煤礦機電設(shè)備的健康智能化管理研究

（晉能控股煤業(yè)集團王村煤業(yè)公司 山西 037001）

1.智能化礦山的概念

(1)智能化礦山的定義及內(nèi)涵

要想在煤礦礦山實現(xiàn)智能化生產(chǎn)必須充分融合信息技術(shù)、礦山開采技術(shù)、遙感技術(shù)等。一般智能化礦山可以劃分為如下三個階段：第一階段，在礦山生產(chǎn)過程中引入數(shù)值化，主要包括如下幾個方面的技術(shù)：傳感器、計算機等，因此在生產(chǎn)的過程中相關(guān)工作人員可以直觀的觀察相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。第二階段，在礦山作業(yè)時引入虛擬化，這樣可以以圖片或者虛擬動畫的形式將礦產(chǎn)生產(chǎn)場景展示出來，從而便于管理者對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行管理。第三階段，借助遠程功能實現(xiàn)礦山的無人化作業(yè)，通常相關(guān)技術(shù)人員可以通過計算機對各個生產(chǎn)流程進行操作。借助人工智能可以實現(xiàn)智能化感知、學(xué)習(xí)以及決策。在進行開采時，毒地不同的工藝流程進行智能化的分析以及計算，可以生產(chǎn)相應(yīng)的分析決策，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)下的協(xié)同開采，進而達到節(jié)能接盤以及綠色生產(chǎn)目的。圖1表示相應(yīng)的智慧礦山的數(shù)字化基礎(chǔ)建設(shè)示意圖。

圖1 智慧礦山的數(shù)字化基礎(chǔ)建設(shè)示意圖

(2)智能煤礦的構(gòu)成

由于在礦井下作業(yè)，其各個環(huán)節(jié)都比較復(fù)雜，因此將智慧礦上劃分為90多個子系統(tǒng)，并將其劃分為三大類：

①智能化生產(chǎn)系統(tǒng)

一般將智能化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為如下兩個系統(tǒng)：第一，主生產(chǎn)系統(tǒng)智能化；第二，輔助生產(chǎn)系統(tǒng)智能化。其中，主生產(chǎn)系統(tǒng)智能化主要是指對采掘工作面實施智能化作業(yè)，從而可以借助遠程遙控進行無人化作業(yè)。而輔助生產(chǎn)系統(tǒng)智能化主要對運輸系統(tǒng)、排水以及供電等進行智能化操作。

②智能化安全管理體系

在煤礦生產(chǎn)時，安全顯得尤為重要。只有在安全的前提下，才可以發(fā)揮智能化的作用。由此可以看出，必須優(yōu)化智能化安全管理機制，在智能化安全管理的過程中，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對井下危險源的識別、檢測、報警以及相應(yīng)的處理。當發(fā)現(xiàn)危險源預(yù)報警時，系統(tǒng)能夠自動的找到最佳的避災(zāi)路線，同時將該信息傳輸給井下工作人員。通常智能化安全管理機制包括如下幾個子系統(tǒng)：第一，智能化防滅火系統(tǒng)；第二，智能化監(jiān)控系統(tǒng)；第三，設(shè)備定位系統(tǒng)；第四，智能化人員等。

③智能化后勤保障體系

通常智能化后期保障機制包括如下幾個方面：第一，礦井設(shè)計；第二，實現(xiàn)地質(zhì)勘探、測量、通風(fēng)與排水的智能化；第三，實現(xiàn)辦公與考勤的智能化等。

圖2 智能化煤礦情景邏輯

在煤礦生產(chǎn)中引入智能化，不是一蹴而就的，需要不斷對系統(tǒng)進行優(yōu)化，在將來實施智能化設(shè)計的過程中，必須對煤礦工人的工作形式進行優(yōu)化，從而達到安全生產(chǎn)的目的，圖2表示相應(yīng)智能化煤礦情景邏輯生產(chǎn)示意圖。

2.煤礦機電設(shè)備健康智能化關(guān)鍵技術(shù)

智能化礦上充分運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計算等技術(shù)，從而可以構(gòu)建良性智能化工作平臺，能夠有效地提高礦山智能化水平，同時也可以推動煤礦智能化健康管理。

(1)基于互聯(lián)網(wǎng)+的物聯(lián)網(wǎng)平臺

智能化礦山可以借助互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸以及采集，能夠較好地促進智能化煤礦開采的穩(wěn)定性。與此同時，該物聯(lián)網(wǎng)必須借助各種協(xié)調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)對各個子系統(tǒng)進行綜合管理，同時可以對各個生產(chǎn)工藝進行協(xié)調(diào)，進而可以將礦下的信息實施傳輸給井上的工作人員，最大限度的提高了作業(yè)人員的安全性。

(2)大數(shù)據(jù)處理及人工智能技術(shù)

在對煤礦進行開采的過程中，往往出現(xiàn)各種作業(yè)面狹小以及設(shè)備擁擠的現(xiàn)象，因此在作業(yè)時將會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致信息處理與管理方面帶來困難。由此可以看出，智能化煤礦設(shè)備在開采的過程中，能夠借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行全面的分析與處理，從而可以找到數(shù)據(jù)所反映的問題，進而能夠?qū)﹂_采工藝進行優(yōu)化。通常情況下，采煤工作面所對應(yīng)的數(shù)據(jù)包括如下幾個：第一，采煤工作時的速度、傾斜角以及截割阻力等；第二，對于刮板輸送機而言，主要涉及鏈條的張力，運輸速度以及支護阻力等。人工智能設(shè)備可以對大數(shù)據(jù)技術(shù)進行分析，并且可以依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果找到最佳的分析策略，與此同時將數(shù)據(jù)以圖表的形式展現(xiàn)給管理人員，因此可以起到智能化的效果。

3.礦井機電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)

(1)機電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)的構(gòu)成

圖3 煤礦機電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)

為了能夠充分體現(xiàn)煤礦機電設(shè)備的智能化，那么必須構(gòu)建一個屬于機電設(shè)備的健康智能化管理機制。為了能夠有效地優(yōu)化機器設(shè)備的性能，在軍工以及航天領(lǐng)域?qū)嵤C電設(shè)備健康預(yù)測管理。由于煤礦生產(chǎn)的過程中，該引用依舊處于初級階段，僅僅針對部分設(shè)備實施智能化健康管理機制。通常情況下，機電設(shè)備運行數(shù)據(jù)智能化健康管理流程包括如下幾個方面：第一，智能化信息采集；第二，建立健康檔案；第三，進行健康預(yù)測以及恢復(fù)等。圖3表示相應(yīng)的礦用機電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)。通過分析可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)包括兩個單元：第一，本地監(jiān)測終端；第二，井上調(diào)度中心，其中首先由本地監(jiān)測終端殘疾機電設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時該數(shù)據(jù)傳輸給井上調(diào)度中心，進而對信息進行智能化的處理，最終完成健康評估，因此可以對設(shè)備進行維護。

(2)煤礦機電設(shè)備健康智能化診斷

通過分析煤礦機電設(shè)備健康管理可以發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中，本地監(jiān)測終端主要對設(shè)備的信息進行采集。例如對旋轉(zhuǎn)類設(shè)備的故障信息進行采集時，應(yīng)該重點采集軸承以及電機位置，有如對控制系統(tǒng)中的故障問題進行信息采集時，主要對液壓翻以及傳感單元進行采集。由此可以看出，在進行信息采集時，必須在重要部件位置設(shè)置相應(yīng)的傳感器。在通過運用智能化模型以及關(guān)聯(lián)矩陣進行分析后，能夠有效地對故障進行診斷以及識別。圖4表示相應(yīng)的煤礦機電設(shè)備健康智能化診斷系統(tǒng)。

圖4 煤礦機電設(shè)備健康智能化診斷系統(tǒng)

(3)煤礦機電設(shè)備健康智能化維修決策數(shù)據(jù)庫

以機械設(shè)備診斷為依據(jù)，進而可以合理劃分設(shè)備的健康情況，從而構(gòu)建相應(yīng)的機電設(shè)備健康數(shù)據(jù)庫，該決策數(shù)據(jù)庫包括如下幾個單元：第一，設(shè)計過程中的固化維修單元；第二，使用過程中的調(diào)試策略；第三，專家數(shù)據(jù)庫。通過構(gòu)建智能化數(shù)據(jù)庫能夠有效地提高礦用機電設(shè)備的使用壽命，與此同時對維修方案進行優(yōu)化處理，最終可以對煤礦機電設(shè)備進行智能化健康管理。

4.結(jié)論

（1）對智慧礦山的定義以及內(nèi)涵進行分析，同時對其組成單元進行的介紹如下：第一，智能生產(chǎn)單元；第二，智能化安全管理單元；第三，智能化后勤保障單元。

（2）對礦用設(shè)備的智能化健康管理問題進行分析，基于機電設(shè)備健康智能化管理的構(gòu)成、診斷以及構(gòu)建決策數(shù)據(jù)庫等，對礦用機電設(shè)備的健康智能化管理系統(tǒng)進行系統(tǒng)的探究。