麦垛山煤矿综合信息化总体设计

1、神华宁煤集团麦垛山煤矿神华宁煤集团麦垛山煤矿 综合信息化总体设计方案综合信息化总体设计方案 （初稿）（初稿） 上海宝信软件股份有限公司 2009 年 4 月 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 1 目目 录录 1 1设计概述设计概述 .7 7 2 2矿井概况及设计依据矿井概况及设计依据 .7 7 2.1井田位置 .8 2.2井田范围 .8 2.3矿井生产能力设计 .9 2.4主要可采煤层 .11 2.5生产能力及服务年限 .11 2.6井口及工业场地位置 .11 2.7主井工业场地 .11 2.8主要工艺布置 .14 2.8.1井筒技术参数 .14 2.8.2井下开拓布置及运输方式 .1

2、5 2.8.3主要工艺设备选型及参数表 .15 2.8.4达到设计生产能力时的采区数目、位置及工作面生产能力 .18 2.8.5生产及辅助生产设施 .19 2.9主要技术经济指标 .20 2.9.1设计生产能力 .20 2.9.2井巷工程量 .20 2.9.3工业建筑 .20 2.9.4行政公共建筑 .20 2.9.5矿井总在籍人数 .20 2.9.6矿井全员效率 .20 3 3总体设计总体设计 .2121 3.1设计原则 .21 3.1.1麦垛山煤矿系统方案规划范围与时效性的考虑 .21 3.1.2系统设计遵循的设计原则 .21 3.1.2.1 高可靠性 .21 3.1.2.2 高互联性 .

3、22 3.1.2.3 高覆盖性 .23 3.1.2.4 高可视性 .23 3.2建设目标 .24 3.3总体架构 .24 3.4关键支撑技术 .26 3.4.1管理信息系统支撑技术 .26 3.4.2全集成自动化支撑技术 .27 3.4.2.1 opc 技术在麦垛山矿生产自动化控制子系统中的统一作用.27 3.4.2.2 现场总线技术 .28 3.4.2.3 集成化的通讯平台 .29 3.4.2.4 集成化的数据管理 .29 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 2 3.4.2.5 集成化的编程组态 .29 3.4.3管控一体化集成技术 .29 3.4.4gis 地理信息系统、三维可视化及

4、虚拟现实技术.32 3.5技术指标及标准 .33 3.5.1生产自动化系统技术标准 .33 3.5.2安全生产一体化监控指挥系统技术标准 .34 3.5.3井下移动通讯系统技术标准 .34 3.5.4调度通讯系统技术标准 .35 3.5.5安全检测监控系统技术指标 .35 3.5.6机房设计标准及环境条件指标 .36 3.5.7大屏幕显示系统主要技术指标 .37 3.5.8网络安全规划标准 .37 4 4矿井网络系统矿井网络系统 .3939 4.1麦垛山煤矿工业网络系统设计 .39 4.1.1设计目标 .39 4.1.2网络技术选择 .39 4.1.2.1 网路技术的比较 .39 4.1.2.

5、2 网络冗余方式选型 .41 4.1.3系统架构 .42 4.1.4系统设计 .44 4.1.4.1 工业以太网产品选型 .44 4.1.4.2 工业以太网路由设计 .45 4.1.4.3 工业核心交换机 .48 4.1.4.4 工业节点交换机 .49 4.1.4.5 子系统接入光纤环网接口和通信协议 .53 4.1.4.6 工业网络系统网络管理 .54 4.1.4.7 工业网络系统供电设计 .54 4.1.4.8 工业网络产品配置清单 .56 4.2麦垛山煤矿管理网络系统设计 .57 4.2.1设计目标 .57 4.2.2系统架构 .57 4.2.3系统设计 .58 4.2.3.1 综合布线

6、系统设计 .58 4.2.3.2 管理网络系统设计 .60 5 5矿井生产自动化系统矿井生产自动化系统 .6868 5.1矿井生产设施与设备 .68 5.1.1井下主要硐室 .68 5.1.2矿井运输系统 .69 5.1.2.1 原煤运输系统 .69 5.1.2.2 掘进煤运输系统 .69 5.1.2.3 运输系统流程图 .71 5.1.2.4 井下巷道图 .73 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 3 5.1.3供电系统 .75 5.2矿井生产自动化系统设计方案 .76 5.2.1生产综合自动化系统子系统划分及接口要求 .76 5.2.2生产自动化子系统控制设备基本构成 .80 5.2

7、.3生产机电成套设备单体子系统 .81 5.2.3.1 胶带运输机远距离监控的生产子系统 .81 5.2.3.2 供配电子系统 .83 5.2.3.3 风机监控子系统 .85 5.2.3.4 井下排水泵监控系统 .86 5.3井上/井上生产自动化子系统无人值守设计方案 .88 5.3.1胶带机运输系统现场无人值守技术条件分析 .88 5.3.1.1 主斜井胶带机运输系统 .88 5.3.1.2 采区 2 煤大巷胶带机运输系统（投产时和达产时） .89 5.3.1.3 12 采区下山胶带机运输系统（达产时）.90 5.3.1.4 11 采区和 12 采区胶带机运输系统建议采用三种操作方式：.90

8、 5.3.2综合自动化子系统接入方案 .90 5.3.2.1 综采工作面监控系统 .90 5.3.2.2 掘进工作面监控系统 .94 5.3.2.3 运输胶带监控系统 .95 5.3.2.4 井下主排水监控系统 .98 5.3.2.5 无人值守变电所 .100 5.3.2.6 主通风机监控系统 .101 5.3.2.7 副井提升系统 .103 5.3.2.8 日用消防系统 .104 5.3.2.9 生活污水处理系统 .105 5.3.2.10井下水处理系统 .106 5.3.2.11 锅炉房系统 .107 5.3.2.12束管监测系统 .108 5.3.2.13制氮系统 .108 5.3.2.

9、14井下无轨胶轮车信号系统 .109 5.3.2.15信集闭系统 .111 6 6生产一体化监控系统生产一体化监控系统 .112112 6.1建设总体目标 .112 6.1.1提高生产设备的自动化水平，满足生产需要 .112 6.1.2实现无人化、少人化的矿井自动化生产能力 .112 6.1.3实现管理实时化与生产自动化的结合 .112 6.2主要自动化子系统建设目标 .113 6.3系统架构 .114 6.3.1一体化监控指挥系统架构 .114 6.3.2调度中心计算机系统硬件配置要求： .116 6.4设计方案 .116 6.4.1一体化监控指挥系统平台基本功能 .116 6.4.2一体化

10、监控指挥系统集成功能 .121 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 4 7 7安全生产执行管理信息系统（张梅、陈长春）安全生产执行管理信息系统（张梅、陈长春） .122122 7.1设计目标 .122 7.2系统架构 .122 7.3设计方案 .124 7.3.1生产作业计划管理 .124 7.3.2生产调度信息管理 .124 7.3.3生产技术管理 .124 7.3.4现场安全管理 .125 7.3.5设备运行管理 .125 7.3.6材料使用管理 .126 7.3.7业务统计分析 .126 8 8生产技术设计管理系统生产技术设计管理系统 .127127 8.1设计目标 .127 8.

11、2系统架构 .127 8.3设计方案 .128 9 9安全监测监控系统安全监测监控系统 .131131 9.1设计目标 .131 9.2系统架构 .132 9.3设计方案 .133 1010生产调度指挥中心生产调度指挥中心 .135135 10.1设计目标 .135 10.2系统架构 .135 10.3系统设计 .137 10.3.1综合自动化系统计算机平台 .137 10.3.1.1系统构成 .137 10.3.1.2数据采集服务器配置方案 .138 10.3.1.3实时、历史数据库服务器 .138 10.3.1.4生产过程管理平台服务器 .138 10.3.1.5 web 服务器.138

12、10.3.1.6网管服务器配置方案 .139 10.3.1.7工作站配置方案 .139 10.3.1.8生产综合自动化系统结构图 .140 10.3.2管理信息系统计算机平台 .141 10.3.2.1系统构成 .141 10.3.2.2数据库服务器 .141 10.3.2.3应用服务器 .141 10.3.2.4网络管理防病毒服务器 .141 10.3.2.5电子邮件服务器 .141 10.3.2.6企业网站服务器 .141 10.3.2.7管理信息系统拓扑图 .142 10.3.3服务器平台设备选型 .143 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 5 10.3.4存储备份系统 .146

13、 10.3.4.1阵列 raid 级别选型分析.146 10.3.4.2存储系统设计 .147 10.3.4.3光纤交换机系统设计 .147 10.3.4.4备份系统设计 .147 10.3.4.5存储备份系统拓扑设计 .149 10.4供电系统设计方案 .149 10.4.1配电设计 .149 10.4.1.1供配电系统概述 .149 10.4.1.2供配电柜技术要求 .149 10.4.2ups 电源系统设计.150 10.4.3防雷、安全接地系统 .150 10.4.3.1概述 .150 10.4.3.2防雷系统设计 .151 10.4.3.3接地系统设计 .151 10.5机房装修方案

14、 .152 10.5.1概述 .152 10.5.2工程施工范围 .152 10.5.3环境条件及相关指标 .152 10.5.4机房装修方案 .152 10.5.4.1装饰设计 .152 10.5.4.2机房照明 .153 10.5.4.3空调新风系统 .153 10.5.4.4火灾报警及灭火系统 .153 1111生产调度通信系统生产调度通信系统 .155155 11.1设计目标 .155 11.2系统架构 .156 11.3设计方案 .157 11.3.1系统特点 .157 11.3.1.1 强大的处理能力 .157 11.3.1.2 丰富的接口 .157 11.3.1.3 综合业务交换

15、、处理 .157 11.3.1.4 高可靠性设计 .157 11.3.1.5 模块化结构 .158 11.3.1.6 丹麦键调度操作台 .158 11.3.1.7 强大的会议功能 .158 11.3.1.8 数字录音、录时功能（由用户根据需要选配） .158 11.3.1.9 井上井下防爆安全一体化 .159 11.3.1.10 灵活的组网方式 .159 11.3.2调度功能 .160 11.3.3分机功能 .160 11.3.4主要技术指标 .161 1212井下移动通信系统井下移动通信系统 .163163 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 6 12.1设计目标 .164 12.2系

16、统架构 .164 12.3设计方案 .165 12.3.1设计参数 .165 12.3.2业务设计 .166 12.3.3网管设计 .168 12.3.4网络扩容说明 .169 1313工业电视系统工业电视系统 .171171 13.1设计目标 .171 13.2系统架构 .171 13.3设计方案 .172 13.3.1前端监控设备 .173 13.3.2视频监控中心 .175 13.3.2.1硬盘录像机 .175 13.3.2.2控制键盘 .177 13.3.2.3光端机 .178 13.3.3防雷措施 .179 1414大屏显示系统大屏显示系统 .180180 14.1设计目标 .180

17、 14.2系统架构 .180 14.3设计方案 .181 14.3.1系统组成 .181 14.3.2系统特点 .185 14.3.3系统硬件设备特性及技术规格 .187 1515人员定位系统人员定位系统 .200200 15.1设计目标 .200 15.2系统架构 .200 15.3设计方案 .201 15.3.1系统组成设备及工作原理 .201 15.3.1.1传感设备电子识别卡和读卡器 .201 15.3.1.2数据传输设备 .203 15.3.1.3监测站设备 .204 15.3.2主要功能 .205 15.3.3系统特点 .205 1616效益分析效益分析 .207207 16.1信

18、息技术应用效应 .207 16.2信息系统具体应用效益评价 .207 16.2.1管理效益评价 .207 16.2.2经济效益评价指标 .209 16.3信息系统的价值.209 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 7 1 1 设计概述设计概述 设计说明：设计说明： 该设计方案源于神华宁夏煤业集团麦垛山煤矿综合信息化专篇设计合同 1、总体设计主要包括以下内容： 矿井综合信息化总体框架设计，使之满足将麦垛山煤矿建设成为神华宁煤集团 乃至国内新型数字化矿井的典范； 网络基础平台设计(自动化为高可靠工业以太环网，管理信息网为局域网)； 矿井一体化监控指挥平台设计，为矿井无人化、少人化提供信息集成

19、平台； 提供矿井综合信息化建设所需的语音通信、工业电视、大屏幕显示等辅助系统 的设计； 提供各生产及辅助子系统建设所需与一体化监控指挥平台的接口标准。 矿井安全生产管理信息化设计。 2、设计要求： 根据麦垛山煤矿的发展战略和建设目标，结合国内外同行业信息化建设的先进经 验，制定麦垛山煤矿综合信息化建设的指导原则和总体架构、网络及软硬件平台及各 分子系统的主要功能设计，并提供信息化建设的分步实施计划，提出总体建设方案、 建设概算并进行项目建设的风险分析。设计符合神华集团公司所属井工煤矿安全生 产信息系统技术标准 。 3、设计依据 本设计方案依据麦垛山煤矿所提供的麦垛山煤矿初步设计 、 神华宁夏煤

20、业集 团麦垛山煤矿综合信息化专篇设计合同 、现场调研结果等相关文档而制定。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 8 2 2 矿井概况及设计依据矿井概况及设计依据 2.1井田位置井田位置 麦垛山井田位于宁夏回族自治区中东部地区，行政区划隶属灵武市宁东镇和马家 滩镇管辖。距银川市约 70km，在灵武市以东约 55km 处。麦垛山矿井是宁东能源化工 基地开发建设的主要供煤矿井。麦垛山矿井是宁东能源化工基地规划的大型矿井之一， 其产品用户主要为宁东能源化工基地内的坑口电厂，煤基二甲醚和煤炭间接液化项目。 2.2井田范围井田范围 麦垛山井田北以杨家窖正断层（麦垛山断层）为界，南以第 32 勘探线（

21、地震 m12 线）为界；西以于家梁逆断层为界，东以红柳井田西部边界（重合）为界，整个井田 呈北西南北向条带状展布，南北长约 14km，东西宽约 4.5km，面积约 65km2。 图 2-21 第一方案井田采区划分（大采区划分） 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 9 图 2-22 第二方案井田采区划分（小采区划分） 图 2-23 第一方案井田采断面图 2.3矿井生产能力设计矿井生产能力设计 nono 生产能力设计生产能力设计说明说明 1 矿井工作制度矿井设计年工作日为 330d。每天净提升时间为 16h。采用“四、 六”作业制，每天三班作业，一班准备。 2 市场需求麦垛山井田煤炭为低低中

22、灰、低低中硫、特低低磷和较 高发热量煤，是良好的动力、气化、间接液化和煤化工用煤， 用途十分广泛，尤其是有害成分含量低，更适合于大城市用煤 的环保要求，市场条件良好。 3 煤炭储量麦垛山井田煤炭储量大，井田内计算储量的可采煤层达 20 层， 资源/储量达 1979.27mt，扣除各种难以回采块段、煤柱损失和 开采损失以后，可采储量为 1138.86mt；按照 8.00mt/a 计算， 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 10 服务年限为 102 年。 4 开采技术条件麦垛山矿井储量丰富，但开采煤层数量达 20 层之多，且煤层 厚度及倾角变化均较大。井田内除 2 号、6 号、18 号煤层厚

23、度 局部厚度较大外，其它开采煤层厚度均较小，大部分为局部或 大部可采煤层。煤层厚度、倾角的变化以及压茬影响对工作面 布置均产生不利影响。煤层厚度主要影响单位时间内采煤机的 割煤能力。煤层倾角主要影响采煤机的割煤速度及工作面液压 支架的稳定性，影响设备性能的充分发挥。 5 开拓计划为使井田内薄煤层与厚煤层合理搭配开采，井下至少应布置 23 个薄到中厚煤层工作面（要求推进速度快，生产能力大） 才能合理配采。结合矿井 20 年内开采计划，井下工作面个数 确定为 3 个，其中 2 个工作面为薄及中厚煤层工作面，1 个为 大采高工作面。薄煤层工作面产量为 1.50-2.00mt/a，中厚煤 层工作面产量

24、为 2.00-2.50mt/a，大采高工作面产量为 4.00- 5.00mt/a，以保证矿井 8.00mt/a 的生产规模。 6 开采顺序根据矿井设计生产能力及煤组接替顺序，煤层间的开采顺序为 由近至远，由上到下。设计采区开采顺序为 11 采区、12 采区、 13 采区、14 采区、15 采区、16 采区、21 采区、22 采区、23 采区、24 采区、25 采区、26 采区。矿井投产时，首采区首采区 1111 采采 区开采区开采 1 1 煤和煤和 2 2 煤煤。 表 2-31 矿井生产能力设计一览表 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 11 2-32 第一方案开采计划表 2.4主要可采

25、煤层主要可采煤层 本井田可采及局部可采煤层共 20 层，自上而下编号为：1、2、3-1、3-2、3 下、 4-1、4-2、4-3、6、7、8、9、10、12、16、17、18-1、18-2 及 18、18 下煤，其中 2、3-2、4-3、6、10、18 为主要可采煤层。 2.5生产能力及服务年限生产能力及服务年限 矿井生产规模 8.00mt/a，服务年限为 102a，见表 2-31 第一方案开采计划表。 2.6井口及工业场地位置井口及工业场地位置 设计确定矿井主副井分场地布置，主井井口位于 20 勘探线井田东边界附近、磁 马公路以东处，副井场地位于井田南部 f10 断层以西于家梁周家沟背斜 2

26、005 钻孔附近。 2.7主井工业场地主井工业场地 nono 面积面积主要设施配置主要设施配置备注备注 1 围墙内占地面积主要有主井驱动机房、热风炉房和配 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 12 0.96hm2 电室。 图 2-71 主井井口工业场地平面图 nono 面积面积主要设施配置主要设施配置备注备注 1 围墙内占地面积 36.60hm2 布置分为两个区，即：辅助生产 区、行政生活福利区及配套的公 共设施。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 13 图 2-72 副井及风井井口及工业场地平面图 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 14 2.8主要工艺布置主要工艺布置

27、2.8.12.8.1 井筒技术参数井筒技术参数 nono 井筒名称井筒名称主要工艺参数主要工艺参数功能功能备注备注 1 主斜井断面净宽 5400mm，净断 面 20.4m2，倾角 20o，斜 长 1667m（包括平段） ， 装备带宽 1600mm 的钢绳 芯胶带输送机 矿井煤炭运输任务，兼进风任务。 井筒内安装架空乘人器，用于零 散人员上下井和胶带输送机检修； 井筒敷设动力电缆、消防洒水管 及弱电电缆。 投产时 建成 2 副立井净直径 9400mm，深度 548m（不含水窝） 装备一套提升设备，担负矿井提 升人员、矸石、材料及设备等任 务，井筒内安装梯子间，用于检 修及安全出口。 投产时 建成

28、 3 回风立井净直径 6.5m，净断面积 33.2m2 主要担负井下回风任务。投产时 建成 4 二分区进 风立井 净直径 7.0m，净断面积 38.5m2 主要担负后期井下进风、掘进矸 石提升任务，兼安全出口。井筒 内布置黄泥灌浆管道和井下制冷 管道。 达产时 建成 5 二分区回 风立井 净直径 7.0m，净断面积 38.5m2 二分区回风立井断面及支护方式 同回风立井。主要担负后期井下 回风任务。 达产时 建成 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 15 2.8.22.8.2 井下开拓布置及运输方式井下开拓布置及运输方式 井下开拓井下开拓大巷运输大巷运输井下开采井下开采 矿井采用主斜井-

29、副立井、 单水平开拓方式，全井田 划分为两个分区开采。一 分区为 9 勘探线以南区域； 二分区为 9 勘探线以北区 域。各分区均划分为 3 个 煤组进行回采 煤炭运输：采用胶带输送 机运输方式。 辅助运输：石门及工作面 巷道采用无轨胶轮车运输 方式。 采煤方法：采用走向长壁、 一次采全高采煤法。投产 时布置两个中厚煤层滚筒 采煤机综采工作面，达产 时增加一个大采高综采工 作面。 2.8.32.8.3 主要工艺设备选型及参数表主要工艺设备选型及参数表 设备名称设备名称型号型号技术参数技术参数备注备注 液压支架zy6800/11/24 型电液阀控制，中心距 1500mm 采煤机mg250/556-

30、wd 型截深 800mm 刮板输送机sgz830/630 型q=1000t/h,敷设长度 250m 转载机 破碎机 乳化液泵站 喷雾泵站 中厚煤层 综采工作 面 胶带输送机国产带宽 1200mm 投产时使用 液压支架 zy8640/25.5/55 型 采煤机 mg650/1480-gwd 型 刮板输送机 sgz-1000/1400 型 转载机 大采高综 采工作面 破碎机 达产时使用 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 16 乳化液泵站 喷雾泵站 胶带输送机国产带宽 1600mm 主斜井提升设备 引进的钢丝绳芯 胶带输送机 带宽 b=1600mm、带速 v=06.0m/s、最大运量 q=2

31、000t/h、胶带为 st6300n/mm 阻燃型胶带，双 滚筒三电机驱动，配 3 台 2000kw 交-直-交变频驱动电 动机。 井筒倾角 20，斜长 1667m，井筒 净宽 5400mm，净 断面 20.4m2 投产时使用 副立井提升设备 kmd-5.54 型落地式多绳摩擦提升机，单 侧出轴，选配 1 台交直交变 频同步电动机，功率 2500kw，转速 32r/min，额 定电压 3150v。 投产时使用 通风设备 2 台 fbcdz35 型矿用防爆对旋 轴流式通风机 每台通风机配 2 台变频隔爆 型电动机，每台功率 450kw，电压 6kv，转速 590r/min。投产时总风量为 200

32、m3/s，负压 858.9pa。达 产时矿井总风量 250m3/s， 容易时期负压 1129.4pa，困 难时期负压 1756.5pa 通风方式为 抽出式，初 期为并列式 通风系统， 后期为分区 式通风系统。 排水设备 5 台 md580- 708 型耐磨多 级离心式水泵 每台水泵配 1 台 yb2-5603-4 型隔爆电动机，功率 1250kw，电压 10kv，额定转 速 1492r/min。排水管路选 用 3 趟 37713 无缝钢管。 投产时使用 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 17 井下移动 式空气压 缩机 2 台 sm-5132a 型 防爆螺杆式空气 压缩机 给风动工具供气

33、，井下普掘 工作面使用，每台空气压缩 机排气量 21m3/min，排气压 力 0.7mpa，配带电动机功率 132kw，电压 660v。 投产时使用 压风设备 井下空气 压缩机 5 台 sm-455a 型 井下防爆螺杆式 空气压缩机 投产时综掘工作面选用，每 台空气压缩机排气量 10.3m3/min，排气压力 0.7mpa，配带电动机功率 55kw，电压 660v。 投产时使用 5 台，达产时 再增加 2 台 3 套 kgzd-1200 型 地面固定式变压吸附制氮机 组 投产时其中 2 套工作，1 套备用 制氮机组 1 套 kgzd-1200 型 地面固定式变压吸附制氮机 组 达产时增加 1

34、套同型号制 氮机组，其 中 3 套同时 工作，1 套备 用 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 18 2.8.42.8.4 达到设计生产能力时的采区数目、位置及工作面生产能力达到设计生产能力时的采区数目、位置及工作面生产能力 矿井投产采区为 11 采区。在 1 煤层和 2 煤层各装备一个中厚煤层综采工作面 （110104、110202） ，共配备 4 个掘进工作面，产量 4.00mt/a。 图 2-8-41 投产时采区平面图 达产时在 11 采区 1 煤层布置 1 个综采工作面，2 煤装备 1 个大采高综采工作面生 产，12 采区 2 煤 1 个中厚煤层综采工作面生产。全矿井开采 2 个

35、煤层，2 个采区 3 个 综采工作面生产，6 个掘进工作面保证采掘接替。矿井规模 8.00mt/a。 图 2-8-42 达产时采区平面图 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 19 2.8.52.8.5 生产及辅助生产设施生产及辅助生产设施 nono 生产设施生产设施主要功能及参数主要功能及参数备注备注 井下原煤通过主斜井胶带输送机运至主斜井井口房， 经转载后通过地面胶带输送机运至集中选煤厂 1 主井生产系 统 井下半煤岩掘进煤通过主斜井胶带输送机运至主斜井 井口房，经转载后通过地面胶带输送机后转运至矸石 电厂 主要担负全矿矸石、材料、人员、设备、大件等的提 升任务 副立井。副立井井筒直径

36、 9.4m。装备一套特制大型 单层钢罐道罐笼+平衡罐笼。宽罐笼外形尺寸为长宽 高=800032007410，平衡罐笼外形尺寸为长宽 高=5370143410610 为提高副井系统的安全、可靠性，防止井底罐笼在重 型设备进出罐笼时，钢丝绳的弹性伸长过大，引起罐 笼上下起伏，给大重型设备进出罐置换带来困难，设 计采用了德国 siemage 公司的转换平台装置，在副井 井口、井底为大罐笼各设置一套 在副井井口、井底还设置有气动安全门，以保证人员 及胶轮车的行车安全 2 副井生产系 统 副井提升系统中设置了防撞梁、罐笼防坠落装置、防 过卷缓冲装置及防过放缓冲装置等安全设施 矿井矸石采用汽车外运的排矸方

37、式 3 矸石系统井下矸石装入无轨胶轮车由副立井提升至地面，直接 运至排矸场地排弃 4 辅助设施 综合机修车间：矿井工业场地设综合机修车间，担负 矿井和选煤厂机电设备的小修、日常保养任务，面积 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 20 为 2028m2 综采设备中转库：在工业场地设有综采设备中转库， 综采设备中转库内设综采设备保养间和 10/0.4kv 变电 所，承担综采设备下井前的中转存放和保养测试任务， 面积为 2805m2 2.9主要技术经济指标主要技术经济指标 2.9.12.9.1 设计生产能力设计生产能力 投产时 4.00mt/a，达产时 8.00mt/a，矿井工作制度按每年 3

38、30 天，每天 16 小时。 2.9.22.9.2 井巷工程量井巷工程量 全矿井移交总工程量 81714m，其中岩巷 19863m，半煤岩巷 44436m，煤巷 17415m，万吨掘进率 102.1m。投产时总工程量 55578m，其中岩巷 11142m，半煤岩巷 44436m。达产时新增工程量 26136m，其中岩巷 8721m，煤巷 17415m。 2.9.32.9.3 工业建筑工业建筑 工业建筑总建筑面积为 24710m2，总建筑体积为：227338m3。 2.9.42.9.4 行政公共建筑行政公共建筑 麦垛山矿井行政公共建筑总建筑面积为 41499m2, 总建筑体积为 199770m3

39、。其中 联合建筑 7916m2；食堂 5200m2；行政办公楼 5383m2；倒班楼 23000m2。 2.9.52.9.5 矿井总在籍人数矿井总在籍人数 1294 人，其中投产时 1048 人，达产时新增 246 人。采用“四、六”作业制，每 天三班作业，一班准备。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 21 2.9.62.9.6 矿井全员效率矿井全员效率 投产时 17.22t/工，达产时 27.67t/工。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 22 3 3 总体设计总体设计 3.1设计原则设计原则 3.1.13.1.1 麦垛山煤矿系统方案规划范围与时效性的考虑麦垛山煤矿系统方案规

40、划范围与时效性的考虑 根据初步设计推荐方案一的结论，即主斜井-副立井大采区开拓方案，以及表 2-21 第一方案开采计划表所示内容，11 采区和 12 采区服务年限分别为 33.3 和 35.0 年。其中 12 采区开始投产时，11 采区已经开采了 4.2 年。即本系统投产时只有 11 采区南北两翼各一个中厚煤层综采工作面生产，年产 4 mt/n，投产后 4.2 年 12 采 区开始采煤，形成年产 8 mt/n 的生产能力。 考虑生产控制系统设备更新周期和升级换代能力，本方案只考虑 11 采区和 12 采 区服务年限内的系统设计，并采用总体设计分布实施的方式，将“投产时”的系统作 为近期生产目标

41、进行设计并达到 4 mt/n 的生产能力。而“达产时”的系统是在“投产 时”已建成系统基础上，进行扩展性设计并满足 8 mt/n 的生产能力。2.6.3 主要工艺 设备选型及参数表中已经明确“达产时”所需增加的主要设备，所以在“投产时”前 期设计过程中必须考虑“达产时”因增加设备而增加通信接口和系统处理容量。 3.1.23.1.2 系统设计遵循的设计原则系统设计遵循的设计原则 3.1.2.1高可靠性高可靠性 3.1.2.1.13.1.2.1.1软件软件 系统平台软件选用经过国家认证机构登记注册的成熟平台软件，并有过同类型 矿井成功应用案例，使生产监控应用软件在安全可靠的平台下开发和连续运行;

42、生产综合监控系统接入各子系统通信接口协议和数据格式，要求具有国际标准 性、开放性和成熟性，使系统接入的子系统通信畅通无阻，保持生产监控系统 连续运行； 中央综合监控系统操作站人机界面中，监控数据整体响应品质要求更新速度小 于 2 秒（含子系统响应时间） ，画面更新速度小于 3 秒； 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 23 管理信息系统具有高稳定性和数据安全性。 3.1.2.1.23.1.2.1.2硬件硬件 生产监控系统设备选用适合矿井恶劣环境下的工业性产品，防爆环境下选用国 家煤矿安全认证产品； 基于可靠性理论，生产监控系统核心设备考虑冗余配置，保证关键设备单点故 障时建立快速切换机制

43、，不影响主要生产系统运转； 生产监视与控制系统考虑降级操作方式，当意外事故和灾害发生时能够有效组 织和恢复生产。 3.1.2.1.33.1.2.1.3故障诊断及故障对策故障诊断及故障对策 对接入生产综合监控系统进行监控的各个子系统设备，要求供应商提供子系统 故障诊断信息和故障对策，便于综合监控系统实时掌握子系统详细运行状态， 及时发现隐患和排除故障，保证设备运转率并满足生产计划要求； 生产子系统的关键控制设备要求提供平均无故障时间 （mtbf（mean time between failure） ）和平均故障修复时间指标（mttr（mean time to repair/recover） ）

44、，便于综合监控系统统计生产整体可靠性和可用性指标，评 价建成后系统的运转率和可维护性。 注注 1 1：mtbf：平均故障时间。一般指产品在两次故障之间的平均时间间隔，作为 产品的平均寿命的指标之一。 注注 2 2：mttr：平均维修时间。一般指产品的故障维修所需的平均修复时间，作为 产品可维修性的衡量指标。 3.1.2.2高互联性高互联性 全矿建立统一的系统互联标准，便于中央监控系统平台实现高度集成以及易于 维护； 要求生产监控系统平台实现集自动化控制数据、语音、视频于一体化综合监控 功能，建立生产事件与多媒体信息联动的功能，消除自动化系统与多媒体系统 之间“孤岛”状态； 神华宁煤集团麦垛山煤

45、矿综合信息化设计方案 24 要求管理信息子系统之间以及与一体化监控系统之间信息无缝衔接，形成管控 一体化信息系统。 3.1.2.3高覆盖性高覆盖性 与生产运行有关的所有子系统集成到综合监控系统平台或信息化平台中，形成 信息互联和跨子系统资源共享的数据流以及实现相互之间的联动功能； 生产自动化综合监控系统为信息化系统提供必要的管理数据，因此在规划生产 自动化监控系统的同时，考虑信息化系统建设时所需采集的基本信息。如满足 信息化生产产量统计、能源消耗、设备管理、人员管理、井下车辆管理等数据 采集需求。 管理信息系统覆盖安全生产相关的关键管理信息，能够为管理者提供辅助决策 依据。 3.1.2.4高可

46、视性高可视性 生产监控系统可视性包括视频画面展示系统和人机界面展示系统； 视频系统应覆盖井上、井下主要生产环节。能够清晰地实时监视展示现场实际 场景和动态，通过操作站也能够自由调用历史回放画面，便于查找历史状态； 生产综合监控系统平台与所有互联子系统都要建立相关子系统的二维详细流程 监控画面，要求各个子系统能够提供尽可能详细的设备运行状态、参数（包括 子系统正常和故障状态和参数） ，便于操作人员及时掌握生产与设备运行情况， 在运行故障时能够掌握具体故障原因，及时提出维护维修对策，迅速恢复生产， 达到提高生产运行效率的目的； 系统平台应实现矿井巷道三维浏览、漫游等功能，通过现场设备运行状态数据

47、采集，在三维浏览画面中能够反映设备种类、安装位置（包括关键移动设备的 移动位置） 、设备主要运行状态，并通过鼠标点击画面能够展开系统监控画面 二维详细画面。如点击井下摄像机图标时，操作站展现该摄像机的实时视频图 像；结合井下人员跟踪系统、胶轮车定位系统数据采集，能够实现动态移动物 体跟踪和历史轨迹回放功能等；结合瓦斯和通风监测系统采集数据，展示矿井 三维巷道通风流量、压力数据以及有害气体实时分布状态，便于操作人员掌握 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 25 井下通风全局情况。 3.2建设目标建设目标 麦垛山矿井综合信息化系统是围绕“三化”矿井目标架构的矿级综合管理信息平 台，涉及到生产

48、设计、生产管理和生产监控等方面，是支撑矿井生产运营的管理手段， 其目的是加强矿井安全生产执行过程的“人、环境、设备”三个关键方面的管控结合， 实现“管理信息化、生产自动化、装备现代化” 。 具体目标为： 1）构建矿井安全生产一体化集中管控信息平台。）构建矿井安全生产一体化集中管控信息平台。 应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术、和煤矿生产工艺 技术，实现矿井生产决策、安全生产执行管理和监测控制等信息的有机集成，实现矿 井安全生产集中监视、集中控制、集中指挥。 2）提高安全生产保障能力，支撑自动化、少人化煤矿生产模式。）提高安全生产保障能力，支撑自动化、少人化煤矿生产模式。 应

49、用计算机技术、网络和自动控制技术实现在矿调度指挥中心监测井下环境参数， 集中控制井上、下机电设备，减少井下作业人数，达到减人增效和提高矿井安全水平 的目的。实现现场生产过程的动态实时监控与各种调度指挥手段的紧密结合，强化生 产调度指挥的实时性、联动性、准确性。 3）构建上传下达、信息及时共享的网络化管理平台，提高管理沟通效率，实现）构建上传下达、信息及时共享的网络化管理平台，提高管理沟通效率，实现 业务流程化信息管理，提高精细化控制程度，使管理业务流程化信息管理，提高精细化控制程度，使管理“透明化透明化”。 强化各职能业务管理者、各层级管理者的责任，通过动态的信息跟踪记录，可以 追溯相关生产问

50、题的处理过程，明确监督各环节，为精细化管理改进提供依据。 4）实现管理信息与监控信息的集成共享，构建可视化管理平台，强化各级管理）实现管理信息与监控信息的集成共享，构建可视化管理平台，强化各级管理 层面向生产运行实时信息的管理决策及时性、科学性。层面向生产运行实时信息的管理决策及时性、科学性。 3.3总体架构总体架构 麦垛山综合信息化系统围绕矿井安全生产的整体需求，由不同层次和专业的信息 化系统应用组成，但各层次及各类信息化应用系统之间是无缝衔接，构建为矿井统一 的数据中心，支撑矿井安全生产高效运营管理。 麦垛山综合信息化系统总体架构如下图所示： 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 26

51、 安全生产一体化监控系统 生产技术设计 系统 企业经营管理信息系统 安全监测监控 系统 生产自动化 系统 工业电视系统 人员定位系统 调度通信系统 工业网络 局域网 局域网 安全生产执行管理信息系统 图 3-31 综合信息化系统总体架构图 总体架构纵向分为四层应用，覆盖矿井安全生产运营全层次：总体架构纵向分为四层应用，覆盖矿井安全生产运营全层次： 1） 第一层是安全生产相关的各类子系统，包括支撑生产过程的生产自动化类系 统，保障生产现场安全环境的安全监测监控类系统，实现调度通信的有线及 无线调度通信类系统，用于生产各类地点和设备监视的工业电视系统，用于 人员管理的人员定位系统。 2） 第二层是

52、安全生产一体化监控系统，通过网络技术、自动化控制技术、软件 应用技术在各种基础设备自动化应用的基础上，实现各单项自动化系统的数 据集成，以实现不同生产子系统的集中远程控制和信息共享，为实现井下生 产的综合控制和优化整体生产能力提供手段，同时提供语音、数据、图像的 信息集成,实现集中的生产调度，逐步做到井下除掘进头以外的所有电气设 备均能在地面调度中心集中控制和监视，井下各系统的控制实现无人值守， 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 27 只有巡检工进行巡视和维护。对地面各车间除副井绞车房、锅炉房和瓦斯抽 放站外，均可实现无人值守。 3） 第三层包括两类应用，一个是安全生产执行管理信息系统

53、，系统以安全生产 为核心、以管控集成为手段、以提高矿井生产效益为目标，全面获取生产执 行过程各类信息，反映生产运营的各类状况，管理工作流，实现矿井生产工 程及生产系统运行的全周期、全方位管理。它是面向矿井各级管理层的生产 运营管理信息平台。另一个是生产设计管理信息系统，该系统具有绘图能力、 三维建模能力和面向地理信息系统的管理能力，可以通过局域网和互连网在 各工作站和调度大屏幕上显示各类矿图和属性信息、各类生产进度、主要危 险源、监测的实时信息和组态动画等，而且可以进行各种分类查询、统计、 汇总和报表。必要时可以调用地测、通防、供电、供排水、线网等专业系统 进行分析、诊断和优化，为智能决策提供

54、辅助支持。 4） 第四层是企业经营管理信息系统，主要反映企业组织级管理模式，包括人力 资源管理、行政办公管理、财务管理等内容。 以上各层应用中，企业经营管理信息系统以集团建设垂直延伸至煤矿为主，其他 三层应用是以煤矿生产单位设计建设为主体，也是矿井综合信息化的主体内容。 3.4关键支撑技术关键支撑技术 3.4.13.4.1 管理信息系统支撑技术管理信息系统支撑技术 管理信息化应用系统采用当前公认的具有先进技术理念的、基于框架的、构件化 的、一站式服务的三层或多层架构。这一架构遵循统一数据出口和统一数据入口的原 则，通过统一的一站式服务门户对外给用户提供闭环式服务和共享机制，对内整合各 业务应用

55、系统。通过对上层应用服务的请求，调度下层业务逻辑及其相关业务系统的 资源，完成以事件为驱动的工作流和数据流的运行。 在这一思想指导下，系统将设计成一个基于将 java j2ee web 应用系统，在构架 结构上采用三层或多层构架结构，可以满足系统的缩放性、安全性、可访问性、重用 性及可维护性的要求。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 28 web browser 数据库 表现参数 业务 服务 和业 务对 象 智 能 分 析 器 工 作 流 服 务 器 外 部 接 口 xml 规 则 器 ejb容器 weblogic/websphere 服务器 关系 数据 库访 问服 务 weblogi

56、c/websphere 服务器 控制 serle ts jsp ejb容器 user session 服务 java client 表现层应用层 数据访问层数据库层 图 3-4-11 管理信息系统技术架构图 这样的体系结构适合大规模配置的应用系统，而在中间层的业务逻辑不取决于客 户端，极大地提高了系统的效率。这些业务逻辑共享数据库连接，可以使大量的用户 有机会使用系统，这样增加的是用户数量而不是数据库的连接数量，不会影响服务器 的工作效率和增加系统的负担。 3.4.23.4.2 全集成自动化支撑技术全集成自动化支撑技术 3.4.2.1opc 技术在麦垛山矿生产自动化控制子系统中的统一作用技术在

57、麦垛山矿生产自动化控制子系统中的统一作用 opc 即用于过程控制的 ole（部件对象连接与嵌入），是一种基于 ole 的通信标准。 它包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。opc 标准的关键在于它提供了一种可开发的、高效的通信机制。 煤矿生产具有现场环境复杂，条件恶劣，地域覆盖面大，生产系统多，存在各监控子 系统异构且相互独立又互相制约等特点。opc 规范正是解决当前煤矿监控系统数据分 散、自成体系问题的“对症良药”。 只要每个厂家的设备都遵循该规范，并提供相应地符合此规范的设备驱动程序。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案 29 则不仅各厂家的监控设备之间

58、可相互兼容，而且，由于 opc 规范提供了客户与服务器 之间进行数据通讯和交换的通用工业标准机制，通过 opc 接口，各 opc 客户(应用软件)和 opc 服务器(设备/数据库)之间形成了即插即用的链接关系，而不依赖于软件和设备的 特定属性，客户和服务器可无缝地交换数据。上层的管理系统通过 opc，也能够获取 各种现场设备、生产控制的数据，而且不需要随着设备的更新而不断更新软件，大大 降低了整体成本。通过 opc，现场设备、生产控制和上层安全生产管理系统及经营管 理系统均可以共享信息，为实现煤炭企业的信息集成奠定了基础。 opc 作为一项逐渐成型的技术已得到国内外厂商的高度重视，许多公司都在

59、原来 产品的基础上增加了对 opc 的支持。由于统一了数据访问的接口，使控制系统进一步 走向开放，实现信息的集成和共享，用户能够得到更多的方便。opc 技术改变了原有 的控制系统模式，给国内系统生产厂商提出了一个发展的机遇和挑战，符合 opc 规范 的软、硬件也已被广泛应用，世界知名 plc、dcs 系统 opc server 软件已经有 130 多 种，也给煤矿生产自动化提出了更好解决集成问题的途径。 3.4.2.2现场总线技术现场总线技术 现场总线（fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决 工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些

60、现 场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实 用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。 现场总线有以下优点： 1.一对 n 的结构，一对传输线，可以对应多台现场数字仪表，也可采用多种网络 拓扑结构，简化了工程设计，降低了工程费用。 2.现场总线采用数字信号传输。 3.实现远程监控 4.综合多种功能，以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能；另外数字调节阀 直接从现场总线接收数字调节信号，在现场总线上就可以构成回路，把原来的 dcs 站 的功能下放到现场仪表，实现彻底的分散，提高系统的可靠性。 神华宁煤集团麦垛山煤矿综合信息化设计方案