礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性分析及對(duì)策研究

礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性分析及對(duì)策研究

摘要：機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)工作得以持續(xù)基礎(chǔ)，對(duì)礦井生產(chǎn)有著重要作用。機(jī)電運(yùn)輸設(shè)計(jì)到的范圍廣泛、參與人員多，在煤礦復(fù)雜、惡劣環(huán)境下對(duì)作業(yè)人員要求較高。隨著礦井生產(chǎn)能力以及開采深度的不斷增加，礦井運(yùn)輸系統(tǒng)更為復(fù)雜。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，礦井運(yùn)輸事故占據(jù)到礦井事故總數(shù)40%左右，確保礦井機(jī)電運(yùn)輸工作順利、安全開展，對(duì)促進(jìn)礦井生產(chǎn)工作開展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)；復(fù)雜性；對(duì)策1引言煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論有效辨識(shí)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其影響，對(duì)可能存在的隱患進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，并對(duì)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的保障能力和可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、持續(xù)改進(jìn)是實(shí)現(xiàn)礦井安全、高效生產(chǎn)的重要保障。這就需要對(duì)煤礦生產(chǎn)各環(huán)節(jié)、環(huán)境安全參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，以提升礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，建設(shè)數(shù)字化礦井。2機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性研究礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，涉及的設(shè)備類型和數(shù)量非常多，各種設(shè)備之間存在差異，但又彼此相互聯(lián)系。機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性包括系統(tǒng)層次復(fù)雜性、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜性、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化復(fù)雜性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2.1系統(tǒng)層次復(fù)雜性煤炭的生產(chǎn)過程有四個(gè)階段，分別是掘進(jìn)、回采、運(yùn)輸和提升，如圖1所示。在煤礦開采過程中，會(huì)存在許多機(jī)電硐室和機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備，我們要高度重視開采的各個(gè)區(qū)域，比如采區(qū)工作面、上下山、階段大巷，運(yùn)用合適的機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備，加強(qiáng)井底車場(chǎng)和地面工業(yè)廣場(chǎng)的安全管理，根據(jù)每一采區(qū)的不同形式，構(gòu)建相互之間存在聯(lián)系的子系統(tǒng)，如采區(qū)供電系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及排水系統(tǒng)等，從而共同組成了整個(gè)礦井的機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，為此，需要對(duì)生產(chǎn)過程的各子過程進(jìn)行集中監(jiān)控。2.2運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜性生產(chǎn)過程存在的頂板壓力、瓦斯、煤塵及地質(zhì)災(zāi)害等問題，使得礦井機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣而復(fù)雜。且頂板壓力、采區(qū)涌水和瓦斯等都處于動(dòng)態(tài)變化中，隨著開采水平的延深，這些問題變得更加突出。因此，礦井機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備需要具有多種保護(hù)，例如采用“三?！奔印皟蓪！惫╇姳Ｗo(hù)瓦斯泵，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電閉鎖和瓦斯電閉鎖，重點(diǎn)控制低壓饋電開關(guān)，采用接地保護(hù)，這樣才能避免因漏電、過流而帶來較大的損失。2.3系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化復(fù)雜性隨著回采工作面的推進(jìn)和采區(qū)更替，相應(yīng)的機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)具有空間位置分布動(dòng)態(tài)變化特性。另一方面，采掘工作面和采區(qū)的機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備，受所處環(huán)境變化的影響，如頂板壓力、環(huán)境溫度及煤層瓦斯?jié)舛鹊淖兓?，都?huì)影響機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行，加之設(shè)備本身老化、檢修和更換等，使得礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)呈現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化。對(duì)于系統(tǒng)復(fù)雜性的分析方法則可以采取復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論來進(jìn)行，該種分析理論較為有效，因此也被眾多領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用。在礦井機(jī)電運(yùn)輸領(lǐng)域中，則需要根據(jù)機(jī)電裝備保護(hù)和能力評(píng)定，對(duì)機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建立，進(jìn)而將位于礦井各個(gè)工作區(qū)域的機(jī)電設(shè)備抽象成網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，并結(jié)合設(shè)備之間的具體關(guān)系，有效連接其各個(gè)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，以便機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)。在基于所建立的機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)上對(duì)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行考察，用以度量各節(jié)點(diǎn)重要度以及當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候?qū)φ麄€(gè)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響程度和范圍，例如當(dāng)某開關(guān)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象的時(shí)候，會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生多大的影響程度和范圍3礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜性的對(duì)策研究3.1構(gòu)建機(jī)電運(yùn)輸信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行系統(tǒng)的閉環(huán)控制針對(duì)礦井機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性，在對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜性分析的基礎(chǔ)上，需要對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和隱患進(jìn)行閉環(huán)控制和管理。因此，首先要構(gòu)建礦井機(jī)電運(yùn)輸信息網(wǎng)絡(luò)，提升機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)字化水平，主要從以下2個(gè)方面入手。3.1.1構(gòu)建機(jī)電運(yùn)輸信息系統(tǒng)，推行機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的閉環(huán)控制獲取機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的各類數(shù)據(jù)信息是對(duì)其進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)，也是對(duì)機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行有效管理的依據(jù)。這就需要建立覆蓋全礦井的機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備管理信息系統(tǒng)，構(gòu)建機(jī)電運(yùn)輸信息管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)閉環(huán)控制的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，引入六西格瑪控制理念，推行“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)行動(dòng)”的精細(xì)化和閉環(huán)管理模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)電裝備保護(hù)及能力評(píng)價(jià)。采用帕累托圖、因果圖、控制圖、故障效應(yīng)及模式分析等多種方法對(duì)機(jī)電運(yùn)輸隱患進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)采用可靠性理論對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析。機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的途徑，依據(jù)實(shí)時(shí)獲取的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)存在的隱患進(jìn)行跟蹤治理，對(duì)存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，才是實(shí)行閉環(huán)控制的目的。3.1.2采用新技術(shù)、新設(shè)備，提高設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性為提升礦井機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行的安全性，需要大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，尤其是具有高可靠性、節(jié)能和適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的數(shù)字化機(jī)電裝備。如采用變頻控制及諧波抑制技術(shù)對(duì)機(jī)電裝備進(jìn)行節(jié)能降耗改造，采用新型多功能閥解決水泵的水錘現(xiàn)象；采用供電監(jiān)控系統(tǒng)解決越級(jí)跳閘問題，強(qiáng)力膠帶采用在線無損檢測(cè)裝置提高對(duì)膠帶鋼絲繩斷絲及損傷狀況及時(shí)判斷的準(zhǔn)確性，提升機(jī)采用閘瓦綜合保護(hù)裝置提高提升機(jī)運(yùn)行的安全性；采用常閉式防跑車裝置提高斜坡運(yùn)輸?shù)陌踩缘取?.2建設(shè)數(shù)字化礦井，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)3.2.1建立礦井監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基礎(chǔ)工況信息數(shù)據(jù)庫設(shè)備運(yùn)行工況數(shù)據(jù)、生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程有效監(jiān)控的依據(jù)，因此，需要建立面向全礦井的監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，獲取各類所需的數(shù)據(jù)信息，包括設(shè)備工況數(shù)據(jù)、礦井環(huán)境參數(shù)(瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、溫度等)、煤流狀態(tài)及人員分布等。為此，需要配置電流、電壓、壓力、溫度、流量及煙霧等各類監(jiān)測(cè)傳感裝置和光纖、通信電纜、交換機(jī)、基站等各種數(shù)據(jù)傳輸媒介和設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)信息的共享和互用，底層設(shè)備、運(yùn)行環(huán)境等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的獲取是進(jìn)行科學(xué)調(diào)度和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。為此，需要首先構(gòu)建底層生產(chǎn)和安全相關(guān)的各監(jiān)控子系統(tǒng)的檢測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)獲取供電設(shè)備、主煤流、水泵、提升設(shè)備、通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)以及生產(chǎn)環(huán)境(包括瓦斯、CO、溫度等)、人員分布等相關(guān)的數(shù)據(jù)、語音和圖像；繼而建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控平臺(tái)，集成各監(jiān)控子系統(tǒng)，全方位掌握全礦底層生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工作環(huán)境指標(biāo)、人員分布位置，根據(jù)需要遠(yuǎn)程控制供電開關(guān)、膠帶、水泵等的開?！，F(xiàn)場(chǎng)工況數(shù)據(jù)的獲取有2種方式：①利用檢測(cè)傳感裝置獲取數(shù)據(jù)，如通過溫度傳感器獲取電動(dòng)機(jī)溫度等；②直接從運(yùn)行設(shè)備本身獲取數(shù)據(jù)，如低壓饋電開關(guān)電流、電壓值等。3.2.2建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的集中控制安全監(jiān)控?cái)?shù)字化、生產(chǎn)過程自動(dòng)化是數(shù)字化礦井的重要特征，集中控制、減員增效是數(shù)字化礦井的主要目標(biāo)。礦井環(huán)境復(fù)雜多變，只有實(shí)現(xiàn)“無人值守、無人則安”才能真正保證安全生產(chǎn)。如泵房的無人值守，可以對(duì)泵房、變電所等重要場(chǎng)所進(jìn)行自動(dòng)化改造，使各水平水泵全部在地面集中監(jiān)控室開停，泵房、變電所內(nèi)全部安裝網(wǎng)絡(luò)視頻攝像儀，實(shí)時(shí)全方位360°監(jiān)控，各類工況數(shù)據(jù)通過光纖實(shí)時(shí)傳送至地面遠(yuǎn)程監(jiān)控室。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)信息間的融合，也是對(duì)機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的需要。為數(shù)字化礦井綜合監(jiān)控平臺(tái)的基本體系結(jié)構(gòu)，包括設(shè)備層、控制層和管理層。設(shè)備層獲取底層各類數(shù)據(jù)并執(zhí)行監(jiān)控層發(fā)出的控制指令；監(jiān)控層通過對(duì)設(shè)備層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，為有效對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，可以采用先進(jìn)信號(hào)處理方法、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、人工智能技術(shù)等對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行增值處理，建立專家知識(shí)庫，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行超前預(yù)警，利用優(yōu)化決策理論對(duì)設(shè)備維護(hù)決策進(jìn)行優(yōu)化，合理制定相應(yīng)的檢修、維護(hù)計(jì)劃；管理層把生產(chǎn)監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度、協(xié)同辦公等進(jìn)行集成，為礦井高層管理人員進(jìn)行生產(chǎn)、經(jīng)營管理提供決策依據(jù)。4結(jié)語綜上所述，