0 引言

带式输送机是煤矿井下煤流运输的主要设备，具有运输效率高的特点。煤炭自工作面采出后，经井下带式输送机、煤仓中转后由主井提升系统运输至地面[1]。煤矿主运输煤流线(以下简称主运输线)即是指从工作面开始，原煤或矸石经工作面输送机、采区输送机、大巷输送机、主运输送机，直至地面储煤设备的所有途径路线。

目前，矿山主运输线生产过程中存在以下几方面的问题：

(1) 监控系统繁多，信息有效性待提高。主运输线上往往存在多种监控系统，包括带式输送机电控系统、安全监控系统、人员定位系统、故障诊断系统、设备巡检系统等[2-4]。每个系统具有特定的功能，在控制中心监测平台上极易造成信息的冗余或缺失，例如带式输送机电控系统、安全监控系统、故障诊断系统都会采集到输送机速度、工作电流等信息，用户可能需要通过不同的操作去查询，有些系统由于传感器或算法的原因，同种类的数据监测值不一致，造成无效信息过多占用系统资源，在系统和系统之间不能形成信息的有效融合和闭环，导致主运输线效率低下[5-6]。

(2) 粗放型控制，煤流信息不够细化。多数矿井管理还停留在设备有无故障，系统是否正常运行的阶段，对全线煤流监控、载荷分布管理、高效节能运行的意识还比较欠缺，随着国家建设绿色矿山、节能减排力度的加强，这方面的要求必然会日益提高。

(3) 异常信息的响应滞后。主运输线的特点是沿线距离长，往往有数千米甚至数十千米，一旦沿线某个设备发生故障，需要定位故障地点,分析故障原因,并指派相应人员检修。目前由于主运输线沿线网络通信覆盖不全面，人员指派没有针对性，造成故障排除时间长，从而影响生产。

为了提高主运输线的运输效率，笔者设计了煤矿主运输煤流线信息支撑系统，该系统通过搭建统一的信息监测平台将主运输线沿线的监控系统进行信息融合、数据分析、综合展示，对以往缺失的数据(载荷数据、物料分布数据等)进行监测和分析，在此基础上制定统一规划，进行协同控制，可以实现带式输送机的无人化运行管理。在有异常情况发生时，实时分析故障原因，通过人员定位和无线通信技术将检修要求精准发送到相关责任人，最大限度降低安全隐患，提高运输线效率。

1 系统设计

煤矿主运输煤流线信息支撑系统利用管控一体化管理软件搭建了软件监测平台，在此平台上通过标准的数据接口与主运输控制系统、人员定位系统、视频监控系统、无线通信系统等交互，使用户可借助地面工作站终端或井下移动终端监视煤流线的运行情况、及时发现和处理异常事件、高效执行巡检任务、查询历史记录[7]等。

煤矿主运输煤流线信息支撑系统还可以最大限度采集、融合主运输线的相关信息，对整条主运输线的运行数据进行分析，例如根据运输线上运输量的大小对带式输送机的快慢、启停做出判断，其判断结果可作为主运输控制系统的控制依据，从而降低不必要的能源损耗，达到矿井主运输线经济运行、无人值守的目标。

1.1 系统架构

煤矿主运输煤流线信息支撑系统可以分为系统接入层、数据融合层和信息展示层3层，架构如图1所示。

图1 煤矿主运输煤流线信息支撑系统架构
Fig.1 Structure of information support system of coal flow line of coal mine main transportation

系统接入层负责接入各个相关系统，针对各个系统提供不同的接口，确保信息支撑系统可以和底层设备及其他系统进行交互。

需要的数据取得后统一放到数据融合层的数据仓库，用于做进一步的数据处理。在数据融合层，系统对各种数据进行整合与分析，分析的结果包括对当前运输线运行情况的综合判断及对接下来运输线运行最优方案的提示。

信息展示层直接面对用户，提供用户最关心的信息展示功能，包括当前系统实时运行信息、图形和曲线信息、故障预警信息、报警提示信息等，还可以进行必要的设备控制、系统联动，用户通过Web发布平台及手持终端也可以对系统进行监控。

1.2 系统部署

煤矿主运输煤流线信息支撑系统部署如图2所示。在地面集控室建立软件监测平台，该平台是信息支撑的核心内容，采用组态软件King SCADA软件搭建而成，具有良好的开放性，支持Activex控件、OPC、DDE、API接口。通过标准的协议规范，第三方软件可轻松与系统实现数据交互。软件监测平台可以将各种控制系统、远程终端系统、数据库、历史库及企业其他系统进行融合，能够最大限度帮助矿山企业搭建智能监控管理系统。

图2 煤矿主运输煤流线信息支撑系统部署
Fig.2 Deployment of information support system of coal flow line of coal mine main transportation

在煤矿井下部署各类监测子系统，包括带式输送机电控系统、人员定位系统、视频监控系统、无线通信系统、故障诊断系统等，各个子系统又由各类传感器、控制器组成，例如带式输送机电控系统主要由协同控制器、带式输送机监测控制装置、载荷传感器、煤仓煤位传感器[8-10]组成，视频监控系统包含各类分站、摄像头等。

1.3 系统功能

煤矿主运输煤流线信息支撑系统的最终目标是实现煤矿主运输线的无人值守、少人巡检，同时最大限度促进运输线的经济运行，能够实现以下功能[11-12]：

(1) 系统具有网络接口，能够实现远程接入，煤流线沿线关键区域能够实现无线覆盖。

(2) 监测主运输线带式输送机电控系统的运行状态，用户可以查看煤流线布局、带式输送机运行状态沿线载荷分布情况。

(3) 监测主运输线相关系统的实时信息，包括人员定位系统、安全监控系统、视频监控系统等。

(4) 获取煤流线的告警通知，告警在集控上位机上进行突出显示，同时通过手持终端向相关人员进行推送。

(5) 存储系统运行参数，并对重要信息如故障、效率、开机率等进行统计。

(6) 维护运营专家系统，能够根据设备状态自动识别设备常见故障并且推送应急检修、维修策略给巡检人员、检修人员。

1.4 关键技术

煤矿主运输煤流线信息支撑系统融合了采掘、信息、控制等领域的多种先进前沿技术，包括大数据分析、多参数融合、连续运输系统模型设计、标准化开放信息系统等。

系统基于大数据分析获取主运输线现场机电设备的状态数据、环境状态数据、煤流沿线物料运输状态、现场传感器、控制主机自身状态数据及现场巡检人员位置信息等数据，实现现场设备故障诊断、检修、巡检人员的主动调度等设备维护方案的生成、配件及维护步骤的推送等运维功能。

对于关键节点控制，采用多参数融合技术进行多次确认，防止由于单个环节失效引起的误判。如对煤流线上的堆煤报警除了采用接触式传感器监测外，还辅助以视频监测装置，结合堆煤点附近载荷分布情况共同判断，极大提高了报警准确性[13]。

根据井下煤仓及各带式输送机上的负载煤量，利用井下连续运输系统模型自动调节各带式输送机的运行速度，并且能够与综采工作面通信，控制采煤机联动，从而实现煤矿主运煤流线协同控制[14]。

煤矿主运输煤流线信息支撑系统作为煤矿重要的监控系统，通过标准的协议规范，可以提供多种渠道与第三方软件进行整合，确保第三方软件可以轻松实现与系统的数据交互。

2 系统现场应用

2.1 系统应用

为了验证煤矿主运输煤流线信息支撑系统能否提升主运输线的运行效率，在某煤矿进行了系统测试。相关接入系统包括带式输送机电控系统、人员定位系统、远程故障诊断系统、无线通信系统、视频监控系统等。

系统运行的主界面如图3所示。通过简单的图形可以显示主运输线的大致分布、搭接关系和故障情况，当前运输线的煤流分布情况在输送机上直观展示，当出现故障时，及时对故障进行定位，给出故障描述、分析故障原因、给出常用的应对方案，系统融入视频监控，可以实时调看关键点的视频，各种重要信息，如速度、电流、输送效率等都在主界面上以文字或图像的方式进行显示。

图3 系统运行主界面
Fig.3 Main interface of the system

手持终端界面如图4所示。出现故障时，系统根据当前故障的相关程度及人员所处位置，将系统故障情况发送给对应的检修人员，提高了故障处理的效率。所有的故障信息也及时通过远程故障诊断系统发布，可以实现系统的远程维护，降低运维成本。

图4 手持终端用户界面
Fig.4 User interface of the APP in the handset

2.2 系统应用效果

信息支撑系统在现场的使用过程中，将多个已有的监控系统信息进行有效融合，对主运输线信息进行整合和优化，打破了子系统之间的信息壁垒，在有效利用数据的基础上对数据进行深度挖掘、归类和分析，可以对系统运行情况做出准确的判断和趋势分析。

在地面集控室，用户由原来的在几个系统的监视屏之间来回查找数据转变为在同一个监视屏上集中展示重要数据，报警信息随时推送，大幅降低了工人劳动强度，减少了误报警次数，提高了信息化管理水平。

在井下，操作人员和巡检人员配备了手持终端，在异常情况发生时，信息支撑系统运用故障数据库进行诊断，给出可能的原因及常用的处理方法，结合人员定位信息向故障点附近的巡检人员推送，提高了故障处理效率。

系统可根据运输线搭接关系、载荷信息、物料分布情况生成运输线控制策略，具备自动控制、无人值守等功能，减少了人工干预，提高了生产效率[15]。

3 结语

煤矿主运输煤流线信息支撑系统是对信息获取、整合、展示方式的一次大胆改进，对带式输送机群进行了统一规划、协同控制，在一定程度上提升了主运输线的运行效率，降低了维护工作强度。该系统已在山东里能鲁西矿业有限公司等现场使用，该公司建设主运输煤流线信息支撑系统后，集控室运输系统值班人员由6人减少到2人，井下固定岗位值守人员减少50%以上，进一步实现了主运输煤流线经济运行，取得了良好的效果。

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