地下礦山智能操控技術(shù)與綠色礦山建設(shè)

地下礦山智能操控技術(shù)

與綠色礦山建設(shè)西安建筑科技大學(xué)2012.12.14

主要內(nèi)容一、國內(nèi)外礦山現(xiàn)狀二、智能化及綠色礦山建設(shè)三、取得的主要成果四、發(fā)展目標(biāo)一、國內(nèi)外礦山現(xiàn)狀1、我國礦山開采現(xiàn)狀

①隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)各類礦產(chǎn)資源的需求越來越大，而礦產(chǎn)資源是不可再生的資源，目前我國礦產(chǎn)資源總回收率在35%左右，比國外先進(jìn)水平低10%至20%。②礦山企業(yè)的能源、原材料單耗比國外先進(jìn)水平高30%以上。

③

每年產(chǎn)生的可利用而未被利用的工業(yè)固體廢棄物資源價(jià)值已超過250億元。浪費(fèi)大，利用率低、污染嚴(yán)重等問題已經(jīng)成為礦山發(fā)展的瓶頸。

④過去10年我國能源消費(fèi)量對(duì)比<1>平均增長118%；<2>粗鋼消費(fèi)量增長300%；<3>銅消費(fèi)量增長394%。

⑤據(jù)國土資源部統(tǒng)計(jì)，全國11.3萬座礦山中，采空區(qū)面積約為134.9萬公頃，占礦區(qū)面積的26%。近些年來，采礦引發(fā)的礦山次生地質(zhì)災(zāi)害累計(jì)12366起，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失166.3億元.⑥全國鐵礦企業(yè)3111家，平均規(guī)模42.6萬t/年。其中大中型礦山445家，平均規(guī)模160萬t/年；小型礦山2666家，平均規(guī)模23萬t/年。2、智能化及綠色礦山建設(shè)情況

“十二五”規(guī)劃提出了技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能減排是建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的必經(jīng)之路，明確了轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。

目標(biāo)是力爭在1～3年完成一批試點(diǎn)礦山建設(shè)，2020年基本形成全國綠色礦山格局。

2011年3月19日，國土資源部發(fā)布《關(guān)于首批國家級(jí)綠色礦山試點(diǎn)單位名單公告》（2011年第14號(hào)）。按照《國土資源部關(guān)于貫徹落實(shí)全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃發(fā)展綠色礦業(yè)建設(shè)綠色礦山工作的指導(dǎo)意見》（國土資發(fā)〔2010〕119號(hào)）文件要求，經(jīng)礦山企業(yè)自愿申請(qǐng)、協(xié)會(huì)推薦、專家評(píng)估及社會(huì)公示，確定同煤大唐塔山煤礦等37家單位為首批國家級(jí)綠色礦山試點(diǎn)單位。隨之在國內(nèi)掀起了綠色礦山建設(shè)熱潮。

實(shí)例：以“南京棲霞山鋅陽礦業(yè)有限公司鉛鋅廢水綜合利用可行性研究”項(xiàng)目為例，南京棲霞山鋅陽礦業(yè)有限公司地處我國的母親河——長江江畔，緊挨著金陵名勝棲霞山風(fēng)景區(qū)，礦山開采過程中產(chǎn)生的廢水對(duì)環(huán)境影響大、處理的難度較大。這對(duì)技術(shù)創(chuàng)新提出了更高的要求。承接該項(xiàng)目的中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究對(duì)此進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，提出了規(guī)模為14000t/d鉛鋅廢水綜合利用方案。通過研究表明：選礦、采礦生產(chǎn)廢水處理采用先分質(zhì)回用，其余的生產(chǎn)廢水集中處理和回用的綜合處理工藝，在正常情況下，廢水處理后全部回用于生產(chǎn)及其他用水，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。在智能礦山建設(shè)方面：智能數(shù)字礦山，是信息技術(shù)在礦山應(yīng)用的集中表現(xiàn)，以計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)手段，把礦山三維空間和有屬性數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)、傳輸、表達(dá)和加工，建立全方位生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

優(yōu)化礦山生產(chǎn)，提高采礦工藝環(huán)節(jié)中高科技比重，應(yīng)用自控技術(shù)、電子信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從整體上提高設(shè)備技術(shù)效能，提高生產(chǎn)過程中綜合自動(dòng)化水平，提高生產(chǎn)信息化程度，實(shí)現(xiàn)控制智能化，連續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，管理信息化和系統(tǒng)化。實(shí)例：加拿大國際鎳公司（INC）最近所展示的通過地下光纖控制系統(tǒng)，從多倫多的地面控制站對(duì)位于400km以外的薩德伯里礦山中位于不同中段的多臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行遙控。在地下軟巖采礦中，由于其巖體較金屬礦軟得多，可用機(jī)械進(jìn)行挖掘，故可采用連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)。機(jī)械化作業(yè)使這些礦山可以更加容易地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。實(shí)例：基律納鐵礦作為世界上機(jī)械化、自動(dòng)化程度最高，生產(chǎn)規(guī)模最大的黑色地下礦山企業(yè)，有員工1750人，其中井下500人，每年采礦達(dá)2300萬噸，一個(gè)操作人員可在遙控室操作3臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)出礦，礦石成本僅為29.55美分/噸度。井下礦石運(yùn)輸自動(dòng)化與遙控已投入使用。主運(yùn)輸水平采用無人駕駛列車,由一套電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。電子計(jì)算系統(tǒng)和機(jī)車之間的控制信號(hào)是由一臺(tái)無線電裝置傳遞。到現(xiàn)在，在基律納鐵礦已經(jīng)建成了四個(gè)主運(yùn)輸水平，即275米、320米、420米和540米均采用無人駕駛列車。國內(nèi)企業(yè)在國內(nèi)，集成創(chuàng)新的杏山鐵礦地下采礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)了地下采礦提升、破碎、通風(fēng)、排水、供電、軌道運(yùn)輸、斜坡道信號(hào)等環(huán)節(jié)地面遠(yuǎn)程控制。工作人員可以通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握礦井下重點(diǎn)部位的設(shè)備運(yùn)行狀況，各種車輛的移動(dòng)位置、礦石開采的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境都能看得清清楚楚。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，還可以直觀清晰地了解到地下每一個(gè)作業(yè)面的人員情況，包括人員信息、方位確定、作業(yè)時(shí)間等內(nèi)容。國內(nèi)企業(yè)在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)可以快速確認(rèn)人員所在位置，并在統(tǒng)一指揮下迅速升井逃生。系統(tǒng)以其整體穩(wěn)定性、安全性和各子系統(tǒng)的出色表現(xiàn)，把首鋼礦山地下采礦自動(dòng)化、信息化水平一舉推進(jìn)到國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。二、中鋼富全礦業(yè)的

智能操控技術(shù)及綠色礦山建設(shè)

富全礦位于山東省濟(jì)寧市，礦山地質(zhì)儲(chǔ)量5548萬噸，礦石全鐵品位25.43%，磁性鐵品位16.6%，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力100萬噸。

破碎系統(tǒng)采用“三段一閉路”的工藝流程，磨礦采用三段磨礦流程，三段磨機(jī)均與旋流器閉路。最終磨礦細(xì)度-325目占90％，為低品位難選礦石。

礦床采用豎井開拓方式，設(shè)計(jì)有主井、副井、設(shè)備材料井和風(fēng)井4條，構(gòu)成礦山對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。劃分-120m、-220m和-320m三個(gè)中段，其中，-120中段為回風(fēng)中段。中鋼富全礦實(shí)現(xiàn)智能化的總思路主要生產(chǎn)體系、安全控制與預(yù)警技術(shù)等內(nèi)容智能化體系的創(chuàng)建。資源循環(huán)利用系統(tǒng)和生態(tài)保護(hù)體系的研發(fā)。目的：充分利用有限的資源，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的新型礦山。為此，富全礦業(yè)推行礦山節(jié)能、能源綜合利用及智能型礦山建設(shè)是減低生產(chǎn)和管理成本的必由之路，也是企業(yè)能否生存下去的關(guān)鍵問題。（一）中鋼富全礦業(yè)工藝流程圖1.提升智能化集中控制系統(tǒng)（二）采取的主要手段系統(tǒng)由三大網(wǎng)絡(luò)組成:

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線網(wǎng)絡(luò)

管理級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與擴(kuò)容。提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)智能化控制與故障診斷系統(tǒng)。管理級(jí)的提升機(jī)集中控制系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容。主要內(nèi)容包括：

主要采用“集中監(jiān)測(cè)、分散控制”的典型控制模式，將整個(gè)設(shè)備的控制系統(tǒng)分為4個(gè)層次，即設(shè)備層、控制層和管理層及輔助的視頻監(jiān)控層。新老電控的無縫對(duì)接

制動(dòng)閘系統(tǒng)智能檢測(cè)

智能數(shù)字監(jiān)控器操罐設(shè)備聯(lián)鎖控制提升機(jī)高度自校正液壓站和潤滑站

新型總線信號(hào)系統(tǒng)操作跟罐操作模式集中遠(yuǎn)程控制與管理故障診斷專家系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)與分析

技術(shù)要點(diǎn)通過必要的硬件體系的改造，開發(fā)了相應(yīng)的接口軟件體系，修改原有系統(tǒng)的控制程序等，將新老電控有機(jī)的結(jié)合在一起，數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)了新老電控的無縫對(duì)接。由此既保證了原系統(tǒng)的完整性、安全保護(hù)、操作控制等完善部分，又為集中控制和完善保護(hù)等方面的進(jìn)一步完善奠定了基礎(chǔ)。

1.1

新老電控的無縫對(duì)接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)四個(gè)閘盤安裝了高精度檢測(cè)傳感器，針對(duì)閘盤間隙、磨損、偏擺、以及彈簧疲勞、閘盤溫度、閘盤壓力、閘盤動(dòng)作是否正常等信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和精確監(jiān)控。維護(hù)人員可以直觀的觀測(cè)到任何一組閘盤出現(xiàn)不正?；蛴泄收系默F(xiàn)象，為維修人員預(yù)警，并提供準(zhǔn)確的故障點(diǎn)。

1.2

制動(dòng)閘系統(tǒng)智能檢測(cè)

1.3

智能數(shù)字監(jiān)控器研制了智能型數(shù)字監(jiān)控器，采用了專家智能控制方式，數(shù)字監(jiān)控器開始運(yùn)行時(shí)，提升機(jī)只要按實(shí)際情況運(yùn)行一個(gè)行程，數(shù)字監(jiān)控器就可自動(dòng)記錄下提升機(jī)相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，并保存在數(shù)據(jù)庫中。以后提升機(jī)每次運(yùn)行時(shí)，專家控制系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、推理，并根據(jù)提升機(jī)規(guī)范和提升機(jī)所在的實(shí)際位置選取適當(dāng)?shù)恼`差范圍，作為保護(hù)動(dòng)作的依據(jù)，從而既保障了安全性，也避免了各種干擾所產(chǎn)生的誤動(dòng)作。1.4

主控計(jì)算機(jī)、信號(hào)系統(tǒng)與井口操車設(shè)備

的聯(lián)鎖控制

原提升機(jī)電控系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)（PLC）、信號(hào)系統(tǒng)及井口操車設(shè)備是三個(gè)獨(dú)立部分，技術(shù)上不能協(xié)作聯(lián)鎖，容易造成誤動(dòng)作，存在安全隱患。

通過技術(shù)革新將這三部分按照工藝要求構(gòu)建了聯(lián)鎖控制，提高了工作效率，從技術(shù)上限制了誤動(dòng)作，消除了安全隱患。在提升機(jī)的運(yùn)行過程中，因?yàn)殇摻z繩受長期荷載作用及滾筒摩擦等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生蠕動(dòng)變形，造成提升機(jī)控制系統(tǒng)的控制精度不準(zhǔn)確。開發(fā)了能夠有效檢測(cè)滾筒直徑和井筒深度值的自校正軟件系統(tǒng)。通過在井筒中設(shè)置同步開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒深度值的自動(dòng)糾偏，保證系統(tǒng)運(yùn)行過程中在減速點(diǎn)位置之前深度值的自動(dòng)校正，保證在每一次運(yùn)行深度數(shù)據(jù)的精確性。同時(shí)，當(dāng)襯墊磨損達(dá)到一定程度時(shí)，系統(tǒng)能夠給出提示警告，使維護(hù)人員及時(shí)更換。1.5

提升機(jī)高度自校正1.6

提升機(jī)液壓站監(jiān)控

本項(xiàng)目通過給液壓站增設(shè)壓力、溫度等檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)視液壓站的工作狀態(tài)，并開發(fā)了控制軟件系統(tǒng)，完善了液壓站的可靠性。1.7

增設(shè)了新型總線信號(hào)系統(tǒng)

增設(shè)了新型總線信號(hào)系統(tǒng)，并組合在現(xiàn)場(chǎng)總線中。每個(gè)水平的信號(hào)臺(tái)是一個(gè)遠(yuǎn)程分站，水平信號(hào)工的操作信號(hào)經(jīng)由總線和井口主控PLC交換信息，并現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)，由此可以避免信號(hào)的誤傳率，提高了可靠性。1.8

實(shí)現(xiàn)了一個(gè)信號(hào)工多水平跟罐式操作模式

通過在罐口增設(shè)控制設(shè)備，開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)工跟罐操作模式，由此一個(gè)信號(hào)工可以完成多水平操作，提高了勞動(dòng)效率。1.9

多臺(tái)提升機(jī)智能化集中遠(yuǎn)程控制與管理

通過現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，在集控室構(gòu)建了多臺(tái)提升機(jī)智能化集中管理、遠(yuǎn)程控制。集控室實(shí)現(xiàn)了單人操作多套提升機(jī)的工作模式。1.10

研發(fā)了故障診斷專家系統(tǒng)

研發(fā)了第一故障判斷和系統(tǒng)故障預(yù)警分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了故障信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示；歷史故障記錄與查詢；對(duì)故障原因?qū)崟r(shí)進(jìn)行分析并提供最佳解決方案。1.11

開發(fā)了設(shè)備點(diǎn)檢、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)與分

析

、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)上報(bào)等系統(tǒng)。

通過上述研發(fā)，礦山提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化操控、檢測(cè)、分析和預(yù)警體系。

泵站采用DCAP-5000系列綜合自動(dòng)化及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能保證在無人值班的條件下安全可靠運(yùn)行。

系統(tǒng)設(shè)置站控級(jí)（上位機(jī)系統(tǒng)）、間隔級(jí)控制和保護(hù)裝置/泵組LCU屏2層。

間隔級(jí)控制層將采集和處理后的數(shù)據(jù)信號(hào)通過高速以太網(wǎng)傳輸?shù)秸炯?jí)控制層，在站控層融為一體。各間隔級(jí)裝置相互獨(dú)立，互相不影響，功能不依賴于主控室，增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和適用性。2.泵房無人操控系統(tǒng)的創(chuàng)建系統(tǒng)在上位機(jī)出現(xiàn)故障或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，各間隔級(jí)保護(hù)功能不受影響；系統(tǒng)在某一間隔級(jí)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，其它間隔級(jí)保護(hù)功能不受影響。該系統(tǒng)基于微機(jī)開放式設(shè)計(jì)，可以和任意第三方智能化設(shè)備及上級(jí)調(diào)度管理網(wǎng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化。上述研究實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)、遙控、遙調(diào)及所有智能控制功能。

3.智能通風(fēng)體系的創(chuàng)建

井下通風(fēng)采用單翼抽出式通風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在各采場(chǎng)分別安裝了風(fēng)壓傳感器及風(fēng)速傳感器，可以精確測(cè)量各點(diǎn)的風(fēng)速及風(fēng)壓，實(shí)時(shí)監(jiān)控各分段的通風(fēng)情況，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)調(diào)控與預(yù)警。監(jiān)控系統(tǒng)方案布置圖

4.尾礦充填智能控制系統(tǒng)

系統(tǒng)單元的構(gòu)建：綜合自動(dòng)化控制平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)備集中順序啟停系統(tǒng)砂倉和水泥倉的監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)自動(dòng)配料充填控制系統(tǒng)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)

（1）尾礦充填智能控制平臺(tái)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)體系單元的創(chuàng)建：設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)、信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)功能體系：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的視頻顯示、操作指令下達(dá)、報(bào)警顯示、歷史記錄、報(bào)表分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化、可靠、易維護(hù)、易擴(kuò)展。（2）設(shè)備集中順序啟停系統(tǒng)

<1>流程設(shè)備的選擇界面

<2>流程的啟動(dòng)功能<3>流程的停止功能<4>系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程的操控與保護(hù)（3）砂倉、水泥倉的監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)倉位精確測(cè)量和預(yù)警

（4）自動(dòng)配料造漿控制系統(tǒng)將尾砂與水泥按照實(shí)際的工藝要求進(jìn)行配比，通過尾砂給料系統(tǒng)控制礦漿流量，使來料按照設(shè)定的比例均勻的流入攪拌桶中。（5）多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)建

監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)里的所有設(shè)備的監(jiān)控管理，同時(shí)可以定制相關(guān)功能模塊。監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：前端圖像采集圖像及控制信號(hào)傳輸圖像顯示與存儲(chǔ)。各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)操控、自動(dòng)檢測(cè)和預(yù)警體系進(jìn)料流程：（1）尾砂倉進(jìn)料控制（2）

水泥倉進(jìn)料監(jiān)控料漿制備流程：（1）

充填自動(dòng)配料控制（2）尾砂造漿風(fēng)量及造漿水量控制（3）全尾砂漿給料計(jì)量檢測(cè)及調(diào)節(jié)（4）水泥給料量檢測(cè)及調(diào)節(jié)（5）供水計(jì)量檢測(cè)及調(diào)節(jié)（6）灰砂比控制（7）放砂管沖洗水控制（8）

尾礦輸送流程（9）

充填料漿濃度、流量檢測(cè)與控制（10）充填管沖洗水控制5.選礦廠無人操控體系的創(chuàng)建

破碎智能專家系統(tǒng)磨機(jī)狀態(tài)模糊控制系統(tǒng)磨礦分級(jí)自適應(yīng)模糊控制器排尾過程自動(dòng)控制系統(tǒng)磁選過濾與供水過程自動(dòng)控制系統(tǒng)磨選全流程控制系統(tǒng)企業(yè)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

（1）破碎智能專家系統(tǒng)

<1>破碎系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的集中顯示、起停聯(lián)鎖控制<2>給料控制與安全監(jiān)控

<3>除塵自動(dòng)控制<4>礦倉布料控制及物料平衡控制（2）磨機(jī)狀態(tài)模糊控制系統(tǒng)

<1>磨機(jī)狀態(tài)與礦石性質(zhì)的智能分析

<2>一段磨機(jī)的優(yōu)化給礦控制

<3>二、三段磨機(jī)分級(jí)的優(yōu)化控制

（3）磨礦分級(jí)自適應(yīng)模糊控制器<1>建立磨機(jī)裝球、磨礦排礦濃度、旋流器溢流粒度的預(yù)估模型<2>實(shí)現(xiàn)旋流器溢流粒度的優(yōu)化控制及磨礦系統(tǒng)的負(fù)荷平衡控制（4）

排尾過程自動(dòng)控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)尾礦渣漿泵變頻調(diào)節(jié)、液位狀態(tài)的顯示、監(jiān)控和報(bào)警功能。（5）磁選過濾與供水過程自動(dòng)控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)供水離心泵的變頻調(diào)節(jié)，供水主管流量狀態(tài)的顯示、監(jiān)控和報(bào)警、恒壓供水的控制功能（6）磨選全流程控制系統(tǒng)（7）企業(yè)生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)<1>通過設(shè)備監(jiān)測(cè)與設(shè)備安全管理，達(dá)到保障設(shè)備安全、減少故障停車時(shí)間，提高設(shè)備作業(yè)率。<2>通過對(duì)能耗、物耗的管理及生產(chǎn)成本的監(jiān)控，達(dá)到強(qiáng)化管理、節(jié)能降耗、降低成本的目的。<3>針對(duì)生產(chǎn)過程中各子系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表自動(dòng)生成。通過人機(jī)界面，將分散的過程信息集中起來，實(shí)現(xiàn)信息處理和操作集中化，完成系統(tǒng)監(jiān)視和控制功能。工藝參數(shù)趨勢(shì)曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)分析；報(bào)警顯示、事故記錄；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)；產(chǎn)量顯示、歷史記錄；遠(yuǎn)程啟停設(shè)備；工藝流程運(yùn)行狀態(tài)分析。監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖6.地下水資源綜循環(huán)利用系統(tǒng)的創(chuàng)建（1）礦井地下水資源綜合利用體系的創(chuàng)建

將井下涌水和水井補(bǔ)充水輸送到水源熱泵系統(tǒng)，作為一次能源開發(fā)利用。

水源熱泵系統(tǒng)提取水中的能量用于企業(yè)員工辦公、生活設(shè)施的采暖和制冷。（2）污水處理系統(tǒng)的創(chuàng)建

礦山將整個(gè)廠區(qū)的生活污水進(jìn)行凈化處理，處理后的可直接用于生產(chǎn)，每小時(shí)處理水量為300m3。供水系統(tǒng)圖7.設(shè)備余熱利用系統(tǒng)的開發(fā)

富全礦生產(chǎn)用風(fēng)采用地表空壓機(jī)站集中供風(fēng)形式，共安裝螺桿式空壓機(jī)6臺(tái)。

空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)散發(fā)的熱量使空壓機(jī)房內(nèi)持續(xù)高溫，而且溫升快，2臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘室內(nèi)溫度就能達(dá)到50℃左右。非常不利于設(shè)備運(yùn)行，需要采取散熱措施。

副井井口冬季結(jié)冰，為防冰塊墜落危及人身安全，需要在井口采取預(yù)熱措施。

副井設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量為105.75m3/s，冬季室外平均溫度-7℃（歷年極限最低溫度-18.1℃），為杜絕井口結(jié)冰，要求副井進(jìn)風(fēng)溫度高于2℃。因空壓機(jī)散發(fā)的熱能被排至室外造成能源的浪費(fèi)。為合理利用余熱能源，將設(shè)備散熱輸送至副井井口，解決井口結(jié)冰問題。實(shí)踐應(yīng)用證明，在環(huán)境溫度達(dá)到-14℃時(shí)，井口溫度仍能保持在6℃以上。8.礦山人員跟蹤定位管理系統(tǒng)的構(gòu)建（1）現(xiàn)代管理的需求

富全礦共有-120、-220、-320三個(gè)工作水平，井下作業(yè)人員600余名。

如何防止人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域、及時(shí)掌握井下作業(yè)人員變化、動(dòng)態(tài)分布；提高礦山安全管理水平的重要途徑和發(fā)展方向。（1）井下人員跟蹤定位系統(tǒng)功能的開發(fā)

根據(jù)國家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ6210-2007；支持GIS的地圖模式查詢；系統(tǒng)地考慮了多個(gè)出入井口的情況；支持人員歷史記錄查詢；支持軌跡回放（軌跡顯示持卡人實(shí)際行走路線）；支持模糊查詢、精確查詢；與硬件配合，支持危險(xiǎn)區(qū)域人員誤入的自動(dòng)報(bào)警等功能。<1>系統(tǒng)具有模擬動(dòng)畫顯示功能，地圖可以放大縮小、拖動(dòng)，操作簡單。<2>顯示井下作業(yè)人員總數(shù)及人員、重點(diǎn)區(qū)域人員總數(shù)及人員、超時(shí)報(bào)警人員總數(shù)及人員，超員報(bào)警總數(shù)及人員，限制區(qū)域報(bào)警人員總數(shù)及人員、特種作業(yè)人員工作異常報(bào)警總數(shù)及人員等，顯示軌跡符合GIS模式。

（3）顯示巷道布置模擬圖、人員位置及姓名、超時(shí)報(bào)警、超員報(bào)警、進(jìn)入限制區(qū)域報(bào)警、特種作業(yè)人員工作異常報(bào)警等；具有漫游、總圖加局部放大、分頁顯示等方式。

（4）地圖分層次顯示，包括巷道圖層、設(shè)備圖層、重點(diǎn)區(qū)域圖層、識(shí)別區(qū)域圖層、人員位置圖層，各圖層可選擇不同疊加顯示。

（5）地圖具有鷹眼組件，指示當(dāng)前可見區(qū)域在總圖中的位置，可通過鷹眼組件拖動(dòng)可見區(qū)域。

通過井下以太環(huán)網(wǎng)接入示意圖

9.遠(yuǎn)程移動(dòng)管理系統(tǒng)（e礦山）的創(chuàng)建（1）礦山管理信息概況

將富全礦原有的生產(chǎn)運(yùn)行和安全、綜合監(jiān)控、預(yù)警管理系統(tǒng)與數(shù)字礦山移動(dòng)管理系統(tǒng)進(jìn)行了耦合，企業(yè)管理人員能夠通過移動(dòng)終端（手機(jī)）隨時(shí)隨地的接入系統(tǒng)，及時(shí)了解礦井生產(chǎn)狀況和安全狀況，并利用移動(dòng)信息化平臺(tái)進(jìn)行各種決策。

使原有的只能在PC和局域網(wǎng)中使用的功能和數(shù)據(jù)擴(kuò)展到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備，以短信等方式為媒介進(jìn)行信息收發(fā)的雙向傳遞和交互式傳遞。

系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖9.1.2-1所示。圖9.1.2-1系統(tǒng)架構(gòu)圖

（2）e礦山系統(tǒng)功能<1>數(shù)據(jù)查詢：將現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)中安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)；<2>報(bào)表發(fā)送：將礦方的安全生產(chǎn)日?qǐng)?bào)和調(diào)度日?qǐng)?bào)，每天定時(shí)發(fā)送給相關(guān)人員；<3>人員定位：將現(xiàn)有系統(tǒng)中的人員定位延伸至手機(jī)端查詢；<4>產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)：將現(xiàn)有產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)延伸至手機(jī)

端查詢；<5>視頻監(jiān)控：將現(xiàn)有視頻監(jiān)控畫面及運(yùn)行參數(shù)延伸至手機(jī)端查看；<6>安全信息報(bào)警：將超出權(quán)限的安全監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)及時(shí)向相關(guān)人員發(fā)送；主要技術(shù)功能如表9.1.3-1所示。圖9.1.3-1

監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖集控室照片

三、取得的主要成果1、研究并開發(fā)了全套智能化礦井提升控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控；同時(shí)創(chuàng)建了在線安全故障監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，確保提升系統(tǒng)安全運(yùn)行。2、創(chuàng)建了泵房綜合智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無人值守與智能化監(jiān)控、遙控操作體系，確保了井下排水運(yùn)行安全。3、創(chuàng)建了風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，可以精確測(cè)量各點(diǎn)的風(fēng)速和風(fēng)壓，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)預(yù)警與調(diào)控。4、創(chuàng)建了尾礦充填智能控制系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及系統(tǒng)控制軟件的開發(fā)等。5、創(chuàng)建了選礦廠的全流程智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工藝過程的監(jiān)控、調(diào)整、預(yù)警、故障保護(hù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與自動(dòng)調(diào)整的功能。6、構(gòu)建了e礦山管理系統(tǒng)和人員跟蹤定位系統(tǒng)，管理人員可以通過移動(dòng)終端（手機(jī)）隨時(shí)掌握礦井的生產(chǎn)狀況和安全狀況，并進(jìn)行相應(yīng)的決策，增強(qiáng)了礦井管理水平及災(zāi)害發(fā)生時(shí)井下作業(yè)人員的快速反應(yīng)能力。7、開發(fā)了礦山網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、視頻畫面的全局監(jiān)控及多標(biāo)準(zhǔn)接口軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)一遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理體系。8、構(gòu)建了地下礦山資源循環(huán)利用的綠色體系

充分利用礦井地下水源豐富的特點(diǎn)，開發(fā)了礦山水源熱泵及污水處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用的目的。

開發(fā)了空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下散發(fā)的熱量回收利用體系，解決了井口預(yù)熱問題，同時(shí)又減少能源浪費(fèi)。

地下開采充填體系的建設(shè)，減少采礦對(duì)地表及水文地質(zhì)條件的破壞，從而減小或避免了地下礦山開采對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞和影響，達(dá)到綠色和諧的目的。

地下礦山智能操控、監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系的創(chuàng)建，提高了回收率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了作業(yè)人員，從而使傷亡率、有毒有害氣體、放射性污染及粉塵等職業(yè)危害降低，有效保障了作業(yè)人員的安全與健康；實(shí)現(xiàn)了地下礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中的環(huán)境友好、綠色無污染、低能耗、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。9、取得了可觀的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益（1）通過提升系統(tǒng)智能化集控的實(shí)現(xiàn)，在更加保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性的基礎(chǔ)上，主井提升由完成一個(gè)提升循環(huán)需時(shí)4分15秒降低至3分15秒，每年可增產(chǎn)40.8萬t；主井提升司機(jī)8人、裝礦工4人、卸礦工4人全部取消；副井減少兩個(gè)提升水平信號(hào)工8人、提升司機(jī)8人、推車工8人，共計(jì)40人。（2）泵房無人操控的實(shí)現(xiàn)；使得礦山出現(xiàn)特殊情況時(shí),實(shí)現(xiàn)無人操控自動(dòng)排水，同時(shí)可減少水泵工8人、變電工8人，共計(jì)16人。（3）通風(fēng)智能集控的實(shí)現(xiàn)；可使管理人員實(shí)時(shí)掌控巷道內(nèi)的風(fēng)流情況，并且系統(tǒng)可根據(jù)井下風(fēng)量需求隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能目的，年約可節(jié)約電費(fèi)200萬元，減少崗位操作人員8人。

（4）充填系統(tǒng)智能集控的實(shí)現(xiàn);使系統(tǒng)充填更加順暢,減少了人為的事故因素。同時(shí)使原配置崗位操作人員24人減少至8人，減少了16人，原設(shè)計(jì)充填量50-70m3/h提升至最大100m3/h。（5）選礦廠無人操控體系的實(shí)現(xiàn)；使供礦系統(tǒng)處理量由原設(shè)計(jì)能力的180T/h提升至260Th（可節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用570