导 读
煤炭作为中国的第一大能源，储存量庞大、分布范围广泛，然而中国大部分煤矿企业采用井工开采的方法，极易受到自然条件的限制和威胁。同时中国大多数煤矿的智能化水平还基本处于萌芽阶段，生产数据往往不能得到及时的整理和处理，从而导致生产效率低下，容易造成人身伤害以及财产损失。
目前，中国一些煤矿普遍存在智能化领域投入严重不足，生产设备落后，无法满足新时代煤矿自动化生产要求的现状。
为积极响应国家提出的碳中和、碳达峰要求，推进智慧煤矿转型。近年来，毛坪矿不断投入资金和人力，在充分研究新技术应用现状和行业内外部先进经验基础上，持续加大科技研发和应用投入，加快智能矿山、环保矿山建设，取得了显著的经济和社会效益。
但距离生产智能化、无人化目标尚存在较大差距，矿井仍然存在排水系统落后等问题，此外还存在设备操作强度大，人力成本较高，以及缺乏对供电、排水、供风、通风、提升运输和充填系统设备等的实施监控功能，成为制约矿山装备水平提升及智能化发展的主要挑战。
毛坪矿信息化发展现状
随着科技的进步与发展，矿山生产过程具备了标准化、系统化、科学化的特点，在一定程度上促成了智慧矿山的发展，保障了矿井工人的生命健康及矿山企业的可持续经营。
毛坪矿所在彝良县地处云南省东北部的云、贵、川三省结合部的乌蒙山区，项目实施地位于云南省昭通市彝良县境内。智慧矿山本质就是安全矿山、高效生产矿山、清洁矿山，而矿山的数字化、信息化、智能化则是智慧矿山建设工作的基础和前提要求。
煤矿智能化最直接的目标是减人、增安、提效和环保，其中减人是增安的重要条件，也是提效的重要途径。
通过对毛坪矿井项目分析，发现存在以下三个问题。
● 首先，毛坪矿井存在排水系统落后，设备操作强度大，人力成本较高等问题。
● 其次，缺乏对供电、排水、供风、通风、提升运输和充填系统设备的集中监控。
● 第三，考虑到安全需求，无人化值守也是此次矿井智能化改造的一个重要目标。
按照项目要求，需针对现有设备系统、监控系统状况，需升级改造排水系统（670主、辅助泵房及河西610泵房）设备并新增设备远程监测、监控系统及其配套设施，根据水仓液位情况自动/手动启停、系统实时监控数据采集、排水泵错峰启停、自动控制水泵轮流工作、紧急故障报警等功能，实现排水系统一键式排水、无人值守的智能闭环控制。
同时预留通过矿山网络系统将信息上传至生产管控平台的接口，生产管控平台对相关信息数据进行整合分析后可向上发布，为今后提升机远程监控系统改造作好准备工作。
毛坪矿智慧矿山变革之路
矿山的智能化、专业化建设依赖于科技的发展与进步，因而在打造智慧矿山的过程中首先要从数据和安全着手，通过逐步解析、处理数据，基于大数据进行有效结果预测，直至最后对各类数据加以系统性应用，将数据转化为高效生产力。
特别是在机械化、自动化、信息化、智能化采矿的当下，各类数据的广泛获取以及有效利用，是智慧矿山系统建立和高效运行过程最重要的基础。
矿山行业在智能化建设过程中的数据采集如通风设备状态数据，包括风速、风量、温度、负压、O2、瓦斯、CO、粉尘、烟雾的数据；抽水试验井的层高、水位、水压、流量、水温、水质以及降雨量、涌水量、排水量和水文观测孔等数据；安全环境数据、设备稳定性参数等；还包括井下和重点区域人员数量、人员位置、携卡人员出入井时间、工作时间、重点区域出入时间、限制区域出入时间等，以及其他安全数据，包括通过隐患排查检查出来的各类隐患点、人员违章作业记录等。
对于数据分析系统的搭建，主要分为子系统端的采集计算模块以及矿端的汇总、计算、展示模块。子系统端采集计算程序作为一个独立的小工具进行安装部署配置运行。子系统端汇总、计算、展示作为一个整体形成一个业务子系统。子系统端将从第三方系统采集到的数据经过结构化处理和部分计算后传输到矿端，矿端对子系统端下发部分配置数据，以供子系统端计算所需。
通过对项目改造需求进行分析，实施方制定了以下详细的系统改造方案。
在核心监控系统的实施上，通过采用西门子正版WINCC7.5软件搭建统一的软件监控平台，可实时监测子系统设备工况，并可对各子系统的I/O进行控制。同时，通过存储的历史数据，可对各子系统的设备状况进行分析、查询、统计。
在平台基础架构上，采用Stratus ftServer容错服务器替代传统服务器，承载核心监控系统的运行，包含1台ftServer4910容错服务器、1台中央数据服务器、1台web服务器，配置18台操作站、2台工程师站，其中ftServer容错服务器可大幅降低整个系统平台非计划宕机的风险，提高了数据的安全性和完整性。
此方案完成了水泵的自动开停和工况检测，同时系统分为远程、本地操作状态，具备自动控制方式、手动控制方式、检修方式、一键启动方式、远程控制模式几种操作模式，实现排水系统自动控制、无人值守。
总体来说，项目实施后产生的具体效益体现在六大方面：
● 首先，可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生产成本。
● 其次，实现就地无人值守，自动运行，可减少看护人员，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，变事故发生后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率。
● 第三，可有效的保护水泵电机等设备。延长使用寿命，减少事故停机时间，提高供排水能力，改善工作环境，提高劳动生产率。
● 第四，通过调整开停时间避开电力负荷高峰期，有效地削峰填谷，节约电费开支，保护生态环境，实现国家碳中和环保要求。
● 第五，实时监测各项电力数据、供水数据，如电压、电流，压力、液位等。
● 第六，出现故障，进行声光报警，提醒工作人员及时维修处理。
中国煤矿数量众多，但是自然环境及开采条件较为恶劣，在此基础上中国煤矿的整体智能化应用程度不高。而且很多中小型煤矿的安全设施和开采设备相对落后，一些小煤矿甚至仍然在采用最原始的采煤方法，从根本上不完全具备安全生产的基本条件。
随着科技的进步与发展，矿山企业的生产已经从原来的粗放式管理与生产模式，逐渐转变为更加智能化、精细化的智能矿山生产，不仅大大提高了生产效率，降低了生产过程中的危险性，更在一定程度上节约了成本，减少了由粗放型经济造成的不必要的经济损失与浪费。
在智慧矿山建设过程中，Stratus ftServer容错服务器作为一款高可用性的产品被越来越多地用来替换传统服务器，对核心监控系统的运行提供支撑，受到了客户广泛好评。
