煤礦行業是我國重要的能源產業之一，《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》中明確要求：到2035年，各類煤礦基本實現智能化，構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統。在煤礦生產過程中，排水系統是保障礦井安全、高效運行的關鍵環節，然而目前該系統仍面臨著諸多難題，亟需進行智能化升級。

01、煤礦排水系統的三大挑戰

安全風險高

人工監測水位易導致預警延遲，突發涌水，難以及時處理，從而引發淹井事故。

運行效率低

多臺排水設備獨立運行，缺乏協同調度，導致水泵空轉或超負荷運轉。人工控制依賴經驗，無法動態匹配涌水量，造成資源浪費。

能耗成本高

人工巡檢和操作強度大，固定轉速水泵能耗高，設備老化導致效率低下，維護成本很高。

傳統的自動化控制雖然能夠實現水位監測與遠程操控，但受限于預設規則的決策模式，難以動態匹配復雜的工況。為此，海得控制基于煤礦行業特性，采用先進的AI控制技術，自主打造“煤礦智能排水調度方案”，以工業AI賦能煤礦行業，有效破解了煤礦行業面臨的諸多難題。

02、海得AI控制器

工業AI+PLC+Web SCADA+時序數據庫

海得AI控制器以“全棧融合、開放智能”為核心設計理念，主要面向工業智能化領域，深度融合多種能力，重新定義工業控制系統的技術邊界。

（1）具備中大型冗余PLC功能，實現排水泵房控制；

（2）具備Web SCADA組態軟件功能，實現上位組態畫面監視；

（3）具備時序數據功能，實現數據存儲；

（4）具備工業AI功能，具備多種庫文件，實現排水場景的關鍵參數預測與多任務調度問題。

03、煤礦智能排水調度方案

海得控制通過深入分析煤礦排水系統的實際需求和挑戰，采用融合了工業AI模型庫、PLC、Web SCADA、時序數據庫等先進技術的AI控制器，為煤礦構建了一個“預測—決策—執行”一體化的智能排水系統。

（1）智能排水系統架構

第一步：預測

基于歷史數據和實時數據，預測未來的關鍵變量，為運籌優化提供前瞻性的信息輸入，讓決策從“反應式”變為“先知式”。

煤礦排水系統的預測工作主要通過應用GRU、Transformer等時間序列模型，將歷史涌水量、工程因素、地質因素、環境及天氣因素進行輸入，從而輸出未來24小時的目標維度預測值。

第二步：運籌優化

在較短的時間尺度上，基于約束的基礎上精確執行運籌優化層下達的“指令”，同時處理實時擾動，將優化計劃精準、安全、高效地落地執行。

煤礦排水系統的運籌調度分三個關鍵步驟：

首先，建立排水場景模型；

其次，設定邊界條件約束和獎勵/懲罰目標函數；

最后，運用離散優化求解器Hite.Sat來尋找滿足所有條件的最優調度方案。

（2）邊界條件約束，最優求解

根據煤礦排水系統的歷史涌水量及相關特征維度，預測未來的涌水量。并設置多個邊界約束條件，包括移除冗余約束、變量域縮減、合并等價約束、固定隱含變量值以及添加對稱破壞約束等，從而獲得最優解。

04、客戶收益

智能化預測

實時獲取涌水量數據，并運用AI模型，接入上下游系統的數據庫，可實現涌水量、排水量、管網流量等數據的智能預測。

多維度動態調度

根據排水泵房各用電設備的靜態參數，以及通過現場傳感器收集的動態數據，能夠制定出多策略實時動態調度計劃（經濟優先、安全優先、效能優先）等。

多場景聯排聯控

AI模型依據排水量、涌水量、水泵功率效能和下一級泵房或者污水處理廠聯動控制。根據涌水量、排水量24小時預測，實現排水系統全流程環節的聯排聯控。

優化能源使用效率

根據電價高峰、低谷時段，配合24小時的涌水、排水預測，可動態實現系統“避峰就谷”運行。