地采礦山智能化整體系統(tǒng)解決方案

背景

伴隨新舊動能轉(zhuǎn)換和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷推進(jìn)，社會發(fā)展已進(jìn)入智能化發(fā)展新時代。傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展模式難以為繼，資源安全、經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全的壓力不斷增加，為了實(shí)現(xiàn)我國從礦業(yè)大國到礦業(yè)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，塑造新時代中國礦業(yè)產(chǎn)業(yè)形象，礦山建設(shè)也必須走創(chuàng)新之路。

智能礦山是以提高礦山生產(chǎn)力為基礎(chǔ)，充分運(yùn)用信息技術(shù)管控礦山資源、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營各要素，從而實(shí)現(xiàn)安全高效、少人無人、綠色發(fā)展的精品礦山。

建設(shè)目標(biāo)

智能礦山目標(biāo)——利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色、安全、高效的現(xiàn)代化礦山。

綠色——礦產(chǎn)資源開發(fā)全過程，科學(xué)有序開采，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

安全——危險，勞動強(qiáng)度大，勞動密集型轉(zhuǎn)變?yōu)樯偃藷o人。

高效——利用信息技術(shù)將工藝、設(shè)備、人員、專業(yè)等有效貫通，確保長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

系統(tǒng)組成及架構(gòu)

北京速力科技有限公司隸屬于首鋼集團(tuán)，依托深厚的行業(yè)背景，將首鋼礦業(yè)六十多年的生產(chǎn)、管理實(shí)踐與智能礦山技術(shù)進(jìn)行深度融合，歷經(jīng)國內(nèi)外建材、冶金、有色、煤炭、黃金等行業(yè)的檢驗(yàn)與總結(jié)升華，形成了貼合礦山管理實(shí)際的智能礦山解決方案。

依據(jù)地下采礦生產(chǎn)工藝流程，主要涉及資源儲量模型建立－計(jì)劃編制－生產(chǎn)配礦－大型固定設(shè)施－運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)－計(jì)劃監(jiān)控等生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)。智能礦山建設(shè)采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通訊等系列前沿技術(shù)。將智能化技術(shù)與管理升讀融合，構(gòu)建一套全方位新型現(xiàn)代地采礦山智能生產(chǎn)管控平臺。

智能管控中心建設(shè)

數(shù)據(jù)中心

采用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念結(jié)合成熟主流技術(shù)，將中心機(jī)房打造成先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建開放、共享、協(xié)作的智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)為其主要特征的企業(yè)信息化建設(shè)的重要模式與最佳實(shí)踐，它是實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)信息管理和高效利用的必要手段，也是企業(yè)持續(xù)發(fā)展的一種核心能力。

智慧決策中心

智慧決策中心利用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，通過查詢和分析工具、數(shù)據(jù)挖掘工具、智能建模工具等對其進(jìn)行分析和處理，最后將知識呈現(xiàn)給管理者，為管理者的決策過程提供支持。

智能運(yùn)營中心

作為企業(yè)戰(zhàn)略分解和落實(shí)的智能運(yùn)營中心，主要功能為實(shí)現(xiàn)下屬企業(yè)間、與外部相關(guān)方之間的協(xié)同運(yùn)營，以及人、財(cái)、物等資源的統(tǒng)一平衡調(diào)度、協(xié)同共享和優(yōu)化配置。

智能生產(chǎn)中心

智能生產(chǎn)中心負(fù)責(zé)全礦生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備自動化控制和管理。全廠的有線通訊、無線通訊、人員定位、閉路監(jiān)控、信息化等系統(tǒng)中心設(shè)備均安裝在生產(chǎn)中心內(nèi)。形成全廠控制、顯示、監(jiān)視中心。設(shè)立工程師站，負(fù)責(zé)全廠設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的檢測和維護(hù)工作。

智能維檢中心

智能維檢中心通過智能維檢服務(wù)平臺對公司維護(hù)檢修進(jìn)行集中統(tǒng)一管控，整合維修資源、深化維修力量，為公司生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

數(shù)字采礦系統(tǒng)

建立了地采礦山礦床地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，巖石分級數(shù)據(jù)庫；建立了地表模型，礦體實(shí)體模型、塊體模型，巖體分級模型等三維立體模型；通過合理規(guī)劃，優(yōu)化布置采準(zhǔn)工程、爆破設(shè)計(jì)等工作，實(shí)現(xiàn)了礦山安全高效經(jīng)濟(jì)開采

三維可視化管控

通過三維可視化平臺實(shí)現(xiàn)對地下礦山安全生產(chǎn)集中可視化，以礦山生產(chǎn)和安全監(jiān)測數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以礦山資源與開采環(huán)境三維可視化和虛擬環(huán)境為平臺，利用三維GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段，將礦床地質(zhì)等開采環(huán)境對象及生產(chǎn)工藝過程、現(xiàn)象進(jìn)行三維數(shù)字化建模，實(shí)現(xiàn)對礦山生產(chǎn)環(huán)境、安全監(jiān)測實(shí)時三維展示，形成三維可視一體化，支撐企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營管控。

地下礦山生產(chǎn)執(zhí)行綜合智能管控平臺MES

MES是以提升生產(chǎn)綜合指標(biāo)為目標(biāo)，對生產(chǎn)過程管理進(jìn)行優(yōu)化和固化的信息化系統(tǒng)。MES不僅是二級和四級之間的橋梁，更是一套獨(dú)立運(yùn)行的信息化系統(tǒng)，將礦山企業(yè)工藝流程、管理流程與決策分析集于一身，融合礦山行業(yè)先進(jìn)的管理理念、優(yōu)秀管理經(jīng)驗(yàn)的一體化平臺。

實(shí)施MES可以幫助企業(yè)生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1．生產(chǎn)組織高效化。MES貫通計(jì)劃層與控制層，實(shí)現(xiàn)組織、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)的全面集成，讓生產(chǎn)組織更加合理、高效。

2.生產(chǎn)計(jì)劃精準(zhǔn)化。MES實(shí)時監(jiān)控設(shè)備狀況、物料情況和生產(chǎn)進(jìn)度等一線生產(chǎn)情況，為生產(chǎn)計(jì)劃制定提供足夠翔實(shí)的數(shù)據(jù)，可以大大提高計(jì)劃兌現(xiàn)率。

3.生產(chǎn)管控集中化。MES打通生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，同時連通進(jìn)廠、發(fā)運(yùn)等上下游環(huán)節(jié)，為生產(chǎn)集中管控提供可靠平臺。

井下六大系統(tǒng)

人員定位    通訊聯(lián)絡(luò)     供水施救

壓風(fēng)自救    監(jiān)控檢測     緊急避險

全礦區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)從視頻監(jiān)控、信號傳輸、中心控制、遠(yuǎn)程監(jiān)管等各方面提出全方位的解決辦法，可以實(shí)現(xiàn)礦山與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，使礦山安全管理工作向科學(xué)化、規(guī)范化、數(shù)字化管理軌道邁進(jìn)，提高安全管理水平。視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用AI技術(shù)自動識別人員不戴安全帽、開采越界等各種違規(guī)行為。

大型固定設(shè)施無人值守系統(tǒng)

中央變電所設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電、監(jiān)控監(jiān)測等功能，最終實(shí)現(xiàn)無人值守

井下水泵房無人值守系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化自動啟停或遠(yuǎn)程人工控制啟停。

通風(fēng)系統(tǒng)無人值守，根據(jù)通風(fēng)量解析及對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際原則控制主扇、局扇的啟停。實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)自動啟停。

井下采礦無軌單體設(shè)備遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)

智能采礦以單體設(shè)備無人操控、自主運(yùn)行為目標(biāo)。在井下通訊平臺搭建的基礎(chǔ)上，抓住當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈、5G等為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展的有利時機(jī)，以采區(qū)單體設(shè)備為突破點(diǎn)，研究、實(shí)施關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程遙控、自動駕駛，為地采智能礦山建設(shè)提供標(biāo)桿，提升國內(nèi)地采礦山行業(yè)影響力。

井下電機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)

電機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)由派配礦單元（數(shù)字化配礦系統(tǒng)、派車系統(tǒng)）、機(jī)車單元（地下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)、電機(jī)車自動保護(hù)系統(tǒng)）、運(yùn)行單元（地下窄軌信集閉控制系統(tǒng)、操作臺系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)）、裝礦單元（溜井遠(yuǎn)程裝礦系統(tǒng)、溜井遠(yuǎn)程裝礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)）、卸礦單元（地下自動卸載站系統(tǒng)和自動清掃系統(tǒng)）等組成。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

該系統(tǒng)成功結(jié)合了通訊系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)。以最優(yōu)行駛路線及成本效益核算方法進(jìn)行車輛的運(yùn)行指揮，顯著提高了鐵路線路的利用率、容量、安全性。通過基于里程儀、定位矯正器、速度儀等實(shí)現(xiàn)機(jī)車的精確定位?；跓o線通信系統(tǒng)的列車控制系統(tǒng)（SLJC）和信集閉車輛指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地下軌道運(yùn)輸?shù)娜詣舆\(yùn)行。

主井無人值守、副井無人及罐籠自動罐簾系統(tǒng)建設(shè)

提升機(jī)的控制系統(tǒng)主要包括主控系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理提升機(jī)的操作和報警任務(wù)，通過檢測提升容器在井筒中的準(zhǔn)確位置以及速度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)行程控制；監(jiān)控系統(tǒng)在硬件和軟件上均獨(dú)立于提升機(jī)主控系統(tǒng)的PLC，主要完成滑繩、過卷和超速等判斷，實(shí)現(xiàn)提升全過程的位置、速度監(jiān)控。

破碎、皮帶及提升智能化控制系統(tǒng)

建立地下破碎機(jī)至主井提升的自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地面控制中心對整個系統(tǒng)的集中監(jiān)控和集中管理，設(shè)備自動連鎖、保護(hù)控制，確保整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

地下礦山斜坡道交通智能管控系統(tǒng)

安全生產(chǎn)一直是礦山企業(yè)生產(chǎn)的重中之重，隨著地下開采范圍增大，運(yùn)輸任務(wù)增長，地下運(yùn)輸車輛逐漸增多。如果無軌車輛運(yùn)行沒有合理的管控系統(tǒng)，相互行駛的車輛不能了解對象情況，極易引起車輛在某個區(qū)域發(fā)生阻塞，導(dǎo)致車輛頻發(fā)倒車，造成燃油浪費(fèi)，運(yùn)輸效率低下，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致安全事故發(fā)生。因此，一套機(jī)動靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、安全高效的交通管控系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。

成品倉小車自動布料裝車系統(tǒng)

系統(tǒng)通過對各料倉料位監(jiān)測，實(shí)時采集現(xiàn)場料倉數(shù)據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)需求智能安排小車自動進(jìn)行布料，實(shí)現(xiàn)小車的精準(zhǔn)定位。

應(yīng)用效果效益

應(yīng)用效果

1、為礦山科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動力

2、為建設(shè)智能礦山提供借鑒

經(jīng)濟(jì)效益

井下智能礦山建設(shè)優(yōu)化了井下礦山開采人員的合理配置，提高管理水平，降低了安全事故率，生產(chǎn)效率提升3%-12%，減員人數(shù)超過了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式50%.為后期最終實(shí)現(xiàn)無人礦山奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。