

通过采用机械化的设备把职工从劳动密集型的体力劳动中解放出来，减少危险场所作业人员，减轻职工劳动强度;建立自动化系统使生产环节相互关联，利用系统稳定可靠性自动完成流程操作，从而取消岗位操作，把人们从简单枯燥的岗位上换下来，达到减人提效目的;通过信息化建设改变人们工作方式，提高办公效率;通过构建智能化管理平台，从根本上改变企业的安全、生产、经营管理模式，把矿井变成本质安全性矿井，使矿井经营管理效益最大化[1]。

3机械化换人、自动化减人转岗

3.1 机械化

机械化是指用机械来代替人工劳动完成生产作业。机械代入从煤矿发展的历程看：

五六十年代一个30万吨的煤矿职工在五六千人。

八九十年代一個100万吨以下的煤矿职工在三四千人。

现在，一个500万吨的煤矿职工只有一两千人。

从图1可看出，机械化就是用机械力代替人力，把人由密集型的重体力劳动者变为机器设备的岗位作业者，减少人员使用，降低了人身事故的发生。随着各类先进的电气技术如：柔性启动、变频器、PLC及CST、福伊特及高电压、大功率的电气设备在井下的应用成为现实，这些设备的应用改变了煤矿生产工艺。

建庄矿业建成了两个工作面的远距离供液供电系统，运输皮带电机改用永磁电机、井下工程用上防爆挖掘机、防爆装载机[2]。

在实际生产中我们会发现一个现象：机械设备在不断地升级换代，人员减少却并不明显，这是因为机械化发展到一定程度，煤矿生产工艺相对固化，岗位相对固定，就会出现一个人机平衡的瓶颈，要打破这种瓶颈，就要实现煤矿自动化。

3.2 自动化（Automation）

自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。

（1）机械化发展到一定程度，就会出现人机平衡的发展瓶颈，只有通过实现煤矿自动化才能打破这种人机平衡局面，把职工从简单枯燥的岗位上解放出来，把不动的岗位工变为动态的巡查巡检工，保证了设备的正常运行，实现煤矿生产安全、健康、良性的作业循环。

（2）煤矿实现自动化必须具备的条件：

1）机械化发展到一定程度，生产工艺相对固化。电气设备远程操作控制功能显得尤为重要，变频器起的作用不可小觑，如图2、图3。

2）电气、机械设备的各项参数齐全准确，如：电压、电流、功率等;各项保护稳定可靠如：欠压、过流、漏电、震动、温度等。

3）系统沿线保护必须齐全可靠如：过温、跑偏、堆煤、撕裂、断带、风电保护、瓦斯电保护等，视频监控作为一种辅助保护手段，重要位置必须加装，视频图像清晰。

4）工业网络环境稳定可靠，采用三层架构，主干采用环形结构，各点必须配备电源确保网络正常运行。

5）根据不同的系统需求，选用适合的正版组态软件（人机交互界面），因破解版和试用版很多功能是受限制。把参数点表导入软件，按照系统启动流程进行配置，并与给各类保护进行关联，这样系统就可以实现一键启动或条件化启动了。一般常用的组态软件有组态王、MCGS 、InTouch、WinCC、NI Lookout。3.2.2.6、综合自动化首先是要做好单点、单系统的自动化稳定运行（近控）。

其次才是一条沿线、一个面的自动化系统的建设。（远控）如图4、图5。

3.3 建庄矿业公司自动化现状

（1）网络

2019年对中心机房进行改造，已建成了覆盖井上、井下三层网络架构的工业环网（核心、汇聚万兆主干环网，千兆接入）;企业办公网络采用双线双机热备的万兆网络架构;瓦斯检测、运销管理采用独立网络运行;与陕煤集团、蒲白矿业建成两条网络专线，各网络间通过网闸关联，确保整个矿区网络体系的安全运行。如图6所示。

（2）自动化系统

建设自动化项目34项，涉及皮带运输、供电监测、矿井排水、矿井通风、瓦斯抽放、局扇、洗煤厂、污水处理、自动装车、净水车间等十大生产辅助系统。

2020年规划：建成快速掘进、智能开采系统、主斜井皮带机器人巡检[3]。

4信息化提升管理效率

信息化是以现代通信、网络、数据库技术为基础，对所研究对象各要素汇总至数据库，供特定人群生活、工作、学习、辅助决策等和人类息息相关的各种行为相结合的一种技术，使用该技术后，可以极大地提高各种行为的效率，为推动人类社会进步提供极大的技术支持。

（1）信息化就是把各类痕迹信息加上时间标签通过网络通道上传至数据库，按照管理的需求进行统计分析，用表格、图形、曲线进行展示分析，实现数据共享。这个痕迹可是人的痕迹、也可以是物的痕迹，同时也可以是环境的痕迹。

（2）信息化系统就是把我们日常工作中的行为方式，通过科学总结形成流程化的模式，把这个流程化的模式用计算机技术开发出来并应用到工作中去，成为我们工作的“工具”，让数据跑不让人跑，实现数据的共享。

（3）信息化的特点：痕迹化、流程化、图表化、工具化、唯一性、快速性、共享性、交互性、权限性。

公司现有的信息化系统共有14套，涉及人员管理、安全管理、财务管理、物资管理、销售管理、环境监测管理等多个方面。

5智能化改变矿井的管理模式

智能化是指事物在网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下，所具有的能动地满足人的各种需求的属性。

5.1  人工智能

2016年3月，谷歌公司推出最新研制的围棋机器人AlphaGo来挑战人类，在“人机”大战开始前，全世界都认为仅凭AlphaGo自身的智能运算肯定无法击败人类，然而一场4：1的比分却惊呆了世界，曾经的围棋世界冠军被AlphaGo击败。

从上述可以看出，机器的运算和灵活的运动都有了质的飞跃。在《不可阻挡的浪潮》里有这么一段话：“21世纪，我们迎来一个科技创新层出不穷的时代，从工业4.0到工业互联网，人们发明了更强大、更实时的数字化控制设备，一步步让机器、工件乃至原材料告别了‘聋哑开始‘ 开口说话了，初步‘知晓人意，感知更加准确了。技术是‘融合的，工业互联网是推动互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的‘大杀器”。

5.2 智慧建庄1234构架体系

一个体系（标量管理体系），两个通道（网络、通讯），三个平台（综合自动化管理平台、企业经营管理综合管理平台、综合监测监控管理平台），四个要素（人、物、环、管）。统一接口标准、统一人员编码、统一地址码，消除信息孤岛、打通数据链条、构建模型管理、用大数据分析决策，实现矿井智能化管理。如图7所示。

5.2 实施智慧建莊分三个步骤

（1）实时互联、全面感知

打通两通道，一是网络通道，将工业网、企业网、无线网融合起来，建立矿区大带宽、低延时的高速网络通道，与矿业公司、集团公司网络互联构筑工业互联网雏形;二是通信通道，将调度电话、行政电话、应急广播、无线通信、沿线喊话系统及人员定系统融合起来，建立井下无盲区调度指挥通讯体系，确保调度指令能够及时下发到每一个职工。

将系统归类管理，建立综合自动化平台、经营管理平台、综合监测监控平台，统一接口协议标准打通各个自动化系统，以人的唯一性为标准打通经营管理各个系统，建立矿井GIS体系打通监测监控各个系统，消除信息孤岛，对三平台进行融合。用系统产生的数据去感知矿井，这个感知可以是人的、物的、环境的，也可以是矿井的管理体系，同时，用这些数据构筑煤矿模型管理。

（2）自主学习、分析决策

建立标量管理体系，在这个体系里纳入煤矿管理的有关法律、法规、行业规范及各项制度流程，建立一个煤矿管理的知识库和煤矿管理标准。由于煤矿生产的未知性与各煤矿的异样性，如：地质、水文、环境、设备、人员，等等，因此，在不违反煤矿有关法律、法规、规范的前提下，系统在运行中不断地学习去适应一个煤矿特殊管理，形成这个煤矿的管理标准体系，这就是系统自主学习的过程。系统通过不断学习，形成的管理标准体系也越来越适应这个矿井，各平台在运行中产生的数据与管理体系发生偏差时系统就会预警，同时，会给出相应的解决方案，这就是系统分析决策形成的过程。

（3）动态预测、协同控制的智能系统

系统在全面感知、分析决策中逐渐成熟，形成系统自主的管理体系，通过对历史数据的分析可以动态预测矿井的状态，我们只需在调度集控中心输一条命令或按一个键，系统就会对人员、安全、环境、设备进行综合分析判断，多系统融合联动，整条生产线设备自动运行，达到协同控制的智能化系统。

5.3 国家对煤矿智能化发展的3个阶段性目标要求

（1） 2021年，建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行技术体系，基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。

（2）2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、采掘（剥）、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业，露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。

（3）2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。

6结束语

煤炭行业作为我国重要的传统能源行业，是我国国民经济的重要组成部分，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。建庄矿业作为其中一员，按照国家、集团的要求大力开展“四化”建设，培养“四化”建设人才，掌握先进技术，将人工智能、工业物联网、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、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行，使企业安全、生产、经营效益最大化。

参考文献

[1] 李卫星.浅析我国煤矿信息化技术发展现状及趋势[J].科技与企业，2016（7）：178.

[2] 赵文启.煤炭企业信息化建设的探索与尝试[J].煤炭经济研究，2010（5）：64-65.

[3] 熊德健.煤炭企业信息化建设的问题及对策研究[J].现代商贸工业，2008（10）：352-353.

作者简介

雷肖飞（1971-），男，陕西蒲城人;学历：大专，职称：工程师，现就职单位：陕西蒲白西固煤业有限责任公司，研究方向：煤矿安全管理。

王志荣（1966-）男，陕西蒲城人;学历：中专，职称：工程师，现就职单位：陕西蒲白西固煤业有限责任公司，研究方向：煤矿信息化建设与管理。

康行（1989-）男，陕西延川人;学历：本科，职称：工程师，现就职单位：陕西蒲白西固煤业有限责任公司，研究方向：煤矿信息化建设与管理。