以建设数字化矿井为目标的集成管理.docx
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以建设数字化矿井为目标的集成管理
以建设数字化矿井为目标的集成管理
平煤股份八矿
平煤股份八矿是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井,始建于1966年10月,设计年生产能力300万吨,1981年2月一期工程投产,1984年12月二期工程投产,2003年实现达产300万吨。
近年来,随着信息化技术的发展和普及,八矿坚持以科技为先导,以数字化矿井建设为载体,大力实施“信息化带动工业化、工业化促进信息化”的发展战略,坚持走工业化和信息化融合之路,初步建成了以“数据采集自动化、业务信息集成化、信息管理网络化,管理决策科学化”为标志的数字化矿井发展模型。
近几年,八矿先后被授予“全国煤炭工业行业一级安全高效矿井”、“中国煤炭工业科技进步优秀矿井”、“中国煤炭工业科技创新示范矿”、“河南省‘五优’矿井”、“河南省一级安全质量标准化矿井”、“河南省创新型企业”等荣誉称号。
一、实施背景
随着电子信息技术、计算机通信技术的发展和普及,信息技术已经成为推动工业发展的核心力量,企业的数字化程度已经成为决定经济增长的重要战略资源。
国外煤矿开采技术非常先进,他们的数字化建设早在上世纪末已经成型,并且基本实现了无人工作面和净煤技术,一个年产300万吨的矿井井下职工人数几十到几百人。
而国内煤炭行业数字化技术目前仍处在分散控制阶段,信息化程度不高,信息集成度较低,数据挖掘不够,信息化管理仍存在误区,井下作业仍处于劳动密集型阶段。
八矿始建于1966年10月,属于典型的“边设计、边建设、边生产”矿井。
由于当时勘探技术、设计技术和其他因素的影响,造成矿井设计严重先天不足,投产之后又经过无数次的局部整改,造成了井下设备复杂多样、点多面广战线长,这些都给提高生产能力、实现安全高效、提升企业竞争力造成很大困难。
八矿要提高产能、建设本质安全型高产高效矿井,只能依靠先进的现代企业管理理论,和先进的微电子技术与信息技术,走信息化发展之路。
(一)安全生产监管的需要
平煤股份八矿作为中平能化集团主力生产矿井之一,系统非常复杂,主要生产系统有提升、运输、排水、压风、通风、供电、通讯等。
矿井六大自然灾害(水、火、瓦斯、煤尘、顶板、地温高)俱全,属于严重煤与瓦斯突出矿井,目前矿井有主井、副井、新副井、西二风井4个进风井,西一风井、东风井、丁一风井、北风井4个回风井,共8个立井井筒。
矿井目前有7个在采采区,5个在采工作面,综合机械化程度100%;八矿的系统的复杂程度在平煤股份公司乃至全省煤矿行业是非常罕见的。
八矿目前正处于向500万吨生产规模跨越的关键时期。
新井建设的正在进行,头绪多,在用采区多、战线长、人员多,安全隐患多,管理难度大。
平煤股份八矿现有职工1万多人,从事井下作业人员达6600人,要保障安全生产,必须加强管理,规范职工行为,不断完善安全监测系统、人员定位系统、应急广播系统,并加快三大系统的集成,加强系统的灵活性、实用性,同时必须减少入井人员数量,防范安全事故发生。
(二)数字化系统整合的需要
在八矿数字化建设工程完成之前,八矿已经建成多个自动化子系统,包括:
生产调度系统、井下运输调度系统、安全监测系统、选煤厂监控系统、出煤计量系统、主扇风机监测系统、变电所供电监测系统、风机监测系统,副井、新副井及主井提升监测系统、二水平中央泵房自动化控制系统等,同时现有的大型设备都具有远程通讯接口,但是他们之间相对独立,有自己的传输网络和处理机制,安装厂家各异,数据之间缺乏整合,形成相对独立的信息孤岛,自成体系,管理分散,不能够为整个矿井的综合调度和领导决策提供综合的全面的决策支持。
视频通讯技术在安全方面越来越被重视,由于没有统一规划和管理,相关部门根据各自所需,自行设计安装,视频设备型号不统一,网络线路重复敷设,给生产调度和统一管理带来很多困难。
为实现矿井跨越发展,最大发挥各系统的作用,必须依靠信息化的技术及载体,把各系统有机结合起来,形成系统的、完整的、简便的操作平台,为领导决策提供及时快速准确的安全生产信息,确保矿井实现高产高效、本质安全。
(三)管理方式创新的需要
尽管近几年各种自动化系统及生产系统不断增加,各种管理手段不断完善,但生产调度管理一直沿用旧的模式,调度员既要安排生产、处理生产中出现的各种问题,又要去协调各单位各部门的关系,工作效率不高。
八矿要实现生产上台阶、实现安全高效,就必须改进旧的生产调度管理模式,使用一种全新的、符合现代化生产的调度模式。
要实现跨越式发展,打造本质安全型矿山,走高产高效之路,建成本质安全型高产高效矿井,就必须以建设数字化矿井为目标,进行信息化改造。
二、内涵及主要做法
“数字化矿井”是指使用先进的现代企业管理理论、微电子技术及计算机网络技术,以信息传输平台为纽带,实现煤矿生产及管理过程中的信息采集、存储、输出、查询、分析、处理、指挥与决策等的数字化的煤矿生产企业。
八矿根据现代企业管理的要求,经过广泛的调研和科学的论证,根据“把握生产重点、突出安全效果、分清轻重缓急”的建设原则,按照“分步实施、平稳过渡、细化责任、加强监管、注重成效”的建设思路,以网络传输平台建设为核心,建设三层网络结构体系,对生产系统进行数字化改造和建设,按照统一的技术标准,集成现有生产自动化子系统、安全监测监控、工业电视、生产调度及煤矿生产数字化辅助系统,形成涵盖语音、数据、图像等综合信息平台及调度管理平台,实现管控一体化,同时加强监管,优化组织设计,创新管理流程,加大开发力度,实现以建设数字化矿井为目标的集成管理。
其主要做法是:
(一)深入调查研究,设计矿井数字化工作方案
通过邀请国内知名的数字化矿井建设专家举办专题讲座,并组织技术人员对国内数字化矿井建设比较先进的单位进行考察。
八矿领导和技术人员了解到国内外同类企业先进的生产和管理经验以及目前信息化技术的现状和未来的发展趋势,深刻认识到八矿目前建设新型工业化、实现工业化信息化深度融合的必要性和重要性。
为保证八矿数字化矿井建设工程的正常建设和顺利实施,矿成立专门的信息化领导小组,由矿长、矿党委书记任组长,负责制定和论证信息化系统的建设方案和实施方案,确定信息化管理模式和劳动组织调整方案,制定人员配备方案。
信息化管理职能部门通过对矿井各主要生产系统和设备自动化情况、设备的状况、软硬件的设施、应用系统的厂家、现有系统的应用情况等进行了详细的摸底核实,初步规划了生产数字化改造、信息传输平台、软件集成平台、数据存储平台建设方案,并形成八矿建设数字化矿井为目标的集成管理方案:
建设工作面监测、皮带集控、煤楼集控、洗煤厂集控等子系统;集成采掘工作面、皮带、机车运输、提升、煤楼等生产子系统和电力、主扇、压风、排水、出煤计量等辅助子系统,以及信集闭、人员定位、瓦斯监测、工业电视等安全监测监控子系统;实现与办公网络的整合,开发完善设备故障分析与检修等管理信息系统;优化组织设计,设计新模式下各单位的职责配置,成立六大专业调度,建设综合调度指挥中心。
(二)立足信息集成,优化资源配置
1.面向未来,建设统一的信息传输平台
为了解决信息孤岛的问题,同时也要考虑到八矿未来信息化发展的需要,建立一套统一的、适用的信息传输平台是非常必需和必要的。
要建设一套适合八矿安全生产和决策管理需要的信息传输平台,首先必须考虑信息传输平台的稳定性、即时性和安全性。
其次要统筹兼顾、统一规划,适应本企业未来信息化发展和集团公司统一管理的需要。
其三要求组网灵活方便、控制管理运营性能俱佳、易于扩展,方便采面、皮带等的转移和新的信息化系统的接入。
其四必须考虑节约成本,减少重复建设,避免重复投资。
八矿数字化矿井建设工程信息传输平台采用以下网络结构:
主干网结构采用环形工业以太网,主干网传输介质为光纤,采用工业以太网交换机进行数据交换。
地面、井下各设一个环网,两个环网相联构成一个统一的矿井监控信息子网,通过硬件防火墙与矿企业网(也即是信息网络)相连。
2.集成安全监测监控系统,预防安全事故发生
平煤股份八矿现有职工1万多人,从事井下作业人员达6600人,矿车1000多辆。
要达到全部监管、规范职工行为、防范事故发生、随时掌握人员和矿车分布情况,困难是不言而喻的。
为了迅速掌握入井人员和矿车分布情况,数字化矿井建设工程接入了人员定位系统、安全监测系统和信集闭系统,并建成了井下应急救援系统。
通过人员定位系统,矿决策人员和调度人员可以非常方便的掌握井下人员的分布状况和行程轨迹,同时也及时快捷的了解井下矿车的分布情况。
井下应急广播系统的安装,使得应急广播遍布在井下的大小巷道和采掘头面、采煤工作面、重要搭接点、大型设备峒室、乘人点,并具有分片广播的功能。
安全监测系统能自动监测、记录井下各地点多种参数如甲烷、一氧化碳、二氧化碳浓度,风速,温度,气压等的值,当某参数超过预置阈值时,能够实现自动警报和断电,达到预防事故的目的。
信集闭系统主要作用是合理调度机车、提高运输效率、确保行车安全、实现大巷运输现代化。
这四个系统的整合,为井下救援提供了可靠的保障和快速传播信息的通道。
当事故发生时,人员定位系统会根据安全监测系统检测的数据,自动判断人员是否需要撤离,当参数超过预置阈值,自动利用井下应急救援系统播放撤离信息,并向调度人员反馈危险信号。
调度人员根据人员定位系统所提供的数据、图形,迅速了解有关人员的位置情况和矿车分布情况,通过井下应急救援系统,快速通知井下人员撤离的方向,并利用信集闭系统调动矿车到危险地区接应撤离的职工,让他们快速安全撤离,及时采取相应的救援措施,达到安全生产、快速救援的效果。
3.集成工业电视系统,监控生产关键部位
为了解决八矿视频通讯网络互通,资源共享问题,八矿数字化矿井建设工程除了把这些视频系统整合起来之外,还在原煤生产流程的关键部位、采掘头面、重要搭接点、大型设备峒室、乘人点等安装摄像仪,并在调度集控中心和相关单位计算机上显示相关图像,加强对生产过程和职工行为的监管,并根据现场图像内容作出进一步的处理措施。
所有图像信息均可存储一个月。
八矿工业电视系统在调度集控中心使用80块液晶监视器对采集到的图像信息进行实施监测,中间30块用来显示接入子系统的图形信号,两边50块显示视频图像,调度员可以随意切换,第一时间掌握重点头面、重要岗位的监控信息和安全监测情况。
4.集成已有子系统,实现数据资源共享
在数字化矿井建设工程启动之前,八矿已经完成了几个相互独立的数字化专业子系统,如主井、副井、新副井提升系统、丁一风井、北风井主扇集控系统、安全监测系统、出煤计量系统等,这些离散的控制系统,目前在八矿都得到很好的应用,已经成为八矿安全生产和科学决策不可或缺的工具。
为了继续使用这些子系统,让他们发挥更大的作用,需要把他们的数据与数字化矿井建设工程整合起来,形成一个统一的完善的系统,这样才能更好的发挥数字化矿井建设工程的作用,达到共享现有资源,减少重复建设的目的。
八矿数字化矿井建设工程集成了中央泵房集控系统、信集闭系统、人员定位系统、丁一风井主扇集控系统、北风井主扇集控系统、北风井新副井压风机集控系统、主井副井新副井提升系统、西二风井提升系统、出煤计量系统和现有工业电视系统等。
系统集成后,各子系统采集到的数据和图像均存放在同一数据存储平台内,被其他子系统和综合决策系统共享,并通过WEB平台把实时数据和分析数据发送到互联网上,矿调度人员和决策人员可以非常方便的通过软件集成平台查询到所需要的各种信息,并根据综合信息对生产系统进行远控操作,为科学决策、快速反应提供可靠的数据保证。
5.整合系统资源,形成三层网络体系结构
八矿数字化矿井建设工程三层网络体系结构包括设备层、控制层和信息层。
设备层主要包括现场各种传感器、馈电开关等,负责现场设备监测监控数据采集发布;控制层包括PLC、工控机等,负责收集现场数据,并向设备层下达控制命令;信息层将系统收集来的数据进行综合分析处理,按照调度和决策要求,生成相应的图形图像报表,以WEB等直观的方式在工业以太网和信息网中显示出来,提供决策数据发布。
三层网络体系结构充分利用工业以太网和现场总线、办公网的优势,确保数据传输的实时性和稳定性。
提供多种符合国际主流标准的接口方式,便于各种子系统的接入,实现矿井相关信息的共享,为数字化矿井的建设和运行提供了保障。
6.建设调度指挥中心,实现管控一体化
生产调度指挥中心是煤矿安全生产和管理的核心。
八矿数字化矿井建设工程完成后,实现生产综合调度指挥和业务运转的网络化,以及对重要生产环节的实时监测监控和远程集控操作。
成立通风、电力、排水、运输、皮带、生活等六个专业调度,负责相关子系统的生产调度和远程集控操作。
各专业调度从信息集成平台获取生产设备的电压、电流、工况等各种参数,从工业电视平台获取现场的图像信息。
根据现场的各个参数以及趋势图表,进行生产指挥和完成远程控制工作。
当生产环节有异常发生时,系统会即时提供报警信息,并按照调度人员预设的处理方案进行处理,各专业调度可以通过扩播系统和无线电话与井下巡检人员联系,进行事故通报和处理。
当发生非自己能够处理的事故时,可以及时通报现场值班领导和综合调度人员,由他们进行协调指挥。
(三)加大建设力度,确保重点覆盖
八矿属于高瓦斯突出矿井,地质条件复杂多样,且面长点多战线长。
为了保证安全生产的正常运行、建设本安高效矿井,必须加强生产过程的检测和监控,目前八矿还有一些系统没有实现自动控制,如电力调度、皮带集控、采掘头面监控等,根据八矿的实际情况,八矿数字化矿井建设工程新建完成了对采掘工作面、皮带运输、电力等的监测与监控。
1、工作面监测系统
采掘工作面是事故多发地带,实时监控和掌握采掘工作面的各种情况对实现安全生产、预防事故发生起到非常重要的作用。
工作面监测系统,主要监测采煤机、前后部运输机、支架、转载机、破碎机、泵站等设备的工况、温度、工作电流、功率等,同时还可以监测瓦斯、CO、采面温度、风速等环境安全方面的信息。
在工作面内每隔15米安装一台扩音电话,实现点对面语音通讯。
工作面监测系统通过通讯电缆,将音频、闭锁、拉线急停、数字通信、系统供电等融为一体。
工作面监测系统完成后,决策指挥人员可以根据现场的各种参数和数据,快速掌握工作面的综合情况,并据此分析出采掘工作面的安全指数,并以此为根据指挥生产。
同时可以通过扩音电话对采掘工作面所有人员和部分人员的行为进行统一指挥,大大的减少了生产过程中事故的发生,提高综合反应能力。
2、胶带机控制系统
井下胶带机运输是煤矿生产的大动脉,所有生产出来的煤都是通过胶带机运输到地面的,保证胶带机运输的畅通,是实现生产效益提高的根基。
胶带机控制系统主要完成高强、机巷皮带的集控和猴车及助力器的集控,控制中心通过工作站和工业电视对胶带机及相关设施进行集中控制和监视。
系统对皮带配置和处理撕裂、烟雾、急停、低速打滑、堆煤、满仓、防尘洒水、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多种保护。
系统能够动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况,以及主要保护有关参数信息,并能实时显示胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。
如果参数出现异常时,系统会自动发出警告并按照预设的方案进行相应的处理。
系统能够实现地面集中控制、程序流程控制、井下集中控制。
工作人员可以根据实际情况实现地面远程开车来进行生产,大大减少了煤流周转的时间,使皮带司机变成巡检工,减少了工作人员数量,同时也减少了工人的劳动强度。
通过皮带上的各种保护,有效的减少生产设备和皮带的损坏,减少设备维修的时间,保障了煤矿安全生产的进行和生产效率的提高。
同时,皮带沿线设有扩播电话,实现了井下和调度指挥系统信息的安全畅通。
3、煤楼集控系统
煤楼是八矿生产的咽喉,包含设备多、煤流多,设备故障率很高,相关工作人员较多,管理起来十分困难。
为了提高效率,八矿建成了煤楼集控系统,改进了煤楼供电系统。
煤楼集控系统采用集散型控制系统,包括设备控制层和监控层,设备控制层主要完成生产设备的现场控制与监测,监控层主要完成输煤生产线系统的在线监测,并向设备控制层下达控制指令。
系统采用综合保护器、软启动器等对系统中的设备实行保护。
对一、二、三部主要皮带增设堆煤、超温、烟雾、跑偏、撕裂传感器,并设有拉绳急停开关和声光报警装置,以实现对皮带系统的安全、保护功能。
煤楼集控系统建成后,受控设备54个,受控低压电器柜103个。
使用预设的输煤流程,使系统运输能力提高约11%。
使用各种保护,设备故障由每月11小时降低到9小时,功率因数由原来的不足80%达到90%以上,由于使用远程集控,减少现场人员37人。
扩音电话系统的投入,加强了指挥人员和巡检人员的联系,指挥人员和巡检人员可以随时交换意见,及时处理问题。
同时,把现场重要设备的实时情况传送到集控室,指挥人员可以随时了解现场生产和运输情况。
4、电力调度系统
煤矿生产和电是息息相关的,无论是采、掘、机、运、通每一个环节都离不开电,那么,如何保障电力设备正常稳定、防止过载、过流优化生产流程,减少能源消耗,就成为电力调度系统要解决的核心问题。
电力调度系统具有遥测、遥控和遥调的功能,能够接收并显示各综保当前的过载、过载延时、短路、零序电流、零序电压、漏电延时整定值、各综保监测的进线电压值、负载、分/合闸状态、故障信息等,并可以实现远程控制开关分闸、合闸,完成综合保护器复位动作。
地面监控中心可以根据井下用电负荷,远程设定开关馈电综合保护器的整定值。
系统还具有短路保护、过载保护和跳闸原因记忆查询、报表打印等功能。
5、职工数字化技能培训及考试系统
为配合数字化矿井建设工程的实施和应用,提高职工数字化技能,加强职工适应新的工作模式,除了定期给职工培训外,我们还开发了职工培训和在线考试系统。
通过这套系统,职工可以学习到数字化的理论和知识,掌握八矿数字化矿井建设工程的结构,熟悉相关管理制度和管理办法,并可以使用本系统在线测试自己掌握的牢固程度。
管理人员通过定期检查测试和联系记录,来掌握职工学习的效果,和下一步培训的重点。
6、设备故障分析和检修管理系统
减少设备故障,是实现高产高效的保证。
该系统使用运筹学的原理,对设备事故进行分析,提醒各单位注意本单位相关事故的防范,实现对全战线设备的管理,包括设备参数、使用注意事项、操作流程等。
系统能自动提醒用户设备大修和中修、维护时间,并可以根据故障分析的结果,进行有目标的检修和防护,以提高设备的安全保障能力。
7、煤矿薪酬管理系统
数字化矿井建设工程完成后,各种数据都得到量化,如下井次数、入井时间、维修时间等,这些指标的量化为员工薪酬的计算提供了重要的依据。
为体现员工薪酬的公平公正公开,在目前市场上没有适合八矿特殊性相关软件的情况下,我们开发了八矿薪酬管理系统。
该系统提供强大的权限设置和数据保密功能,用户可以根据权限非常快捷的查询职工或单位现在和以前的工资明细和各项汇总,以及相关各类报表和汇总数据等,“五金”(养老、医疗、建房、工伤、企业年金)、班中餐、电视费、卫生费、旅馆化、计生补贴等数据补贴性指标数据及报表自动根据个人工资表自动生成。
(四)优化组织设计,实现集成管理
八矿数字化矿井建设工程于2010年2月通过验收并投入正式使用。
数字化矿井建设工程的建成,标志着八矿“两化”融合迈出了关键步伐。
随着数字化系统的建设与应用,八矿适时调整劳动组织结构、优化管理流程、减少岗位设置。
1.突出信息化管理办公室的管理职能
八矿信息化管理办公室是全矿数字化矿井建设工程管理的职能部门,负责全矿数字化矿井建设工程的统一管理。
信息化管理办公室负责全矿数字化矿井建设工程设计、建设、运行情况监管、网络平台监管、数据中心管理、子系统集成、光纤线路管理,以及网络传输交换机、监控中心机房设备、工业电视设备、调度室内大屏、各专业调度室内设备的维护,和数字化矿井建设工程软件平台维护、升级及使用情况监管,对数字化矿井建设工程的所有设备、备品配件进行统一管理,并建立设备管理台帐及材料消耗台帐。
信息化管理办公室负责全矿所有自动化信息化系统建设技术协议审查工作,并全面提供技术支持,确保数字化矿井建设工程软硬件符合系统通信接口标准。
并建立自动化信息化系统工作反馈制度,定期召开数字化矿井建设工程专题会议,协调解决系统运行当中遇到的各类问题。
2.强化调度室的生产指挥管理职能
八矿信息化改造完成后,调度室负责对各专业调度室调度指挥和操作人员日常行为规范的统一管理,并根据调度大屏、系统参数、监视器、监控图像等终端所反映的各种信息进行总体调度指挥。
当系统出现报警信息或图像、监控数据异常时,按照系统预设流程或者人工处理流程进行处理。
3.赋予各业务科室新的管理职能
各战线业务科室协助信息化管理办公室对本战线使用的数字化矿井建设工程进行管理,并对涉及本战线的信息化子系统运行情况进行监督和检查。
对后续新建系统及扩容提供必要的人员和技术支持,并协助安装、调试、投运及维护。
4.子系统使用单位负责管辖范围内设备的正常运作
子系统使用单位负责对系统进行日常巡检,对设备定期检修和保养,同时负责对自己所辖范围内监视设备的使用、保养和管理。
数字化矿井建设工程也规范了各个部分的管理细则,从线缆、设备、数据中心、网络安全、系统管理、配件等方面明确了各个单位的具体职责。
三、实施效果
(一)管理水平明显提升
信息化系统的实施,将煤矿生产的各个环节作为一个整体来考虑,消除了企业内部的信息孤岛,及时准确地提供当日的各种信息,为领导决策提供了科学可靠的依据,为综合调度管理提供了必要的技术和信息支持,企业管理水平进一步提升。
(二)安全基础更加牢固
八矿数字化矿井建设工程实现对重要生产环节的实时监测监控,加大了管理人员对井下违章的管控力度,减少了井下工作人数;通过联锁集控,提高了对设备的故障分析、判断能力,大大减少了因设备故障和人为操作失误引起的停机事故的发生。
通过人员定位系统和安全监测系统、应急通讯系统,为事故防范和安全救援提供了有利的指挥和管理工具。
系统的实施,实现了煤矿生产管控一体化,提高了煤矿的安全生产能力和及时高效的应对突发事件的能力。
(三)综合效益显著提高
系统的实施,全矿月故障影响时间由平均40小时降为25小时,通过自动控制和集成,生产各环节的联系得到加强,缩短原煤的中转周期,提高设备开机率,大大增加了产能,由于保护系统较为完善,系统电机及其他设备损坏大大减少。
通过远程控制,现场初步实现无人值守,减少现场岗位人员245人,八矿新井的建设需要员工1000人左右,都将从信息化过程中从各个岗位中减少的人员中选择。
就目前可见的经济效益计算,年节约开支和提高生产能力的经济效益达到3696万元。
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