智能化礦井建設(shè)的探索與實(shí)踐

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦山行業(yè)也開(kāi)始向集約化、精細(xì)化方向轉(zhuǎn)變，如此不僅效率高，而且安全，因此智能化已經(jīng)成為當(dāng)前礦山發(fā)展的主要形式之一。我國(guó)智能化技術(shù)起步較晚。因此，做好相關(guān)研究分析工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦智能化：分級(jí)分類：頂層設(shè)計(jì)：因礦施策：管理保障：人才培養(yǎng)

引言

從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，礦山智能化問(wèn)題已經(jīng)覆蓋到生產(chǎn)的各個(gè)方面，例如華能伊敏露天礦，神華準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝煤礦、哈爾烏素煤礦等，在智能化建設(shè)過(guò)程中以基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)，逐漸構(gòu)建了一套完整的煤礦智能化平臺(tái)，能夠?qū)γ旱V的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡(luò)之間的對(duì)接，且隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，礦山管理信息系統(tǒng)、GPS車輛智能調(diào)度系統(tǒng)等逐步集成在煤礦智能化平臺(tái)上。

智慧礦山已成為未來(lái)煤礦生產(chǎn)的主要方向，現(xiàn)有的智能化建設(shè)只能實(shí)現(xiàn)部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，技術(shù)缺陷較為明顯，如難以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督、信息交互效果不理想等，阻礙了老煤礦智能化建設(shè)進(jìn)程。為了能夠更好地適應(yīng)未來(lái)生產(chǎn)需求，在智能化建設(shè)過(guò)程中需要充分發(fā)揮現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，依托技術(shù)條件成熟的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，構(gòu)建完整的智能化建設(shè)路徑，從而更好地推動(dòng)智能化建設(shè)進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)井下少人化，個(gè)別區(qū)域無(wú)人化作業(yè)，提高整體生產(chǎn)功效。

2煤礦智能化建設(shè)意義

大力推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，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(yè)人員，大幅度降低作業(yè)人員風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)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(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)和AI傳感技術(shù)，對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)、人的作業(yè)行為、隱蔽致災(zāi)因素開(kāi)展的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警。同時(shí)，大力推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，是滿足礦工對(duì)美好生活向往的現(xiàn)實(shí)需要。我國(guó)有近300萬(wàn)煤礦工人，長(zhǎng)年工作在陰暗潮濕的井下，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)系數(shù)高，通過(guò)煤礦智能化，可以改善煤礦工人作業(yè)環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少職業(yè)危害，提升安全系數(shù)，賦予員工更多休息時(shí)間，提高煤礦工人幸福感、獲得感、安全感。此外，大力推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

3煤炭行業(yè)智能化發(fā)展之路

3.1因礦施策，分類分級(jí)建設(shè)智能化煤礦

我國(guó)煤炭開(kāi)采以井工開(kāi)采為主，隨著開(kāi)采技術(shù)和裝備的不斷發(fā)展，以及不同地區(qū)資源賦存條件的變化，各個(gè)煤礦生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)水平差距正逐步在拉大，發(fā)展愈發(fā)不平衡。我國(guó)煤礦智能化建設(shè)尚處于初級(jí)階段，國(guó)內(nèi)不同區(qū)域煤層賦存條件、開(kāi)采技術(shù)與裝備水平、工程基礎(chǔ)、建設(shè)目標(biāo)等存在較大差異，亟需建立完備的智能化煤礦分類、分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而根據(jù)礦井的實(shí)際地質(zhì)條件因礦施策地建設(shè)智能化礦井。

根據(jù)生產(chǎn)能力、煤層埋深、煤層傾角、煤層穩(wěn)定性等14個(gè)分類評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合智能化建設(shè)的難易程度，把煤礦按照智能化建設(shè)條件分為一類煤礦、二類煤礦和三類煤礦，并相應(yīng)細(xì)分為初級(jí)智能化煤礦、中級(jí)智能化煤礦和高級(jí)智能化煤礦。智能化煤礦分類的目的就是調(diào)整不同煤炭資源賦存條件的智能化等級(jí)評(píng)價(jià)門(mén)檻;因此分類評(píng)價(jià)指標(biāo)必須遵循2個(gè)原則：一是分類指標(biāo)必須客觀;二是結(jié)合實(shí)際，體現(xiàn)智能化建設(shè)的相對(duì)難易程度。其中，一類煤礦代表一些我國(guó)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(shí)智能建設(shè)基礎(chǔ)

綜合考量煤礦安全管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、采掘裝備等實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)智能一體化管控平臺(tái)，建立煤礦云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，推動(dòng)煤礦信息網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)煤礦地面和井下工控網(wǎng)絡(luò)高度融合，為煤礦分析決策、遠(yuǎn)程控制提供可靠通信保障。

3.3頂層設(shè)計(jì)

煤礦智能化建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)先行，制定科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)至關(guān)重要。國(guó)家能源集團(tuán)按照相關(guān)要求，下發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》《關(guān)于進(jìn)一步加快煤礦智能化建設(shè)的通知》等相關(guān)文件，明確了2022年實(shí)現(xiàn)5個(gè)100%的建設(shè)目標(biāo)，并開(kāi)展“十四五”煤礦智能化建設(shè)規(guī)劃編制及礦區(qū)智能化建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究，打造以高效智能為特色的礦區(qū)、以安全智能為特色的礦區(qū)、以綠色智能為特色的礦區(qū)，在行業(yè)內(nèi)部形成示范效應(yīng)，引領(lǐng)煤炭行業(yè)智能化建設(shè)。

3.4應(yīng)用定位系統(tǒng)

在礦井企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，需要全面做好礦工的安全管理。當(dāng)前利用定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)礦工的信息化管理，這對(duì)于提升管理效率、改善安全性具有重要意義。利用技術(shù)設(shè)備的優(yōu)越性，可以及時(shí)掌握礦工的基本情況，從而對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)，這對(duì)于提升工作作業(yè)的安全性具有重要意義。

礦工定位系統(tǒng)作為礦井智能化建設(shè)的基本技術(shù)，可以借助物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，使用GIS和GPS技術(shù)的功能，及時(shí)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息反饋到監(jiān)控中心，利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傳輸，從而做好數(shù)據(jù)的分析處理工作，指導(dǎo)一線員工進(jìn)行安全生產(chǎn)。一旦發(fā)生安全事故，定位系統(tǒng)可以提供礦工的分布數(shù)據(jù)信息，對(duì)于開(kāi)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(tǒng)的應(yīng)用，還能對(duì)員工的出勤率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提升對(duì)員工的管理水平。

3.5智能管理平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

3.5.1數(shù)據(jù)集成

集成原有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是智能設(shè)備顯示周圍環(huán)境數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。由于各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口不同，需要解決異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成問(wèn)題。

3.5.2故障信息繪圖統(tǒng)計(jì)

煤礦點(diǎn)檢系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析要求繪制相應(yīng)圖像，直接反映統(tǒng)計(jì)結(jié)果，增強(qiáng)用戶在智能化平臺(tái)上的體驗(yàn)。在智能化建設(shè)中，采用Higcharts圖表庫(kù)，根據(jù)點(diǎn)檢系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)要求，在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上設(shè)置標(biāo)題、坐標(biāo)、數(shù)據(jù)來(lái)源等屬性。在系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，記錄點(diǎn)檢系統(tǒng)關(guān)鍵信息的默認(rèn)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵參數(shù)，可隨時(shí)調(diào)取設(shè)備故障信息，滿足老煤礦智能化設(shè)備管理要求。

3.5.3全面建設(shè)領(lǐng)先的信息化基礎(chǔ)設(shè)施

高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)智能化綜合管控平臺(tái)、大數(shù)據(jù)中心、5G網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)地面智能綜合調(diào)度指揮中心，集成智能化指揮、調(diào)度、管控、辦公、培訓(xùn)、展示等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)井上下各系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控。建設(shè)工業(yè)設(shè)施智能保障系統(tǒng)，具有智能安防、智能車輛管理、智能道路管理、智能門(mén)禁閘機(jī)管理、智能供熱、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息發(fā)布、智能食堂管理、智能園區(qū)灌溉、對(duì)講及個(gè)人移動(dòng)終端管理，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)施保障系統(tǒng)的智能決策和數(shù)據(jù)共享。

3.5.4數(shù)據(jù)交換平臺(tái)

數(shù)據(jù)交換平臺(tái)是信息交換平臺(tái)，以統(tǒng)一的接口規(guī)范實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)審核等信息和數(shù)據(jù)的傳輸及共享，提高信息資源的利用率。SIP服務(wù)用于語(yǔ)音通訊，提供用戶管理、用戶注冊(cè)、呼叫控制和處理、語(yǔ)音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。智能設(shè)備的語(yǔ)音通訊功能需要在SIP服務(wù)中注冊(cè)，撥號(hào)時(shí)由SIP服務(wù)進(jìn)行呼叫控制和處理。流媒體服務(wù)器用于對(duì)智能設(shè)備推送的視頻流進(jìn)行管理，提供視頻的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)功能。

3.6加大投資力度

礦井的信息化建設(shè)，需要以完善的硬件系統(tǒng)設(shè)備作為有效支撐，因此礦井企業(yè)在加快企業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，需要加大資金投入，為智慧礦井的建設(shè)提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)還需要重視技術(shù)人才的引進(jìn)以及創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，充分引進(jìn)技術(shù)性人才對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行高效指導(dǎo)。并重視對(duì)員工的安全培訓(xùn)和技能培訓(xùn)，為企業(yè)的后續(xù)生產(chǎn)提供有力的人力資源。

首先，強(qiáng)化市場(chǎng)分工，在確定目標(biāo)的同時(shí)，盡可能提高區(qū)域市場(chǎng)占有率?？梢愿鶕?jù)不同用戶實(shí)際需求采取不同營(yíng)銷策略：如對(duì)于需求量大、信譽(yù)較好且合作時(shí)間較長(zhǎng)的老客戶，在確保及時(shí)供給的前提下，維持好長(zhǎng)久的合作關(guān)系;而對(duì)于需求量較小但是信譽(yù)好的用戶，可以適當(dāng)在價(jià)格上給予優(yōu)惠，在提升滿意度的同時(shí)，達(dá)成長(zhǎng)久的合作關(guān)系。同時(shí)，礦區(qū)企業(yè)要發(fā)展“以礦為本，全面發(fā)展，綜合獲利”的思想，對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)內(nèi)容和范圍進(jìn)行重新劃分，根據(jù)市場(chǎng)需求發(fā)展構(gòu)建電氣一體化產(chǎn)。

3.7科學(xué)規(guī)范有序推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采的采煤系統(tǒng)。

自動(dòng)化采煤是將采煤設(shè)備和控制系統(tǒng)有效連接，控制系統(tǒng)根據(jù)采煤實(shí)際工況下達(dá)指令，控制采煤設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自主采煤。礦山企業(yè)要推動(dòng)自動(dòng)化采煤技術(shù)應(yīng)用，還要不斷完善地質(zhì)層識(shí)別技術(shù)、記憶切割煤技術(shù)及遙感控制技術(shù)等。

3.8加強(qiáng)空間信息技術(shù)在智能采煤中的應(yīng)用

智能礦山在建設(shè)過(guò)程中使用的空間信息技術(shù)以定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)為核心內(nèi)容。在礦山發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)空間信息技術(shù)能夠?qū)Ω黜?xiàng)指標(biāo)和數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，以保證自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果，確保礦山在生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)順利獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山信息數(shù)據(jù)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?？臻g信息技術(shù)在智能化采煤中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程控制、工作面監(jiān)控、地理信息系統(tǒng)、記憶割煤、煤層生產(chǎn)跟蹤等方面。

3.9煤礦生產(chǎn)信息傳遞

為更好地指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)過(guò)程，在實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)研究煤礦海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，期間通過(guò)挖掘煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵信息，建立數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下快速完成數(shù)據(jù)處理，并將老煤礦的井下生產(chǎn)情況展示在屏幕上，由生產(chǎn)人員按照要求識(shí)別煤礦生產(chǎn)資料，并融合生產(chǎn)、隱患、物資管理、銷售經(jīng)營(yíng)報(bào)表等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)融合及共享。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)階段，應(yīng)注意與煤礦點(diǎn)檢系統(tǒng)相對(duì)接，利用煤礦企業(yè)成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、云計(jì)算平臺(tái)等，直接將煤礦生產(chǎn)信息上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，并依托可視化平臺(tái)，將井下煤礦生產(chǎn)情況體現(xiàn)在屏幕上;或按照遠(yuǎn)程調(diào)度要求，展示視頻監(jiān)控區(qū)的生產(chǎn)資料，并統(tǒng)計(jì)煤礦生產(chǎn)設(shè)備及異常生產(chǎn)行為，完成生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)。

3.10分類分步實(shí)施建設(shè)

①初級(jí)智能掘進(jìn)工作面建設(shè)以實(shí)現(xiàn)大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中上傳、設(shè)備遠(yuǎn)程集中監(jiān)控為主要目標(biāo)，同時(shí)具備鉆機(jī)電液控制、截割斷面自動(dòng)成形、運(yùn)輸系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)等初級(jí)功能，根據(jù)不同地質(zhì)條件開(kāi)展成套技術(shù)與裝備的工程示范，提升掘支平行作業(yè)率，從而提高單進(jìn)水平。②中級(jí)智能掘進(jìn)工作面建設(shè)以實(shí)現(xiàn)工序功能自適應(yīng)為主要目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)截割、鉆機(jī)運(yùn)行參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)、智能卸料、剛性架自動(dòng)安裝等，并進(jìn)一步提升梭車等裝備智能化水平，開(kāi)展全斷面掘進(jìn)、鉆錨一體化等新型技術(shù)研究，根據(jù)不同地質(zhì)條件開(kāi)展相應(yīng)技術(shù)與成套裝備工程示范，提高掘進(jìn)人均工效，減少作業(yè)人員。③高級(jí)智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)以實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生為主要目標(biāo)，各設(shè)備實(shí)現(xiàn)自主精確導(dǎo)航，錨桿、錨網(wǎng)等輔材實(shí)現(xiàn)無(wú)人定點(diǎn)推送;錨桿支護(hù)實(shí)現(xiàn)隨頂幫條件變化的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)支護(hù);連掘工作面實(shí)現(xiàn)電纜機(jī)器人輔助智能移動(dòng);實(shí)現(xiàn)無(wú)人化掘進(jìn)。

3.11資金投入

加大智能化煤礦資金支持力度。設(shè)立煤礦智能化專項(xiàng)資金，優(yōu)先支持煤礦智能化技術(shù)與裝備研發(fā)、工程建設(shè)等項(xiàng)目，將煤礦智能化裝備納入國(guó)家智能制造發(fā)展規(guī)劃，對(duì)高端綜采綜掘智能化裝備、重大災(zāi)害應(yīng)急救援智能裝備等重大裝備研發(fā)和應(yīng)用給予財(cái)稅政策支持。每個(gè)智能化礦井建設(shè)根據(jù)實(shí)際情況給予配套資金支持，優(yōu)先安排項(xiàng)目資金、成果評(píng)價(jià)及驗(yàn)收推廣等事宜;在下達(dá)產(chǎn)量計(jì)劃、核增產(chǎn)能、相關(guān)指標(biāo)及重點(diǎn)工作任務(wù)方面，應(yīng)充分考慮煤礦智能化建設(shè)水平、試驗(yàn)運(yùn)行狀況、管理變革、人才建設(shè)等方面因素。對(duì)相關(guān)單位列入智能化煤礦建設(shè)及技術(shù)研發(fā)方面投入的資金，應(yīng)給予視同研發(fā)投入的政策支持。

同時(shí)，應(yīng)充分考慮煤礦所在區(qū)域、建設(shè)規(guī)模、煤層地質(zhì)賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)條件等不平衡性，以及各指標(biāo)要素對(duì)智能化主系統(tǒng)影響程度的差異性，引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行科學(xué)合理的智能化建設(shè)投資。

3.11運(yùn)行維護(hù)保障

推進(jìn)運(yùn)行維護(hù)體系建設(shè)，形成信息技術(shù)人員和業(yè)務(wù)骨干相結(jié)合的聯(lián)合運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)。設(shè)置煤礦智能化專職業(yè)務(wù)部門(mén)，負(fù)責(zé)本礦井的智能化建設(shè)和管理。建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程精益化管理體系，加強(qiáng)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行、維修、保養(yǎng)精細(xì)化管理，形成智能化煤礦的管理、運(yùn)行保障條件;加強(qiáng)運(yùn)維人才培養(yǎng)，支撐新技術(shù)、新裝備應(yīng)用，以期為智能化煤礦的管理、運(yùn)行提供保障。組織建設(shè)全國(guó)煤礦大數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用云平臺(tái)，形成智能化煤礦高質(zhì)量運(yùn)行的新模式。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化的生產(chǎn)，這是未來(lái)的發(fā)展方向。礦山企業(yè)也不例外，應(yīng)順應(yīng)時(shí)代快速發(fā)展的需求，引進(jìn)自動(dòng)化和智能化技術(shù)，建設(shè)智能礦山。

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劉曉賓，1987年2月2日，男，漢族，內(nèi)蒙古涼城縣人，就職于國(guó)家能源集團(tuán)保德煤礦，調(diào)度主管，工程師，本科學(xué)歷，主要從事礦井采煤、機(jī)電、監(jiān)控等研究。