关键词：矿井机电运输系统；复杂性；对策
1 引言
煤矿机电运输系统是一个复杂的网络系统，采用复杂网络分析理论有效辨识机电运输系统的关键环节及其影响，对可能存在的隐患进行量化评价，并对机电运输系统的保障能力和可靠性进行综合评价、持续改进是实现矿井安全、高效生产的重要保障。这就需要对煤矿生产各环节、环境安全参数、设备运行参数实时检测与控制，以提升矿井机电运输系统的自动化水平，建设数字化矿井。
2 机电运输系统的复杂性研究
矿井机电运输系统的运行环境复杂多变，涉及的设备类型和数量非常多，各种设备之间存在差异，但又彼此相互联系。机电运输系统的复杂性包括系统层次复杂性、运行环境复杂性、系统动态变化复杂性，主要表现在以下几个方面：
2.1 系统层次复杂性
煤炭的生产过程有四个阶段，分别是掘进、回采、运输和提升，如图 1所示。在煤矿开采过程中，会存在许多机电硐室和机电运输设备，我们要高度重视开采的各个区域，比如采区工作面、上下山、阶段大巷，运用合适的机电运输设备，加强井底车场和地面工业广场的安全管理，根据每一采区的不同形式，构建相互之间存在联系的子系统，如采区供电系统、运输系统、通风系统及排水系统等，从而共同组成了整个矿井的机电运输网络，为此，需要对生产过程的各子过程进行集中监控。
2.2 运行环境复杂性
生产过程存在的顶板压力、瓦斯、煤尘及地质灾害等问题，使得矿井机电运输设备运行环境恶劣而复杂。且顶板压力、采区涌水和瓦斯等都处于动态变化中，随着开采水平的延深，这些问题变得更加突出。因此，矿井机电运输设备需要具有多种保护，例如采用“三专”加“两专”供电保护瓦斯泵，实现风电闭锁和瓦斯电闭锁，重点控制低压馈电开关，采用接地保护，这样才能避免因漏电、过流而带来较大的损失。
2.3 系统动态变化复杂性
随着回采工作面的推进和采区更替，相应的机电运输系统具有空间位置分布动态变化特性。另一方面，采掘工作面和采区的机电运输设备，受所处环境变化的影响，如顶板压力、环境温度及煤层瓦斯浓度的变化等，都会影响机电运输设备的运行，加之设备本身老化、检修和更换等，使得矿井机电运输系统呈现复杂的动态变化。
对于系统复杂性的分析方法则可以采取复杂网络分析理论来进行，该种分析理论较为有效，因此也被众多领域所广泛应用。在矿井机电运输领域中，则需要根据机电装备保护和能力评定，对机电运输网络进行建立，进而将位于矿井各个工作区域的机电设备抽象成网络中的各个节点，并结合设备之间的具体关系，有效连接其各个关联节点，以便机电运输系统的综合评价。在基于所建立的机电运输网络上对节点的参数进行考察，用以度量各节点重要度以及当出现故障的时候对整个运输网络产生的影响程度和范围，例如当某开关出现跳闸现象的时候，会对供电系统产生多大的影响程度和范围
3 矿井机电运输系统复杂性的对策研究
3.1构建机电运输信息网络，实行系统的闭环控制
针对矿井机电运输系统的复杂性，在对其进行复杂性分析的基础上，需要对关键设备和隐患进行闭环控制和管理。因此，首先要构建矿井机电运输信息网络，提升机电运输系统的数字化水平，主要从以下2个方面入手。
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3.1.1 构建机电运输信息系统，推行机电运输系统的闭环控制
获取机电运输设备的各类数据信息是对其进行有效控制的基础，也是对机电运输设备进行有效管理的依据。这就需要建立覆盖全矿井的机电运输设备管理信息系统，构建机电运输信息管理系统是实现对机电运输系统闭环控制的基础。在此基础上，引入六西格玛控制理念，推行“数据驱动行动”的精细化和闭环管理模式，实现机电装备保护及能力评价。采用帕累托图、因果图、控制图、故障效应及模式分析等多种方法对机电运输隐患进行综合评价，同时采用可靠性理论对系统可靠性进行分析。机电运输设备的数字化和网络化是实现闭环控制的途径，依据实时获取的设备运行状态数据，通过网络对机电运输设备实行远程监控，对存在的隐患进行跟踪治理，对存在的薄弱环节进行优化和改进，才是实行闭环控制的目的。
3.1.2 采用新技术、新设备，提高设备运行的经济性和安全性
为提升矿井机电运输设备运行的安全性，需要大力推广应用新技术、新设备，尤其是具有高可靠性、节能和适应复杂环境的数字化机电装备。如采用变频控制及谐波抑制技术对机电装备进行节能降耗改造，采用新型多功能阀解决水泵的水锤现象；采用供电监控系统解决越级跳闸问题，强力胶带采用在线无损检测装置提高对胶带钢丝绳断丝及损伤状况及时判断的准确性，提升机采用闸瓦综合保护装置提高提升机运行的安全性；采用常闭式防跑车装置提高斜坡运输的安全性等。
3.2 建设数字化矿井，实现系统的持续改进
3.2.1 建立矿井监测传感网络，构建基础工况信息数据库
设备运行工况数据、生产环境参数是实现对生产过程有效监控的依据，因此，需要建立面向全矿井的监测传感网络，获取各类所需的数据信息，包括设备工况数据、矿井环境参数 (瓦斯浓度、风量、温度等)、煤流状态及人员分布等。为此，需要配置电流、电压、压力、温度、流量及烟雾等各类监测传感装置和光纤、通信电缆、交换机、基站等各种数据传输媒介和设备。在此基础上，建立统一的数据库平台，实现各类数据信息的共享和互用，底层设备、运行环境等相关数据信息的获取是进行科学调度和安全生产的基础。
为此，需要首先构建底层生产和安全相关的各监控子系统的检测传感网络，实时获取供电设备、主煤流、水泵、提升设备、通风机、压风机以及生产环境 (包括瓦斯、CO、温度等)、人员分布等相关的数据、语音和图像；继而建立统一的数据库和监控平台，集成各监控子系统，全方位掌握全矿底层生产设备运行状态、工作环境指标、人员分布位置，根据需要远程控制供电开关、胶带、水泵等的开停。现场工况数据的获取有2种方式：① 利用检测传感装置获取数据，如通过温度传感器获取电动机温度等；② 直接从运行设备本身获取数据，如低压馈电开关电流、电压值等。
3.2.2 建立统一的数据分析与监控平台，实现机电运输设备的集中控制
安全监控数字化、生产过程自动化是数字化矿井的重要特征，集中控制、减员增效是数字化矿井的主要目标。矿井环境复杂多变，只有实现“无人值守、无人则安”才能真正保证安全生产。如泵房的无人值守，可以对泵房、变电所等重要场所进行自动化改造，使各水平水泵全部在地面集中监控室开停，泵房、变电所内全部安装网络视频摄像仪，实时全方位 360°监控，各类工况数据通过光纤实时传送至地面远程监控室。建立统一的数据分析与监控平台，实现各类数据信息间的融合，也是对机电运输系统进行持续改进的需要。为数字化矿井综合监控平台的基本体系结构，包括设备层、控制层和管理层。设备层获取底层各类数据并执行监控层发出的控制指令；监控层通过对设备层获取的数据进行处理，对设备运行状态进行监测和控制，为有效对设备运行状态进行监控，可以采用先进信号处理方法、数据融合技术、人工智能技术等对获取的数据进行增值处理，建立专家知识库，对设备运行状态进行超前预警，利用优化决策理论对设备维护决策进行优化，合理制定相应的检修、维护计划；管理层把生产监控和生产调度、协同办公等进行集成，为矿井高层管理人员进行生产、经营管理提供决策依据。
4 结语
综上所述，随着矿井机电运输网络的不断扩大、日趋复杂，我们要重视机电运输的安全管理，加强对机电运输网络复杂性的研究，运用复杂网络分析理论，量化评价机电运输系统的关键环节及其可能存在的隐患，构建机电运输信息系统，实行机电运输系统的闭环控制，加强机电运输设备的安全性能管理，这将对提高矿井机电运输系统的安全性和可靠性具有十分重要的意义。
作者简介：张智慧，2006年7月毕业于北京学院计算机管理与应用专业，主要从事矿井机电管理工作。
论文作者:张智慧
论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期
论文发表时间:2020/1/15
标签：机电论文; 矿井论文; 系统论文; 复杂性论文; 设备论文; 数据论文; 闭环论文; 《科学与技术》2019年17期论文;