绿色智慧矿山解决方案

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023056 绿色智慧矿山整体解决方案 9. 78 45 5675 827 292 1 8 编 制 依 据 建 设 目 标 智能装备及关键 技术 总 体 规 划 智 能 Th 产 平 台 智 慧 管 理 平 台 建 设 目 标 智能装备及关键技术 总 体 规 划 智 能 Th 产 平 台 智 慧 管 理 平 台 编 制 依 据 建设依据 GB/T 51272-2018 煤炭工业智能化矿井设计标准 GB/T 34679-2017 智慧矿山信息系统通用技术规范 GB 50215-2015 煤炭工业矿井设计规范 GB/T 22239-2019 信 息 安 全 技 术 网 络 安 全 等 级 保护基本要求 国科发资〔 2019 〕 205 号 国家重点研发计划“智能机器人”重点专项 GB/T51272-2018 GB/T 34679-2017 GB/T 1.1- 2009 GB/T 15259-2008 GB 50070-2009 GB 51024-2014 GB 50518-2010 GB 50581-2010 GB 50562-2019 GB 50215-2015 GB/T5 0417-2017 GB/T 50451-2017 GB/T 31392-2015 GB 51078-2015 GB 3836-2010 GB/T 20271-2006 GB/T 20273-2019 GB/T 22239-2019 G B/T 20984- 2007 MT 209- 1990 MT/T 1081-2008 MT/T 1130-2011 MT/T 1131-2011 MT 10.82-2008 MT 443-1995 AQ6210-2007 GB 22340÷2008 AQ1048-2007 GB 20426-2006 A Q1029- 2019 GB50348-2018 AQ6201-2019 编 制 依 据 建 设 目 标 智能装备及关键 技术 总 体 规 划 智 能 Th 产 平 台 智 慧 管 理 平 台 到 2 0 2 5 年 ，建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化 传输、自动化运行技术体系，基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值 守与远程监控。 到 2 0 2 9 年 ，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、 采掘 ( 剥 ) 、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业，露天煤矿实现智能连 续 作业和无人化运输。 到 2 0 3 5 年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行 的 煤矿智能化体系。 发展目标 发改能源〔 2025 〕 283 号 关于印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知 实现整个 Th 产过程可视化、自动化、智能化、无人化、少人化及运营管理智慧化的安全、 高效、经济、绿色的智慧煤矿。 矿山智慧矿山总体架构建设以国家《煤炭工业智能化矿井设计标准》《智慧矿山信息系 统通用技术规范》为指导，全面落实数字矿山、智慧矿山，推进煤矿企业大数据工程建设走 在时代前列，实现风险识别自动化、企业治理精准化、共享服务高效化、决策管理智能化， 为煤矿建设一流企业提供有力支撑的建设要求” , 以数据互联互通、煤矿现有基础设施的充分 利用为原则，基于泛在网、移动互联、云计算、大数据、人工智能、区块链、虚拟现实等技 术，集成各类传感器、执行器、控制器、传输网络、组件式软件等，打造涵盖 Th 产运行、 安 全、经营管理、绿色开采等各业务领域，形成一套智慧体系，能够主动感知、自动分析，依 据深度学习的知识库，形成最优决策模型并对各环节实施智能调控，形成具有“自分析、自诊 断、自管理、自趋优、自恢复、自学习、自提升”为特征的智慧煤矿，实现设计、 Th 产、运营 管理等环节安全、高效、经济、绿色的矿山。 建设目标 编 制 依 据 建 设 目 标 智能装备及关键技术 总 体 规 划 智 能 Th 产 平 台 智 慧 管 理 平 台 圆 1 4D-GIS 透明地质技术 6 人 一 智能化无人快速掘进技术 2 井下视频高效处理及 VR 技术 重大危险源智能感知与预警预报技术 3 井下大容量快速通信技术 8 高可靠性智能装备 ( 终端 ) 技术 4 开采装备精确定位与导航技术 煤矿机器人路径规划与长时供电技术 5 辅助运输连续化和无人化技术 10 露天开采无人化连续作业技术 煤矿智能化装备及共性关键技术 4 编 制 依 据 建 设 目 标 智能装备及管件技术 智 能 Th 产 平 台 智 慧 管 理 平 台 总 体 规 划 6 个性：具有前瞻性，合规性、规范性、扩展性、开放性、跨平台性。 3 统 一 ：统一规划、统一布局、统一设计。 3 步 走 ：分期实施、逐步扩展、实现目标。 7 流 程 ：现场调研、访谈调查、需求确立、梳理业务流程、编写方案初稿、沟通讨论、形成设计方案。 将 6337 的设计理念始终贯穿于设计实施全过 程 设计理念 编 制 依 据 建 设 目 标 智能装备及关键技术 总 体 规 划 智 能 Th 产 平 台 智 慧 管 理 平 台 基础设施 硬件设施是智能生产平台和智慧管理平台的运行载体 Th 产 计算服务器 实时数据服务器 智能控制器 管理 智能生产平台的硬件设施主要包含计算服务器、 实时数据库服务器和智能控制器 智慧管理平台的硬件设施主要包含应用服务器、 大数据平台服务器、机器学习算法服务器等。 应用服务器 大数据平台服务器 机器学习算法服务器 盟 1000 网络 Th 产侧无线 网 管理侧无线网 Th 产控制 网 时钟同步 管理信息网 北斗授 时 NT P 6 主机卫士 安全隔离 工业网闸 防火墙 安全审计 等保检查 等保评估 安 全 平 台 保护 安全设备 策略 恢复 安全数据管理 态势感知 工控安全 响 应 检测 智能工器具 物理煤矿 虚拟数字煤矿 Th 产数据模型分析 Th 产数据挖掘 智能生产平台一技术架构 先进控制与智能控制 Th 产过程监 控 泛在感知 数据融合 故障诊 断 智能控制 智能调 度 智能报 警 应用 技术 开关状态 压力 温度 风速 液位 气体 震动 电流 电压 发火 数据质量 模型管理 模型管理 数据转换组 插件化，可扩展的数据类型支持 生产平台一支撑平台 数据分析环境 智能计算环境 智能控制环境 开放的应用开发环境 实时数据同步 实 时 Push 数据采 集 州 → 海量结构化数据分析 DH ( 大数据引擎 ) Distribution for Hadoop 实时数据库 AE ( 加速引擎 ) Accelerstion Engine 田 曲 Th 产信息全集 成 统一建模与管理 控制系统 Th 产子系统数据 调度监控中心 智能 元数据仓库 OLAP 模型 挖掘模型 以先进控制技术为核心，以工作面视 频、音频、以太网、远控为基础的集 中自动化控制系统。实现对液压支架、 采煤机、刮板输送机、转载机、破碎 机、顺槽胶带机、泵站、开关等综采 设备智能控制，达到工作面“少人化” 甚至“无人化”的开采目的 智能生产平台一智能应用 智能开采 智能生产平台一智能应用 智能掘进 智能生产平台一智能应用 智能主运输 采用先进的监测技术与控制方法，对胶带输送机实现智能 控制，实现煤流系统智能调速功能，达到无人值守、节能 降耗、减人提效的目标 运行工况在线监控与故障诊断 远程集中控制 智能载荷变频调速 10 0 智能生产平台一智能应用 智能通风 应通过安装先进测量设备，实现通风系统各类参数精准监测。 应通过先进控制策略对通风机、风门、风窗等通风设施实现远程集中控制和智能调节。 应根据生产作业计划、井下空气质量监测数据，人员、设备活动情况，动态进行风网解算，实时调节风网参数，实现矿 井 智能配风，达到通风系统安全可靠和减人增效的目标 矿并通风优 化系统 井下监测设备 主扇 调控设施 与设备 智能生产平台一智能应用 Th 产辅助监 控 主运输集控 无人化配电 无人化压风 无人化排水 架空乘人 远程控制 智 能 生 产 平 台 一智能应用 智能监测 环境 设备 油质传感器 液力传感器 压力传感器 振动传感器 温度传感器 热 害 矿 压 气 流 精 Nt4 镇 N 4 三 资 算 源/ 储量 自动 计 三盘 图 美二图 三 图 三 庭 三 兰图 照 三 三 三 二 图 三 智能生产平台一智能应用 智能设计 数据空间关系分析 类心 W 0 经 二 W W 二 融合展示 智能分析 智能预警 智能表账 数据实时采集 HEIGHT 6.28887…TARGEING 智能生产平台一智能应用智能调度 智能生产平台一智能应用智能环保 污染物排放在线监测 污染物排放智能控制 报警管控 环保统计分析 10 0 轴系故障 基础故障 不平衡 不对中 电器故障 机械部件损伤 电机故障 齿轮箱 轴系 智能生产平台一智能应用智能诊断与报 警 转子绕组 定子绕组 共振故障 编 制 依 据 建 设 目 标 智能装备及管件 技术 总 体 规 划 智 能 Th 产 平 台智 慧 管 理 平 台 10001998 1 智慧管理平台一技术架构 指挥层 经营层 执行层 安保层 平台层 基础层 大数据平台 数据存储、融合、清洗、加工、挖掘 机器学习算法平台 为模型分析爱、模型预测、人工智能提供支撑 三维 GIS 平台 基于地理地测信息系统构建三维 GIS 平台 统一报表平台 为业务应用提供统一报表服务 矿 井 Th 产系统 区域 控制设备 10 0 虚拟矿山展示 安全生产天数 2120 核定生产能力 120 实际生产能力 120 职工总数 1200 人员构成素质 在籍员工 设备运行状态 设备总数 特种作业人员 在线监测数量 20 台 / 套 企业管理水平 标准化等级 风险分级管理 1 级 持证率 异常设备数量 0 台 安全管理人员 重大设备数量 自然灾害 瓦斯 120 万 吨 核定生产能力 2120 万 吨 实际生产能力 120 万 吨 职工总人数 3120 人 隐患治理 负压 风速 环境温度 主扇状态 开 风机正反转 正向 动力 高低压柜合闸 虚拟矿山 - 工业组态 - 通风机 房 2019-12-2020:33 风门开度 1# 凤门开度 轴承温度 定子温度 电流 Ia 电流 Ib 电流 Ic 电压 Uab 主 扇 主扇状态 轴承温度 定子温度 控制状态 主扇状态 轴承温度 定子温度 控制状态 液 压 站 状态 2019-12-2020.33 电 机 2019-12-2020:33 状态 2019-12-2020:33 69℃ 远程 527 kw 油压 油温 527 nw 累计运行时间 通风方向 电压 Uca 电压 Ubc 虚拟矿山 -- 三维 GIS 系 统 1306 工作 顶 1306 工作 面 无线通讯 视频通讯 应急广播 智能视频分 析 安全质量 动态达标 绩效考核 机电设备运行 状态监测 智能机器人巡检 “ 三位一体” 现 场管控 安全培训 人员入井健康 状况识别 职业健康管 理 安全环境监测 系统集成 人机安全联动 智慧管理平台一智慧应用 智慧安全 10 0 发烟、发火、粉尘 片帮 锚杆兼具不足、锚杆数量不足 / 过密 钻孔数量计算 履职检测 下井人数统计 人员数量统计 采取进入人数统计 工作面人数统计 巷道围岩断面面积 ( 形状变形 ) 巷道积水 巷道裂缝识别 地板地鼓、顶板下沉 物料堆积 场景变化 ( 开关跳闸、指示灯变化、进入老鼠、 停电挂牌 ) OCR 不带安全帽 进入违禁区域 睡岗 人员违章 脱岗 违章乘车 ( 皮带、运料矿车、人行车成员超员 ) 行车不行人 外来人员 / 车辆 / 外委管理：人脸识别，语音扩 播 联动，人员登记等 入井检测：人证 / 卡唯一性识 别 皮带撕裂 设备部件损坏 ( 表面 ) 四超 ( 超长、超宽、超高、超重 ) 检 测 智慧管理平台一智慧应用 智慧安全 环 其 他 管 人 机 视频 / 图 片 智慧管理平台 智慧应用 智慧安全 人 - 视频智能预警分析 人员在岗脱岗预警 员工在岗睡觉预警 进入禁入区域预警 基于安全帽检测预警 智慧管理平台 智慧应用 智慧安全 机 - 机电设备故障诊断 运输机 胶带 速度、跑偏、煤位 纵撕、烟雾、温度 张紧力 胶带打滑 跑偏 堆煤 纵撕 烟雾 超温 张紧故障等 减速器 油位、温度 . 压 力 润滑油污染度 振动加速度 润滑油润滑不良 油污染 减速机轴承故障 齿轮故障 不对中故障 基础松动 连接松动 电机 电流电压、温度 功率、开停机 振动加速度 不对中、不平衡 轴承故障、过载 基础刚度不足 连接松动 电压不平衡 电流异常 匝间短路 滚筒 温度 振动加速度 不对中 不平衡 轴承故障 串动 松动 其 他 噪声 输送量 环境噪声 空载 过载 制动失灵 监 测 内 容 故 障 诊 断 监测 单元 不对中、不平衡 轴承故障、过载 基础刚度不足 连接松动 电压不平衡 电流异常 匝间短路 智慧管理平台 智慧应用 智慧安全 机 - 机电设备故障诊断 磨损、裂纹 脱落、内漏 汽蚀 真空度低 基础松动 连接松动 连接松动 电压不平衡 电流异常 水位异常 阀门故障 不对中、不平衡 轴承故障、过载 监 测 内 容 故 障 诊 断 堵塞 基础刚度不足 监测 单元 管道泄露 匝间短路 其它 闸瓦间隙 压力 噪声 制动失效 钢丝绳断裂 胶带 智 理平台一智慧应用 智慧安全 机 - 机电设备故障诊断 提升机 慧管 减速器 油位、温度压力 润滑油污染度 振动加速度 润滑油润滑不良 油污染 减速机轴承故障 齿轮故障 不对中故障 基础松动 连接松动 电机 电流电压、温度 功率、开停机 振动加速度 不对中、不平衡 轴承故障、过载 基础刚度不足 连接松动 电压不平衡 电流异常 匝间短路 天轮滚筒 温度 振动加速度 轮毂移位 不对中 不平衡 轴承故障、 串动 松动 监 测 内 容 故 障 诊 断 监测 单元 智慧管理平台 一 智慧应用 智慧安全 (1) 基于大数据的冲击地压预警 通过大数据分析，研究矿山压力、微震、地音、电磁辐射、环境温度、赋存条件、地质构造、采掘位置、 采煤方法及工艺等与冲击地压事故的关系，形成预警分析模型，形成冲击地压大数据分析预警 > 数据集分析结果 (“ 微震”的历史状态特征分布 ) 以下时段中异常状态特征频率较 高 ( 意味着所监测对象的稳定 性 偏差，处于预警状态 ): 2019/10/197:56 ～ 2019/11/913:59 “ 状态特征”是指与所监测对象相关的传感器参 数的关联变化特征。 “ 异常状态特征”是指与常态特征有较大差异的 特 征 。 历史状态特征分布图 ( 橙色部分为异常区 段 ) 数据 ID 特 征 I D 利用瓦斯涌出与煤与瓦斯突出的关 系，通过专业软件分析 瓦斯涌出 变化情况，从而分析 出工作面 的 应力、瓦斯、煤的物理力学性质的 台变化情况，以此对工作面的突出 危险性进行实时判别， 对有突出 危险的工作面实 行不间断地实时监 控，及时发 出预警信息， 防止突 出灾害对人员的伤害 该异常段部分异常状态特征的特点是： 参数“测点 17” 的值处于其最大值的 80% 、参数” 测点 18” 的值处于其最大值的 60% 、参数“测点 19” 的值处于其最大值的 75% 、参数“测点 20 的值处于其最大值的 40% 、参数 " 测点 1" 和参 数“测点 2” 的值接近其最小值。 > 状 态 异 常 分 析 ( 例：时段 2019/11/809:01:50->2019/11/810:00:56) 历史状态特征分布图 ( 橙色部分为异常区段 ) 智 慧 管 理 平 台一智慧应用 智慧安全 (2) 基于大数据的煤与瓦斯突出预警 异常时段 (2019/11/809:01:50- >2019/11/810:00:56) 特征 D —— 计量检定、特种设备检定、巡