煤礦數字化礦山經驗總結
引 言
如何提高企業的競爭能力，我國未來煤炭企業的出路在那里，20世紀80年代后期，我國煤炭工業綜合自動化在一些大型的煤炭企業得到了一些應用，但不同程度存在管理層與生產過程層數據不能共享，形成了信息化孤島的狀況。隨著計算機技術、網絡技術的迅速發展及在其他行業綜合自動化的應用，信號處理技術、計算機技術、通訊技術及計算機網絡與自動控制技術的結合使過程控制開始突破自動化孤島模式，出現了集控制、優化、調度、管理、經營于一體的綜合的信息化管理新模式。所有的信息將以數字化的方式表現出來，其應用的價值將體現在礦井安全生產自動化(管控一體化)上，體現在企業的減人增效、保障安全上。這給煤炭企業發展提供了一個挈機。根據煤炭企業生產的特點，企業生產強調的是生產過程的整體性，各個工序、各套設備生產加工組織的局部優化是不夠的，局部的最優安排可能與整體優化產生沖突，只有企業整體生產經營過程的優化才能保證企業在生產成本和經營效益上的最優結果，因此需要利用CIMS的思想和方法，通過自動化系統的建設，達到整個設計、經營加工過程的集成，實現整體優化。而綜合自動化系統的建設，不僅依靠提高生產設備控制的自動化水平和增強企業的經營管理，還要在設備控制和企業經營管理之間實現生產過程監控管理一體化，實現過程信息與管理信息的集成。對此，特提出數字化礦山的建設架構，見圖1。
圖1 煤礦企業ERPMESPCS三層體系的系統結構
一、對建設數字化礦山的認識
數字礦山是當今采礦科學、信息科學、人工智能、計算機技術和3S技術高度結合的產物，它將深刻改變傳統的采礦生產活動。我國在資源開采自動化控制、評價、管理、礦業專用軟件方面對外依存度高，嚴重影響了資源評價、儲量監管、生產自動控制的水平，降低了礦山設計和計劃編制的效率與可靠性，制約了礦山信息化的進程。
數字礦山是國家戰略資源安全保障體系的重要組成部分，是評價礦山資源生態環境的重要數據基礎。數字礦山的建設是資源可持續發展的重要基石，是化解高危行業風險的根本途徑。
數字礦山主要系統如下：
1、數字采礦系統：
礦區無線網絡覆蓋系統
三維地質模型系統
三維礦床模型系統
地測數據處理系統
礦石品位估算系統
邊坡穩定性檢測系統
自動采掘規劃系統
礦業經濟效益分析系統
設備點檢崗位巡檢信息系統
工業無線視頻監控系統
地質數據快速測量分析系
井下礦人員設備定位系統
尾礦庫安全自動化監控預警系統
大屏幕監控與顯示系統
礦區行車安全預警系統
2、數字選礦系統：
破碎自控系統
磨礦工藝信息系統
浮選自動控制系統
脫水槽控制系統
磁選柱、旋流器、磁聚機控制系統
過濾水份控制系統
提鐵降硅控制系統
靜壓回水遠程自控系統
底流輸送自控系統
三水平衡控制系統
選礦廠工藝全流程DCS系統
二、駱駝山煤礦數字礦山、應用綜合自動化的現狀
因駱駝山煤礦屬基礎建設的礦井。數字礦山、應用綜合自動化各大系統正在進一步完善當中。現主要包括以下幾大系統：
安全生產調度指揮系統
安全監測監控系統
井下人員定位系統
無線小靈通通訊系統
工業電視視頻監控系統
大屏幕監控與顯示系統
35KV變電所供電監控系統
膠帶運輸監控系統(皮帶保護+PLC控制系統)
洗煤廠PLC自動化控制系統
在客觀上這幾個方面信息系統都是互相共享利用的，然而在具體建設實施過程中，這些系統都是由不同的廠家完成，沒有從整個礦井利用信息的角度或者說從數字礦山的角度考慮和規劃礦井基礎信息的產生、認知、獲取、表達、處理、共享、可視化、傳輸和增值利用，所以雖然建立了各業務子系統，但在信息共享處理，信息再利用和數據挖掘方面存在問題，缺乏必要的數據訪問機制和豐富的可視化表現手段，沒有發揮礦井基礎信息應有的作用。
三、建立數字化礦山的目標及措施
1、建立完善監測監控系統
要實現數字礦山，有關安全和生產數據的獲取是致關重要的，獲取方法除了人工檢測外，更重要的是利用先進可靠的傳感器和監測監控系統實時采集有關技術參數，其中包括地質、礦壓、水文、瓦斯、火情、粉塵、提升、運輸等，針對目前有些礦監測系統還不太完善的情況，除了加強人工采集數據了力度外，重點完善和改進自動化采集手段，例如完善地應力監測設備、微震監測設備、斷層探測裝置、水文監測系統和井下人員定位系統等。
2、建立完善的地理信息系統
實現數字礦山的基礎是建立一個完整礦山四維地理信息系統，建設地理信息系統的目的是：(1)建立完整的礦山二維電子礦圖和精細的三維地質模型;(2)建立精細的數字地面模型和井巷工程模型;(3)建立完善井上下采礦設施模型;(4)利用獲取的靜態和動態數據，實時修正相應模型，配置和更新所有對象的屬性;(5)使所有礦山內容能夠按地理位置和時間順序進行可視管理和透明管理。
并且實現地測管理、采掘設計、通防分析、供電計算、人員指揮等內容的協同化和智能化。
3、完善管理規范，提高技術人員素質
針對我國采掘業部分一線技術人員素質低的問題，實現數字礦山還需要對一線技術人員進行知識提高和技術更新，使其在信息化建設中，樹立全局觀念、消除本位主義思想，熟練掌握本專業的基礎理論、提高技術技能，不要認為技術更新、技術改造和安全隱患排查是專家學者的事情，更不能對數字礦山建設中一切原始信息和處理結果一知半解，要按照信息化、數字化的管理規范工作，使自己成為信息化建設的主人公。
4、健全安全管理系統
眾所周知，現有的絕大多數煤礦安全管理系統都是一些有數據庫、檢查臺賬和統計報表組成的低智能系統，除了查詢統計方便之外，沒有太多用處。
安全管理系統建設目標是在四維地理信息系統的支持下，融合有關的模型庫、方法庫，實現真正的危險源辯識，為消除各種安全隱患提供決策支持，有了這樣的系統就如同有關安全專家親臨現場。
5、集成工業自動化系統
工業自動化集成也不是什么新鮮話題，因為，中國不僅有很多煤礦自動化系統集成商，也有許多礦山實現了工業自動的信息集成，但是這些集成系統只是把各子系統的運行界面進行了組態和集成，部分實現了數據的匯總和查詢，沒有實現各子系統的協同聯動，更沒有統一接口管理規范，不能為各種數據采集系統、模型分析系統和自動控制系統，沒有一個數據交換平臺，不能實現真正的管控一體化。
我們的目標是給出監測、監控、視頻、音頻、導航、定位和管理系統的統一接口規范，實現各子系統的即插即用，實現實現真正的管控一體化。
6、完善礦山ERP系統
礦山ERP系統主要包括計劃管理、財務管理、設備管理、物資管理、人力資源管理、運輸銷售管理和綜合調度管理等，以前大多數系統只是實現了人工管理的計算機化，并沒有實現資源的有效整合和最佳利用。我們將通過優化定額、以項目管理為主線、實現企業資源的優化配置和時實調控，實現真正的精細化管理。
7、實現生產、安全、經營的無縫集成
數字礦山建設的最終目標不僅是數字化有關采礦活動的一切內容，提供完善的信息支持，更重要的是實現生產、安全、調度、經營和工業自動化的無縫集成和動態聯動，達到企業資源的最優利用和安全生產決策指揮的快速響應，建造高產高效的本質安全型礦井，創造和諧的生產環境。
結語：
1、針對安全高效現代化礦井建設的需求，研究了綜合自動化數字礦山建設的結構體系及其支撐關鍵技術，包括煤礦企業PCS過程數據檢測技術、煤礦企業PCS生產過程建模技術、基于MES技術及原理的煤礦安全生產調度管理系統、基于可靠性的設備維護及連續生產保證系統技術、煤礦企業ERP/MIS管理技術、綜合自動化低成本集成技術以及礦井安全生產三維可視化平臺建設相關技術等。以此為基礎，設計了煤礦綜合自動化PCS , MES及ERP/MIS一體化解決方案，實現了煤礦的生產過程監控及實時管理自動化目標。
2、數字化礦山建設的創新特色主要具有：①通過自主開發和集成創新，系統地建立了實用的煤礦企業綜合自動化與信息管理數字化礦山體系結構;②在煤礦企業MES中引人RCM系統，結合PCS的故障診斷與異常檢測，開發出連續生產保證子系統;③將三維虛擬技術與煤礦安全生產調度管理系統(MES )結合，實現了自動化系統與礦井安全生產三維可視化信息平臺集成;④在煤礦綜合自動化工業控制網絡設計及應用中，引入ProfiNet網絡，實現了“數據、視頻、語音”三網合一;⑤在國產采煤機開發應用了自動調整滾筒高度記憶割煤智能化技術，實現了綜采工作面采煤機仿形割煤智能控制。
3、通過數字化礦山建設的成功實施及應用，提高了礦井生產自動化程度和綜合管理水平，實現了礦井減員提效增安的目標，取得了顯著的經濟效益和社會效益：①生產管理部門對生產信息的把握更快、更準確，對生產的調度和指揮也更為及時、正確;②礦井安全生產綜合管理三維可視化信息系統以及綜合自動化程度的實施，提高了監控手段，提高生產管理效率，增加了企業效益;③礦并生產自動化系統及安全管理監控系統等基層自動化系統應用，井下一、二線工作人員大大減少，減輕了安全管理人員的負擔。
總之，數字化礦山的成功建設與運用，改變煤礦員工的生產條件，樹立企業新形象;提高煤礦的社會地位，樹立了煤礦行業員工的新形象;促進了本安型礦井的建設;為企業的決策提供了準確的各類依據改進決策方法，提高決策質量;提高了員工的整體素質，促進了企業職工的和諧;提高安全生產管理水平，保障職工人身安全;減少崗位用工，提高了企業效益;提高了掌握全礦的生產和安全信息的能力，進一步實現了數字化礦山建設，為煤炭企業的數字化礦山建設探索走出了新路子。
