东沟煤矿运输系统自动化研究

附件1天地科技“公司研发项目”项目申请书项目名称：东沟煤矿运输系统自动化研究项目类别：工艺技术创新基金项目负责人：陈铁亮项目承担单位：新疆天地华泰采矿工程技术股份有限公司东沟项目部项目参与单位：北京天地华泰采矿工程技术有限公司科技研发部起止时间：2015年3月至2016年3月申请日期：2015-1-24二〇一二年制编写说明1.项目承担单位负责项目申报。2.项目类别指：天地科技科技发展基金项目6类中的以下5类之一：技术创新基金、工艺技术创新基金、检验检测基金、标准化基金、青年创新基金。（学术著作出版基金项目，为后补助项目，申报时不需填报此项目申请书，但需提供出版社正式出版的著作）3.基本信息表中项目负责人工作简历从本科（大专）毕业后写起。4.基本信息表中主要完成人栏不包含项目负责人。5.基本信息表中主要完成人栏的单位/部门可写简称。6.因各类基金项目采用统一的申请书，申请书正文提纲列了8个方面，且顺序已固定，请申请者根据项目类别突出重点。没有或不需要写的内容，请在标题后注“不适用”。一、基本信息项目名称：东沟煤矿运输系统自动化研究项目类别：工艺技术创新基金项目承担单位新疆天地华泰采矿工程技术股份有限公司东沟项目部项目参加单位北京天地华泰采矿工程技术有限公司科技研发部项目负责人信息姓名陈铁亮性别男出生年月1983.05职称工程师学历本科学位学士手机[phone]电话无电子邮箱[e-mail]所学专业电气工程及其自动化业务专长矿井自动化工作简历2006年08月-2008年10月伊泰集团纳林庙煤矿二号井综采技术员；2008年10月-2009年03月伊泰集团纳林庙煤矿二号井机电工程师；2009年03月-2011年12月伊泰集团纳林庙煤矿二号井机运队队长；2011年12月-2014年4月伊泰集团纳林庙煤矿二号井机电副总；2014年4月至今新疆呼图壁县东沟煤炭有限责任公司机电副矿长；主要研究内容本项目通过对新疆呼图壁县东沟煤矿运输系统实现自动化的可行性分析，根据目前国内外运输系统自动化硬件与软件的发展现状，提出东沟煤矿运输系统“减员提效”的最终目标。项目经过对几种运输系统自动化方案的分析比较，提出适合东沟煤矿的运输系统自动化功能需求，并提出了具体实施步骤；通过设计审查、招标、安装、调试、运行等步骤逐步形成一套完整的运输系统自动化实施方案，并进行相关经济效益分析与安全效益分析。项目通过对国内外现行运输系统自动化的工艺分析、对比报告，对可能形成的运输系统以及全矿井自动化工艺提出预测。考核指标1、提出东沟煤矿运输系统自动化功能需求与具体实施方案。2、提交国内外现行工艺分析、对比报告，并对可能形成的新工艺提出预测。3、项目须在1年以内完成4、发表相关论文2篇经费总预算/万元40资助经费/万元20研究起止年限2015年3月至2016年3月经费年度计划/万元2015年201年资助经费自筹经费资助经费自筹经费151555二、申请书正文一.立项依据（包括项目必要性及与所在单位主营业务的相关性、国内外研究概况及发展趋势、研究意义、主要参考文献目录）1、项目必要性煤矿胶带机生产运输系统运行安全可靠与否直接影响矿井的经济效益，为提高系统的可靠性和安全性，实施集中监控，实现系统的综合保护与远程控制，是十分必要的。胶带输送机的安全高效运行，不仅要有单部胶带输送机（设备）的独立控制分系统，更需要能够控制和协调指挥各分系统的主控机，对主煤流集中控制、地面调度监测监控等环节进行联网控制，这是胶带输送机集中控制发展的重要方向，也是煤矿自动化生产的基础。安全、高效、低耗、稳产是北京天地华泰采矿工程技术有限公司的生产运营方针，减少岗位人员，最终达到降低成本，提高劳动生产率以获取最大利润也是今后煤炭企业在竞争中生存的基础，煤矿要发展、要生存，必须走高产、高效、实现矿井自动化之路，通过自动化建设实现减员增效、降低成本，提高劳动生产率，而胶带运输系统的自动化控制是煤矿自动化的组成部分。实现胶带运输系统的自动化控制，第一可通过皮带的顺序控制，减少皮带空转，提高有效的开机率，减少无功电耗，降低成本；第二可大量减少看护人员，相应减少工资投入，并可充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，变发生事故后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率；第三可以保证煤矿的安全生产，防止胶带打滑、冒烟、纵撕等重大机电事故及人身事故的发生，改善工作环境，提高劳动生产率；第四可有效的保护运输机胶带，延长胶带的使用寿命，减少事故停机时间，提高运输能力，增加出煤量。东沟煤矿是北京天地华泰采矿工程技术有限公司在新疆的第一个生产运营项目，也是合作方信发集团第一个井工煤矿，双方目前已经达成意向：将东沟煤矿建成全呼图壁县乃至全新疆标杆矿井，而这一目标要求煤矿自动化水平必须达到全新疆乃至全国先进水平，运输系统自动化必须在东沟项目部有所突破，可以说东沟项目部在运输系统自动化方面走出第一步是必要的也是必须的。2、国内外运输系统自动化研究概况及发展趋势目前煤矿行业矿井单一系统自动化技术基本成熟，绝大多数单系统，例如主排水、主变电等均已实现了自动化集控。自动化发展的更高层次---数字化矿山建设在绝大多数矿井仍然处于浅层次的综合自动化水平，目前国内的建设现状调研如下：经济效益较差的地方煤矿和国有小型煤矿通过国家强制要求的安全监测监控系统仅仅实现了井下环境及机电设备运行状态的远程监测；经济效益好的大中型国有煤矿及部分地方煤矿，尤其是新建矿井，均进行了不同层次的矿井综合自动化建设，普遍采用工业环网技术组网，实现底层各单个自动化系统的互通互联，实现在地面集中远程监测监控，但是普遍存在系统稳定性差、各子系统无法融合、系统使用率低，达不到减人提效的目的；国内大型煤炭企业集团以神华神东和国投新集为代表的，引进德国PSI的数字化车间技术，采用MES生产执行控制的车间管理理念，结合煤矿生产特点建设的数字矿山系统，由于目前处于起步摸索阶段，且国外的管理理念更国内存在一定的体制差异，真正能达到应用数字化矿山平台实现煤矿现在化企业管理的目标还有一段距离。二.项目研究目标、研究内容、拟解决的主要技术难点和问题分析、主要技术指标（形成的知识产权、技术标准、新技术、新产品、新装置、论文专著等数量、指标及其水平，与国内外同类技术或产品的竞争分析）（此部分为重点阐述内容）1、项目研究目标项目研究目标为：通过对新疆呼图壁县东沟煤矿运输系统实现自动化的可行性分析，根据目前国内外运输系统自动化硬件与软件的发展现状，经过对几种运输系统自动化方案的分析比较，提出适合东沟煤矿的运输系统自动化功能需求，并提出具体实施方案。项目通过对国内外现行运输系统自动化的工艺分析、对比报告，对可能形成的运输系统以及全矿井自动化工艺提出预测。2、项目具体方案1）提出东沟煤矿运输系统自动化功能需求为达到矿井减员增效的目的，项目设计运输集控系统要在地面集中控制室和调度室内实现对地面及井下煤流运输设备的集中控制。具体功能需求为：（1）地面远程集中监控地面监控由监控计算机完成系统的地面监测和自动控制，系统可接入全矿井综合自动化平台。系统输入/输出点数除满足系统需求外还应留有一定余量，系统实时性符合行业规定。具有远程启动、停止功能，能实时显示各胶带运输机所有信号状况，并能方便的进行多画面切换；当被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，即时作出报警提示。监控软件对数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示并能打印输出，以便进行系统的各类统计分析工作。（2）井下控制控制功能：在远控方式下，操作人员通过集控计算机或综合自动化平台可直接用鼠标对受控设备进行远程启停操作（需具有操作权限），并可根据实际需要实现胶带机的单启、单停、联启、联停等操作；在就地方式下，操作人员分别在各条胶带机的可编程控制箱上控制胶带机的起、停；在检修方式下，只能手动就地启停胶带机。系统具有闭锁功能，实现顺煤流停，逆煤流开，防止胶带机的带载启动；系统具有起动预告功能，可通过沿线的急停闭锁开关实现紧急停机；控制必须可靠。（3）保护功能按照煤矿安全规程，皮带沿线设置各种保护装置。可编程控制器根据烟雾、超温信号，自动控制灭火洒水，并报警停机。能够测试出皮带运行速度并显示，根据皮带运行速度超过设定值报警并停机，并以此速度保护传感器的运行状态做出皮带打滑保护。急停闭锁开关在皮带沿线每隔100米安设一台。主站能够监测并显示保护动作的种类等信息。（4）实时画面传输运输系统各个部位，尤其是转载点、卸载点、驱动部、回转部、配电点需配置实时工业电视检测系统，将各个重要部位实时画面传输至集控室或调度室，集控室设置多台屏显电视，并可随时切换到主屏幕，以便监控人员能随时掌握运输系统运行情况，发现问题能够立即提车，避免出现恶性机电事故。2）、对可能形成的运输系统以及全矿井自动化工艺提出预测数字化矿山是今后发展的必然趋势，也是煤矿自动化发展历程的一个必然经历的阶段，只有在单系统自动化的基础上，通过高速网络接入各单系统，充分数据融合，建立合理的联动机制才能完成从单系统自动化到综合自动化的转变。运输系统的自动化是矿山数字化得以可靠运行的切入点和重要组成部分。目前很多矿井在矿建期都进行了运输系统自动化的积极探索。三.拟采用的研究方法、实验方案、技术路线及可行性分析1、项目可行性分析早期的胶带机监控系统主要采用继电器和单片机控制技术控制单条皮带，由于功能单一、性能差，现在已不再采用。近期的系统利用了可编程逻辑控制器（PLC）技术，该技术在地面皮带集控系统中较多采用；井下的系统如果采用工业通用PLC需要进行防爆处理，且专业编程和分布式接线会加大维护难度，所以井下系统只是少量采用了PLC技术。随着计算机技术、可编程控制器、嵌入式技术的发展，集成了可编程控制器功能的嵌入式控制计算机和总线型保护传感器系统在现在的系统中得到推广使用。胶带运输监控系统与调度电话系统和工业电视系统结合，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个原煤运输生产系统的遥测、遥信、遥控,为建设现代化数字矿井打下良好的基础。中煤科工集团重庆研究院开发推出的具有自主知识产权的KJ181(A)国际先进的新型总线型皮带保护控制系统充分运用了具有PLC功能的嵌入式计算机（本安）、总线传感器、工业电视、光纤网络通信等技术，在地面实现对全矿胶带输送机的远程集中控制和保护。KJ181(A)系统适用于各种矿用胶带输送机运输系统，为恶劣条件、复杂运输工艺流程的胶带输送机保护控制提供优化解决方案。KJ181(A)系统不仅能对胶带输送机的速度、烟雾、温度、煤位、跑偏、撕裂、电机电流、胶带张力等进行实时监测和保护控制，同时还具有急停闭锁、自动洒水降温、语音通话、动画信息显示、报警、联网等功能；可单机运行，也可对多条胶带输送机组成的运输系统及其相关设备进行集中监测、保护和控制。中煤科工集团常州自动化研究院也在运输系统的自动化方面有较为成熟的产品研发，可以说运输系统自动化在软硬件配套方面是具备可行性的；而东沟煤矿地质条件较为单一，煤流系统布置简单，运输系统最大倾角18°，也具备实现运输系统自动化的矿井条件。2、项目实施方案通过对国内知名煤矿自动化研究机构提出的针对煤矿数字化矿山建设、数字化矿山专项设计以及“三维”数字化矿山建设等方案中针对运输系统自动化的具体方案，针对东沟煤矿实际情况，通过对比分析等研究手段，提出符合东沟煤实际的运输系统自动化功能需求。并有针对性的提出符合实际具有可操作性的方案实施步骤。四.预期成果和提供的形式，应用前景及产业化方案及成本与经济效益分析1、经济效益分析按东沟煤矿原有初步设计，整个矿井井下运输系统配备16人，地面生产系统配备18人，机电维修13人，运输系统自动化完全投入运行后，仅保留检修与巡检人员，预计可减员34人，按运输系统年人均工资7.2万元进行测算，系统运行后可节省资金：34*7.2=244.8万元/年，矿井服务年限46.4年，预期可节省人工费11358.72余万元。2、安全效益分析运输系统战线长、设备杂、用工人数多，一直是煤