智能化礦井建設的探索與實踐

摘要：隨著我國社會經濟的快速發展，礦山行業也開始向集約化、精細化方向轉變，如此不僅效率高，而且安全，因此智能化已經成為當前礦山發展的主要形式之一。我國智能化技術起步較晚。因此，做好相關研究分析工作具有現實意義。

關鍵詞：煤礦智能化：分級分類：頂層設計：因礦施策：管理保障：人才培養

引言

從長遠角度來看，礦山智能化問題已經覆蓋到生產的各個方面，例如華能伊敏露天礦，神華準能集團黑岱溝煤礦、哈爾烏素煤礦等，在智能化建設過程中以基礎通信網絡平臺為基礎，逐漸構建了一套完整的煤礦智能化平臺，能夠對煤礦的生產過程進行模擬，并實現了生產調度、監控系統及通信網絡之間的對接，且隨著相關技術的發展，礦山管理信息系統、GPS車輛智能調度系統等逐步集成在煤礦智能化平臺上。

智慧礦山已成為未來煤礦生產的主要方向，現有的智能化建設只能實現部分生產環節的自動化，技術缺陷較為明顯，如難以對設備的運行情況進行監督、信息交互效果不理想等，阻礙了老煤礦智能化建設進程。為了能夠更好地適應未來生產需求，在智能化建設過程中需要充分發揮現有技術的優勢，依托技術條件成熟的物聯網平臺，構建完整的智能化建設路徑，從而更好地推動智能化建設進程。實現井下少人化，個別區域無人化作業，提高整體生產功效。

2煤礦智能化建設意義

大力推進煤礦智能化建設，是防范遏制煤礦重特大事故的治本之策。一方面，能夠減少井下作業人員，大幅度降低作業人員風險，實現“無人則安、少人則安”;另一方面，能夠提高安全管理效能，借助安全大數據應用平臺和AI傳感技術，對設備工作狀態、人的作業行為、隱蔽致災因素開展的動態監測、實時預警。同時，大力推進煤礦智能化建設，是滿足礦工對美好生活向往的現實需要。我國有近300萬煤礦工人，長年工作在陰暗潮濕的井下，勞動強度大、工作時間長、危險系數高，通過煤礦智能化，可以改善煤礦工人作業環境，降低勞動強度，減少職業危害，提升安全系數，賦予員工更多休息時間，提高煤礦工人幸福感、獲得感、安全感。此外，大力推進煤礦智能化建設，是實現煤炭行業高質量發展的必由之路。

3煤炭行業智能化發展之路

3.1因礦施策，分類分級建設智能化煤礦

我國煤炭開采以井工開采為主，隨著開采技術和裝備的不斷發展，以及不同地區資源賦存條件的變化，各個煤礦生產企業生產水平差距正逐步在拉大，發展愈發不平衡。我國煤礦智能化建設尚處于初級階段，國內不同區域煤層賦存條件、開采技術與裝備水平、工程基礎、建設目標等存在較大差異，亟需建立完備的智能化煤礦分類、分級評價指標體系，從而根據礦井的實際地質條件因礦施策地建設智能化礦井。

根據生產能力、煤層埋深、煤層傾角、煤層穩定性等14個分類評價指標，結合智能化建設的難易程度，把煤礦按照智能化建設條件分為一類煤礦、二類煤礦和三類煤礦，并相應細分為初級智能化煤礦、中級智能化煤礦和高級智能化煤礦。智能化煤礦分類的目的就是調整不同煤炭資源賦存條件的智能化等級評價門檻;因此分類評價指標必須遵循2個原則：一是分類指標必須客觀;二是結合實際，體現智能化建設的相對難易程度。其中，一類煤礦代表一些我國西部煤炭資源賦存條件比較好的大礦;二類煤礦代表中東部煤炭資源賦存條件一般的礦井;三類煤礦則代表云南、貴州、四川等地煤炭資源賦存條件較差的礦井。

3.2夯實智能建設基礎

綜合考量煤礦安全管理、生產經營、采掘裝備等實際需求，開發智能一體化管控平臺，建立煤礦云計算數據中心，推動煤礦信息網絡升級，實現煤礦地面和井下工控網絡高度融合，為煤礦分析決策、遠程控制提供可靠通信保障。

3.3頂層設計

煤礦智能化建設，標準先行，制定科學的頂層設計至關重要。國家能源集團按照相關要求，下發《關于加快煤礦智能化建設的實施意見》《關于進一步加快煤礦智能化建設的通知》等相關文件，明確了2022年實現5個100%的建設目標，并開展“十四五”煤礦智能化建設規劃編制及礦區智能化建設與產業發展研究，打造以高效智能為特色的礦區、以安全智能為特色的礦區、以綠色智能為特色的礦區，在行業內部形成示范效應，引領煤炭行業智能化建設。

3.4應用定位系統

在礦井企業的生產過程中，需要全面做好礦工的安全管理。當前利用定位系統可以實現礦工的信息化管理，這對于提升管理效率、改善安全性具有重要意義。利用技術設備的優越性，可以及時掌握礦工的基本情況，從而對相應的參數進行觀測，這對于提升工作作業的安全性具有重要意義。

礦工定位系統作為礦井智能化建設的基本技術，可以借助物聯網的優勢，使用GIS和GPS技術的功能，及時將監測到的數據信息反饋到監控中心，利用網絡對數據進行快速傳輸，從而做好數據的分析處理工作，指導一線員工進行安全生產。一旦發生安全事故，定位系統可以提供礦工的分布數據信息，對于開展高效的救援工作降低死亡率具有重要意義。這種定位系統的應用，還能對員工的出勤率進行監測，提升對員工的管理水平。

3.5智能管理平臺軟件設計

3.5.1數據集成

集成原有監測系統中的數據，包括環境監測系統、礦壓監測系統、機電監測系統、通風監測系統和排水監測系統。這些監測數據是智能設備顯示周圍環境數據的數據源。由于各監測系統數據接口不同，需要解決異構數據的集成問題。

3.5.2故障信息繪圖統計

煤礦點檢系統可根據數據統計與分析要求繪制相應圖像，直接反映統計結果，增強用戶在智能化平臺上的體驗。在智能化建設中，采用Higcharts圖表庫，根據點檢系統功能及數據要求，在物聯網平臺上設置標題、坐標、數據來源等屬性。在系統應用過程中，記錄點檢系統關鍵信息的默認數據及關鍵參數，可隨時調取設備故障信息，滿足老煤礦智能化設備管理要求。

3.5.3全面建設領先的信息化基礎設施

高標準建設智能化綜合管控平臺、大數據中心、5G網絡，建設地面智能綜合調度指揮中心，集成智能化指揮、調度、管控、辦公、培訓、展示等功能，實現對井上下各系統的統一協調管控。建設工業設施智能保障系統，具有智能安防、智能車輛管理、智能道路管理、智能門禁閘機管理、智能供熱、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息發布、智能食堂管理、智能園區灌溉、對講及個人移動終端管理，實現工業設施保障系統的智能決策和數據共享。

3.5.4數據交換平臺

數據交換平臺是信息交換平臺，以統一的接口規范實現數據自動提取、數據轉換、數據發送、數據校驗、數據審核等信息和數據的傳輸及共享，提高信息資源的利用率。SIP服務用于語音通訊，提供用戶管理、用戶注冊、呼叫控制和處理、語音數據轉發等功能。智能設備的語音通訊功能需要在SIP服務中注冊，撥號時由SIP服務進行呼叫控制和處理。流媒體服務器用于對智能設備推送的視頻流進行管理，提供視頻的存儲、轉發功能。

3.6加大投資力度

礦井的信息化建設，需要以完善的硬件系統設備作為有效支撐，因此礦井企業在加快企業轉型的過程中，需要加大資金投入，為智慧礦井的建設提供必要的物質基礎。同時還需要重視技術人才的引進以及創新人才的培養，充分引進技術性人才對生產進行高效指導。并重視對員工的安全培訓和技能培訓，為企業的后續生產提供有力的人力資源。

首先，強化市場分工，在確定目標的同時，盡可能提高區域市場占有率。可以根據不同用戶實際需求采取不同營銷策略：如對于需求量大、信譽較好且合作時間較長的老客戶，在確保及時供給的前提下，維持好長久的合作關系;而對于需求量較小但是信譽好的用戶，可以適當在價格上給予優惠，在提升滿意度的同時，達成長久的合作關系。同時，礦區企業要發展“以礦為本，全面發展，綜合獲利”的思想，對現有業務內容和范圍進行重新劃分，根據市場需求發展構建電氣一體化產。

3.7科學規范有序推進，實現安全高效開采的采煤系統。

自動化采煤是將采煤設備和控制系統有效連接，控制系統根據采煤實際工況下達指令，控制采煤設備自動運行，實現自主采煤。礦山企業要推動自動化采煤技術應用，還要不斷完善地質層識別技術、記憶切割煤技術及遙感控制技術等。

3.8加強空間信息技術在智能采煤中的應用

智能礦山在建設過程中使用的空間信息技術以定位技術、地理信息系統、遙感技術為核心內容。在礦山發展過程中，通過空間信息技術能夠對各項指標和數據進行有效分析，以保證自動化系統的應用效果，確保礦山在生產過程中各項指標順利獲取，實現對礦山信息數據的快速整理和分析，從而建立完善的信息管理制度，并以三維形式展示。空間信息技術在智能化采煤中的應用主要體現在遠程控制、工作面監控、地理信息系統、記憶割煤、煤層生產跟蹤等方面。

3.9煤礦生產信息傳遞

為更好地指導煤礦生產過程，在實現通信網絡技術過程中應重點研究煤礦海量業務數據傳輸問題，期間通過挖掘煤礦生產的關鍵信息，建立數據可視化平臺，在大數據技術支持下快速完成數據處理，并將老煤礦的井下生產情況展示在屏幕上，由生產人員按照要求識別煤礦生產資料，并融合生產、隱患、物資管理、銷售經營報表等數據，實現多數據融合及共享。

在技術實現階段，應注意與煤礦點檢系統相對接，利用煤礦企業成熟的網絡架構、云計算平臺等，直接將煤礦生產信息上傳到物聯網平臺上，并依托可視化平臺，將井下煤礦生產情況體現在屏幕上;或按照遠程調度要求，展示視頻監控區的生產資料，并統計煤礦生產設備及異常生產行為，完成生產過程檢測。

3.10分類分步實施建設

①初級智能掘進工作面建設以實現大部分數據集中上傳、設備遠程集中監控為主要目標，同時具備鉆機電液控制、截割斷面自動成形、運輸系統在線監測等初級功能，根據不同地質條件開展成套技術與裝備的工程示范，提升掘支平行作業率，從而提高單進水平。②中級智能掘進工作面建設以實現工序功能自適應為主要目標，實現自適應截割、鉆機運行參數自適應調節、智能卸料、剛性架自動安裝等，并進一步提升梭車等裝備智能化水平，開展全斷面掘進、鉆錨一體化等新型技術研究，根據不同地質條件開展相應技術與成套裝備工程示范，提高掘進人均工效，減少作業人員。③高級智能化掘進工作面建設以實現數字孿生為主要目標，各設備實現自主精確導航，錨桿、錨網等輔材實現無人定點推送;錨桿支護實現隨頂幫條件變化的自適應動態支護;連掘工作面實現電纜機器人輔助智能移動;實現無人化掘進。

3.11資金投入

加大智能化煤礦資金支持力度。設立煤礦智能化專項資金，優先支持煤礦智能化技術與裝備研發、工程建設等項目，將煤礦智能化裝備納入國家智能制造發展規劃，對高端綜采綜掘智能化裝備、重大災害應急救援智能裝備等重大裝備研發和應用給予財稅政策支持。每個智能化礦井建設根據實際情況給予配套資金支持，優先安排項目資金、成果評價及驗收推廣等事宜;在下達產量計劃、核增產能、相關指標及重點工作任務方面，應充分考慮煤礦智能化建設水平、試驗運行狀況、管理變革、人才建設等方面因素。對相關單位列入智能化煤礦建設及技術研發方面投入的資金，應給予視同研發投入的政策支持。

同時，應充分考慮煤礦所在區域、建設規模、煤層地質賦存條件、生產技術條件等不平衡性，以及各指標要素對智能化主系統影響程度的差異性，引導企業進行科學合理的智能化建設投資。

3.11運行維護保障

推進運行維護體系建設，形成信息技術人員和業務骨干相結合的聯合運行維護團隊。設置煤礦智能化專職業務部門，負責本礦井的智能化建設和管理。建設生產過程精益化管理體系，加強生產系統的運行、維修、保養精細化管理，形成智能化煤礦的管理、運行保障條件;加強運維人才培養，支撐新技術、新裝備應用，以期為智能化煤礦的管理、運行提供保障。組織建設全國煤礦大數據中心及應用云平臺，形成智能化煤礦高質量運行的新模式。

結束語

綜上所述，隨著信息化技術的快速發展，越來越多的行業逐步實現了自動化和智能化的生產，這是未來的發展方向。礦山企業也不例外，應順應時代快速發展的需求，引進自動化和智能化技術，建設智能礦山。

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劉曉賓，1987年2月2日，男，漢族，內蒙古涼城縣人，就職于國家能源集團保德煤礦，調度主管，工程師，本科學歷，主要從事礦井采煤、機電、監控等研究。