貴州新田煤礦智能化建設探索新路徑

聶建華 宋永灤

貴州豫能投資有限公司新田煤礦自2020年底成為全國首批智能化建設示范煤礦以來，通過積極探索和創新創造，走出了一條瓦斯災害嚴重礦井煤礦智能化建設之路、探索之路、示范之路。

頂層設計謀新篇

新田煤礦隸屬于貴州豫能投資有限公司，位于素有“水西門戶、貴筑藩屏，黔中腹地、省府咽喉”之稱的畢節黔西市下轄的甘棠鎮，是貴州省實施“西電東送”重要戰略的重點配套煤礦。

井田面積約35.92平方公里，設計規模120萬噸/年，屬煤與瓦斯突出礦井，主采煤層為4#煤和9#煤，煤層瓦斯含量達24.98m3/t，瓦斯壓力達2.94Mpa，與貴州地區其他煤礦一樣，瓦斯災害是新田煤礦安全生產的主要制約因素。

煤礦智能化是一個多專業復合性較強的系統工程，新田煤礦先后到河南、山東、內蒙古等地區考察，與中國礦業大學、山東科技大學等高等院校學習交流。在貴州省能源局及相關專家的多次幫助指導下，新田煤礦明確了智能煤礦關鍵技術要達到“國際領先、國內一流”的總體建設要求，要實現“設備智能運行、工程智能設計、災害智能預警、生產智能決策”的具體目標，要達到“安全高效、減人提效”的最終效果。

科學施策抓落實

2018年3月，根據貴州省《貴州省煤礦智能機械化升級改造建設與驗收暫行辦法》要求，新田煤礦建成了輔助系統智能化，裝備了2個智能化綜采工作面，完成了4個工作面智能化采煤，建成了2個智能化綜掘工作面。

2021年5月，新田煤礦召開了全面智能化建設啟動大會，把新田煤礦智能化建設項目確定為貴州豫能、新田煤礦的“一把手”工程，成立了從貴州豫能到礦井的兩個專班小組。

一年多來，新田煤礦以模塊化設計、分層式展示為主線，建成了可自定義配置，數據共享的綜合智能化平臺。包含智能化輔助系統、智能化采掘系統、智能化經營管理系統、智能化調度系統、智能化安全管控系統、智能化協同設計系統、智能化通防系統等七大模塊，集成了50余個子系統。

1.智能化輔助系統：包含主煤流運輸、供配電、通風等13個子系統，所有系統均通過5G/F5G網絡進行數據匯入實現數據融合、安全管控和高效傳輸。

其中，主煤流運輸系統在5G傳輸基礎上實現了機器人+智能AI識別系統+鋼絲繩在線專家診斷系統+皮帶保護系統整體數據的融合，實現了遠程控制、全方位監控、本質安全管理；智能供電系統在5G基礎上利用機器人+智能AI識別技術實現設備現場超高清視頻、語音、紅外成像等數據的實時回傳及設備運行故障的超前預判、預警功能，真正實現了無人值守。

2.智能化采掘系統：包含智能化綜采和智能化綜掘子系統。

其中，智能化綜采工作面具備集控中心對綜采工作面所有設備一鍵啟停功能，實現了采煤機射頻精確定位、記憶截割、液壓支架跟機移架、三機聯動控制功能，生產期間以記憶截割為主、人工干預為輔的智能化采煤方式，同時配備18個智能AI識別攝像儀，對工作面整個系統實現全方位安全監控。智能化綜掘工作面實現了就地遙控控制、井下風門外集控室遠程控制和地面集控中心遠程控制，掘進工作面記憶截割、運輸成套設備“一鍵啟停”；裝備了鐳射導航系統，實現了掘進機的自動定位、定向、定姿功能；綜掘機后方、各個轉載點配備了智能AI識別攝像儀，人員接近設備運行危險區域具備智能識別與報警功能。

3.智能化經營管理系統：包含OA辦公、經營管理、設備管理、生產計劃動態調控等8個子系統；實現各種公文、物資管理、成本管理、安全管理等日常辦公的流程化、精細化管理。

4.智能化調度系統：包含綜合調度指揮、應急廣播、調度通信等5個子系統，實現了井上下透明管控、全方位調度指揮管控。

5.智能化安全管控系統：通過構建瓦斯災害防治、水害防治、火災防治、頂板災害防治、粉塵災害防治系統，實現了五大災害的精準管控。

瓦斯災害預警系統是基于4DGIS建設的瓦斯災害預警與防治決策支持子系統，融合了微震系統、礦壓監測系統、地應力監測系統、瓦斯監測系統等關鍵參數并進行綜合分析，實現地應力分布、工作面瓦斯涌出量預計、煤層瓦斯壓力和瓦斯含量反演、工作面煤層抗壓參數反演等實時計算，并結合煤與瓦斯突出災害的發生機理和演化規律，實現煤與瓦斯突出事故的精準預警。達到了瓦斯災害治理的“專家型”支持系統。

水害防治系統集礦井水文數據采集、處理、預警、輔助決策于一體，實現了水害檢測和排水系統的聯動功能；火災防治系統對井下自燃火災氣體中的CO、CH4、O2、CO2、C2H4等氣體進行精確監測分析，實現對煤礦自燃火災的預警預報；頂板災害防治系統實現對綜采、掘進工作面的壓力監測數據的實時自動上傳和分析，并能預測與預警；粉塵防治系統實現對各個轉載點和工作面粉塵檢測和自動降塵的目的。

6.智能化協同設計系統：包含采礦協同設計系統、輸配電地理信息系統、智能通風設計系統等軟件系統。

智能化協同設計系統以4DGIS為核心，以地質保障為基礎，由礦井地質數據聯動，實現數據成圖、由圖建庫、圖庫雙向查詢、2DGIS與 3DGIS相互轉換等功能。其中采礦協同設計實現自動快速生成多種設計方案以供工程技術人員優選；輸配電地理信息軟件根據礦井巷道實際長度進行電纜、設備選型和短路電流、繼電保護定值計算，關聯電力監控系統在三維場景下實時監測電力設備運行狀態；智能通風設計根據井下通風系統情況快速生成通風網絡圖、通風動態模擬展示、風網解算和定點調風快速計算。實現了煤礦設計由人工制圖、cad制圖向數據自動生圖的歷史性變革。

7.智能化通防系統：包含智能通風、智能防塵等5個子系統。

該系統以4DGIS為基礎，實現在二三維場景下展現礦井的通風系統布置，井上下通風機運行狀態的監測，通風設施一鍵控制，系統無縫對接風速、風阻、風量等監測數據，對礦井通風系統的可測性、可控性、可靠性、合理性的綜合評價，通風網絡動態實時解算；通風系統優調優控和井下巷道需風量預測，關聯防塵系統進行防塵監測；自動生成避災路線并進行三維仿真展示。達到了礦井通風管理的“專家型”支持系統。

碩果累累見成效

通過新田煤礦工程技術人員的不懈努力和國內多家高端煤礦智能設備和煤礦智能技術的融合，新田煤礦智能現象無處不在：員工入井有了智能手機，固定場所無人值守、機器人巡檢成為現實，智能掘進、智能采煤讓一線員工走進控制室，遠離危險場所。5G、F5、WiFi網絡和AI攝像儀、UWB精準人員定位讓安全管理、調度指揮更高效、更精準；先進的地質保障技術、瓦斯模態趨勢分析技術、多源瓦斯突出預警技術和基于4DGIS的智能通風管理系統，對瓦斯的精準防治提供了更多的智能支持。先進的透明礦山技術、二維與三維的實時轉換技術，實現了礦井由平面向立體，由看圖向看空間的管理。基于4DGIS的數據生圖軟件，讓工程技術人員擺脫了復雜的工程計算、現場測量、繪圖制圖和編制關鍵技術報告，大量工作電腦替代了人腦。

2021年6月，成功揭榜貴州省科技榜單“5G+智能AI識別系統”；2020年7月，新田煤礦1901智能化工作面月產量突破10萬噸；2021年6月新田煤礦智能化操作員參加第21屆全國煤炭行業礦山智能化建設技能競賽，獲得銅獎；2022年5月，新田煤礦“智能化關鍵技術研發和應用”進行了由中國工程院院士參加的技術鑒定，得到了“總體達到了國際先進水平，其中在動態地質保障和透明地質智能信息建模方法方面具有國際領先水平”的鑒定結論。

經過積極探索和不懈努力，新田煤礦智能化建設取得顯著經濟效益和社會效益。

1.安全保障能力顯著提升。智能化礦山投入常態化運行后，實現了系統間跨專業聯動、超限值聯動，各系統在災害面前應急而動，采掘頭面瓦斯異常超前預警、主通風機故障自動倒臺保證通風、水位上漲主排水泵自動輪詢啟動等，大大提升了礦井安全保障能力。

2. “減人增效”目標明顯。礦井從開展智能化建設以來，實現固定崗位工減員79人，采煤工作面減員59人，機掘工作面減員27人，每年減少人工工資投入約1400萬元/年。智能化綜采工作面投入常態化運行后，原煤產量由原來的60萬噸/年提升至120萬噸/年，直接經濟收入增收3.6億元。

3.數據資源實現共享。打破了專業間信息孤島技術壁壘，實現了礦井所有數據資源的共享，只要一個專業數據更新礦井與之相關的內容隨之更新，系統之間實現應急聯動，打破了系統之間的管理壁壘，提升了礦井的安全管理水平。

4.智能化運行管理常態化。一是新田煤礦智能化礦山建設之初，礦井成立了智能化小組，吸納了各專業本科以上學歷人員50余人全程參與到智能化建設中來，邊學邊干，解決了很多生產難題。如大學生智能化采煤班通過遠程操作為主、人工干預為輔的智能化采煤法打開了疫情期間人員少、產量低的生產不利局面；智能化礦山小組利用井下鉆孔數據進行地質建模準確預測了1404工作面地質構造情況，為工作面科學組織生產、及時調整俯仰采割煤、順利通過斷層、保證連續生產提供依據；智能化礦山小組利用供電設計軟件科學組織系統設計和校驗，合理選配供電設備，為供電系統安全運行提供依據等，這些活生生的例子科學詮釋了智能化就是先進生產力，就是助推煤礦轉型升級的必由之路。二是礦井制定了智能化使用管理制度，每月考核，每月兌現，激勵全體員工積極學習智能化技術、主動應用智能化系統，實現了建成系統常態化運行，同時在使用中發現問題、主動解決問題，為下一步完善智能化系統打好了基礎。

5.實現礦井透明化、集成化管理。通過建設透明地質、瓦斯災害預警、智能通風、智能調度等智能化系統，將礦井巷道布置、地質構造分布、瓦斯賦存、通風網絡、關鍵系統運行、人員分布的真實情況通過大屏一覽無余，不用下井就能實時掌握井下的生產情況。同時對各系統海量數據的處理與分析，為礦井管理人員更科學、更高效組織礦井生產提供了決策依據。

展望未來不停步

站在煤炭行業高質量發展的新起點，踏上智能化煤礦建設新征程，新田煤礦將搶抓國發【2022】2號文件支持貴州建設新型綜合能源基地，提升能源安全保障能力新機遇，以建設智能化礦山為不竭動力，將在煤礦數字孿生、機器人、災害趨勢預測、生產經營智能決策等技術上不斷探索，真正把煤礦從“藍領”向“白領”轉變，從“勞動密集型”向“技術密集型”轉變，破解“招工難、招生難”等困局，在煤礦智能化建設上做好示范引領，為貴州建設大型煤炭儲配基地，打造西南地區煤炭保供中心，實現新型工業化作出新貢獻。