陕北矿业董事长郭佐宁：智能化井工煤矿运行与维护管理标准框架

智能化煤矿运行与维护管理是保障井上、井下智能化系统常态化运行的关键，针对智能化系统运维管理标准体系缺失的现状，笔者系统分析了我国智能化煤矿运行与维护管理现状及存在的问题，基于智能化煤矿建设与运行要求，将煤矿智能化系统装备运维管理划分为共性基础、信息网络平台、智能控制系统与装备、运维保障四大类，制定了煤矿智能化系统运维管理标准整体框架，构建了智能化煤矿运维组织架构，并系统阐述了智能化煤矿信息基础设施、地质保障系统、智能掘进系统、智能采煤系统、智能通风系统、智能防灭火系统等的运维范围与要求，为建设“四化一库”的运维管理体系奠定了基础。

 

文章来源：《智能矿山》2024年第3期重大进展特刊

作者简介：郭佐宁，正高级工程师，现任陕煤集团副总工程师，陕北矿业党委书记、董事长、总经理

作者单位：陕西陕煤陕北矿业有限公司

引用格式：郭佐宁，牛虎明，习晓，等.智能化井工煤矿运行与维护管理标准框架[J].智能矿山，2024，5（3）：32-38.

 

智能化井工煤矿运维管理现状

 

近年来，我国煤矿智能化建设成效显著，全国首批智能化示范煤矿总产能超过6.2亿t，已有47座煤矿顺利通过国家智能化煤矿验收，全国建成智能化采煤工作面近2000个，智能化掘进工作面超1500个，智能化建设总投资达2000多亿元，智能化煤矿初步实现了减人、增安、提质、创效，智能化煤矿综合管控平台界面如图1所示。

 

图1　智能化煤矿综合管控平台界面

 

受限于智能化系统、装备可靠性较低等问题，煤矿智能化系统的常态化运行水平仍然不够理想，智能化煤矿运行与维护管理是提升智能化系统常态化运行水平的有效手段。美、英、法等国家自20世纪80年代便开始对信息系统的运维管理进行探索，先后制定了ITIL、ITILv2、ITILv3等信息系统运维管理标准，规范了信息系统运维流程与要求，有力推动了信息系统运维的专业化、标准化作业。然而，当前煤矿智能化系统的运维管理工作主要依托智能化系统、设备的生产厂家来实现，运维模式主要为被动式运维，缺乏主动、高效的标准化运维，运维服务的质量受制于设备厂商服务人员的业务水平，运维效果整体较差，导致智能化系统的故障率高、常态化运行水平低，主要存在以下5点问题：

（1）煤矿建设生产企业提出的智能化运维服务要求多样，运维服务供应商无法靠统一、流程化的运维服务满足煤炭生产企业要求，导致运维服务成本增大。

（2）运维服务供应商运维能力没有权威的认证，智能化运维服务人员提供的运维服务内容、质量、效果没有相应的标准进行衡量，运维质量与效果参差不齐，难以对智能化系统运维服务效果进行验收评价。

（3）智能化系统运维一般需要等设备出现故障后才进行维修更换，这种被动式、救火式的运维管理没有重点，运维工作的故障排查和解决效率相对低下。

（4）运维制度缺乏明确的责任人与责任范围划分，责任边界不清晰，导致智能化系统设备的故障多发、处理解决效率低下、故障处理缺乏规范等问题。

（5）由于智能化系统属于新生事物，智能化系统装备的运行与维护管理目标不清晰，运行与维护管理程序混乱、流程不明确，难以保障运维质量。我国针对煤矿主要系统作业流程、质量要求、劳动组织等制定了相关规范，并对地面网络、数据中心、软件平台等制定了相关运维标准，但井工煤矿的信息基础设施涉及地面与井下2个部分，且井下智能化系统与传统地面智能化系统存在较大差异，井工煤矿智能化系统运行与维护管理标准尚处于空白状态。因此，亟需构建一套煤矿智能化装备系统运行与维护管理标准体系，支撑煤矿智能化建设与常态化运行。

 

智能化井工煤矿运维管理标准框架

 

针对国内外智能化井工煤矿运行与维护管理标准缺失的问题，笔者构建了一套煤矿智能化装备系统运行与维护管理标准框架，形成以“流程为导向、服务为核心，技术为支点”的运维管理思路，找准切入点，建设“四化一库”的运维管理体系建设规划，即“智能化服务平台、规范化流程制度、专业化队伍建设、精细化物资管理、运维知识库”，逐步提高运维服务质量水平、转变运维服务理念、拓宽

运维服务范围、提高运维工作的效率和质量，杜绝重大隐患和运维事故的发生，保障智能化煤矿常态化运行，为智能化井工煤矿常态化运行提供标准支撑，智能化运维思路如图2所示。

 

图2　智能化运维思路

 

智能化井工煤矿运维管理标准框架

 

针对我国煤矿智能化系统装备运维管理需求，对井工煤矿智能化系统装备组成分类进行了系统梳理，基于《煤矿智能化建设指南（2021年版）》《智能化示范煤矿验收管理办法（试行）》相关技术要求，制定了智能化井工煤矿运维管理标准整体框架（图3），将煤矿智能化系统装备运维管理标准划分为共性基础、信息网络平台、智能控制系统与装备、运维保障四大类，细化为27项具体的运维管理标准。

 

图3　煤矿智能化系统运维管理标准整体框架

 

智能化煤矿运维组织架构

 

为满足煤矿智能化系统运维管理要求，煤矿应设置专业化的运维组织机构（暂命名为煤矿智能化系统运维中心），运维技术人员应覆盖智能化煤矿相关的信息基础设施、智能控制系统、电气控制系统等专业。运维模式可以采用自主运维、全部第三方运维、部分第三方运维。根据智能化煤矿系统划分及运维要求，制定了智能化煤矿运维组织架构（图4）。根据智能化煤矿系统划分及运维要求，煤矿智能化系统运维中心下设通信网络、数据中心、智能生产、安监系统、软件平台、安全技术管理等运维小组，覆盖智能化煤矿主要的业务系统。每个运维小组再根据运维内容设置相关的运维工程师岗位，定期进行专业化培训与考核，满足煤矿智能化系统运维要求。

 

图4　煤矿智能化系统运维组织架构

 

智能化运维管理体系难题攻克与解决方案

 

信息网络平台类系统运维管理要求

 

基于上述煤矿智能化系统运维管理标准整体框架，信息网络平台类主要包括有线/无线网络、数据中心、软件平台等，相关运维标准在其他行业已有较为成熟的运维体系，但难以满足煤矿井下防爆、数据治理等要求，需要基于井工煤矿实际需求进行完善。

 

智能控制系统与装备类系统运维管理要求

 

智能控制系统与装备类涵盖井工煤矿主要的业务系统，是井工煤矿智能化系统运维的核心，但智能化系统运维仅包括各业务系统电气、控制等部分，并不涉及各业务系统的机械部分，如采煤机更换截齿、液压支架更换阀组等，机械部分相关运维工作则由煤矿生产系统各生产班组负责，相关运维内容、流程、要求等已经相对成熟。

（1）智能化煤矿地质探测

智能化煤矿地质探测主要包括钻探与物探2种，其中常用的物探设备包括电阻率监测、微震监测、槽波探测、随采（掘）监测系统；电阻率监测系统的运维范围包括控制主站、采集分站、供电电源、监测电极、监测大线、光纤、电源线、环网交换机、采集软件；微震监测系统的运维范围包括控制主站、采集分站、供电电源、检波器、监测大线、光纤、电源线、环网交换机、采集软件、定位软件、远程监控站；槽波探测系统的运维范围包括采集分站、数据传输线、检波器、授时器、数据管理软件、反演软件等；随采（掘）监测系统的运维范围包括检波器、监测（采集）分站、隔爆电源、传输线、光端机、交换机、光纤、数据处理主机。上述监测系统正式投用前应进行系统综合联调，运行维护团队应参与监测系统设计、设备安装与调试，熟悉所运维范围内的供电系统、电气设备、线路的技术特性及电缆的分布情况，对监测系统进行维护工作结束后，业务负责人应对维护工作进行检查验收，检查设备完好状态，清点工具，确认设备运行状态正常。

地质保障系统的运维内容还应包含地质保障平台，运维工程师应对地质保障平台的报警信息进行处理，保障所有的数据正常接入和更新，并定期对备份数据进行审查，对服务器进行漏洞扫描及修复。

（2）智能掘进系统

智能掘进系统的运维范围主要包括感知系统、信息化系统、控制系统、集中控制平台、综合保障系统等，其中感知系统主要包括安全监测传感器和布置在掘进设备、锚护设备、转载设备、破碎设备、带式输送机等设备上的各类状态监测传感器；信息化系统主要包括掘进工作面布设的通信电缆、工业环网交换机、语音通信系统；控制系统包括掘进设备、锚护设备、转载设备、破碎设备、带式输送机等控制系统；集中控制平台主要包括井下多机协同的集中控制平台、地面多机协同的集中控制平台；综合保障系统主要包括掘进工作面人员接近防护系统、视频监控系统等。

智能掘进系统运行前应确认掘进工作面各类传感器运行状态正常，掘进设备、锚护设备、转载设备、破碎设备、带式输送机、供电系统、语音通信系统等各系统参数正常，具备开机条件。对集控系统进行操作过程中发现，单个传感器故障，必须第一时间通知现场巡检人员，由现场巡检人员对故障部位进行重点关注。运维工程师应定期对感知系统、网络与通信系统、控制系统进行维护，检查相关设备的硬件是否能够正常工作，组态软件是否正常、界面信息显示是否正常、数据是否正常、视频信息是否清晰无卡顿等，并定期对相关数据进行备份。

（3）智能化采煤系统

智能化采煤系统的运行维护范围主要包括采煤工作面的感知系统、信息化系统、智能控制系统、集中控制平台、综合保障系统，其中感知系统主要包括布置在采煤机、液压支架、刮板输送机、泵站等设备上的各类传感器；信息化系统主要包括采煤工作面布设的通信线缆、工业环网交换机、语音通信系统；智能控制系统主要包括液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机等控制系统；集中控制平台主要包括巷道集中控制中心、地面集中控制中心；综合保障系统主要包括工作面智能供液系统、工作面智能供电系统、工作面视频监控系统、工作面照明系统。

智能化采煤工作面运行前应确认采煤工作面各类传感器运行状态正常，采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、智能供液系统、智能供电系统、视频监控系统、语音通信系统等各系统参数正常，具备开机条件；对集控系统进行操作前，必须对系统的通信状态、故障报警进行全面排查，检查上一班遗留问题是否影响安全操作，如果发现安全隐患应及时上报，并在采取相关防范措施后才能进行远程控制，严禁在系统功能存在安全隐患的情况下私自进行远程控制。运维工程师应定期对采煤工作面布设的各类传感器进行维护，并按规定的时间和标准定期对传感器进行认真调校和断电试验；检查工作面“三机”设备的位置是否与集中控制平台显示位置一致；供电系统与通信系统是否正常；泵站压力与自动配比装置显示是否与实际仪器仪表一致；工作面各类传感器的数据是否正常显示，并进行故障排查处理。

（4）智能通风系统

智能通风系统的主要运行维护范围包括智能通风管控软件平台、通风环境监测传感器或装置、智能通风设施系统、智能通风动力系统、灾变应急控风系统，其中智能通风管控软件平台的主要运行维护范围包括服务器、工业环网交换机、软件平台数据库、数据交互接口、软件页面、数据备份；通风环境监测传感器或装置的主要运行维护范围包括风速传感器、风量监测装置、风压传感器、温度传感器、湿度传感器、通风多参数传感器（监测环境大气压、温度、湿度、气压差等）、监控分站；智能通风设施系统运行维护范围包括智能风门系统、智能风窗系统；智能通风动力系统的运行维护范围包括局部通风机智能控制系统、主通风机智能控制系统；灾变应急控风系统的运行维护范围包括风井防爆门系统、远程自控防火门系统、回采工作面均压系统。运维工程师应定期对主通风机智能控制系统硬件设备状态检查，检查风硐天窗/立闸门是否完好、风硐天窗控制系统/立闸门控制系统是否正常运行、风机蝶阀控制系统是否正常运行、风机蝶阀状态是否正确、是否发生风机喘振等；定期进行全矿井范围内风量在线监测装置的准确度检测，检查风门、风窗等运行情况，并开展风门风窗故障诊断、预警和报警实验；对监控分站、设备控制器的蓄电池电源、直流稳压电源等进行检测，评估智能通风软件平台服务器运行能力；应及时更新智能通风系统运行电子台账，台账内容主要包括各类智能通风设备名称、设备安装日期、设备安装地点、设备调试完成日期、设备故障事件、设备故障原因、设备故障处理措施、设备故障处理状态等。

（5）智能化煤矿供电系统

智能化煤矿供电系统运维范围应包括煤矿智能化供电系统建设要求、运行规范，煤矿地面110kV/35kV变电站、井下10kV/6kV中央变电所、采区巷道设备列车的高低压一次设备、二次设备，以及在采煤、掘进、通风、排水、运输等生产安全系统的相关电力设备。智能化煤矿供电系统运维应通过智能传感技术、信息技术、大数据、人工智能、机器人等技术，实现变电站、变电所等场所状态及关键生产、辅助生产装备的在线远程监测、故障预警分析、能耗统计、供电质量提升等功能。

智能化煤矿供电系统应实现井下变电所无人值守和供电系统集中管理，具备电力数据采集、运行状态监视、远程集中控制，存储、查询和统计整个系统的运行数据、运行记录、故障报警记录、实时曲线、历史曲线、报表、打印输出、故障定位、故障录波、网络拓扑结构自动识别、一键快速恢复供电等功能，为供电安全提供重要分析和决策依据。智能化煤矿供电系统运维应进行运行前安全确认、运行操作、日常巡检、报警和事件处理等内容，应严格按照操作流程及相关制度对智能化供电系统进行操作，定期对井下变电站、供电线路、开关等进行维护。

（6）智能化煤矿火灾防治系统

智能化煤矿火灾防治系统运维主要包括采空区束管监测系统、光纤测温系统、主运巷自动防灭火系统、矿井均压防灭火系统、智能注氮灭火和智能注浆灭火系统，其中束管监测系统运维区域主要有开放采空区和密闭采空区，运维范围包括监测主机、UPS电源、监控软件气体分析仪、抽气泵、煤矿用聚乙烯束管、取样控制装置；光纤测温系统运维范围包括矿用光纤分布式测温装置、矿用感温光缆以及井上系统监控主机；主斜井自动防灭火系统运维范围包括温度、烟雾、火焰、一氧化碳、水压传感器，可实现主斜井的火灾预警和灭火；安全监控系统运维范围主要包括主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成的系统，实现甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机启停、主要通风机启停等状态的实时监测功能；矿井均压防灭火系统运维主要包括矿井通风参数智能感知、智能调压风窗、智能调压风机、矿井通风网络三维智能解算等子系统；智能注氮灭火系统包括控制主机、智能制氮装置、氮气储罐、电气连接线、输气管道和防护区；智能注浆灭火系统运维范围包括高速涡流制浆机、定量送料机、控制监控系统、渣浆泵、清水泵、排污泵、带式输送机、矿用防灭火灌浆装置、搅拌机。

 

应用效果及推广前景

 

智能化井工煤矿运行与维护管理标准框架是在系统分析智能化煤矿运维现状及存在问题的基础上提出的，将煤矿智能化系统运维分为共性基础、信息网络平台、智能控制系统与装备、运维保障4类，对煤矿井上井下、生产、服务等智能化系统的日常维护范围和要求进行了规范。在此基础上，应进一步研发应用井工煤矿设备全生命周期管理系统，实现煤矿大型设备运维管理由预防性运维向预测性运维转变，如图5所示。

 

图5　大型设备健康诊断系统平台

 

通过规范智能化煤矿信息基础设施、地质保障系统、智能掘进系统、智能采煤系统、智能通风系统、智能防灭火系统等的运维范围与要求，为整个煤矿智能化系统运维工作开展提供了全面和完整的理论指导与技术落地支撑。依据研究成果，实现了煤矿智能化系统运维有标可依、有据可考、有章可循。针对煤矿大型设备全生命周期管理需求，提出了大型设备设施管理数智化平台架构，依托国内外先进的设备资产管理理念，为煤炭企业大型设备提供全生命周期、数字化、智能化的管理平台，为能源企业设备资产管理、一体化运营维护提供助力工具，如图6所示。

 

图6 大型设备全生命周期管理总体架构

 

智慧矿山和煤矿智能化是新时期矿业发展的必由之路，新一代信息技术与矿山开发技术深度融合，新技术新装备创新层出不穷。随着智慧矿山和煤矿智能化建设的发展，数据中心、快速掘进、智能采煤、智能通风、智能供电等智能化系统的安全高效便捷维护将成为煤矿智能化建设下一阶段的关键内容。智能化井工煤矿运行与维护管理标准框架为煤矿智能化系统日常运维相关技术产品研发提供了理论依据和科学方法，通过以点带面，逐步推广，将智能化井工煤矿运行与维护管理标准体系充分落地，实现智能化煤矿建设的新突破。

 

来源：智能矿山杂志