龍山煤業礦井智能化建設規劃及其效益分析

王有明

（山西焦煤華晉焦煤龍山煤業有限公司， 山西 呂梁 032300）

0 引言

隨著開采技術的不斷進步和煤礦井下安全、高效開采要求的日益提高，煤礦智能化建建設越來越受到人們的重視[1-3]。近年來，國家、省等相關部門連續下發了多個關于煤炭行業礦井智能化建設的指導文件，有力地推動了煤炭行業智能化控制技術的發展[4-5]，許多礦井相繼進行了智能化建設。為響應國家、省及集團公司的號召，實現礦井綠色高效發展，龍山煤業對礦井智能化進行了規劃升級。本文以龍山礦為研究對象，分析了礦井智能化建設方案及智能化建設所帶來的效益，為礦井智能化實施提供參考。

1 礦井智能化現狀

龍山煤業屬于兼并重組礦井，礦井設計能力為60 萬t/a，目前正在開采2 號煤層，礦井初步建成了通風系統、供電系統、提升運輸系統、防滅火系統、綜合防塵系統、排水系統、壓風系統、供水系統、緊急避險與應急救援系統，但尚未建成智能化礦井，通過核實礦方的實際情況，結合煤礦智能化建設條件分類評價指標對比分析，確定該礦的智能化建設條件類別為智能化建設條件Ⅱ類煤礦。

2 礦井智能化建設規劃

根據山西省的相關政策要求，智能化煤礦應當建設信息基礎設施、地質保障系統、掘進系統、綜采系統、主運輸系統、輔助運輸系統、綜合保障系統、安全管控系統、智能化園區與經營管理系統等9 大系統。這9 大系統應當理解為一個有機的整體，而不應當理解為相互孤立的系統，完成這9 大系統的建設并不能真正建成智能化煤礦。煤礦智能化建設是一個長期的過程，需要不斷地應用新的技術實現更高程度的智能化，智能化需要與本企業的生產、安全、管理的實際相結合，要充分發揮作用、實現價值，真正做到減人、增安、提效。

從煤炭企業業務領域的角度去進行智能化煤礦的整體規劃，建設內容涵蓋、但不局限于山西省要求建設的內容。本規劃旨在對企業的智能化建設提供一個立體的、有機的架構圖，為企業長期的智能化建設提供一個基礎模板，企業可根據自身的需要進行擴展，滿足未來企業智能化發展的需要。煤礦的主要業務域分為安全、生產、管理三大業務域，煤礦智能化建設是基于工業互聯網實現三大業務域的智能化。

2.1 基礎設施

煤炭企業智能化戰略基于 “5G+工業互聯網” 實現數字化、網絡化、智能化。工業互聯網包括網絡、平臺、安全三大體系，網絡是要基于5G、局域網、PON 無源光網絡、工業WIFI、工業以太網等技術建設煤礦井上下的泛在的、全覆蓋的網絡；辦公網絡要實現千兆到桌面，生產網絡要滿足固定及移動生產設備控制的要求，要滿足控制的低時延（小于20 ms）、大帶寬（主要體現在基于視頻分析對網絡的大帶寬的需要）的要求；平臺包括計算平臺、基礎平臺、應用平臺等內容。在具體的實踐中，安全融入于網絡及平臺中，要確保達到國家信息安全等級保護三級認證的要求。

2.2 智能安全

安全業務域包括安全感知（監測）和安全管理兩類業務。安全感知采用 “人、機、環” 的全面感知思想對人的不安全行為、機器設備的不安全狀態、環境的不安全因素進行全面感知、綜合分析、預警預判，防止發生安全事故。安全管理包括風險隱患雙重預防、三違管理、事故管理、應急救援指揮、安全檢查管理、質量標準化管理、班組建設管理、職工培訓管理、職業健康管理等安全管理業務。

2.3 智能生產

生產業務域包括生產過程智能化控制和生產管理兩類業務。煤礦的生產系統包括電流（供電系統）、風流（通風系統、壓風系統）、水流（供水系統、排水系統）、煤流（主運輸系統）、物流（輔助運輸系統）、回采工作面生產系統、掘進工作面生產系統等）。生產過程智能化控制是在實現各種生產系統的自動化控制的基礎之上，一是實現各生產系統的智能控制，二是實現各生產系統之間的協同控制、智能控制。生產管理包括調度指揮管理、機電設備管理、地質測量管理、一通三防管理、生產技術管理、運輸管理、煤質計量管理、環境保護管理、生態治理管理等內容。

2.4 智能管理

管理業務域是指安全、生產管理以外的經營管理、黨政管理等管理內容，包括ERP（企業資源計劃）、SCM（供應鏈管理）、CRM（客戶關系管理）、黨務管理、工會管理、后勤管理、智慧園區管理等內容。

2.5 智能化的核心

智能化建設的核心是在信息化、自動化的基礎之上，實現對各種信息系統、自動化系統產生的數據進行智能化分析，充分發揮數據的價值，通過對礦井的安全、生產、管理數據（包括文本數據、圖像數據、聲音數據等）的采集、分析，反作用于企業的管理和生產過程，實現對管理、安全、生產過程控制的優化，實現管理、安全、生產的有機融合、協同控制、聯動控制、智能控制，進一步提升煤礦的管理水平、安全水平、生產效率水平，實現井下固定崗位無人、采掘少人，有效減少入井人數。目前，煤礦智能化建設的重點是安全及生產的智能化，實現減人、增安、提效的智能化建設目標。

3 技術經濟效益

3.1 投資估算

本規劃分兩期進行實施建設，一期規劃為建設II類初級智能化煤礦，按照中級標準進行建設，確保通過初級驗收；二期規劃為II 類中級智能化煤礦。一期概算費用為6 950 萬元、二期概算費用2 600 萬元，合計為9 550 萬元。

3.2 經濟效益分析

3.2.1 節省人力資源產生的經濟效益

通過實施智能化礦井，能大大節約煤礦生產管理的人力資源，其主要作用為：減少現場操作人員的人數，降低現場操作人員勞動強度；有效把控生產情況，提高溝通管理效率，降低管理人員勞動強度；減少設備故障，降低機電人員勞動強度。

礦井采掘工作面按每天2 個生產班次計算，井上下變電所、水泵房、機電硐室、皮帶硐室空壓機房等機電崗位按每天2 個班次計算，實現智能化礦井后，以下生產場景可實現減員：掘進工作面每個生產班減少3 人，2 個生產班共減少6 人，兩個智能掘進工作面減員12 人；綜采工作面每個生產班減少5 人，2 個生產班共減少10 人，一個智能綜采工作面減員10 人；井下機電硐室室、皮帶硐室、地面通風機房、空壓機房、地面變電站、地面生產系統等，智能化煤礦建設完成后，可實現無人值守，累計減員約20 人。

礦井累計可減員42 人，人均成本按掘進作業人員12 萬元/a、綜采作業人員萬元/a、井下硐室操作人員及地面操作人員按8 萬元/a。通過減少作業人員，每年可提高經濟效益約424 萬元。

3.2.2 提高設備可靠性產生的經濟效益

通過實施智能化礦井系統，能大大提高設備可靠性，帶來巨大的經濟效益，其主要作用為提高設備維護的有效性，減少設備非正常操作帶來的損壞以及提高故障處理反應速度。

按礦井機電每年運行維護成本為2 500 萬元估算，根據國內外智能化礦井經驗，能每年提高設備運行效率約15%。則每年可提高經濟效益約為2 500×15%=375 萬元。經過煤礦智能化建設，通過人力資源和設備可靠性兩方面可提高經濟效益約為424+375=799 萬元。

4 安全效益分析

運用智能化系統后，建立了以安全、生產為中心的企業管理機制，建立了安全、生產控制體系，加強了集團公司對下級企業的監管力度，使安全、生產的投入效益發生最優化，產生最大效益。建立了高效的決策支撐系統，實現了優化調度、集中控制、礦井決策的科學化、規范化、數據化管理，減少了決策的簡單、盲目性。保障了煤礦全面安全管理，煤礦的產業特色決定了整個產業經營活動對安全的依賴，信息化系統中的安全管理系統解決了煤礦對安全問題迫切需求及嚴格管理。

5 社會效益分析

煤礦智能化系統的建設不僅實現了生產過程的自動化，還實現了管控一體化，真正讓礦井自動化與礦井信息化的無縫連接，為企業綜合應用提供平臺，同時又能方便地獲取最新的市場信息和最先進的科技信息，利于調度指揮和決策，提高礦井管理水平和管理效率，提升整體管理水平和市場應變能力以及整體競爭能力，為集團公司同類型煤礦設立了智能化建設典型，促進其他煤礦開展實施智能化礦山建設的進程。

通過一系列的改變和優化，可改善社會對煤炭開采行業的整體印象，可更好地爭取高技術人才、政策、資金的支持，保障公司的全面安全管理，煤礦的產業特色決定了整個產業經營活動對安全的依賴，礦井綜合自動化系統中的安全生產管理協同平臺正好解決煤礦對安全問題的迫切需求。

6 結語

龍山煤業礦井智能化的實施將大大改善煤礦自動化和信息化程度，提高生產效率，減少和防止重大事故發生。此外，將提高企業工作效率、管理水平和決策水平，改善企業形象，增強企業管理能力，為安全生產應急指揮提供有力的監控手段。后期在智能化實施過程中應結合礦井實際情況，制定合理的智能化管理制度，并在實際運行過程中不斷完善，保證礦井安全、高效生產。