矿山综合自动化

2024-05-28

矿山综合自动化（共9篇）

矿山综合自动化篇1

0 引言

“物联网”概念是以互联网为骨干,将其用户端延伸扩展到任何物品上,建立起人与人、人与物、物与物之间的内在联系,进行信息交换、通信、控制和管理决策的一种概念。其定义:通过各种信息感知手段,按约定的协议,将把任何物品与互联网相连接进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念[1]。

随着物联网概念及知识的逐步普及,相应地出现了“感知中国(sensor China)”、“感知城市(sensor city)”、“感知矿山(sensor mine)”等一系列物联网应用的概念。然而,什么是“感知中国”,什么是“感知城市”,什么是“感知矿山”,这些概念并不很明确。本文试图从物联网的定义、数字矿山及矿山综合自动化的定义等出发,探讨感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的联系与区别。

1 感知矿山基本概念与特征

1.1 感知矿山的基本概念

作为物联网应用的一个重要领域,“感知矿山”是通过各种感知手段,实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智能化,即将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化,将感知技术、传输技术、智能技术、信息技术、现代控制技术、现代信息管理技术等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合,构成矿山人与人、人与物、物与物相联的网络,动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程,以高效、安全、绿色开采为目标,保证矿山经济的可持续增长,保证矿山自然环境的生态稳定。

1.2 感知矿山的特征及与数字矿山的关系

我国矿山近些年提出过许多关于矿山整体描述的概念,如数字矿山、矿山综合自动化、信息化矿山、智能矿山等,现在又提出感知矿山物联网(或称感知矿山),它们之间关系如何呢?

我国比较早地提出数字矿山概念的是吴立新教授[2],后经不断的论述补充,逐步形成了较为完整的数字矿山的概念,即“数字矿山是对真实矿山整体及相关现象的统一认识与数字化再现,即将矿山生产、安全、矿山地理、地质、矿山建设等综合信息全面数字化,其目的是为了利用信息技术及现代控制理论与自动化技术去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营的全过程,以高效、安全、绿色开采为目标,保证矿山经济的可持续增长,保证矿山自然环境的生态稳定”[2,3,4]。

实际上这个概念和信息化矿山、矿山综合自动化等概念已经趋于一致[4]。而感知矿山是在综合了这些概念的基础上,更加具体、全面、动态、详尽地描述真实矿山。感知矿山概念是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华。

比如说,在论述数字矿山时,要花很多的精力去解释数字矿山与地理信息系统的异同,数字矿山要将矿山生产过程、矿山安全信息集成在内。例如,吴立新教授举了智能交通的例子来阐明数字矿山的内涵,就是在做这些解释工作;而在实施矿山综合自动化时,又要花许多时间去解释综合自动化要有统一的网络平台和数据平台,地理信息系统也是综合自动化中的一个重要平台,还要解释网络化控制是一种分布式控制等[4,5,6,7]。

而在物联网矿山的概念下,这些都不需要去作任何解释了。这是由于物联网本身就是基于统一网络的应用;物联网本身就是要在GIS和GPS下实现定位的应用;物联网本身就是控制与网络一体化的应用;物联网本身就是分布式应用;物联网本身就是要对各种目标(包括移动目标)进行感知等。此外,物联网还明确提出了物与物相联的概念,而在以前的数字矿山等诸多概念中,基本是以人与人、人与物相联的概念为主。因此,以前在综合自动化矿山建设中对移动物体的监控相对较弱。而移动生产过程的监控正是矿山流动作业的特点,要实现矿山物与物相联,需要更大范围的无线自组网的能力,需要基于网络的分布式感知能力。

2 感知矿山应用模型

基于应用目的提出感知矿山模型,以便将物联网的概念及其作用尽早落实到矿山建设与生产中去。鉴于上述原因,感知矿山的模型势必与数字矿山、矿山综合自动化的模型有很紧密的联系。这是由于数字矿山及矿山综合自动化模型在我国煤矿企业已经有众多的实际应用,从目前来说,感知矿山物联网的建设应该建立在这些已有工作的基础上,充分借鉴已有的经验和系统,而不是全盘推翻,另搞一套。感知矿山应用模型如图1所示[4]。

(1) 感知与控制层

感知与控制层由2层网络组成,即骨干传输网络和感知层网络。骨干传输网络通常由千兆工业以太网构成,感知层网络是无线覆盖网络,如WSN、WiFi、Zigbee等。地面广泛应用的感知层网络,如无线3G网络、GPRS等还不能在井下使用。感知与控制层主要实现矿山生产与安全过程中各种传感与控制信息的采集与施用。各生产安全子系统在该层以相对集中方式或全分布方式接入物联网。要构成物与物相联,具有自主网功能的无线网络(如无线传感器网络)在这一层起着不可或缺的作用。与综合自动化系统相比,感知矿山在感知层更多的是分布式感知与控制,而综合自动化系统更多的是如何将子系统接入骨干网。

(2) 信息集成与MES层

信息集成与MES(Manufacturing Execution System)层通过千兆工业以太网骨干将信息集成到控制中心进行各种信息处理,如信息融合、信息挖掘等;同时实现MES功能,即图1中用于安全生产监控的终端,它们实现对煤矿安全生产中各个子系统的监测与控制功能。因此,该层也有应用,属于低层应用。同时该层还提供信息对外发布等。

(3) 管理决策与应用层

在管理决策与应用层,矿山各个职能部分通过企业Intranet网络可实现更高层次的应用,如矿山安全生产评价与监管、煤矿灾害预警与防治、煤矿供应链管理、大型设备故障诊断、矿山资源环境控制及评价以及地理信息系统等。

图1所示模型是感知矿山的一个开放性模型,适用于各种不同类型的矿井,并且基于统一设计、分步实施、逐步完善的原则。感知矿山理所当然是三网合一的系统,除接入各种监测监控系统外,将有线IP电话、无线移动电话、人员定位系统、数字视频系统都接入网络。与基于千兆工业以太网的综合自动化系统相比,感知矿山主要是突出其物与物相联的特征、移动视频及管理层应用。

3 感知层网络技术

前面说过,矿山流动作业的特点需要实现物与物相联,这需要更大范围的无线自组网能力,需要基于网络的分布式感知能力。因此,感知层是感知矿山的关键。感知矿山的感知层包括数据采集与传输2个子层。

数据采集子层主要用于采集煤矿生产过程中发生的物理事件和数据,包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、通信设备等技术。数据采集由网络化传感器、控制器、执行器及无线传感器网络等组成,用于采集煤矿生产过程中发生的事件和数据,包括各类物理量、标识、音频、视频数据。这些传感器、控制器等均可采用无线或有线传输方式,视具体需要配置。

传输子层主要实现传感器、RFID及通信设备所获得数据的传输,它包括2种方式:一种是矿山有线通信方式,另一种是矿山复杂环境下无线通信方式。有线、无线网关作为感知层的传输子层,实现矿山复杂环境下无线通信技术传感器、RFID及通信设备所获得数据的传输。无线覆盖区域视具体情况和要求而定,理想情况是实现矿井全覆盖。

传感器节点是感知矿山底层的设备,它负责对数据进行正确的采集和上传,因此,传感器节点是感知矿山的重要基础,着重研究无线传感器节点的能耗、成本、可靠性等方面的内容;研究中高速传感网系统设备及节点;节点专用操作系统技术研发;研究传感器的智能识别技术,如RFID技术、视频识别技术、蓝牙技术、无线技术等;研究有限异质空间环境下自组网技术;研究网络重构技术;研究无线电波在巷道中的传输理论,认知无线电技术、V-MIMO技术、UWB技术在矿井的应用。

遗憾的是,目前地面实用的短距离无线技术并不真正适用于煤矿井下的感知层网络。WiFi网络从速率和传输实时性上能满足感知矿山综合业务传输的需求,但其自组网能力较差,缺乏灾后重构能力。而WSN网络自组网能力和多跳能力较强,但数据传输速率太低,不能适应多媒体信息无线传输。因此,还需要从基础理论及技术上对感知层网络进行深入研究,开发真正适合煤矿环境使用的感知层网络。

4 感知矿山中的“三个感知”

在煤矿综合自动化建设的基础上,感知矿山建设的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害风险,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。“三个感知”的目标是减灾保安全。

为了实现“三个感知”,需要研究开发矿山特有的感知与测量技术。许多地质参数与岩层运动规律是影响矿山安全的关键因素,如地下水赋存情况、瓦斯与煤突出、岩层受力与冲击地压、采空区发火等。目前对这些影响煤矿安全的重要因素的感知技术还不是很成熟。电磁幅射、声发射、透地成像、微振监测、红外视觉识别等技术是研制矿用感知传感器的热点技术。还应加强各类新型MEMS传感器的研制。

需要利用先进智能传感器与物联网技术对煤矿有关环境与地质参数进行实时采集,根据采集的数据与理论分析,研究煤炭资源开采尤其是深部资源开采中重大灾害的成因、预测预报理论以及防治对策等关键问题;重点研究煤与瓦斯突出、矿井突水、顶板冒落与冲击地压等突发性动力灾害成灾机理、矿山重大灾害应急救援与事故分析理论与技术,为深部资源开发中重大灾害事故的预测、预报和防治提供可靠的理论基础和技术支持。

与煤矿生产密切相关的大型设备有很多,有些设备的运转状况会直接影响工作人员的生命安全,因此,对这些大型设备进行实时的健康状况监测一直是人们关注的热点。煤矿生产过程监测和控制与地面工厂生产线有很大的不同,这就是煤矿生产过程始终需要与许多未知的因素打交道,这些未知因素对煤矿安全生产起着决定性的影响作用。因而需要研究煤矿生产工作面各种设备的联动控制与煤层、顶底板的关系,建立拟人化控制模型。目前,开展了基于传感器网络的煤矿井下采煤装备远程定位、煤岩识别、大型设备姿态控制等技术的研究;在矿山机电设备变载荷的特殊工况、摩擦磨损的监测和诊断方面具有明显特色,形成了系列理论成果,开发了专用的实验装置。

矿工个人周围环境安全状况是保障矿工安全的重要保障,需要建立覆盖煤矿井下,并与千兆工业以太网相结合的无线自组网系统。目前,开发了相应的网络节点、协议及应用软件,实现了移动目标(人员、设备)的精确定位与管理;开发了基于无线覆盖的移动双向数据信息终端,综合了人员定位、双向数据传输、报警及信息显示等功能,实现了对人员的精密跟踪与信息联络;建立了集调度、监控与管理于一体的煤矿安全生产信息中心,在该信息中心实现了对安全生产各种系统的监控、语音通话、视频监控,即煤矿的MES层;开发了煤矿井下人员安全管理和救灾应急系统平台。

5 结语

论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,从各自的定义上得出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华。对数字矿山三层模型进行了更新,给出了感知矿山模型,明确提出了感知矿山的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。文章明确指出,感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。

摘要：论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,指出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华;在数字矿山三层模型的基础上,给出了感知矿山模型;明确提出感知矿山的核心问题是“三个感知”,即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。

关键词：物联网,数字矿山,综合自动化,感知矿山模型,感知灾害征兆,感知环境,感知设备健康状况

参考文献

[1]SANTUCCI Gérald.From Internet of Data to Internetof Things[C]//The International Conference onFuture Trends of the Internet,2009,Luxembourg.

[2]吴立新,殷作如,钟亚平.再论数字矿山:特征、框架与关键技术[J].煤炭学报,2003(2):1-7.

[3]僧德文,李仲学,张顺堂,等.数字矿山系统框架与关键技术研究[J].金属矿山,2005(12):47-50.

[4]张申,丁恩杰,赵小虎,等,数字矿山及其两大基础平台建设[J].煤炭学报,2007(9):997-1001.

[5]谭得健,徐希康,张申.浅谈自动化、信息化与数字矿山[J].煤炭科学技术,2006(1):23-27.

[6]赵小虎,张申,谭得健.基于矿山综合自动化的网络结构分析[J].煤炭科学技术,2004(8):15-18.

[7]任毅,甲仲东,张申.煤矿信息化体系结构模型[J].工矿自动化,2004(增刊):13-14.

矿山综合自动化篇2

充填的过程，为矿山生产的重要环节之一。充填体的强度，一定程度上反映着充填效果。矿山胶结充填站的常规控制方法，以人工控制为主，工作强度大，枯燥性强，控制参数误差大，效果差。

1矿山胶结充填站自动化控制系统的构成及功能

矿山胶结充填站自动化控制系统，由电源、监控器、打印机、测控仪表等部分构成[1]。其中，电源共包括两种，分别为UPS电源，及DC电源。矿山胶结充填站运行的过程中，自动化系统可经操作网络M-NET，实现对生产参数的实时采集。且可将采集数据与数据库中的标准参数进行对比，判断两者有无差异，以及时发现生产过程中存在的异常。具体而言，矿山胶结充填站自动化控制系统的功能涵盖以下几方面：第一，仓内物料的检测，自动化控制系统可以进行缓冲砂仓和水泥仓料位的连续检测，在缓冲砂仓或者水泥仓的料位过低时，为操作人员提供报警，操作人员可以及时开启送料系统，提升仓内物料的含量;第二，水泥量和水量的控制，在矿山胶结充填站运行期间，自动化控制系统可以通过控制给料机的速度，控制水泥的添加量，并通过调节阀的控制，控制搅拌桶的水添加量，确保水泥和水混合而成的水泥浆浓度符合施工要求;第三，充填料搅拌桶的控制，自动化控制系统可以实现充填料搅拌桶中棒磨砂、水量、料位和充填料浓度等参数的控制，确保搅拌桶内的物料的减少量和棒磨砂、水泥浆及水添加量相同，真正实现自动化生产，提升矿山胶结充填站的运行效率和工作质量。

矿山综合自动化篇3

目前矿井单一自动化系统基本已经实现, 绝大多数单系统, 例如主排水、主运输等都已实现了自动化管理。但到目前为此, 虽然高速网络及软件技术得到了飞速发展, 但数字化矿山建设在绝大多数矿井仍然处于浅层次的综合自动化水平, 主要实现了远程监测监控。只有在单系统自动化的基础上, 通过高速网络接入各单系统, 充分数据融合, 建立合理的联动机制才能完成从单系统自动化到综合自动化的转变, 最后实现全矿井生产指挥集约化和可视化, 生产和辅助生产系统的自动化与经营决策数字化。

1 数字化矿山综合自动化系统网络结构

为了实现矿山全数字化, 以数据, 语音, 视频综合网络传输技术构建成煤矿安全与生产管控平台。这个平台包括控制, 管理以及决策系统, 通过综采工作面、主煤流运输、辅助运输、供配电、生产辅助控制、动目标运维管理、安全保障、调度通信的协同控制, 实现全矿山生产过程“有人巡视, 无人值守”的生产调度, 设备和人员等管理, 提供矿井安全的通风, 防瓦斯, 防火灾, 防水害, 防顶板灾害, 防游离煤尘等决策。通过这个平台, 实现了对矿井各生产子系统的实时调度监控网络, 全矿井煤炭生产采煤掘进运输的综合调度和生产过程自动化。

数字化矿山不仅实现安全与生产管控自动化, 还需要实现企业经营管理信息系统的事物管理, 经营管理, 技术管理和能源管理办公自动化。以安全与生产管控平台数据为支撑, 上联公司广域网的企业经营管理平台, 实现了全矿井安全与生产经营管理中各流程及制度的电子化, 信息化。

以这两个平台为基础的综合自动化系统实现了全矿井各主要环节的“就地自动化—远程自动化—综合信息化”的三级自动化系统, 达到监, 管, 控一体化以及减员增效的目的, 建成本质安全的数字化矿山。

本文重点讨论数字化矿山的安全监控与生产管控自动化系统。

1.1 数字化矿山综合自动化系统

矿山综合自动化系统结构包括四个层次。分别是设备执行与数据采集层、传输层、运营管控层、经营管理层。

数据采集和设备执行层

本层主要设备既是数据的采集者, 也是决策执行信息的执行者, 他包括三个层次的内容:

(1) 安全生产井上下动态实时在线信息的采集。这里主要包括生产环境在线检测系统 (如水、火、瓦斯、顶板、人员定位等) 、综合自动化系统 (如综采工作面控制系统、胶带机集控系统等) 、其他生产指挥信息采集系统 (井下工业电视系统等) 。

(2) 生产技术和运营管理数据的采集。这里主要包括非实时的生产数据, 如钻孔、地震、机电设备、通风阻力测定成果等等;运营管理的数据, 如财务管理、运销管理、人力资源管理等。

(3) 执行控制层或管理决策层信息。通过管理决策层的分析、处理, 其结果通过控制层、传输层达到执行层, 完成对设备的控制、矿体的空间形态和属性的动态修正。

传输层

数据传输层由工业网与信息网组成。工业网包括安全监控、生产管控二个独立的网络, 采用网闸加防火墙技术进行安全隔离。整个矿井采用有线和无线结合的方式实现传输网络覆盖。

运营管控层

本层包括安全与生产管控平台和决策中心, 包括以下分系统:

(1) 综采工作面分控中心。实现对工作面采煤机、三机、支架电液控、泵站、采面供电设备等的自动化控制。

(2) 主煤流运输分控中心。实现对主运输系统控制, 包括采面胶带顺槽、盘区大巷胶带、主斜井胶带等一系列原煤生产流程相关的子系统集中远程控制。

(3) 供配电系统分控中心。实现对地面110kV变电站、地面10kV变电所, 井下主变电所、盘区变电所、盘区泵房变电所等集中远程控制。

(4) 安全保障分控中心。实现对人员定位系统、安全监控系统、井下光纤测温系统、顶板压力安全监测系统、矿灯房信息管理系统等与通风管理相关的系统集中控制和监测。

(5) 生产辅助分控中心。实现对主通风系统、主排水系统、压风系统、计量称重系统、水处理系统、锅炉供热系统、机房环境监测系统、机房门禁系统、工业电视系统等各类辅助监测系统的集中监测和控制。

(6) 辅助运输分控中心。实现对地面及井下各类辅助运输车辆管理监测与控制。

(7) 调度中心。实现对地面及井下通信调度系统及动目标运维系统的综合管理及监控。

(8) 决策中心系统。基于在线检测系统、综合自动化系统、知识库和模型库等, 建立水、火、瓦斯、顶板重大危险源预测预警系统、应用GIS技术、网络集成技术、物联网技术、数据库技术对重大危险源进行检测、识别及预测预警, 将煤矿井下各类危险源数据集成于同一平台, 基于WebGIS统一展示, 实现重大危险的早期预测预警, 以提高煤矿重大危险源预警能力, 降低重大危险源事故发生率

经营管理决策层

包括运营管理信息系统、生产技术综合管理系统等系统。

(1) 运营管理信息系统。基于企业管理网络平台和数据仓库, 实现对人力资源、财务、物资、设备、生产计划、成本管理、安全管理、运销管理和协作平台等数字化管理。

(2) 生产技术综合管理系统。实现对“采、掘、机、运、通”整个生产业务流程中地质、测量、水文、储量、“一通三防”、采矿辅助设计、机电设计、设备选型等的完全信息化、网络化管理。包括以下子系统:安全生产信息调度报表系统、机电设备管理系统、办公自动化系统、地测管理信息系统、任务闭环管理系统等。

1.2 安全与生产管控系统网络结构

为了实现数字化矿山系统的数字化, 高速化, 标准化, 安全可靠, 易于扩充升级, 系统网络采用工业环网平台结构, 根据业务应用分别设置生产管控骨干环网、安全监控骨干环网, 并在井上和井下分别设置独立的冗余骨干环, 骨干环网采用千兆带宽。在核心层采用万兆带宽的核心工业以太网聚合交换机, 通过万兆链路将各环网的交换设备连接到综合网络系统的核心, 具备高冗余和高带宽性能。所有核心及主干节点交换机采用支持网管型交换机, 可以进行端口带宽控制和网络节点管理。各环网主干节点主要为附近的自动化设备提供网络接入, 以达到控制和监测信息高速采集和共享的目的。

1.3 网络传输技术

工业环网以总线网、GEPON和工业以太网为目前主要技术。由于传输距离的限制, 对于大型矿山不宜采用总线网络。工业以太网应用与绝大部分自动化网络的构架, 开放、支持的厂家多。GEPON可提供全套设备的厂家较少, 且受最远交换节点距离限制。表1对GEPON和工业以太网技术进行了比较。

可可以以看看出出, , 对对于于现现代代大大型型矿矿山山, , 井井区区覆覆盖盖面面积积大大, , 井井上上井井下网络节点多, 同时考虑系统成熟性和通用性, 宜采用工业以太网网络, 构建工业传输环形网络。

1.4 网络传输工程

根据《煤矿安全规程》要求, 安全监控系统建立独立专网。安全监控系统骨干环网与生产管控系统骨干环网各自使用独立的传输光缆组成环形传输网络。安全监控系统骨干环网分别建设地面和井下光传输环网, 采用骨干环网+支线的组网路由模式。生产管控系统也分别建设地面和井下的光传输骨干环网, 采用环网+支线的组网路由模式。

所有地面和井下骨干网传输选用24芯光缆, 安全骨干网选用8芯光缆, 支线传输选用4芯及8芯光缆。骨干光缆网的所有节点采用光纤配线架进行资源分配。

2 结束语

数字化矿山不仅需要建设企业管理信息系统, 而且需要配置自动化技术水平较高的全矿安全控制系统, 建立现代化的、覆盖矿井各生产系统的实时调度监控网络, 实现煤炭生产采掘运的综合调度和生产过程自动化。最终实现矿井安全与生产指挥控制系统的集约化和可视化、生产和生产辅助系统的自动化与经营决策智能化的全数字化矿山。

参考文献

[1]陈建宏, 欧阳海欧, 周智勇, 舒学军.数字矿山与矿业ERP项目建设对策, MSE’2006, 金属矿山 (专刊) 。

[2]吴立新, 中国数字矿山进展[J], 地理信息世界, 2008 (10) :6-13

[3]罗周全, 古德生, 矿山管理信息化发展战略问题研究[M], 北京:中国矿业出版社, 1999, 8 (5) .

石灰石矿山排废料综合利用方案篇4

水泥生产的主要原料是石灰石，国投海南水泥有限公司两条熟料生产线均采用自备芸红岭矿山石灰石。芸红岭矿区位于昌江县西南约15KM处，矿区内有含硅质条带结晶灰岩，含硅泥质晶灰岩，透輝石化结晶灰岩等非矿夹层共20条，总剥离量达2812万吨（其平均品位CaO为36.49%），矿石平均品位：CaO≥49.59%。按设计要求进厂石灰石的质量控制指标为CaO≥ 47%，则矿山早期开采矿石剥采比为1：8，排废量达10%以上。按公司现有熟料生产能力140万吨计，年需用石灰石约200万吨，年排废量约20万吨。废石排放使公司石灰石生产成本增加约0.7元/吨，而且造成矿山附近地区的环境污染。

我公司拟通过改进配料方案、加强矿山技术管理，减少废石排放量，最终实现废石零排放，来降低石灰石生产成本，减少环境污染。

石灰石矿山排废料综合利用方案的基本思路：

1、改进配料方案，增加铝矾土、粉煤灰等原料配料组分，可较大幅度降低生料中的CaO，从而降低对石灰石CaO控制指标的要求，从47%降到45%；

2、增加对矿山石灰石质量控制和采矿设备的投入：购买先进的检测仪器、增加质控人员和采矿设备，加强矿山的配矿管理，实现石灰石多组分检验，多品位、多台段搭配；

3、改进配料、加强生产和技术管理，提高操作水平，确保产品质量稳定。

本方案如能实施，按每年产生废石20万吨计，则以可节约石灰石生产成本138万元。

通过今年半年多来的试运行，成效显著：基本做到石灰石废料不外排，同时保持了生产、质量的稳定。

矿山排水系统自动化研究与应用篇5

随着微处理技术的叙述发展, 可编程控制器[1]作为一种新型的工业控制装置, 以其不仅具有逻辑控制功能, 而且还具有算术运算、模拟量处理和通讯联网等功能的特有优势, 现在已经被广泛应用于包括煤炭行业工业生产的各个领域。但目前国内煤矿井下主排水系统仍多采用继电器控制, 水泵的开停及选择切换均由人工完成, 这将严重影响井下排水泵房的管理水平和经济效益的提高。

目前矿山机电管理规范化已经达到很高的水平, 为了实现机电管理现代化、统一集成化, 使煤矿机电管理再上1个新台阶, 整个矿山综合自动化项目实施势在必行, 而排水自动控制系统的实施是矿山自动化平台建设的重要一环。

1 系统需求

1.1 技术要求

a) 排水自动化系统能够实现对井下水泵及相关设施的控制;

b) 充分满足现场运行、检修要求, 确保整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修改灵活;

c) 系统具有灵活、可靠的控制功能, 简单实用, 易于掌握;

d) 系统具有自诊断及故障信息存储功能;

e) 能够实现水泵的自动、手动、远程的分别控制;

f) 系统结构合理, 便于扩展。

1.2 用户要求

控制系统由地面控制台、井下控制分站组成, 控制器选用西门子S7300 PLC, 实现就地控制、地面远程和检修模式三种控制模式, 远程控制可以分为联锁控制、集中控制和单机控制等多种控制模式, 可以供操作者根据现场实际情况灵活选用, 确保在系统正常运行时操作灵活、易于维护, 在系统出现故障或通讯中断时本地可以就地控制确保水泵设备的正常运行, 提高系统的稳定性。实现水泵的自动控制和无人职守。控制设备或传感器的选型满足煤矿安全生产的有关规定。充分满足现场运行、检修要求。保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修改灵活。系统具有灵活、可靠的控制功能, 简单实用, 易于掌握, 人机界面友好。系统具有自诊断功能, 并具有语音、图象以及报警功能。系统具有实时数据采集、处理及显示功能。

1.3 通信要求

接口、光接口和Profibus-DP接口[2]并符合煤矿井下相关防爆标准。提供的接入设备应支持标准开放的通信协议, 如通信协议厂家出于保密等方面原因不能够公开时则必须提供相应的通信驱动软件。通信驱动软件必须能够提供标准的OPC、DDE、NETDDE等标准接口, 同时驱动接口软件支持至少2个客户端的读取访问。

2 排水控制系统结构设计

2.1 控制系统工作过程

a) 控制系统就地显示控制可采用西门子液晶触摸屏TP270完成, 可显示水泵电机的电压, 电流以及功率因数;通过指示灯显示水泵及附属设备的工作状态;水泵的开停及附属设备开停控制。能对水泵进行就地控制, 它可作为水泵的操作柜。显示屏具有RS485通讯接口, 通过以太网或工业总线接口与上级监控系统完成通讯, 实现远距离监控;

b) 监测需要的所有信号, 经传感器检测, 送入相应的信号变送器[3]变成标准的4 m A~20 m A信号或1 V~5 V信号, 由变送器送入S7-300控制器配置的I/O模块, 实现对原始一次信号的采集, 实现对所监测信号的采集与传输, 包括所需的电气参数、水泵系统工作状态、故障等信号等。同时能接受上级监控系统传来的各种动作指令和保护调试指令并可靠执行, 实现远方操作或自动化运行控制、接受解锁命令后能修改参数设定等;

c) 水位检测、流量检测:超声波水位计、超声波流量计信号接入;

d) 射流系统:真空度检测、射流电磁阀控制、排气管路电磁阀控制等;

e) 抽真空系统:抽真空电机控制、排气管路电磁阀控制、真空度检测等。

2.2 系统功能及特点

2.2.1 系统特点

选用先进的S7300可编程控制器, 系统实时性好, 可靠性高, 数据处理速度快;

采用分布式控制结构和人工智能技术, 系统具有非常高的安全性。当地面部分出现控制故障或通讯系统中断的情况下时, 井下部分随即转入自动运行状态;

通讯网络速度快, 距离远, 可靠性高;

界面直观友好, 操作简便, 功能齐全。人机界面全中文显示, 具有实时报警监视;

维护方便, 运行费用低。系统扩展方便, 可随时增加节点, 并可通过网络由中控室在线修改程序。控制器和网络可靠性高, 维护工作量小。

2.2.2 系统功能

实现泵房及水源井无人值守自动控制运行。

具有系统故障自诊断功能, 包括PLC故障自诊断、传感器故障自诊断等。

水泵具有遥控 (地面中心控制) 、自动 (与水仓水位联锁) 、手动 (人工手动开停) 等多种控制模式。

水泵出水管路的流量监测显示。

水泵水压、电压、电流等参数的测试与分析。

泵房排水系统效率的测试与分析。

实现水泵真空泵引水和射流引水的自动转化。

水仓水位实时监测, 实现高、低水位报警。

监测系统可实时显示并保存各种参数及状态, 对于模拟量参数可进行图形曲线显示, 可以随时查看一段时期内的历史数据。

本控制系统要配有以太网模块, 可以通过光缆将中央泵房内水泵机组的运行状态、参数及视频等信息上传到地面控制室, 地面控制室通过局域网再将这些信息传至有关部门, 管理人员在地面即可掌握井下排水系统设备的所有检测数据及工作状态[4]。

地面控制中心计算机的图表功能丰富, 界面友好操作简单。

不管手动或自动开机时, 在上位机上都要有数据检测并显示。

主排水系统主机能上传供电数据, 通讯协议开放[5]。

矿井水温、水质情况发生突变时, 能及时检测反馈。

2.2.3 系统软件功能

实时数据表格:可以访问当前数据和任意时间的历史数据, 报警数据用红色表示, 能够声音报警, 异常 (过载、水位溢出等) 数据也用醒目的颜色区别显示。

报警故障记录:可以显示各子系统的报警信息、故障信息, 并可按单位、类型、持续时间等进行组合查询。

趋势曲线:可以在1个坐标内显示多条曲线;可以放大曲线显示;可以打印曲线。

数据管理:将生产数据分为班组、月度、年度生产报表;对设备运行数据及其他安全信息分类管理。

报表打印功能:可以将各种方式查询的各种表格数据提供打印预览及打印功能。

系统扩展:系统采用统一、标准的数据接口[6]采集各生产单位监测监控系统的数据, 保证采集数据的准确性。接口数据具有实时性和可扩展性, 满足实时数据的要求, 当监测数据有增、减等变动时, 可自动反映到系统之中。同时, 可将各监测数据进行专业级后处理, 作为上一级信息网的信息源。

3 结语

矿井排水系统自动化控制提高了排水系统的可靠性、安全性, 自动化系统的建立, 简化了排水系统的操作步骤, 提高了劳动效率, 实现了岗位的无人值守, 达到了技术减人, 增加了企业的效益。矿井将继续把自动化建设作为依靠科技进步发展煤炭事业的重要内容, 积极引进先进的装备和技术, 不断完善现代化的生产经营管理手段, 提高整个矿井现代化管理水平, 创造良好的安全和经济效益。

参考文献

[1]廖常初.S7300/400PLC应用教程[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[2]冯博琴, 吴宁.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[3]张智贤.自动化仪表与过程控制[M].北京:中国电力出版社, 2009.

[4]吴仲阳.自动控制原理[M].内蒙古:内蒙古科学技术出版社, 2003.

[5]谢剑英, 贾青.微型计算机控制技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2009.

自动化理念下的数字矿山建设分析篇6

1 数字矿山建设概述

采矿工业的发展关系着国家可持续发展、人身安全、环境保护和资源利用, 数字矿山建设一直以来是各国科技研究的重要内容。建设数字矿山是指将矿山中相对固定的空间位置信息, 如矿山运输、排水、供电、提升以及井下地质构造等内容, 准确、全面地描述出矿山生产运营的三维控制模型, 综合矿山企业的过程控制系统、生产执行系统和资源计划等构成一个信息广泛的数字矿山, 对矿山采掘、生产运营和自动化管理控制等系列活动进行可视决策、调度指挥、智能分析、仿真模拟和现实虚拟[1], 实现智能化和自动化的矿山管理, 提高矿山生产的经济效益和社会效益。

2 数字矿山建设的现状

传统矿山生产多是人工作业, 采矿质量和工作效率有限, 并且易发生各种安全事故, 威胁采矿工作人员的人身安全, 传统矿山企业管理粗放、装备和技术水平落后, 生产、设计、决策等环节依赖于经验, 自动化程度较低。而随着市场竞争、生产安全、经营管理等因素的影响, 建设数字矿山势在必行, 但需结合矿山实际统筹规划, 改善矿山日常生产运营存在的问题, 应积极引进现代化科学技术, 基于数字矿山平台, 集成管理系统和生产应用, 提升矿山安全管理水平和市场竞争力。当前, 我国数字矿山建设起步较晚, 很多矿山企业没有将信息资源作为一种重要资源进行综合利用和统筹开发, 数字矿山的信息基础薄弱, 系统性能不够稳定。一方面, 矿山企业对于数字矿山建设的认识不全面, 混淆了数字矿山建设和信息化建设的概念。数字矿山建设是自动化现场作业、三维模拟、信息自动化的有机结合体, 由于矿山企业对数字矿山建设的经验不足, 而且矿山生产运营又有着个性化的特点, 可参考和借鉴的内容较少[2], 使得数字矿山建设存在较大难度。另一方面, 数字矿山系统孤立, 数字矿山的安全管理、信息监控、辅助设计和信息系统之间, 信息不共享。

3 自动化理念下的数字矿山建设

3.1 三维辅助决策系统 (GIS)

数字矿山建设以三维辅助决策系统为核心, 通过仿真虚拟技术和三维建模过程, 虚拟再现矿山采掘、生产和运营环境, 集成矿山生产运营决策、安全调度指挥、生产计划调度以及采掘生产管理, 实现对矿山经营管理和安全生产的实时监控、可视化调度和分析决策, 为矿山应急救援指挥、技术调度以及安全生产管理提供重要的技术支持。

3.2 协同办公管理系统

自动化理念下数字矿山建设需要构建协同办公管理系统, 协同办公是以政府单位和企业信息化建设为核心的软件系统平台, 基于该软件系统平台建设资金流、物流、信息流和工作流的信息化应用框架, 加强个人消息、公共信息、系统数据、知识文档等信息的沟通交流。同时对协同办公管理系统设计工作交流管理、信息管理、资源管理、会议管理、档案管理、公文管理、表单管理、邮件管理、首页管理和系统管理等功能模块。

3.3 矿山企业资源计划

矿山企业资源计划 (ERP) 结合矿山企业的实际生产运营计划, 进一步优化生产管理的流程和功能, 从而确定财务管理、销售管理、人力薪资管理、选冶管理、仓库管理、采购管理、运输管理、设备能源、安全管理、生产管理、计划管理、储量管理、系统管理等功能模块[3]。

3.4 井下地表通讯系统

井下地表通讯系统以电缆、光缆为信息传输媒介, 建立井下局域网, 基于TCP/IP协议, 实现和Internet、矿山局域网的信息通讯。井下地表通讯系统需设置视频监控模块、井下工作人员与设备调度、跟踪和定位模块以及语音通讯模块, 实现监测与交通监控之间的数据传输。通过对井下地表通讯系统设计模块化结构, 结合数字矿山建设实际情况, 在不同阶段, 分步、分期进行实施。

3.5 生产执行系统

生产执行系统 (MES) 是面向矿山企业生产车间的实时信息系统和生产管理技术, MES为矿山企业提供精细化、有弹性、快速反应的制造环境, 有助于矿山企业按期交货、降低成本, 提高服务质量和产品质量。MES实现的关键在于矿山生产与计划的密切配合, 车间管理人员通过MES了解矿山生产现场的情况, 及时做出准确判断, 快速采取应对措施, 确保矿山生产计划的快速执行。MES为矿山企业管理人员进行矿山生产运营过程管理和监控、控制生产成本和产品质量提供了重要工具。

3.6 过程控制系统

3.6.1 人机定位管理。

人机定位管理主要实现以下功能:第一, 自动记录升降井工作人员, 显示具体每个人准确的上井和下井时间;第二, 识别卡管理, 包括人车识别卡匹配查询、识别卡分配、新卡入库管理等;第三, 重大危险信息警示, 动态显示矿山井下的危险信息, 提醒工作人员注意所在区域的危险和风险因素, 采取有效安全防护措施, 在井下危险场合, 如盲巷, 设计语音站, 组织工作人员随便进入;第四, CAS/PDS反碰撞系统, 在车辆与车辆、工作人员与车辆相遇时, 提前发出报警信号, 提醒行人和司机, 避免发生安全事故;第五, 实时定位, 通过人机定位管理系统, 在屏幕上显示任一时刻井下车辆和人员的位置, 实时查询井下车辆和人员的数量和分布情况。

3.6.2 通风排水控制。

实时监测矿井通风机的反风和开停、电机绕组温度、轴承温度、通风机功率、风量以及风压等状态信号, 一旦发现矿井异常情况, 快速发出报警信号, 并传送到矿山信息管理中心, 按照紧急预案有效处理。

3.6.3 尾矿库预警监测。

通过尾矿库预警监测系统对尾矿库库区筑坝、尾矿排放等情况进行巡检和观测, 准确高效地指挥尾矿库生产, 实时观察牲畜或者闲杂人员进入尾矿库等情况, 及时发出报警信号。

3.6.4 安全生产调度指挥。

安全生产调度指挥系统是一个集矿山信息采集、调度、决策、显示、控制、切换、处理等为一体的综合性系统, 实现整个矿山生产运营的有效、全面和持续监管, 随时掌握矿山安全生产情况, 识别安全风险, 对可能存在的风险提前预警, 提高化解和防范矿山风险能力, 确保矿山安全、稳定、高效运行。

4 结束语

随着矿山开采越来越深, 对于矿山企业的生产运营要求也越来越高。矿山的安全生产运营离不开技术创新和科技支撑, 通过建设数字矿山, 实现标准化、系统化、规范化的采矿生产运营, 实现最大化的经济效益, 推动矿山企业的快速发展。

参考文献

[1]吴立新, 汪云甲, 丁恩杰, 等.三论数字矿山——借力物联网保障矿山安全与智能采矿[J].煤炭学报, 2012, 3:357-365.

[2]杨光.试分析自动化、信息化与数字矿山[J].机械管理开发, 2013, 5:68-69+72.

矿山综合自动化篇7

随着中国经济社会的快速发展, 中国矿产资源的需求量持续增长, 为了满足社会发展需求, 不得不加大对矿产资源的开发利用程度, 以满足人们越来越多的矿产资源需求。矿产资源的开发, 离不开矿山开发设备, 以往的机电设备, 耗费成本高, 效率低, 已经不适用于现代化的矿山开发, 矿山企业对矿山机电设备的要求提出了更高的要求。科学技术的进步, 促进了矿山机电设备的更新换代速度, 为当前的矿产资源开发创造了有利条件。当前, 矿山机电设备朝着控制自动化的方向跨步前进, 自动化技术在矿山机电设备中的应用使得矿山开发工作的效率得到极大的提高, 而自动化技术中的PLC技术在矿山机电设备中普遍使用, 当前PLC技术已经日益代替传统的继电器在矿山机电设备中广泛应用, 大幅度提高了矿产资源的开发水平。但是, 根据目前PLC技术在矿山机电设备控制中应用实际情况来看, PLC在矿山机电设备中的控制技术有待进一步优化。本文介绍PLC技术的特点, 并详细介绍当前PLC技术在矿山机电设备中的应用。

1 PLC技术简介

PLC是可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller) 的简称, 是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计。PLC十分便于各个系统相互组合, 并且它的可靠性比较高, 编程语言也比较简单, 操作方便。

PLC的主要组成为输入接口、输出接口、电源模块、外部设备编程器、扩展接口、外部设备接口、存储器、中央处理器以及电源模块等。PLC设备之间的数据交换主要依靠数据总线、地址总线、电源总线等进行连接, PLC根据设备的需要确定需要控制的设备, 执行已经编程的语言, 对相关设备进行操作。从结构上对PLC进行分类, 可以分为模块式和固定式两种情况, 其中模块式的PLC结构主要包含电源模块、机架、内存、I/O模块、CPU模块, 这些模块之间是按照一定的规则进行配置的, 另外一种固定式的模块主要包含电源、内存、显示面板、I/O板、CPU板等结构, 与模块式结构的不同之处是该模式的组成是固定的, 不能进行拆卸, 它们是一个整体[1]。

PLC技术的大量应用是依靠其优秀的性能实现的, PLC在控制各种类型的机械或生产过程中具有它独特的优势。PLC技术功能完善, 组合灵活, 扩展方便, 实用性强。现代的PLC技术功能强大, 其各个单元、模块之间可以任意组合, 满足不同系统的控制要求, 适应工业控制的需要。PLC使用起来非常方便, 它采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言, 编程非常简单, 无需编程人员懂得计算机知识, 因此系统开发周期短, 现场调试容易。另外, PLC程序可以实现在线修改, 只需要改变PLC的控制方案即可实现对机器的控制, 不需要拆开设备进行任何设置。PLC设备安装也比较简单, 维修十分方便, 它可以在很多种工业环境下运行, 只要能够将各种设备与PLC的I/O端口相连接即可实现对设备的控制。PLC还具有其它设备没有的技术优势, 它的抗干扰能力很强, 可靠性很高。为了防止内部电源对PLC设备的干扰, 采取了屏蔽、稳压等措施, 为了使PLC能够在恶劣的生产现场工作不受干扰, 外壳采取密封、抗震的封装结构, 从而保证了PLC在复杂环境中工作的稳定性, 故障率比较低。PLC是面向矿工企业的控制设备, 接口比较简单, 编程语言技术人员也比较容易掌握, 所以在矿山机电设备的控制中得到广泛的应用。

2 PLC技术在矿山机电控制中的应用

2.1 利用PLC技术实现井下风门的自动开闭

过去开采矿山使用的风门大部分都是采用人工进行开启和关闭, 但是由于风门内外压力比较大, 开启风门时需要很大的力才能实现, 操作比较困难, 另外在采用人工方式对风门操作时, 很容易破坏风门。自动化技术的发展, 为摆脱人工控制风门提供了捷径, 在现代矿山中使用远红外传感器对进出风门的车辆进行检测, 然后使用PLC技术实现对风门自动开启和关闭, 可以有效克服人工操作存在的难题, 同时还可以节省劳动力, 提高控制的安全性。风门面积一般比较大, 从而使得风门两侧压力差较大。由于风门两侧压力较大, 开启时需要很大的力, 为了降低开启时遇到的阻力, 可以想办法减小风门两侧的压力, 如在风门上开个小窗户, 在开启风门之前先打开小窗户, 降低风门两侧的压力, 这样用很小的力就可以将风门打开。有研究者根据矿山现场的研究设计了气缸传动带动风门, 然后再利用小窗的帮助实现风门的开启, 这种方式在很多矿山企业也得到了推广应用[2]。随着PLC技术在矿山设备控制中的应用推广, 越来越多的企业采用PLC控制技术控制风门的开启与关闭, 为企业节省了人力物力的同时, 也提高了风门的安全性。

2.2 PLC技术在下运胶带机中的应用

随着自动化技术的发展, 很多以前不可能实现的技术得到实现, 其中机电液一体化的实现使得KZP系列盘式可控制装置运用在矿山机电设备控制中。KZP盘式可控制动装置主要是由三个部分组成, 分别为液压站、制动装置和电控系统, 制动装置是制动力的来源, 它通过闸瓦与制动盘之间相互摩擦产生制动力矩, 然后在利用液压站的调节作用改变制动力, 从而可以实现对设备的控制[3]。一般来说, 设备在正常工作时正压力是0, 而系统的油压会达到最大值, 制动闸处于松闸状态, 并且在闸瓦和制动盘之间存在1.3mm左右的间隔, 当设备收到制动指令时, 电液控制系统就会根据收到的指令对设备发出控制指令, 设备会自动地减小油压, 实现对设备的控制。KZP系列盘式可控制动装置可以利用电动机的输出轴和输送机上的传感器对运胶带的各项数据进行时时监控, 然后可以利用PLC进行数据监测。一般情况下, PLC测得的数据大于设备正常运行的设定值时, PLC就会将供电电流减小, 从而可以控制制动系统的油压, 让胶带减速;当PLC测得的数据小于设备正常运行时的数据时, PLC会控制设备自动增大供电电流, 打开闸瓦, 保证胶带输送机正常运转[4]。

2.3 利用PLC技术改造矿山提升机

老式的矿山提升机普遍采用继电器控制, 随着PLC技术的发展, 矿山企业开始采用可编程控制器和大功率晶闸管变流器对原来继电器控制的提升机进行改造。采用PLC控制技术对矿山提升机进行改造是目前矿山机电常用的改造办法。在对提升机的改造中, 首先要把原来的操作台移走, 以便于新操作台的安装, 但是在升级改造期间仍需使用原来的操作台控制系统的运行。然后, 需要安装新旧系统转化电闸, 便于系统的升级, 保证在升级期间旧系统的正常使用。另外, 由于矿山安全性要求高, 新系统安装完毕后需要对其质量进行严格检查, 让负责设备运行人员参与设备的安装, 方便操作人员以后使用中对设备的维护。PLC技术的应用, 不但可以提高矿山提升机运行的安全性, 并且还能方便操作, 提高了提升机的使用效率[5]。

3 结语

随着社会的发展, 自动化控制技术在各行各业都得到了应用, 特别是工矿企业普遍对老旧设备进行现代化改造。PLC技术是自动化控制中常用的技术, 该技术操作简单, 编程方法容易掌握, 抗干扰能力强, 能够在复杂环境下工作, 可靠性很高, 因此它在矿山机电控制设备中得到广泛应用。PLC技术如今已经逐渐在矿山机电控制设备使用, 如用PLC技术实现对矿井下风门的开启与关闭自动控制, 在下运胶带机中运用PLC技术实现自动化控制, 利用PLC技术改造老旧的矿山提升机等。随着PLC技术的进步, 自动化控制在矿山机电设备中的应用会越来越广泛, 为中国矿产资源的开发提供更多的帮助。

参考文献

[1]赵斌.PLC应用现状及发展前景概述[J].佳木斯教育学院学报, 2012 (04) :10-12.

[2]王继江.浅谈PLC技术在矿山机电控制中的应用[J].科技信息, 2010 (26) :89-71.

[3]王荣华, 张燕斌.PLC技术在矿山机电控制中应用研究[J].现代商贸工业, 2011 (6) :246-247.

[4]赵小军.矿山机电控制中PLC技术的应用[J].机械管理开发, 2012, 129 (5) :117-119.

矿山综合自动化篇8

能源工业是我国重要的经济发展方向。在国际石油资源紧张、石油价格居高不下的影响下, 我国能源发展更加依靠采矿工业。传统的采矿业以人工开采为主, 生产效率低, 安全隐患高, 人身伤亡的事故时有发生。随着社会对能源利用要求的提高, 以及对安全问题的重视, 利用信息技术改造传统的采矿工业, 已经成为确保采矿工业稳步和安全发展的必由之路。

21世纪是信息主导的世纪, “数字化”已成为知识经济的标志。伴随着信息科学技术的快速发展, 社会竞争日益激烈, 信息科学技术更加广泛的应用于各行各业, 信息化、自动化也已成为当前社会发展的重要手段。对于古老的采矿业来说, 科技的发展使得其面临更大的挑战, 将信息化、自动化与矿山技术结合, 打造新型数字矿山技术, 将更加注重工业安全优化措施, 实现更加完善的采矿工艺, 产生更大的经济效益。

1 数字矿山的概述

自从1998年底, 前美国副总统戈尔提出数字地球 (Digital Earth, DE) 的概念, 国际信息技术的竞争日益激烈, 信息技术在各领域中的应用日益广泛。1999年, 中国政府提出了数字中国战略, 并相继在一些行业与理论展开建设, “数字矿山”的建设与研究也在不断发展中[1]。

1.1 数字矿山的概念

数字矿山的定义为:基于统一时空框架的矿山整体环境、采矿活动及相关现象的数字化集成与可视化再现, 是一种“硅质矿山”[1]。通俗来说, 数字矿山就是利用高新技术, 如遥测遥控、GPS测量及数据处理、三维数据可视化分析等[2], 完成对矿山全面监控、虚拟仿真、智能分析, 甚至可实现采矿自动化、智能化等创新技术, 更加安全与环保。

1.2 数字矿山的核心

数字矿山的基础是矿山空间数据基础设施 (MSDI) , 而MSDI的核心是矿山空间数据仓库 (Mine Spatial Data Warehouse, MSDW) [1]。矿山空间数据仓库是将矿山空间数据进行合理的组织联系, 并有序高效的将各类数据资源进行数字化集成和可视化再现。通过矿山空间数据仓库, 矿山将更加严谨的执行采矿任务, 实现更加优质的采矿工作。图1为数字矿山的核心架构。

1.3 数字矿山的建设目标

传统矿山企业生产工艺离散, 生产环境恶略, 并且存在极大的安全隐患。为了解决采矿工业存在的一系列问题, 在以人为本的理念下, 合理的利用高新技术, 稳步推进数字矿山的建设。

无论是借助GPS与移动通讯网络, 还是依靠自动化智能开采, 数字矿山的主要目的都是为了改善传统开采工艺的弊端, 解决当前社会最关注的资源利用与安全生产的问题, 最终达到绿色安全、高效采矿的建设目标。

1.4 数字矿山的发展现状

由于长期受传统开采工艺的影响, 我国矿山企业在信息化、自动化建设方面很难摆脱古老的方式, 也很少敢于冒险, 尝试新型数字矿山工程。因此, 在数字矿山建设过程中曾遇到很大的障碍。随着经济的快速发展, 政府和部门对于数字矿山的发展潜力高度重视, 在“十一五信息化发展规划”中已经明确提出将信息技术与传统产业结合, 提升产业生产效率。如今, 数字矿山在我国的建设工作已经全面展开, 并开始深入研究各类相关技术, 企业的发展现状也有了明显改善, 开采工艺也逐步迈向新的阶梯。

2 矿山信息化与自动化建设研究

矿山系统是一个非常复杂的系统, 它受到各种自然条件、认为条件的影响, 需要很强的调节能力和控制能力。面对如此动态的生产体系, 信息流通传递以及自动控制能力将成为避免系统受到攻击的重要方式。

2.1 矿山信息化

信号传输分为模拟信号传输与数字信号传输。

模拟信号是一段连续的时间函数, 其抗干扰性能差, 一旦有噪声干扰就会产生影响, 并且难以恢复正常。数字信号是有限个离散的取值, 与模拟信号相比, 其具有较强的抗干扰性能, 当收到噪声干扰时, 可通过整形再生的方法来恢复, 保证信号的传输质量。同时, 数字信号传输不受距离限制, 保密性强, 具有更好的传输质量。基于光缆的应用范围扩大, 数字信号传输的优势得到进一步优化。

对于矿山系统, 实现信息及时、快速、准确的传输是十分重要与必要的, 将地面数据信息传送到井下信息中心、将控制调度中心信息传送到各车间都需要高效率的信息传送系统, 因此, 矿山信息化对于数字矿山来说, 不仅可以减少人工传送的工作, 而且可以快速、准确的控制各部门的协调运作, 实现数字矿山的安全高效生产。

2.2 矿山自动化

采用设备的自动化是提高矿山质量、降低生产成本、改善矿山安全与生产条件, 以及实现数字矿山和无人采矿的重要手段。逐渐摆脱低效率、高强度的作业模式, 是如今采矿工业的发展趋势, 随着自动控制技术的发展, 自动化技术已经渗透到矿山作业的各个环节中, 通过无人采矿技术, 不仅提高了资源利用率, 而且保障了人身安全, 对于高危险、高难度的工作, 采用自动化的生产方式, 更加符合当前工业生产要求。

自动控制、自动检测、自动诊断、自动识别等技术的应用, 都使数字矿山逐步走向智能化发展。近10年来, 国内多个科研单位相继开展了采矿机器人 (MR) 、矿山地理信息系统 (MGIS) 、三维地学模拟 (3DGM) 、矿山GPS定位等方面、露天矿卡车调度的技术开发与应用研究, 都在采矿工业中的应用取得了一定的成效。

除了无人采矿技术外, 自动运输系统也是数字矿山必不可少的环节。传统的人工传输不仅浪费人力、物力、财力, 而且还容易产生故障。采用自动运输系统, 不仅能自动运输矿石, 而且还可减少运输产生的一系列成本, 对于数字矿山来说, 将大幅提高运输效率。

2.3 信息化、自动化数字矿山的意义

技术的支持对于企业的发展是尤为重要的, 对于数字矿山的建设, 信息资源的应用将更加有利于企业在社会竞争中取胜, 并逐步走向可持续发展之路。

1) 有利于提高企业的竞争能力, 展现更优秀的企业形象

通过建设具有信息化、自动化技术的数字矿山, 将会使企业的技术核心更加完善, 企业的技术术基础也将更加牢固。在国际竞争的舞台上, 数字矿山的不断进步将有利于展现出良好的企业形象。

2) 有利于提高企业的运转效率, 突破更艰巨的挑战

通过实现数字矿山信息化、自动化的基本建设, 提高了企业的运转效率, 将更多的人工操作转变为机器的高速运转, 加大了企业的工作范畴。面临经济危机的压迫, 在机遇与冒险共存的经济海洋中, 不断加强自身防御能力, 突破更加艰巨的发展重任。

3) 有利于提高企业的安全防护能力, 减少各项损失

面对社会发展中日益重视的安全生产要求, 实现信息化、自动化的数字矿山将有效的避免和降低矿山灾害风险, 保障矿山高产、高效和安全生产, 并且在发生危险时, 可以紧急产生防护措施, 极大限度的减少矿山人员伤亡与财产损失。

3 主要问题及解决方法

数字矿山企业不同于其他企业, 由于它复杂、庞大和长期的系统工程, 使其必须分阶段逐步建设。我国当前数字矿山建设由于各矿山建设重点不同、建设起点差别较大, 使得自动化、信息化数字矿山在应用建设中存在较多问题。

3.1 存在以下主要问题

1) 信息孤岛现象严重。

由于缺乏矿山空间数据集成和共享环境, 对于各类矿山的数据分析、测量要求、地质状况等信息不能得到交流共享, 使得矿山之间相互独立, 形成“信息孤岛”的现象, 造成信息资源和设备资源的极大浪费[3]。

2) 生产与检验要求低。

由于对矿山开采需求及有关标准的了解欠缺, 导致企业生产的产品功能不符合要求, 并且对于信息化、自动化生产设备的质量使用维护疏忽, 造成一定的安全隐患[4]。

3) 思想观念的传统化。

受传统计划经济思想和急功近利意识左右, 矿山领导层或企业主不愿对矿山信息化建设进行长远投入, 墨守成规, 无法真正发挥信息化、自动化数字矿山的优势, 阻碍了企业的发展。

4) 技术生产设备的落后。

高新技术的投入需要高新设备的引进, 由于资金不足, 设备无法得到及时更新, 阻碍了技术的创新与完善, 也制约了企业信息化、自动化的发展。

3.2 解决方法

1) 制定阶段化发展策略。

数字矿山发展需要一个系统化的发展体系, 制定一个合理的发展计划, 对于企业实现信息化、自动化具有重要意义, 并且对于矿山的安全生产制定合理的标准, 保证行业的生产质量。

2) 进行自主产权数字化软件技术的开发。

加快矿山自动化系统的研究, 适当与各个矿山进行信息交流共享, 消灭“信息孤岛”现象, 保证数字矿山技术的实用性与可靠性。

3) 加强数字矿山基础理论与关键技术的研究。

矿山高新技术的发展需要更多拥有专业知识技能的工作人员, 适当加强矿山数字基础理论与技术的研究, 可以保证矿山的生产效率, 并且对于技术的创新与改进也有一定的促进作用。

4 结语

自动化、信息化数字矿山技术的应用, 对于企业经济的发展、安全生产的保障具有重要意义。虽然存在很多应用阻碍与发展问题, 但是其潜在的经济利益是非常巨大的, 只有经过不断创新, 不断改善, 信息化、自动化的数字矿山必定成为我国经济发展的重要部分。

摘要：作为一种新兴采矿工业, 数字矿山的发展对于21世纪具有重大意义。实现信息化、自动化对于矿山的发展是十分重要的, 通过分析信息化、自动化数字矿山技术的特征及基本功能, 结合实际情况, 将其主要优势及存在问题进行解析, 并提出适当的解决方法。

关键词：信息化,自动化,数字矿山

参考文献

[1]吴立新.数字矿山技术[M].长沙:中南大学出版社, 2009

[2]程建远, 曹丁涛等.矿井多元地质信息集成系统及其应用[M].北京:煤炭工业出版社, 2004

[3]周邦全.数字矿山—实现矿业高效安全生产的必由之路[J].矿业安全与环保, 2007, 34 (4) :70-75

矿山安全综合管理系统研究篇9

关键词：安全隐患闭环管理,人员管理,系统研究

1 问题的提出

我国矿山采掘企业95%以上都是井下开采, 开采条件复杂, 随着开采深度和作业地点的不断增加, 安全隐患不断增多, 隐患如果未得到治理, 重大隐患事故不能有效的遏制, 企业安全生产形式依然严峻。主要集中在以下几点:

1.1 隐患整改监管不到位

当前矿山企业每周、每月甚至每天都会有安全管理人员下井检查, 但是查出的安全隐患不复查, 隐患检查出来没有落实整改措施, 责任落实不到位、整改不到位的现象时有发生, 给安全事故的发生提供的可乘之机。

1.2 安全制度执行力度不够, 监察监管不到位

当前矿山企业规章制度已经涵盖了方方面面, 但是由于没有实现有效的监管, 违章违规的现象还是屡禁不止, 归根结底还是在于制度“严不起来, 落实不下去”, 这也是安全事故频发的重要原因之一。结合矿山企业的安全生产管理现状, 为了使企业经营更合理、管理更高效、管理更科学, 研究和设计矿山安全综合管理系统。

2 系统研究与设计的目标

通过本系统, 各级管理人员可以随时掌握井下什么地点存在什么隐患, 隐患治理到什么程度, 谁是隐患治理的负责人, 作业区域的人员情况, 重点工程的施工情况, 生产报表情况、井下作业地点是否安全、主要设备运行情况, 人员违章情况, 通过系统加强对矿山采掘企业安全生产工作的规范化, 督促企业决策和消除存在的生产管理问题和安全隐患, 适应了企业精细化的安全管理。

3 研究内容

设计了作业现场安全动态评估和管理功能, 工程队管理人员根据现场情况在系统上填写, 系统根据检查表法得出分数, 通过分数来确定作业现场是否安全。

根据公司安全生产隐患等级分类, 将安全管理中相关信息危险、紧急系数进行分级显示或预警。安全隐患信息处理过程直接显示为动态的图像, 管理员可以很直观的对隐患进行各种操作。

本系统可以自动统计井下作业人员的相关信息 (包括作业地点、工种) 和违章情况, 实现对作业人员的实时监管, 同时对违章人员实施“红、黄、绿”牌管理, 对红牌人员系统发短信或文本通知相关部门, 提高了作业人员的安全意识。

目标、计划的确立和流程化处理, 使各级人员的责任更加明确, 同时各级参与者可以主动纠正自身所在目标、计划中的偏差, 同时能对传入的目标、计划进行反馈处理, 使目标、计划更高效的完成。设计了矿区矢量地图, 在线添加安全、生产信息, 使安全管理信息展示更加形象和精准。根据矿区井下平面地图对工作中的生产作业面和安全隐患点进行管理操作, 安全隐患点在地图上用小旗显示。

短信平台管理系统。本系统中的短信平台用来向相关责任人发送预警信息, 同时也可以通过平台向员工或者客户进行信息的传递, 当系统检测到有隐患或者隐患未及时处理时, 系统会将隐患信息及时发送给相关责任人, 监督责任人及时整改。

开发了井下设备在线管理系统, 从设备的购进, 安装地点、使用责任人、检修、维修等相关信息对设备统计分析, 加强了公司设备管理, 同时也保证了设备使用的效率。

生产报表功能, 生产报表查询系统主要是按照当天或历史类别查询产量、生产数据报表等情况。生产报表查询系统默认显示当天的生产数据报表, 用户也可以选择其他时间来查看历史记录。

作业区域管理, 将井下工作地点实施分区域管理, 包括每个区域的管理人员、作业人员、工作地点名称、作业地点安全评估情况在矢量地图认显示, 使管理层可以随时的了解井下生产状况, 同时也可以查询该作业地点的历史信息。

系统不仅具有安全隐患管理、短信预警、人员管理等功能, 还集成了设备管理、环境监测、视频监控、人员定位等管理系统, 管理员的操作变得更加简单、快捷、有效。

生产信息管理。支持在线查阅CAD图纸和excel表格等功能, 各级部门可以工程进度和相关生产的信息上传到指定板块进行展示, 以便领导在线查阅。

信息中心。通知、通告, 报警短信、相关的安全文件、内部信息的发布、下载及阅读。

4 结束语

矿山安全综合管理系统是与矿山隐患排查、人员管理、作业现场安全管理以及安全管控模式相结合, 并结多年安全隐患管理实践, 运用信息、网络和通讯等技术研发成功的一套矿山安全综合管理系统。从2013年赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司该系统以来, 公司安全生产整体管理水平提高, 其取得的社会效益、经济效益显著。

参考文献

[1]王英明.安全隐患闭环管理在煤炭企业中的实践与创新[J].金属矿山, 2009 (11) :690-691.

[2]王小林, 桑志彪, 彭锟, 等.煤矿“四环五级”安全隐患闭环管理运作模式及功能设计[J].煤矿安全, 2009, 40 (10) :109-110.