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煤礦智能化標準體系框架
作者:靳文兵 日期:2021年07月06日 來源:技術部 瀏覽:

內容導讀:煤礦智能化標準體系總體框架

1 煤礦智能化標準體系總體框架

11 智能化煤礦技術架構

智能化煤礦與工業互聯網體系架構一脈相承,基于“全局優化、區域分級、多點協同”控制模式,針對煤礦特殊應用場景及工藝特殊要求,將煤礦生產、輔助運輸、安全管控、綜合調度、分選供應成為有機整體,打造智慧、高效、安全的煤礦綜合生態。智能化煤礦基于一套標準體系、構建一張全面感知網絡、建設一條高速數據傳輸通道、形成一個大數據應用中心、開發一個業務云服務平臺,面向不同業務部門實現按需服務。

智能化煤礦以綜合管控平臺和云數據中心為核心,構建煤礦安全高效信息網絡及精準位置服務系統,4D-GIS 透明地質模型及動態信息系統,智能化無人工作面協同控制系統,智能化運輸管理系統,智能化快速掘進系統,煤礦井下環境感知及安全智能管控系統,礦井全工位設備設施健康智能管理系統,地面洗運銷智能化控制系統八大智能化系統。

12 煤礦智能化標準體系框架在分析煤礦智能化技術體系的基礎上,梳理煤炭生產各環節智能化技術應用現狀及趨勢,構建煤礦智能化標準體系總體框架,包括通用基礎標準、支撐技術與平臺標準、煤礦信息互聯網標準、智能控制系統及裝備標準、安全監測及防控裝備標準、生產保障標準 6 個部分組成。

1) 通用基礎標準主要規范煤礦智能化的通用性標準,統一煤礦智能化思想,為其他各部分標準的制定提供支撐。包括基礎共性標準、設計類標準及評價類標準等方面。

2) 支撐技術與平臺標準主要針對煤礦云計算、大數據和人工智能等前沿技術在煤礦智能化中應用過程中具體實施方式進行規范,指導前沿技術在煤礦智能化應用中落地。主要包括標識解析標準、大數據平臺標準、邊云協同標準、軟件平臺標準等。

3) 煤礦信息互聯網標準主要針對礦井特殊環境高效信息網絡體系架構及關鍵技術進行規范。主要包括煤礦信息網絡標準、煤礦通信網絡標準、煤礦定位網絡標準、煤礦信息安全標準等。

4) 智能控制系統及裝備標準主要針對煤礦生產控制涉及的智能化關鍵裝備及核心傳感器等進行規范,包括綜采工作面智能化系統及裝備技術標準、綜掘工作面智能化系統及裝備技術標準、運輸智能化系統及裝備技術標準、供電智能化系統及裝備技術標準、分選智能化系統及裝備技術標準、煤礦機器人技術標準及新型共性關鍵傳感器技術標準。

5) 安全監測及防控裝備標準主要針對井下環境、人員、設備安全監控系統及關鍵防控裝備進行規范,包括地質環境監測技術標準、通防安全監控技術標準、電氣設備安全監控技術標準、人員安全監控技術標準、應急管理與救援智能化技術標準等。

6) 生產保障標準規范保障煤礦安全高效生產涉及的設備可靠性、生產決策管理規范等,包括設備可靠性標準、融合決策標準及管理類標準等。

2 重點標準化領域和方向

2.1 通用基礎標準

煤礦智能化通用基礎標準主要包括基礎共性標準、設計類標準、評價類標準等方面的標準。

1) 基礎共性標準: 一是制定術語和定義,主要規范煤礦智能化相關概念,界定煤礦智能化標準范圍,為其他各部分標準的制定提供支撐; 二是制定參考模型標準,制定煤礦智能化體系架構,明確和界定煤礦智能化的對象、邊界以及各部分的層級關系和內在聯系; 三是制定數據描述和數據字典標準,制定元數據、數據描述和數據字典標準,為煤礦智能化各環節產生的數據集成、交互共享奠定基礎。

2) 設計類標準: 煤礦生產受到地質環境等多種因素影響,其生產工藝必須根據煤層變化情況、礦山壓力,瓦斯等環境因素進行相應調整,因此難以直接采用統一模式實現煤礦各系統的智能化建設或改造,必須在分析地質條件的基礎上進行定制化的設計。智能化煤礦總體設計標準主要對智能化礦井的總體架構、功能和適用性進行規范; 智能化生產設計類標準主要對煤礦主要生產環節綜采、綜掘、主運等智能化建設進行規范; 智能化煤礦生產保障類設計標準主要針對保障煤礦安全生產的智能供電系統,環境安全監控系統,設備健康管理系統等建設進行規范; 智能化煤礦配套場區設計類標準主要針對煤礦地面的洗運銷,智能中心,智慧園區的建設進行規范。

3) 評價類標準: 受其地質條件和技術成熟度的限制,煤礦智能化建設是一個分階段緩慢改造的過程。如設立統一標準進行技術評價對于條件復雜的礦井將無法達到標準,缺乏技術公平,制約技術發展,易導致標準無法推行。因此需針對其地質條件進行分級分類,分階段達標評判。

一是按照可測量、可量化、可核查的原則從不同維度選取指標,制定智能化煤礦評價指標體系; 二是針對評價指標體系確定評價方法; 三是制定指導企業和行業開展智能化煤礦水平評價的實施指南。

2.2 支撐技術與平臺

支撐技術與平臺標準包括標識解析、大數據平臺、邊云協同及應用平臺等方面。

1) 標識 解 析 標準: 一方面規范煤礦工業互聯網標識數據的編碼和采集方法,包括各類標識數據采集實體的通信協議以及標識編碼在二維碼、射頻標識標簽存儲方式等標準; 另一方面規范設備之間,數據之間的通信及交互協議,確保實現煤礦萬物互聯,包括實現方式、交互協議、數據互認等標準。

2) 大數據平臺標準: 大數據平臺標準主要包括數據采集標準、數據資產管理、數據處理與分析、數據倉庫及數據服務等方面的標準。數據采集標準主要規范煤礦大數據平臺的數據采集、集成和存儲方式等方面的標準; 數據資產管理對煤礦大數據主數據管理、元數據管理等方面進行規范; 數據處理與分析標準規范煤礦大數據分析的流程及方法,包括煤礦流式數據快速分析流程,煤礦物理實體與數據實體的映像和相互關系等標準; 數據倉庫及數據服務規范大數據存儲服務、大數據可視化服務、數據建模及數據開發、數據共享等標準。

3) 邊云協同標準: 邊云協同標準主要包括煤礦云計算、邊緣計算及邊云協同管理等方面的標準。主要包括云計算虛擬化標準、邊緣云、邊緣網關及控制設備、能力開放標準、邊云之間的協同管理等方面內容。

4) 軟件平臺標準: 軟件平臺對于煤礦工業微服務標準、應用開發環境、平臺互通適配標準及典型智能化應用系統進行規范。一方面對于智能化煤礦工業微服務架構性能、應用接入等進行要求,構建煤礦智能應用開發環境以及煤礦智能化管控平臺; 另一方面對于煤礦典型智能化應用軟件,包括煤礦地理信息系統相關標準、煤礦三維可視化應用開發方式等方面進行具體規范。

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2.3 煤礦信息互聯網煤礦信息互聯網標準主要包括煤礦信息網絡、煤礦通信網絡、煤礦定位網絡及煤礦信息安全等方面。

1) 煤礦信息網絡標準: 信息網絡標準主要提出滿足煤礦智能化發展需求的網絡體系架構,并制定其關鍵技術標準,研究低時延、高可靠連接與智能交互的網絡組網技術標準,實現網絡互聯,業務互聯,設備互聯。包括礦井工業以太網總線、煤礦無線網絡、基站及接入設備、煤礦物聯網等方面。

2) 煤礦通信網絡標準: 煤礦通信網絡標準主要提出滿足生產需求高可靠的調度通信系統相關的技術要求。包括通信系統功能和相關通信基站及接入設備等方面的標準。

3) 煤礦定位網絡標準: 煤礦定位網絡標準包括礦井高精度定位系統、礦井電子地圖、位置服務接入規范等 3 個方面。其中礦井定位系統對井下狹長空間定位系統的關鍵技術、性能指標、定位基站的布施方式進行規范; 礦井電子地圖構建滿足井下位置服務的分層煤礦電子地圖的構建及顯示方式,為定位系統提供基礎支撐; 位置服務接入規范對設備接入礦井高精度位置服務系統的接口協議、數據應用方式等方面進行標準制定。

4) 煤礦信息安全標準: 信息安全標準主要包括控制系統安全、網絡安全及數據安全等方面?刂葡到y安全規范煤礦各類控制系統中的控制軟件與控制協議的安全防護、檢測及其他技術要求; 網絡安全標準規范承載煤礦智能生產和應用的通信網絡與標識解析系統的安全防護技術要求; 數據安全標準規范煤礦大數據相關的安全防護、檢測及其他技術要求。

2.4 智能控制系統及裝備標準智能控制系統及裝備標準主要包括綜采智能化系統及裝備、綜掘智能化系統及裝備、運輸智能化系統及裝備、供電智能化系統及裝備、分選智能化系統及裝備、煤礦機器人及新型共性關鍵傳感器等方面。

1) 綜采工作面智能化系統及裝備技術標準 針對綜采工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機、泵站等設備的智能化系統及關鍵技術裝備進行規范。

2) 綜掘智能化系統及裝備技術標準針對掘進,錨固,運輸等工作環節中所應用到的智能化系統和關鍵技術裝備進行規范。

3) 運輸智能化系統及裝備標準包括煤流運輸智能化系統、輔助運輸智能化系統及提升智能化系統等。煤流運輸智能化系統及裝備針對煤流運輸過程中的關鍵監測系統及智能調速系統等進行規范;輔助運輸智能化系統及設備技術標準主要針對輔助運輸涉及的膠輪車、單軌吊、齒軌車等,實現智能化駕駛涉及的關鍵系統及裝備進行技術規范; 提升智能化裝備對于礦井提升系統實現安全智能化運行涉及的關鍵系統及裝備進行技術規范。

4) 供電智能化系統及裝備 標準針對 煤礦 供 電系統智能化所涉及的供電系統區域協同控制,供電防越級跳閘及其所用的移動變電站、開關、變頻器等智能電氣設備技術進行規范。

5) 分選智能化系統及裝備 主要針對 煤炭綜合加工過程中涉及的相關智能化系統及裝備進行規范。包括分選智能化系統,煤泥制樣智能系統,配煤裝車智能化系統等。

6) 煤礦機器人標準一方面對于煤礦機 器 人 基礎共性技術,包括煤礦機器人長時供電與饋電管理、SLAM 地圖構建、機器人群協同控制 等技術進行規范; 另一方面對于煤礦各類機器人的性能指標,技術要求,檢驗規則等進行規范。

7) 共性關鍵傳感器標準主要針對煤礦新型關鍵傳感技術及裝備進行規范,包括煤礦機器視覺、激光點云掃描、光纖光柵等新型技術及系統等性能、檢驗規則等進行規范。

2.5 安全監控及防控裝備標準安全監控及防控裝備標準主要包括地質環境監測、通防安全監控、電氣設備安全監控、人員安全監控、應急管理及救援智能化系統等方面。

1) 地質環境監測系統標準主要針對煤礦地質環境涉及的頂板監測系統、沖擊地壓監測系統、礦山水文監測系統,以及實現礦山精細描述的探測系統相關的性能指標、技術條件、檢驗規范等制定標準。

2) 通防安全監控系統標準主要對煤礦安全生產過程中涉及的智能化通風與壓風監控系統、瓦斯監測系統、礦井排水監控系統、礦井水處理系統、礦井防滅火監控系統、礦井防塵監控系統等,與環境安全監測相關的控制系統、裝備、監測系統等的技術條件,性能指標,檢驗規范等進行標準制定。

3) 電氣設備安全監控系統標準: 一方面研究起草井下開關控制設備繼電保護配置、漏電預防與保護接地、礦井供配電網絡電能質量與治理,以及井下輸配用電設備安全要求等方面的技術標準; 另一方面研究起草井下不同場所、區域電磁環境典型限值,不同類型設備電磁輻射與電磁敏感度的要求等方面的技術標準。

4) 人員安全監控系統標準: 為保證煤礦井下工人的安全,對于其人員安全監控系統涉及的單兵智能穿戴( 包括增強頭盔,生命體征檢測馬甲等) ,動目標運維( 礦井電子圍欄等) 以及安全環境區域協調與決策系統等方面的技術條件、性能指標等進行技術標準規范。

5) 應急管理及救援智能化系 統標準 主要針 對應急管理及救援過程中涉及的應急避險系統、壓風自救系統、供水施救系統、應急通信系統等,系統實現智能化過程中涉及的技術條件、性能指標及試驗方法進行規范。

2.6 生產保障標準

生產保障標準主要包括設備可靠性標準、融合決策標準、智能化系統管理規范等方面。

1) 設 備 可靠 性 標準: 隨著 煤礦智能化技術發展,對于其設備的可靠性提出更高的要求,因此煤礦智能化設備可靠性標準體系亟待建立。煤礦智能化系統可靠性規范包括煤礦設備可靠性建模與分析規范,煤礦設備可靠性試驗技術條件,煤礦設備可靠性設計技術標準,設備故障診斷監控系統等。

2) 融合決策管理標準: 隨著煤礦信息融合與移動互聯技術應用深入,對生產計劃( ERP) 、生產執行( MES) 、生產過程控制( ACS) 產生的數據形成數據倉庫,實現多信息多維度在線分析、挖掘和可視化表示,在此過程中基于上述數據融合實現多維分析決策與閉環管控成為發展方向。因此需針對相關融合決策管理相關技術進行規范,以指導關鍵技術落地與保證生產安全。融合決策管理標準主要包括安全預控閉環決策、煤礦開采協同設計、物資智能調度決策、煤礦生產閉環管控決策等方面。

3) 煤礦智能化系 統管理規范是煤礦智能化技術得到高效應用的保障。由于智能化技術應用過程中帶來的管理模式、人員素質、工作流程均提出新的變革要求,因此在煤礦智能化建設初期急需對各環節的管理模式進行規范。包括對于總體煤礦智能化的管理模式以及各智能化系統應用管理規范。

點擊瀏覽下一頁3.煤礦智能化標準體系建設任務

建立科學合理的煤礦智能化標準體系,有助于開展智能化煤礦標準化的頂層設計和總體布局,有利于判斷和明確智能化煤礦的標準化方向和重點,對于促進煤礦智能化技術的發展具有重要意義。目前,煤礦智能化標準建設仍處于初級階段,各煤礦單位從不同的渠道制定相關標準,致使標準體系混亂,界限范圍不清,因此亟需統一思想,規范標準體系,頂層規劃。通過分析,筆者認為煤礦智能化標準體系建設的關鍵任務包括:

1) 組建總體標準規劃組,設立煤礦智能化標準體系建設專項,統籌規劃。根據工業互聯網、智能制造標準體系建設的經驗,亟需構建煤礦智能化標準總體制定組織,以組織煤礦行業專家、大型煤礦集團、煤礦技術研究機構、煤礦裝備制造廠商、煤礦各系統供應商等共同參與,結合各方力量,明晰建設的目標與方向。

2) 加強基層共性標準建設,立足煤礦智能化技術水平,分步實施。加快煤礦智能化建設術語、通信傳輸協議、數據存儲、數據融合管理,智能化煤礦評價標準等領域的技術規范與標準制修訂。煤礦智能化標準是與工業互聯網標準體系一脈相承的,應在工業互聯網標準體系的基礎上分析煤礦特殊環境影響,構建煤礦智能化體系。

3) 協調規劃,確定邊界。加強相關專業領域標準之間、行業標準與國家標準之間的協調; 確定各標準邊界范圍,避免交叉規范; 建立煤礦智能化標準一致性、符合性檢測體系和技術平臺,確保標準體系的科學性、有效性和前瞻性。

4) 需求牽引,試點示范。標準體系建設工作應與智能化煤礦試點示范工作密切結合,通過試點示范發現最佳實踐,挖掘標準化需求,總結先進的技術、產品、管理和模式,采用標準的形式固化試點示范的成果,并在全行業推廣。另一方面根據礦井煤層賦存條件、建設條件、生產目標、效益要求等,提出智能化煤礦建設評價指標體系,對煤礦智能化試點示范的成效開展評價,切實推動并提升煤礦智能化發展水平。

5) 加強標準宣貫,構建標準閉環管理體系。構建煤礦智能化標準評價體系及推廣策略,加強煤礦智能化系統、產品和服務的行業準入管理,形成標準制修訂、宣貫應用、咨詢服務和執行監督的閉環管理體系。

4 結 語

建設智能化煤礦是煤炭工業的戰略方向,是煤礦高質量發展的必由之路。煤礦智能化標準體系是煤礦智能化產業發展的引導性綱領,是加快新一代信息技術與煤炭產業深度融合的基礎。煤礦智能化標準處于初級階段,但發展迅速。目前已開始對技術較為成熟的重點技術與裝備展開標準制定工作。但煤礦智能化標準體系建設落后于煤礦智能化技術發展,煤礦智能化標準制定缺乏統籌規劃頂層設計,易造成交叉規定,規范不明確及重復建設等情況。筆者在深入分析煤礦智能化技術體系架構和煤礦智能化標準現狀的基礎上,提出煤礦智能化標準體系框架,并對其重點領域標準進行規劃。煤礦智能化標準體系建設是一項復雜的系統工程,應在統籌規劃、需求牽引、立足實際、開放合作的原則指導下,不斷迭代更新,才能提升標準對于智能化煤礦的整體支撐作用,為產業發展保駕護航。

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