转型为纲 创新为上高质量推进智能化煤矿建设

文/郑海山

（责任编辑：庞永厚）

八部委近期下发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》和《山西省煤矿智能化改造建设实施方案》，阳泉煤业集团高度重视，以5G通信、先进控制技术为引领，积极组织力量、整合资源，开展总体规划，推进智能化煤矿建设。

一、正确认识把握

阳煤集团从战略高度出发，把智能化矿山建设和集团发展战略、安全生产等各项工作统筹考虑，确立煤矿“管控一体化”和远程智能化管理的总目标。智能化矿山建设实现“六化”：总体规划统一化、开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程可视化、信息传输网络化、生产管理科学化。

建设智能化矿山，需正确认识和把握两个关键点。

一是感知。将煤矿的固有信息和动态信息，通过先进的物联网、云计算、大数据、人工智能和网络传输技术，对矿井安全生产和经营管理信息进行采集、分析和处理，实现协同运行并提供决策支持。

二是控制。通过自动化技术、控制技术、传感技术、通讯技术、低功耗技术对井下工控系统实现远程控制，实现全面感知、万物物联、远程控制、一键开停、少人无人、智能分析的目标，全面提升煤矿生产水平、安全水平、管控水平。

二、总体思路引领

阳煤集团加强顶层设计，立足高起点、高标准，坚持“总体规划、试点建设、标准先行，架构科学、分步接入”的原则，稳步推进智能化矿山建设。

目标：建立5G网络覆盖；建立工业物联网平台，实现集中控制、监控、调度；采掘智能化、基本实现无人少人操作；供电、排水、皮带集控、主提升、通风等重点环节实现无人值守、远程监控；推广机器人应用；建立相适应的管理架构和制度。

原则：坚持总体规划，分步实施；坚持实用和适用；坚持一次做好，只做一次；坚持装备信息同步，共建共享；坚持业务驱动，效果为先。

建设思路：以阳煤集团新元公司为试点单位，集全集团之力，在相关政策、人员配置、设备选型方面提供全面支撑，力争用两年的时间完成试点智能化矿山的建设。

三、总体架构先进

阳煤集团智能化矿山建设的总体架构为：坚持用顶层设计指导建设改造的原则，引进先进成熟的应用成果，突出系统间的关联闭锁关系，突出工业自动化监控系统和业务管理系统的集成，体现技术的先进性、运行的经济性和信息的效益性，以一体化工业物联网平台为核心，实现对现场信号和业务数据的远程采集、监测、集控等一系列功能。

阳煤集团智能化矿山系统设计由面向系统纵向结合，改变为从底层设备到上层监控指挥软件的横向融合，打破传统的面向子系统的“纵向划分”方式，依照信息系统构成原理，采用面向层次的“横向划分”方式，划分为感知层、传输层和应用层三层，其中应用层又进一步划分为监控层、云中心和展示层三个子层。每个层级的功能服务明确、接口协议标准，各层之间是服务与被服务的关系，形成一个互联互通的扁平化信息系统，彻底消除信息孤岛，实现信息共享、分工处理。按层级划分有助于监控设备的标准化，增强互换性、互操作性，促进技术进步，简化井下监控系统构成，降低维护工作量。

四、关键技术带动

阳煤集团积极推进各项先进技术在煤矿运用，用关键技术带动智能化快速、全面建设。

1.推进5G网络在煤矿井下的使用

阳煤集团加快推进5G通信在煤矿井下的使用，实现企业智能化转型对无线网络的应用需求，解决网络传输、基站断线丢包、无线接入、控制系统延时等问题，以满足工业环境下设备互联和远程交互的应用需求。

2019年9月，中国移动、华为公司、阳煤集团签署战略合作协议，开展研究合作。全国首个煤矿井下5G基站及其组网落户阳煤集团新元公司。

2019年11月18日，完成井下不同应用场景的5G覆盖测试工作。通过与山西移动、华为公司进行密切沟通，确定了井下5G融合通信组网方案。方案由融合通信平台、综合接入网关、录音录像服务器、网络安全防火墙、上网行为管理、触摸屏调度台、手机管控平台、网络交换机、矿用隔爆兼本安型交换机、矿用隔爆兼本安型基站、矿用隔爆兼本安型不间断电源、矿用本安型手机、矿用本安型转换器等设备组成。

全面推进应用场景建设。一是落实防爆摄像头和防爆手机等5G终端视频设备的研发取证进度，实现对井下主要辅运巷、胶带巷以及部分综采工作面和掘进工作面设备、人员、环境的透明可视化管理，有效保障矿井安全生产和人员生命安全；二是在综采工作面探索研究5G+微波技术，以解决工作面设备移动易造成光纤损坏的问题；三是研究工作面采煤机与顺槽集控中心的数据5G传输和远程控制，及工作面5G视频与电液控系统的协同作业；四是为综采工作面安装无线传感器及5G数据采集设备，实现对设备运行数据的实时无线采集；五是开展“掘进机自动化远程监控技术的研发”，对掘进机进行自动化改造，利用5G低时延特性，探索掘进机的远程操控功能，提升掘进作业安全性；六是在井下一条胶带运输巷、一个机电硐室安装5G移动巡检机器人，实现设备现场高清视频、语言、红外成像等数据的实时回传，通过智能识别功能准确判断设备当前运行状态，对煤矿设备运行故障超前预判、预警，减少故障停机时间，实现胶带运输、供电、排水等系统的“无人值守”；七是在打钻巷道加装5G无线高清摄像头，结合“一钻一视频”平台视频分析技术，提升打钻施工作业水平；八是建设5G设备远程诊疗系统，实现设备全生命周期管理；九是逐步将公司现有的自动化子系统、信息子系统与5G网络进行融合应用，实现多网合一、互联互通。

2.重点推进综采智能化技术应用

阳煤集团从2011年开始对综采自动化技术进行调研，目前，全公司投入电液控及自动化装备约45套，累计在80多个工作面进行了应用，不仅提高了工作面平均单产，还达到了减人、降低吨煤材料成本的效果。

技术方面实现了采煤机远程控制和记忆截割；瓦斯浓度与采煤机速度自适应截割；液压支架跟机作业；远距离远程供配液、供电以及液泵等设备的远程一键顺序启停；采煤机、工作溜、转载机、破碎机、皮带机、乳化顺槽控制。

阳煤集团先后对北京天玛、德国玛珂、郑州煤机、中国矿大、天津华宁等国际国内的先进技术与装备进行了推广使用和研究改进，2019年，国家科技攻关课题“高瓦斯矿井智能开采安全技术集成与示范”项目在新元31004智能综采工作面落地实施。

3.“技术一张图、管理一张网”的应用

阳煤集团安全生产运营管理平台基于“一张图”管理理念，统一GIS平台，统一管理平台，建立集团层和矿井层调度、生产技术、地测、通风、机电、安全、培训、煤质等安全生产部门的业务管理系统，实现安全生产信息集成共享、业务协同和一体化管理，形成了“技术一张图、管理一张网”的新型管理模式。基于此系统，阳煤集团建成了国内外第一个全集团分布式协同、高度透明展示和一体化管控的智慧、高科技矿区，为煤矿企业领导层正确决策提供科学依据，在煤炭行业具有很强的推广应用价值。

截至目前，集团系统和各实施单位系统用户总数达到18000多名。系统已经成为集团公司安全生产各部室与实施单位处理日常业务和指导生产的支撑手段，取得较好的应用效果。

生产层面：全面监测矿井安全生产状况。通过专业数据分析处理、监测监控、综合自动化等数据，实时监测技术成果、人员、设备和环境的最新状态。

技术层面：不但数据采集、数据处理自动化和规范化程度高，而且实现了图形集成服务与协同更新。对于灾害治理，尤其是瓦斯治理、防突管理，提高了其数据和图形处理的专业技术水平和应急响应能力。

安全层面：实现了全集团安全生产时空大数据分析，达到了发现历史安全规律、概括安全生产现状、预测未来安全形势的目的；实现了基于透明化矿山的安全生产远程巡查，为安全生产管控提供了全新的高科技手段。

管理层面：通过“一张图”数据的高度集成与共享，实现集中管控、协同调度；通过大数据分析和预测预报预警，为管理层提供分析依据，为领导层决策提供支持。

4.推动调度集控中心建设

阳煤集团从2017年开始，推进调度集控中心建设，整合生产、通风、电力调度，实现对人员定位、产量、瓦斯、工业视频的监测，以及对供电、供水、大动力设备、皮带集控、综采设备等远程监控。

新元公司作为试点单位，调度集控中心建设实现了如下功能：对大动力设备的远程集控和无人值守，矿调度中心对井下主要系统的远程集中监控；具备了地面启停所有主要运输皮带机、给煤机等设备的功能；对公司瓦斯抽采管路的全方位实时监测；变电站、采区水仓、中央水泵房、瓦斯抽放泵站、压风机房实现无人或少人值守；大巷防尘喷雾装置具有自动运行与远程集中控制功能；实时监测井下工业环网以及各节点设备的网络运行状况；矿井风井场地通风机及风门远程开停和在线监控以及报警、信息显示等功能；立井提升机的远程集中监控。

5.开展机器人的研究应用

2017年以来，阳煤集团根据山西省深化国企国资改革重点工作要求，紧紧围绕阳泉矿区高瓦斯、复杂地质条件、矿压显现剧烈、巷道变形大的实际情况，投资4360余万元在矿用工业机器人技术应用方面进行了研究和探索。目前正在对井下灾变区侦测、井下瓦斯管道检测、蛇形侦测、井下巷道变形及通风系统监测、自动截割和远程监控掘进、胶带输送机巡检、井下变电所和水泵房巡检、输电线路巡检共9类工业机器人技术项目进行研究和探索，其中输电线路巡检机器人项目已于2019年12月结题验收，其余8个机器人项目正在积极研发中。

6.先进煤机装备的研究应用

阳煤集团联合德国布朗公司研发全国首部直角转弯刮板输送破碎一体机，填补了国内在刮板输送机直角转盘、双面溜槽和可更换齿排链轮高端制造技术方面的空白，成果达到了国际领先水平。通过在新元公司3207综采工作面一年来的使用，其主要优势：一是减少了刮板输送机与转载机搭接机构，省去一套驱动装置，实现连续运煤，有效解决了带回煤问题，减少了设备故障点，提高了开机率；二是工作面端头支架采用普通支架即可满足端头支护要求，作业空间得到了拓展，行人通道更为通畅，检修更加方便；三是一体机直角转盘处变线高度低，采煤机卧底量小，装煤效果好；四是中部槽采用双面可翻转设计，溜槽中板磨损严重时可上下翻转，继续使用，有效延长了中部槽使用寿命；五是链轮采用沙克链轮，齿排可拆卸单独更换，较传统的整体锻造式链轮大幅降低了使用成本。

五、管理架构变革

智能化矿山的建设必然会带来业务流程的优化和管理架构的重组。智能化矿山建设从前期调研、需求分析、蓝图设计到系统开发等各个环节，都要重视流程优化工作，实现智能化矿山与业务管理流程的最佳匹配，从技术应用和现代管理模式两方面提升管理水平。

核心是业务流程的梳理和优化、管理职能的界定和划分、组织架构的重组和变革。只有通过颠覆性的管理架构重组，才能从根本上改变现在传统管理的办矿模式，实现与智能化矿山的完美契合，真正实现从机械化、自动化、数字化到智能化的跨越。