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山西省煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）
王坡煤业煤流智能协同管控系统
山西天地王坡煤业有限公司
（一）矿井概况
山西天地王坡煤业有限公司（以下简称天地王坡）隶属于中国煤炭科工集团有限公司，建设规模300万吨/年，配套建有选煤厂和铁路专用线；井田面积25.35km²,开采3#、15#煤层，地质储量2.1亿吨；井田水文地质条件中等，煤层不易自燃，煤尘无爆炸危险性，无冲击地压危险，属高瓦斯矿井；现布置有两采五掘，分别为3206和3308综采工作面、3211高抽巷、3217回顺、3219回顺、3303运顺、3307工作面小煤柱试验巷道掘进工作面，六大系统运行稳定可靠。
（二）建设内容
1.建设情况
天地王坡为生产矿井，井下主运输采用带式输送机连续运输方式。主运系统设备组成如下：集中主运巷二部皮带→集中主运巷一部皮带→给煤机→主斜井皮带→101皮带→102皮带。
图1主运系统组成图
智能化主煤流系统以“KTC199矿用通信控制装置”为核心，主要建设内容包括主煤流系统中各带式输送机的单机自动控制、多机协同联动、远程集中控制、运行工况检测及故障智能预警等功能；基于AI煤量智能识别、人员违规作业智能监测、大块煤/堆煤/异物识别与预警等功能，实现带式输送机的智能、安全、高效运输。
2.主要内容
在主斜井、主运一部、主运二部各设置1套KTC199矿用通信控制装置，分别控制102/101/主斜井、主运一部、主运二部带式输送机。在带式输送机机头驱动部设置KXH18(C)矿用本安型可编程控制器，实现带式输送机就地控制；各胶带机按规定配置急停闭锁开关、急停扩音电话、跑偏传感器、烟雾、速度、堆煤、张力下降、纵撕、超温洒水等保护装置。
主煤流运输系统中沿线煤流基于AI识别实现分布状态实时监测和带式输送机变频调速功能,具备调速模型的优化功能,实现煤流平衡。主斜井、主运一部、主运二部、101皮带均采用变频驱动模式。井底煤仓结合煤仓煤位信号,实现煤仓、给煤机、带式输送机的联动控制。
矿井在主运带式输送机建设有智能AI识别系统，该系统由矿用本安型网络摄像仪（简称摄像仪）、矿用本安型结构光发射器（简称结构光）、矿用本安型控制箱（简称控制箱）、矿用隔爆兼本安型多路电源等产品构成。矿井在主运系统集中主运巷各联巷口安装有视频监控系统，对于所有经过联巷进入主运巷人员进行动态监测，发现人员进入主运系统或有违规跨越皮带等行为立即弹窗报警。
系统建设了机电设备在线监测与故障智能诊断系统，实现设备运行状态数据的实时显示、趋势分析、智能诊断、报警查询等功能。云端平台主要为数据共享、远程专家协助、大数据分析等提供技术支撑。
主煤流运输系统配备巡检机器人。通过机身搭载的摄像头、红外热像仪和声音收集器等装置实现对巡检范围内各类设备的图像、温度、声音、烟雾等数据的采集。
3.工作经验
（1）补短板。主运输系统运输距离长，设备多，故障点多，任何一个设备发生故障将导致煤矿整个生产系统停产。本项目全面梳理了运输系统机电设备，对部分使用年限长的设备进行了更新，提升了系统整体稳定性。
（2）减人提效。天地王坡通过建设智能主煤流系统，实现井下固定岗位减人15人。智能主运输系统通过高度集成控制，多点感知预警等手段正在逐步接替井下各固定值守岗位。同时通过智能变频调速运行，大大降低设备运行的能耗，降低运维成本。
（3）新技术实现系统智能化。AI智能感知、巡检机器人、故障诊断等技术的应用，实现了主运底层感知的全覆盖；数字化通信控制装置实现了长距离、大运量、变频电磁环境下的控制系统可靠运行；主运协同控制技术实现了系统高效运行。
（一）人机环全面感知，实现主运安全运行
煤流运输系统设备串行布置，沿线范围大、环境复杂、参控设备点多、转载环节多、运输物料不规则容易掺杂异物等因素，导致整个煤流系统故障点较多，且运输系统环境复杂导致工况感知困难。本项目采用主运增强感知对主运关键运行工况进行实时、准确、稳定地检测、度量和分析，以解决传统物理性传感器在井下恶劣环境中不可靠、精度低、功能单一等问题。对可能出现的任何异常情况尽早发现、尽早处理、并在事后重点分析，从而为实现煤矿自动化的无人值守提供了必要的条件。
图2主煤流异物识别
（二）国内首套数字化通信控制装置，实现主运可靠运行
随着煤机大型化的发展，单条皮带装机功率越来越大，皮带长度越来越来，胶带机监控系统的电磁环境越来越恶劣，导致监控系统易受干扰。KTC199矿用通信控制装置是国内首套全数字化通信控制装置，基于全数字化的FCS分布式控制架构，采用模块化、标准化、本安化、平台化设计，融合数字传输技术、开放式可编程控制技术、数字语音扩播技术，实现煤矿煤流运输系统智能通信、检测与控制。
图3KTC199矿用通信控制装置
（三）基于载荷分布检测的主运协同控制，实现主运高效运行
系统实现主煤流协同经济运行，以全煤流线所有设备为控制对象，采用多点感知融合技术，根据来煤和载荷分布情况，应用协同控制策略模型在保证全线不洒煤的前提下实现煤多快运、煤少慢运的协同经济运行。
图4主煤流协同控制系统
该成果所有产品自主研发，形成知识产品成果包括：授权发明专利4项，授权外观专利1项，登记软件著作权2项，发表论文3篇，基于机器视觉的多传感融合平台及其应用经中国煤炭工业协会专家鉴定，研究成果达到“国际先进”水平。
通过上述带式输送机运行工况及环境的全面智能监控，实现了主运系统无人值守的常态化安全运行，主运系统运行班由原来的每班14人减少为9人，且大大降低了工人的劳动强度，由井下工作到地面办公室工作，提升了工作环境。针对系统运行能耗高的现状，采用大功率变频装备改造，主运输煤流均衡控制技术，实现了带式输送机根据煤量自动调速运行，顺煤流启停等协同控制功能，降低了系统运行能耗。
近年来，山西省煤炭企业认真贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略，创造性推进煤矿智能化建设，涌现出了一大批技术先进、管理科学、运行可靠的煤矿，为推动煤炭行业技术进步、装备提升、管理创新、效益改善做出了重要贡献。
为充分发挥典型煤矿的示范引领带动作用，推动煤矿智能化建设迈向更高水平，山西省能源局从全省范围内征集了124项煤矿智能化建设案例，经组织专家评选，共有65项案例入选。入选的案例兼顾国有企业和民营企业、采煤和洗选、井工和露天煤矿以及各种不同地质灾害、采掘工艺、运输方式等条件，涵盖信息基础设施、智能掘进系统、智能综采系统、全矿井智能化、其它智能化系统、露天煤矿智能化、智能洗选共计7个方向，确保具有可复制、可推广性。现编辑形成《山西省煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）》，供各地市、各有关企业和研究机构在工作实践中学习借鉴。
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