“五個一”智能化礦山建設(shè)體系的構(gòu)建與實(shí)踐

文/劉亞軍 居晉生

打造“最強(qiáng)大腦”，建設(shè)“一個中心”；打通“礦山筋脈”，建設(shè)“一張網(wǎng)”；打造“管家上線”，建設(shè)“一個平臺”；練好“強(qiáng)健內(nèi)功”，組建“一支隊伍”；應(yīng)用“體系支撐”，探索“一條路徑”

推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐，國家明確提出“到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化。”山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦屬于煤與瓦斯突出礦井，五大自然災(zāi)害俱存。為建設(shè)本質(zhì)安全型智能化礦井，屯蘭礦通過對礦井現(xiàn)有條件充分評估論證，建設(shè)性地提出構(gòu)建一個中心、一張網(wǎng)、一個平臺、一支隊伍、一條路徑“五個一”智能化礦山建設(shè)體系，通過以建設(shè)云數(shù)據(jù)中心、萬兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)等信息基礎(chǔ)設(shè)施為主要途徑，實(shí)現(xiàn)礦井各大生產(chǎn)系統(tǒng)自感知、自決策、自執(zhí)行。截至目前，智能化礦山建設(shè)已初具規(guī)模，為打造安全智能綠色高效礦井、實(shí)現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

一、打造“最強(qiáng)大腦”，建設(shè)“一個中心”

云數(shù)據(jù)中心是智能化礦山的大腦，是煤礦信息化基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在煤礦智能化建設(shè)中具有重要的作用。

屯蘭礦云數(shù)據(jù)中心于2019年建設(shè)完成并投入使用，按照國家C級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，占地面積170m2。機(jī)房采用華為模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案，簡化了數(shù)據(jù)中心的管理，提高了數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)房配備有完善的動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)中心的供電、消防、視頻、運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行24小時實(shí)時監(jiān)測，可對采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時分析，對機(jī)房內(nèi)的異常情況實(shí)時報警，確保數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行。

云數(shù)據(jù)中心投用后，將現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)逐步遷移上云，淘汰了不安全、不穩(wěn)定的服務(wù)器，同時解決了“煤礦只要上信息化項目，就要購買物理服務(wù)器”的問題，縮短了項目實(shí)施周期，降低了項目投資成本，簡化了系統(tǒng)運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)了計算、存儲資源的動態(tài)管理，保障了智能礦山應(yīng)用層的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

同時，建設(shè)“云數(shù)據(jù)中心”，基于服務(wù)器集群有效解決了硬件單點(diǎn)故障造成網(wǎng)站服務(wù)的中斷問題，同時避免了建設(shè)初期投入大量的硬件購置成本。通過超融合、虛擬化、云計算、信息安全等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源、存儲資源的按需分配，同時可與集團(tuán)云數(shù)據(jù)中心對接，構(gòu)成集團(tuán)云數(shù)據(jù)災(zāi)備中心，為智能化礦山云數(shù)據(jù)中心安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

云數(shù)據(jù)中心采用浪潮InCloud Sphere企業(yè)級服務(wù)器虛擬化技術(shù)，搭建礦端私有云，實(shí)現(xiàn)了計算、存儲資源的充分利用、高效部署以及機(jī)房的節(jié)能環(huán)保。按照當(dāng)前使用情況，數(shù)據(jù)中心可虛擬出約150臺服務(wù)器，能夠滿足智能化礦井對數(shù)據(jù)處理的使用需求。

二、打通“礦山筋脈”，建設(shè)“一張網(wǎng)”

網(wǎng)絡(luò)是智能化礦山的“高速公路”，是實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)的根本。只有實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通，才能具備智能化建設(shè)的基本條件。

屯蘭礦萬兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)于2019年開始建設(shè)，現(xiàn)已完成整個環(huán)網(wǎng)的建設(shè)。建成后的環(huán)網(wǎng)覆蓋全礦井下各盤區(qū)及地面4個風(fēng)機(jī)房和1個抽放泵站。該環(huán)網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到10Gbps，二級交換機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)采用1000Mbit/s工業(yè)以太網(wǎng)，具備組環(huán)功能，網(wǎng)絡(luò)自愈時間小于30ms，為智能礦山建設(shè)提供了高帶寬、低延時、高冗余的數(shù)據(jù)傳輸保障。在有線網(wǎng)絡(luò)不斷拓展完善的同時，智能工作面、井下大巷、地面辦公樓等局部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了WiFi無線通信，實(shí)現(xiàn)了礦井“有線+無線”覆蓋的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

屯蘭礦井下現(xiàn)有工業(yè)有線網(wǎng)四套：一是瓦斯專用環(huán)網(wǎng)；二是電力環(huán)網(wǎng)；三是硬視頻專用網(wǎng)，負(fù)責(zé)承載工業(yè)視頻數(shù)據(jù)傳輸；四是綜合數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)，承載頂板監(jiān)測、皮帶運(yùn)輸、智能化工作面、架空人車、人員定位等井下所有生產(chǎn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

建設(shè)“一張網(wǎng)融合通信”，基于煤礦原有無線通信系統(tǒng)和工業(yè)環(huán)網(wǎng)，逐步推進(jìn)“有線+無線”通信專網(wǎng)系統(tǒng)在煤礦井下的全覆蓋，網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的視頻、數(shù)據(jù)通信，有效整合人、車、物、井下環(huán)境的精準(zhǔn)感知，通過移動、固定設(shè)備的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，建設(shè)煤礦智能型通信網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)礦山的信息化、自動化和智能化提供更高速、更可靠、更高效的信息傳輸通道。

三、打造“管家上線”，建設(shè)“一個平臺”

隨著礦井信息化、智能化建設(shè)的快速推進(jìn)，由于沒有統(tǒng)一的平臺與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)林立的現(xiàn)象逐步凸顯。而根據(jù)礦井安全生產(chǎn)實(shí)際與標(biāo)準(zhǔn)要求，也需要一套對礦井安全、生產(chǎn)、經(jīng)營全方位信息化管理、動態(tài)實(shí)時監(jiān)控、智能指揮決策的數(shù)字化管控平臺。

屯蘭礦結(jié)合山西焦煤安全生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化管控平臺的建設(shè)，開展礦端平臺建設(shè)。焦煤安全生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化管控平臺屯蘭礦端系統(tǒng)基于GIS圖譜技術(shù)協(xié)同的決策管理平臺，通過空間數(shù)據(jù)引擎，建立地測防治水、生產(chǎn)技術(shù)、“一通三防”、機(jī)電運(yùn)輸、安全管理、經(jīng)營管理等一體化數(shù)據(jù)庫，以分布式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為基礎(chǔ)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)運(yùn)營統(tǒng)一集成；通過礦井各專業(yè)子系統(tǒng)與平臺的集成，實(shí)現(xiàn)排水監(jiān)控、瓦斯抽采監(jiān)測、大型設(shè)備在線監(jiān)測、瓦斯監(jiān)測、作業(yè)人員定位監(jiān)測、綜合自動化控制、工業(yè)視頻等系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)了采掘工作面的關(guān)聯(lián)報警、一鍵應(yīng)急救援；通過龍軟GIS3.2，實(shí)現(xiàn)了煤礦各大系統(tǒng)相關(guān)圖表與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并支持多專業(yè)專題圖形處理的分布式協(xié)同工作等，保證圖形數(shù)據(jù)在線編輯的一致性。此外，基于大數(shù)據(jù)管理、處理技術(shù)以及統(tǒng)一GIS服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)了煤礦“水、火、瓦斯、煤塵、頂板”安全生產(chǎn)信息及產(chǎn)、運(yùn)、銷等經(jīng)營管理數(shù)據(jù)的集成管理、大數(shù)據(jù)應(yīng)用和生產(chǎn)決策，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)實(shí)時管控、日結(jié)日清，提高了經(jīng)營礦井管控水平。

隨著屯蘭礦“安全生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化管控平臺”建設(shè)完成，數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、輸出和決策支持模型的建立完善，實(shí)現(xiàn)了對礦區(qū)內(nèi)各個生產(chǎn)、安全子系統(tǒng)的全面集成融合和數(shù)據(jù)共享交換，大大提高了煤礦信息化技術(shù)、管理及運(yùn)營水平，降低了安全生產(chǎn)事故的發(fā)生概率。同時，建設(shè)供電、排水、壓風(fēng)、局部通風(fēng)、主運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸、智能卡領(lǐng)料系統(tǒng)、班組核算、電費(fèi)考核等“N”個專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)了全礦井人、財、物、產(chǎn)、供、運(yùn)整個信息鏈的信息融通，實(shí)現(xiàn)了礦山資源與開采環(huán)境智能化、技術(shù)設(shè)備智能化、生產(chǎn)過程控制可視化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)管理與決策及生產(chǎn)經(jīng)營科學(xué)化，保障了礦井安全生產(chǎn)。

四、練好“強(qiáng)健內(nèi)功”,組建“一支隊伍”

培養(yǎng)與智能化系統(tǒng)、設(shè)備相適應(yīng)的人才，是煤礦智能化建設(shè)的成功之本。屯蘭礦組建“一支隊伍”，即培養(yǎng)、儲備煤礦智能化人才，以解決煤礦智能化管理、運(yùn)維方面的人才匱乏的問題。

屯蘭礦立足實(shí)際、著眼長遠(yuǎn)，積極構(gòu)建新時期人才培養(yǎng)體系，成立以技術(shù)創(chuàng)新辦公室為核心的智能化建設(shè)人才培養(yǎng)領(lǐng)導(dǎo)小組，加大人才“菜單式”培訓(xùn)力度，設(shè)立信息化技術(shù)培訓(xùn)平臺，本著“缺什么，補(bǔ)什么”的原則，通過采取專題培訓(xùn)、技能大師“傳幫帶”、到設(shè)備廠家學(xué)習(xí)、邊建設(shè)邊培訓(xùn)等多種方式，形成以職工創(chuàng)新工作室為依托的人才培養(yǎng)模式，加快培養(yǎng)了一批智能化建設(shè)領(lǐng)軍人才，打造了一支適應(yīng)智能化礦井發(fā)展的素質(zhì)高、技術(shù)好、作風(fēng)硬的專業(yè)技術(shù)人才隊伍。截至目前，全礦共培養(yǎng)了20多名專業(yè)智能化管理人員，18名信息化管理和運(yùn)維工程師，60多名井下各類巡檢工，10多名地面集控工，在各個崗位發(fā)揮了重要的作用。

同時，加快完善機(jī)制，強(qiáng)化責(zé)任落實(shí)，建立由科研、業(yè)務(wù)部門以及合作院校組成的技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)隊伍，結(jié)合實(shí)際，研究攻克智能化建設(shè)中的難題。每年初根據(jù)智能化礦井建設(shè)需求，制定并下發(fā)各系統(tǒng)本年度的重點(diǎn)科研項目，由各專業(yè)副總牽頭，相關(guān)職能部門技術(shù)負(fù)責(zé)人配合按計劃組織實(shí)施，對項目進(jìn)展情況實(shí)行月匯總、季考核制度，采取完成一項、驗收一項、獎勵一項的辦法，激勵全員參與解決智能化建設(shè)過程中存在的問題。

五、應(yīng)用“體系支撐”，探索“一條路徑”

“一條路徑”，即“屯蘭模式”。智慧礦山建設(shè)是多個系統(tǒng)融合運(yùn)行的系統(tǒng)工程，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是重中之重，要做好頂層設(shè)計、分步實(shí)施，以完善的設(shè)計規(guī)劃與扎實(shí)的分步實(shí)施為煤礦智能化建設(shè)提供重要保障。

屯蘭礦根據(jù)國家部委、山西省能源局印發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展指導(dǎo)意見》《煤礦智能化建設(shè)指南》《山西省煤礦智能化建設(shè)實(shí)施意見》等文件要求，按照“總體規(guī)劃、分步實(shí)施、減人提效、穩(wěn)步推進(jìn)”的總體要求，堅持“前瞻性、先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、開放性”的設(shè)計原則，制定《屯蘭礦智慧礦山1.0建設(shè)方案》。

《屯蘭礦智慧礦山1.0建設(shè)方案》瞄準(zhǔn)建設(shè)高級智能化礦井目標(biāo)，對照《智能化煤礦（井工）分類、分級技術(shù)條件與評價》標(biāo)準(zhǔn)，按照智能化煤礦評價指標(biāo)體系，從信息基礎(chǔ)設(shè)施、智能地質(zhì)保障、智能掘進(jìn)、智能開采、智能主煤流運(yùn)輸、智能輔助運(yùn)輸、智能通風(fēng)與壓風(fēng)、智能供電與排水、智能安全、智慧管理等方面進(jìn)行建設(shè)與完善。同時，按照前瞻性與分步實(shí)施原則、先進(jìn)性與成熟性原則、實(shí)用性與易用性原則、安全性原則、可擴(kuò)展性原則統(tǒng)籌推進(jìn)，提出一年一個大項目投入，逐步形成屯蘭礦智能化礦山標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系與智能管控體系，實(shí)現(xiàn)減人提效、安全綠色的智能化礦山建設(shè)目標(biāo)。

屯蘭礦智能化礦井基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)始于2017年，歷時5年的發(fā)展建設(shè)，嚴(yán)格按照智慧礦山1.0方案實(shí)施，于2019年建設(shè)投運(yùn)云數(shù)據(jù)中心，2020年建設(shè)投運(yùn)萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，2021年建設(shè)安全生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化管控平臺，2022年初建設(shè)投運(yùn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，探索出了一條獨(dú)具特色的“屯蘭模式”。

六、構(gòu)建“五個一”智能化礦山建設(shè)體系取得的成效

通過構(gòu)建“五個一”智能化礦山建設(shè)體系，屯蘭礦在安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益等方面取得顯著成效。

一是建設(shè)智能化體系，推進(jìn)安全管理。通過平臺管控實(shí)現(xiàn)安全信息一體化管理，進(jìn)而提高了礦井安全系數(shù)；通過“一張網(wǎng)”通信融合以及礦井“一張圖”等實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、環(huán)、管”融合，進(jìn)而提高了突發(fā)應(yīng)急事件的處置效率，大大提高了煤礦安全系數(shù)；通過智能化礦井建設(shè)實(shí)現(xiàn)安全管理科學(xué)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，堵塞了安全管理漏洞，提高了職工安全意識與安全技能，杜絕了重傷以上事故，保持了安全生產(chǎn)平穩(wěn)健康發(fā)展態(tài)勢。

二是推行智能化開采，提高生產(chǎn)成效。屯蘭礦智能化建設(shè)為采掘提供了全新的自動化生產(chǎn)組織方式以及一整套工作面無人化自動裝備，大大提高了礦井生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)集約化、自動化與信息化，提升了集團(tuán)公司的核心競爭力。其中，已建成的智能化綜采工作面日產(chǎn)量達(dá)到5600噸，采煤效率提高66.7%；智能掘進(jìn)工作面進(jìn)尺效率與現(xiàn)同等條件相比提高26%。

三是構(gòu)建智能化礦山，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)成效。通過智能化建設(shè)，大幅削減了人工與設(shè)備維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了“減人提效、節(jié)能降耗”，其中已建成智能化綜采工作面的生產(chǎn)班作業(yè)人員方面減少53.5%；智能化掘進(jìn)工作面的生產(chǎn)班人員減少38%；井下變電所全部實(shí)現(xiàn)無人值守；南三下組煤變電所引進(jìn)智能巡檢機(jī)器人等，通過流程優(yōu)化、閉環(huán)管控，減少了中間環(huán)節(jié)，間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。云數(shù)據(jù)中心、集控中心等項目的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集中管理，減少了維護(hù)與運(yùn)行成本，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。