颠覆煤矿生产旧观念 开启智慧唐煤新时代

文/马忠德 郭晓胜 任文涛

在全国煤炭行业率先提出了以控员、检验、操作、预警、管控、闭合为主的“六个智能防冲”超前理念，实现了超员报警、视频监控、智能钻进、综合预警、闭合管控等防冲系统安全管理

智慧矿山建设引领全国煤炭行业生产模式变革，为煤矿提质增效、产业提档升级提供强力支撑。唐口煤业公司作为山东能源淄矿集团的主力矿井，依托大数据、工业互联网等新技术开启智慧矿山建设之路，通过科学规划，强化信息化建设和关键技术攻关，取得积极成效，实现了一键启动采煤、智能机器人巡检、掘进工作面远程操控、井下人员精确定位等，真正形成了“少人则安、少时则安、无人则安”的新局面，不仅让煤炭开采这一传统行业焕发出新活力，颠覆了社会对煤炭生产的认知，也为煤矿安全生产提供了智慧保障。

一、高标准定位，绘制智慧矿山建设蓝图

面对智慧矿山发展大趋势，唐口煤业公司牢牢树立“智能开采、安全生产”的理念，以打造“行业引领、国内一流、国际领先”为目标，聚力开展智能化技术研究，构建起智慧防灾、智慧生产、智慧辅助、智慧信息、智慧党建“五大智慧系统”。

早在2018年年底，唐口煤业公司成立了“一把手”挂帅的“智慧矿山”建设指挥部，按照“整体规划、分步实施、统筹协调”的建设思路，编制完成了系统性、针对性、可操作性俱强的三年实施规划，总投资3.08亿元，购置各类设备1562台（套），确定了45项重点建设项目。计划三年内分步实现矿井自动化、数字化、信息化，最终实现矿井资源空间可视化、采矿装备无人化、工艺控制自动化、生产计划专家化、人员本质安全化、业务流程数字化、决策支持智慧化和生产执行智能化，达到全矿井各岗位无人或少人操作。

2019年对矿井采煤、掘进、机电、辅助运输及灾害防治等系统进行机械化、自动化改造升级，力争2020年上半年主要生产系统实现自动化。同时，2019年年底完成矿井工业环网由千兆升级为万兆，为下一步各子系统数据集成创造条件。

2020年对矿井采煤、掘进工作面全部进行智能化升级，实现矿井所有采掘工作面智能化生产，初步建成矿井统一的数据中心平台，对机电、辅助运输及灾害防治等系统进行升级改造，利用传感技术、物联网、大数据、云计算等手段，对主系统关键设备、关键部位实现数据再现、全面融合，并将各类生产服务数据集成至数据中心平台，实现数据的预处理。

2021年在数据化再现、集成的基础上，构建二维和三维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动画模型等，将数据加工为直观、形象的表述形式，并在统一的信息平台上进行呈现，最终实现矿井全部图层化管理、实时动态可视化管理的“一张图”智能管理系统。

截至目前，矿井已累计建成6308、6309等2个智能综放工作面；5308轨顺反掘及10304皮带顺槽掘进工作面实现远程可视化操作，所有综掘迎头实现人机分离常态化运行；主煤流、主供电、主提升、主排水等系统实现远程集控、无人值守；全面取消夜班生产，矿井在册职工由2632人减至2307人，平均单班入井人数下降至550人，全员工效同比提高13%，人均创利43万元，为本质安全高效矿井目标奠定了基础。

二、扎实基本功，搭建信息高速通道

智慧矿山信息化建设作为智能装备的“神经中枢”，信息化程度直接决定着矿井的智能化水平。

唐口煤业对矿井工业以太环网和无线通讯系统进行了升级改造，形成一级节点为万兆交换设备、二级节点为千兆交换设备的工业环网系统和无线通讯系统相结合的传输架构，为智慧矿山建设铺设了信息化“高速公路”。将“工业互联网、人工智能、大数据、云计算”等前沿技术融入各生产环节，凝聚了智慧安全系统、智慧生产系统、智慧辅助系统、智慧经营系统四大板块。基于阿里云DATAV数据可视化技术，融合了采、掘、机、运、通等11类生产元素，开启了全系统融合、全智能化服务、全无人化管控的“智慧生态系统”。综合GIS、龙软等制图技术，建立了煤矿技术、机电、通防、地测等专业在线协同制图与管图平台，构建了GIS“一张图”协同管理系统，实现了安全生产信息集成共享、业务协同一体化管理。

唐口煤业依托万兆环网、工业云中心、UWB精确定位系统等先进的信息化技术，对煤矿井下人、机、环的无盲区综合在线监测监控、高精度人员定位、智能设备集中控制以及事故灾害超前预警和可视化进行综合展示，实现“连接无处不在、数据无处不在”的网络全覆盖。

三、稳步推进，关键技术取得新突破

为了确保智慧矿山建设稳步推进，唐口煤业专门成立了“智慧矿山”建设指挥部，下设采掘、机电、地测、通防、信息、防冲等11个推进专班，邀请蓝光、华为等6家专家团队进行专题培训和技术交流；组建了智能化研究所，与10多家科研院校、研究机构结成创新联盟，在关键领域、“卡脖子”的地方下大功夫，集合精锐力量，注重开展重大课题攻关，作出战略性安排，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果的重大突破。

1.聚焦减人提效，构建智慧综放系统

牢固树立“智能开采、安全生产”的理念，购置最新一代自动化控制系统、电液控制系统、双进双回供液系统，对放顶煤工作面支架安装放煤倾角传感器，实现了工作面高效放煤和精准控制。建成智能综放工作面，实现远程一键启停、自动记忆割煤、自动截割三角煤、跟机拉架、时序放煤、故障自诊断、乳化液自动配比、三机变频远控等“有人监控巡视，设备自动作业，三机变频集控”的生产模式。工作面智能化开机率达87%，人均工效提升30%，单班作业人数降至10人，人均工效由60吨/工提高至90吨/工。

2.聚焦创新突破，构建智慧掘进系统

制定以“人机分离、液压控顶、掘支平行、接力运输、远程控制”为核心的“五步走”智慧掘进发展规划。将综掘机液控系统全部改造为电液控制系统，并增设无线控制模块，实现迎头30米范围人机分离控制；加装支撑式液压支护平台，实现综掘机与临时支护的同步推进；引进“掘支卸”一体机，实现迎头掘进、支护、卸压同机作业；完善单轨吊系统，实现物料“一站式”运输作业；增设高保真自清洗透尘摄像仪、机身陀螺仪，升级各类传感模块，实现综掘机远程遥控，并初步完成“仿形截割”功能。当前，唐口煤业综掘工作面智能控制历经“本机手动操作”“近距离电液控制遥控作业”“远距离可视化遥控作业”“仿形记忆截割控制”“数字孪生透明化掘进”五个阶段，4项关键技术得到突破。

“掘、支、卸”一体化多功能综掘机的应用。根据现场实际需求，由上海创立量身定做，具备掘进截割、临时液压护顶、双臂高效钻锚、双臂超前卸压等功能，所有作业均可实现遥控操作。另外，工作面煤流系统实现了集中控制，同时单轨吊车直通迎头，提高了辅助运输效率。

仿形记忆截割技术的应用。为实现掘进减人提效，联合江苏启东科技公司研发应用了该远控技术。综掘机装载7台高清强透尘自清洗摄像机，可自动过滤扬尘、清除污渍，保证画面清晰。综掘机安装高精度陀螺仪，实时测量综掘机姿态。综掘机两侧摄像仪可通过导线点、激光点结合巷道尺寸自动生成巷道断面截割轮廓，实现仿形截割。系统具有记忆操作功能，根据记忆指令实现一键自动截割。

数字孪生模拟技术的应用。智能掘进作为公司智能控制中心“智慧生态”大系统中的重要元素，应用了数字孪生模拟技术，通过三级递进式界面将现场“人、机、物、环”等所有信息进行数据再现，集成到一个平台中，实现系统大数据融合，联动展示整个设备工作周期。通过环境监控能够自主识别瓦斯超限、冲击危险、停风停电、设备故障等预警信息，及时反馈值班人员或自主断电，起到智能决策的目的。

通过智能掘进工作的推进，掘进工作面迎头单班直接生产人数减少到8人以内，累计减员90余人，掘进效率提高15%，安全系数也得到了有效保障。

3.聚焦安全防控，构建智慧防灾系统

运用大数据、虚拟现实等技术，建成了涵盖双重预控、PDCA闭合管理等6个安全管理子系统的安全管理信息系统，实现各类风险、隐患、问题的实时精准管理。在全国煤炭行业率先提出了以控员、检验、操作、预警、管控、闭合为主的“六个智能防冲”超前理念，实现了超员报警、视频监控、智能钻进、综合预警、闭合管控等防冲系统安全管理。建立矿井“一通三防”大数据智能分析预警系统，全面融合通防专业各类监测数据，实现了灾害动态预判和适时预警；在井下主要巷道安装通风智能决策与远程控制系统，做到风窗自动调节与远程控制，实现系统稳定、精准配风。引进KJ128（A）型井下人员精确定位系统，系统巡检周期不超过4.5秒，系统静态定位精度误差0.2米以内，切实满足了井下人员精准定位的要求。

4.聚焦无人则安，构建智慧辅助系统

坚持“少人则安、无人则安”的理念，大力推进各生产辅助系统“无人值守，智能控制”作业模式，实现累计减员60人。

主井提升系统。将主提升、南副井提升集成至本部副井控制室，实现“万米远程驾驶”运行功能，为全国煤炭系统首创。

主煤流运输系统。将6部不同系统、总运距超1.1万米的大型皮带机集中整合，实现地面集控室智能控制。

主排水系统。根据水仓水位自动控制各泵房排水机组运行，实现矿井智能化分步式排水。

供电系统。将各级供电系统的运行监控数据并入电力监控系统，实现井下供电网络故障自诊断。

压风系统。根据井下需求自动调节空气压缩机开停机投运数量，实现了自动控风。

辅助运输系统。成立“一站式”物流中心，引进国内首个“UWB”精确定位智慧化调度系统，实现运输作业自动调度、物料流程电子化、物料运输自动跟踪与管理。

煤炭发运无人值守系统。安装无人值守自动过磅ATM终端、自动冲车平台，实现了客户自助刷卡、系统自动验证车辆信息、自动提取重量数据，发运效率比原来提高30%。

5.聚焦物资超市，构建内部市场交易物流系统

基于物联网、云计算等先进的信息技术，建立矿区物资供需全方位互动机制，实现了物资超市的智能管控。为了使物资供应迈上信息化“快车道”，利用“互联网+”思维，优化了内部市场交易物流系统，完善了操作流程，建立起集物资收发、结算和库存查询于一体的系统，使矿井各区队随时掌握区队当天消耗的材料情况，完成日清日结工作，同时极大减少了统计的差错率，大大提高了工作效率。系统实现了物资的合理配置和资源共享，不仅消除了库房物资积压、资金大量占用、人员重复配置的不良弊端，而且方便区队材料领取，为打造资源节约型企业注入了活力。

6.聚焦红箭领行，构建智慧党建系统

将党建与“互联网+”深度融合，形成了集会议互动、安全教育、监督考核、宣传学习等功能于一体的“1125”智慧党建工作模式。围绕党务工作建设，打造了一个硬件标准化、软件智能化、资料数据化、工作信息化的智慧党建中心，塑造出富含唐煤特色的“红箭·领行”文化，并形成电脑和手机两个客户端。构建了以“目标定向、情境体验、安全体感、心理疏导、规程对标、模拟实操、心智重塑、现场践行、综合评审”为核心的九步法安全心智体感教育，并被评为济宁市安全生产警示教育基地。