豹子溝煤業數字化礦山建設實踐研究

王常軍

（山煤國際能源集團煤業分公司蒲縣豹子溝煤業，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

山煤國際能源集團股份有限公司煤業分公司蒲縣豹子溝煤業井田面積為11.188 6 km2，可采儲量8762 萬t，設計生產能力90 萬t/a，當前主采二1 煤。豹子溝煤業主產肥煤，是焦化業的必要煤種，肥煤加熱時產生大量的膠質體，能夠生產出強度高的焦炭。豹子溝煤業是一個資源整和礦井，在推進煤礦高效開采的同時，也對煤礦進行了全面的數字化自動化建設，力爭實現數字化礦山。該礦主要完善了礦井數據、語音、視頻、控制的基礎網絡建設，將礦井各自動化子系統數據通過網路手段采集到統一平臺，完成了礦井綜合自動化建設，構建安全生產運營中心，實現對礦井各類安全、生產實時監控系統的數據采集、處理、存儲、展示與綜合分析，并應用專業應用系統和專家分析決震模塊，形成豹子溝煤業數字化信息安全管控系統。

2 豹子溝煤業數字化礦山建設實踐

豹子溝煤業數字化礦山建設圍繞提升企業“三個水平”（安全水平、自動化水平、管理水平）、提高企業核心競爭力的目標進行建設，實現礦井固定區域生產現場的“無人值守，有人巡視”，移動區域生產現場的“少人值守，有人巡視”，提升礦井安全與生產管理信息化和決策科學化水平，達到管、控、監一體化及減員增效的目的。豹子溝煤業在兼顧煤礦已有的設備、設施及系統的基礎上，按照數字化礦山建設工程模型，建設萬兆工業以太環網為傳輸主干網的統一網平臺、私有云數據平臺、安全生產管控層、三維可視化平臺等。

2.1 網絡平臺建設

豹子溝煤業高速工業以太環網的建設遵循高速化、標準化、安全可靠、易擴充升級的原則進行設計，同時充分考慮該煤礦總體規劃和網絡建設的現狀，建設覆蓋地面、井下的萬兆工業以太環網，在核心層采用萬兆工業以太網技術，通過萬兆鏈路將各環網的交換設備鏈接到網絡系統的核心層次，同時具備高冗余性能。

網絡平臺的建設中，采用了KJJ32 礦用本安型環網接入器和KJJ18 礦用本安型萬兆環網接入器，為豹子溝煤業數字化礦山的主要網絡建設提供了核心設備。在網絡平臺建設中應用了基于礦用無源光網絡GEPON技術的數字化礦山井下骨干網絡設備，該系統成本低，帶寬可動態分配，組網靈活，易于擴展，適合于綜合傳輸視頻、數據、語音等信息，用作全礦井綜合自動化系統的高速主干傳輸。

2.2 私有云數據平臺中心建設

豹子溝煤業目前有幾十個監測監控、生產自動化、經營管理系統，而且隨著企業信息化水平的逐步提升，后續還需建設眾多的系統，需要采購服務器、存儲設備，操作系統越來越多，且需要專業的人員進行管理，每部署一套系統，就要增加一臺服務器，一臺服務器只為一臺系統服務，服務器CPU內存等硬件資源的使用率可能10%都不到，嚴重造成了資源浪費。云計算管理技術可有效解決豹子溝煤業公司信息服務方面存在的上述問題。針對豹子溝煤業的情況，進行了私有云數據平臺中心的建設，主要內容包括數據中心云一體機部署、網絡設備部署、私有云平臺軟件部署調試，需要集成到安全生產管理平臺、三維可視化平臺中系統的數據采集。

私有云數據平臺中心的建設還包括建設統一的操作運行管理平臺，能夠對云服務進行端到端自動化部署，同時快速響應資源調度與業務變更的服務需求。在設計時采用的集中統一的云計算運行管理模式，以統一集中的方式進行數據中心基礎架構的運行管理，云的操作管理平臺能夠對計算、存儲、網絡進行整合，在用戶操作平面上形成單一的界面，在邏輯結構、運行結構上很清晰，管理層次少。

2.3 安全生產管控層建設

安全生產管控層是數字化礦山建設的重要組成部分，處于控制層的核心地位，向下連接設備層，向上連接信息應用層。豹子溝煤業安全生產管控層建設情況：在安全生產管控層中集成綜采監控系統、帶式輸送機運輸監控系統、供電監控系統、安全監控系統、人員定位系統、視頻監控系統、4G 通信系統，利用ABB 的80xA 軟件平臺及EOW-x3 操作臺構建煤流、電力分控中心，進行面向生產部門的專業管控。

安全生產管控層系統集成方式有兩種：一是OPC 方式，包括：綜采監控系統、環網監控系統；二是ABB 的VIP 協議，包括；安全監控系統、人員定位系統、無線通信系統、視頻監控系統。

煤流分控中心建設在地面調度室，用以實現主煤流輸送機的遠程監測監控功能。分控中心主要由地面調度指揮平臺及底層單機控制系統組成。

電力分控中心采用三層結構，主要由監控中心站、變電所監控站、終端開關等設備組成，在井下以電力監站為核心，以萬兆環網為通信平臺，增加變電所門禁功能、視頻聯動功能、語音報警功能、環境閉鎖功能，配合后臺軟件，將變電所的就地操作和供電信息管理完全轉移至地面電力分控中心，實現井下變電所無人值守，充分發揮煤礦電力監控系統的“五遙四聯動”功能，以提高井下電網的可靠性，大幅度提升供電管理的工作效率和信息化程度，縮短故障排除時間。

2.4 三維可視化平臺建設

三維可視化礦山平臺實現從上游礦井基礎數據認知采集處理、中游二三維可視化展示分析，到下游信息發布共享和增值應用的全息過程覆蓋，為數字化礦山建設提供從設計、運行、實時監測、過程控制到管彈的一體化、一站式產品。

豹子溝煤業三維可視化平臺建設應用煤科總院北京研究院研發的煤礦數字化礦山綜合管理平臺。在該平臺中實現礦區的信息三維可視化、井上下三維可視化、礦山地質體三維可視化；集成安全監控系統、人員定位系統、視頻監控系統、產量監控系統、通信聯將系統（4G 通信，井下電話、井下擴播系統）、綜采監控系統、主通風機監控系統、副井提升監控系統、供電監控系統、帶式輸送機運輸監控系統、洗煤廠監控系統，實現上述系統的數據和狀態動態監測與三維可視化，并進行數據的增值利用。通過三維可視化平臺，再現了綜采放頂煤、煤流運輸等工藝過程。通過實時動態采集多系統數據進行融合分析，結合井下實時監測數據與巷道空間拓撲的避災線路，實現了實時動態規劃與發布功能；實現安全監測數據預警分析和各類風險信息跟蹤，對礦山企業危險源、隱患、事故等信息的定位記錄和管理；并在突發事件下為決策者提供全面的應急決策信息支持，最大程度降低發生事故的概率和減少事故所造成的損失。

3 數字化礦山建設效果分析

豹子溝煤業數字化礦山建設后，通過井下高速工業環網，井下控制、監測信息傳輸實時、可靠；各專業分控中心系統的建設，提升了采、掘、機、運、通等系統的集中管控水平，實現減人增效，提高設備運轉效率，節約能源；私有云數據中心的建設，可進行大數據挖掘與分析，進行數據增值利用；三維可視化平臺的建設，實現了礦區地理信息三維可視化、礦山地質體三維可視化、井上下三維可視化、安全生產可視化監測預警等，實現了礦山安全、高效生產。以下主要是從減人增效、提升安全、加強管理三方面進行分析。

（1）減人增效。數字化礦山的建設實現了生產過程的自動化，所產生的經濟效益首先體現在減人增效、降低成本方面，最為突出的有生產、通風、機電、運輸等專業，減少礦井機電設備的崗位工（操作司機），實現“有人巡檢，無人值守”，由原來“坐崗”變成“巡崗”，減少部分人員。

（2）提升安全。數字化礦山建成后，實現在地面集中監測監控，減少井下工作人員數量，降低井下工作人員傷亡的可能性。在生產之前，根據勘探數據模型模擬真三維環境下的礦床和其地質、水文環境，井進行空間預測和不確定性分析，在此基礎上進行開拓設計，再根據生產過程中信息進行動態調整，優化采掘設計，最大限度提升生產時的安全。實時監測礦山生產工況，及時發現危險信號，實時進行多因素綜合分析和系統評估，當危險臨近或發生意外事故時，可以立即進行預警、報警并自動提示相關的應急預案，最大限度減少人員傷亡和財產損失。

（3）加強管理。通過網絡、手持終端等方式及時將安全生產信息，日常辦公業務進行推送提醒，提高辦公效率，深化了無紙化辦公。通過專業化管理，提高管理部門礦井生產的服務質量和管理水平；通過對在線設備運行數據及維修計劃、產運銷數據的統計分析、井下物流運輸與物資購消耗管理等企業經營管理數據與現場過程動態數據融合分析，提升了企業生產過程的精細化管理。

4 總結

隨著信息化及自動化、物聯網技術的不斷發展及行業應用，數字化礦山在保障礦山本質安全、高效開采、綠色生態、高度集約化，實現礦井災害綜合防控、采礦自動智能化、安全監管全息可視、運營決策分析等方面起到了積極作用。本文以山煤國際能源集團煤業分公司蒲縣豹子溝煤業為研究對象，進行了數字化礦山建設的實踐應用研究，實踐應用效果理想。數字化礦山建設后，提升了采、掘、機、運、通等系統的集中管控水平，實現減人增效，提高設備運轉效率，節約能源；可進行大數據挖掘與分析；可實現礦區地理信息三維可視化、礦山地質體三維可視化、井上下三維可視化、安全生產可視化監測預警等，實現了礦山安全、高效生產。