煤炭工业信息化、现代化矿井

煤炭工业信息化与现代化矿井西安科技大学研究院副院长宋柏西安科技大学简介•西安科技大学历史悠久，底蕴深厚，前身是西安矿业学院，1958年建校，2003年定名为西安科技大学。•学校现有17个学院、2个直属部、一个独立学院。拥有安全技术及工程国家重点学科，10个省部级重点学科，5个省级名牌专业，3个省部级重点实验室，1个省部级工程研究中心，1个国家矿山救援研究中心。现有1个博士后科研流动站，9个博士学科点，初步形成了以地矿及其相关学科为特色，工、理、文、管、法协调发展的办学格局。西安科技大学人力资源•学校现有在编教师1006人，其中，正、副教授360人，具有博、硕士学位者700余人，省“三五”人才4名，入选国家百千万人才计划1人，教育部新世纪优秀人才4名，享受国务院政府津贴的有27人。学校还有包括8名院士在内的200余人的高水平兼职教师队伍。西安科技大学科技实力•学校总体科研实力位于陕西高校前十强。拥有3个省部级重点实验室，一个教育部工程研究中心，2个校企共建的联合研究基地，20个研究所；拥有大型实验设施200余套；近年来，学校先后承担国家自然科学基金项目30余项，年纵向科研经费1000万元以上；“十五”以来学校获得国家科技进步奖1项，省部级科技奖励61项，专利62项。学校十分重视科学研究在学校发展中的作用，建立了完善的科技创新体系，造就了一批优秀的的学科带头人和中青年学术骨干，在现代矿山开采技术、煤层自燃火灾防治、开采损害与环境保护、矿产资源评价与地质灾害防治、岩土工程等领域形成了相对稳定的、特色鲜明的研究方向。宋柏个人简介•西安科技大学研究院副院长•高级工程师、硕士生导师•1976年毕业于西安科技大学电气自动化专业•1979年至1981年在西安电子科技大学进修通讯工程专业，在学校长期担任电气自动化专业教学及科研工作，长期从事煤炭行业电气自动化通信工程方面的科研、工程设计及施工。宋柏个人简介•1、2001年主持研发的“智能型斜井跑车防护装置”获陕西省科技进步二等奖，并在全国多个煤矿推广使用。•2、1995年主持设计并负责施工完成了新疆原哈密矿务局北泉新井安全生产监测监控系统，该系统为新疆首套安全生产监控系统。•3、2002年主持设计并施工完成了新疆艾维尔沟八钢集团1930矿、2130矿、乌鲁木齐硫磺沟矿•三套属国债项目的安全生产监测监控系统。目录一、国内煤矿综合自动化现状二、煤矿信息化与自动化是煤矿安全生产的需要三、煤矿自动化技术平台基本构架四、煤矿综合自动化关键技术综述五、煤矿数字化、信息化、自动化六、数字矿山的目标七、信息集成的7个方面八、煤矿专业人才队伍建设前言•煤炭工业发展“十一五”规划•煤炭工业发展方针：依靠科技、促进升级。采用高新技术和先进适用技术，加快安全高效大型现代化煤矿建设，大力推进中小型煤矿机械化，淘汰落后的工艺和装备，提高煤炭重大装备研发和制作能力，促进煤炭产业升级。•煤炭工业发展目标：技术进步：大型煤矿采掘机械化程度达到95%以上，中型煤矿达到80%以上，小型煤矿机械化、半机械化程度达到40%。安全高效煤矿数量达到380个，产量占全国的45%，其中千万吨级煤矿达到25个•煤炭工业发展的主要任务：加快煤炭科技创新，充分发挥市场配置资源的基础性作用和企业的市场主体作用，加强组织协调和政策引导，重点围绕大型煤矿综合采掘和露天开采设备、大型运输提升和洗选设备、大型煤炭气化和合成设备的国产化，组织跨行业大协作，处理好引进与研发、制作与使用、投资与收益的关系，推进重大装备国产化，大力推进中小型煤矿机械化，发展适合于中小型煤矿的机械化装备，发展适合于中小型煤矿的机械化装备，加快培育和发展面向小型煤矿的综合服务体系，新建中小型煤矿必须采用机械化开采，现有煤矿限期进行技术改造，尽快提升中小型煤矿技术装备水平一、国内煤矿综合自动化现状目前，煤矿井下普遍使用的有工作面综合监测系统；环境参数监控系统；机车信、集、闭系统；通风监测监控系统；电网监测监控系统；束管监测系统；皮带集控系统；地音监测系统等等。通信系统除矿用程控调度电话外，还有各种局部的移动通信系统，如载波电话、感应电话、泄漏通信系统、无线通信系统、扩音电话等。煤矿综合自动化系统，旨在利用先进的网络技术将以前的独立控制的各生产、管理系统连接起来，结合自动化、网络、通信、数据库等新理论、新技术，将生产自动化、管理信息化的各项应用系统统一在一个网络平台上，以保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监测、监视、控制和调度管理。矿山企业信息化总体构架二、煤矿信息化与自动化是煤矿安全生产的需要煤炭工业持续健康发展，安全生产是关键。然而，我国煤炭生产的自然条件十分恶劣，瓦斯与煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板冒落、机电事故总威胁着煤炭的安全生产，我国煤炭生产百万吨死亡率仍高于世界平均水平。我国百万吨死亡率较高的一个原因是我国煤炭赋存条件差，以井工矿开采为主，瓦斯、水、火、顶板等灾害严重，机械化程度低。煤矿安全生产除需要严格规章制度，先进的开采和管理方法，可靠的采、掘、运、抽、排设备外，更离不开煤矿信息化和自动化技术及装。这包括环境与生产监控与遥控、灾害预报预测、人员定位、生产调度通信、救灾通信、安全生产监管等。三、煤矿自动化技术平台基本构架煤矿自动化的目的是实现矿山主要系统与机电设备的集中控制，集成各种矿山生产实时数据与管理信息。必须站在煤矿企业的高度去整体规划和设计，根据“管控一体化”的思想，采用三层网络结构，利用世界先进的自动化产品，网络产品和工业控制软件，数据库软件，使矿井在“采、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节全面实现自动化控制，并将煤炭生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成统一完整的有机整体。•煤矿综合自动化系统结构的物理结构分为：信息层、控制层和设备层三个物理层网络结构。结构模型如图•信息层：基于以太网的开放的网络技术TCP/IP，管理层通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、人事、运输等各种信息，实现全矿井统一调度及统一管理。•控制层：控制层网络部分由DCS现场控制站、现场操作员站、就地和中央控制站等组成。•设备层：现场设备层网络用以连接底层现场设备，有远程I/O站、现场仪器仪表设备。生产控制中心的基本任务有：1、对矿井内各控制系统发布控制命令，能监视矿井各子系统内设备的运行状态以及所需的生产和安全参数；并能够上联集团公司广域网，实现矿井与公司之间的生产与管理信息及时交换。•2、实施井下除掘进头以外的所有电气设备均能在地面调度中心进行集中监视和控制，井下个系统的控制实行无人值守，，仅有巡检工进行巡视和维护，巡检工可以就地起停现场设备，地面调度中心根据现场情况起停设备；对地面除绞车、锅炉房、瓦斯抽放站外，均实现无人值守，设备的监视和控制均在调度中心进行，实现全矿的管控一体化。•煤矿综合自动化系统集成平台的信息系统具有信息存储、交换、处理、服务等功能。四、煤矿综合自动化关键技术综述•1、煤矿综合自动化系统分为四大模块：生产调度模块；安全监察模块；设备运行模块；信息管理模块。•生产调度模块含有：生产大屏幕显示系统，设备运行状况工业电视监视系统；人员车辆跟踪调度系统。•安全监察模块含有：安全生产监测监控系统；消防报警系统；安全生产预案及联动系统。•设备运行模块含有：综采工作面设备运行与控制系统；井下水泵运行与控制系统；井下电机车运行与控制系统；井下变电所运行与控制系统；地面变电站运行与控制系统；提升机运行与控制系统。•信息管理系统含有：生产信息查询系统；安全生产信息监测管理系统；设备信息管理系统；矿井人员信息管理系统，矿井生产财务信息管理系统。•2、煤矿综合自动化技术实践•矿井综合自动化系统包括煤流系统（即采煤工作面自动化系统、运煤皮带系统、主井提升系统、主井地面生产系统、装车系统、煤量计量系统）；矸石流及辅运系统（即掘进工作面设备系统、运矸皮带系统、矸石提升系统、地面排矸系统、轨道运输系统、副井提升系统）；以及地面、井下电力调度系统、安全监测系统、矿压通风系统、降温系统、地面水处理系统、锅炉房控制系统、矿井水文监测系统。五、煤矿数字化、信息化、自动化自动化矿井、信息化矿井和数字化矿井都是矿井发展的方向，而这三者是什么关系？又有什么不同？这三者在本质上没有区别，而是从不同的角度提出煤炭企业今后发展的方向。三者之间信息化是实质，数字化是表达形式，自动化是基础和目的。所有的高产高效的现代化矿井其核心是信息，即各种信息的采集、传输应用和反馈的闭环过程，随着计算机技术、网络技术的发展，所有的信息都将以数字（化）的方式表现出来，其应用的最终价值将体现在矿井安全生产自动化（管控一体化）上，体现在企业的减员增效、保障安全上。•信息化是现代化矿井的实质。现代化矿井实质上是依赖对矿井地理、生产、安全、设备、管理和市场等方面的信息进行采集、传输、处理、应用和提升，达到信息增值的目的。其主要内容包括信息的采集（传感器与检测）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）、信息的应用与集成（自动化）等等。信息是未来煤炭企业的重要战略资源，拥有全面完整、准确的信息是企业提供生产能力，保障安全，提供管理水平、市场应变能力和竞争能力的重要保障。•生产、安全、地理和设备的信息通过网络（通信线路）实时传送到地面调度中心，使得煤矿的安全、生产管理决策更便于优化，实现了电子生产，为减少设备及零配件的库存量进一步降低吨煤成本，他们注重供应链的管理，大力推进以计算机、网络和数据库为基础的电子供应链。面对市场竞争日益严峻，他们转为以市场的客户为中心，重视客户关系管理，实现自动配煤，满足用户对各种不同煤质的需要，推动电子商务，先进采煤国的煤炭企业正向管控一体化和产销一条龙发展，实现企业信息化。•数字化是信息的表达形式，而且是信息最高、最先进的表达形式。由于计算机技术、微电子技术，尤其是网络技术的飞速发展，许多煤矿的地理信息、生产信息、安全信息、设备工况信息从采集（传感器）开始，就实现了数字化、网络化。由于信息是以数字的形式进行采集、处理、传输和应用，因此，生产、安全、管理、市场等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流，使所有的信息能得到充分的应用，使所采集到的信息得到更大的增值。•自动化是现代化矿井的重要基础和目的。自动化是指机械设备或生产过程（煤矿包括环境安全）、管理过程在没有人的直接参与，经过自动检测、信息传输、信息处理、分析判断、操作控制，实现所要达到的目标，信息化（数字化）的信息绝大部分来自于各种生产、工况、安全的自动检测装置（传感器），这些是信息化（数字化）的基础。反之，由于实现了信息化（数字化），可以在地面对矿井的生产设备的工况进行监测和自动控制，可以实时、连续监测各种地理、安全信息，大大减少井下作业人员的人数，这不仅可以提高效率，而且可以大大提高煤矿的安全水平。•实现了管控一体化之后，把生产、安全和管理有机地融合在一起，在管理层可以实时采集到许多生产、安全的信息、也可以得到许多信息的变化趋势，为信息化或数字矿山奠定基础。在此基础上，利用一些先进的控制理论（如人工智能、专家分析等）建立煤矿安全生产所需的决策支持系统，实现矿井安全、生产和效益的多目标优化和全矿井自动化，最终建成无人化矿井。地面信息管理子系统六、数字矿山的目标•1、应用计算机、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和煤矿生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。•2、通过应用软件，实现经营管理科学化，生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化。•3、保证煤矿生产安全，提高产量和质量，提高企业经营效益和竞争能力。•4、提高对客户多种要求的响应能力。数字矿井最终表现为矿井的高度信息化、自动化、高效率、高安全和高效益。七、信息集成的7个方面•数字化的核心实质是信息化，其价值体现在综合自动化方面。因此，作为数字化矿井的建设，需要从以下7个方面进行集成化考虑，以实现从矿井勘探、矿井规划设计、矿井建设、煤矿生产过程、矿井安全、矿山经营决策的数字化、信息化和自动化。•1、矿产资源信息和矿山设计、矿井建设及开