智能化煤礦一體化解決方案的創(chuàng)新者
——陜西延長石油礦業(yè)公司巴拉素煤業(yè)公司智能化建設綜述

文/王春剛

（作者系陜西延長石油礦業(yè)公司巴拉素煤業(yè)公司總經理）

全面運用5G技術生態(tài)、混合云與GIM技術，建成一個具有時空一體、萬物互聯、數據融合、全息感知、業(yè)務聯動、智能決策，安全、生產、管理全過程智能化運行的有機綜合體

巴拉素煤業(yè)公司是陜西延長石油礦業(yè)有限責任公司依托境內豐富的煤炭資源，按照“以煤為主、電力突破、物流支撐、煤化互補、協(xié)調發(fā)展”產業(yè)戰(zhàn)略，于2011年7月成立的大型煤炭企業(yè)。

根據智能化建設“延長方案”的頂層設計，巴拉素煤業(yè)公司全面運用5G技術生態(tài)、混合云與GIM技術，采用云邊端一體化的管控模式，應用微服務架構，在礦井開采、掘進、通風、運輸、洗選及管理等各場景，實現基于“一張圖”的綜合態(tài)勢分析與輔助決策，建成一個具有時空一體、萬物互聯、數據融合、全息感知、業(yè)務聯動、智能決策，安全、生產、管理全過程智能化運行的有機綜合體。

在2020年國家能源局、國家煤監(jiān)局組織的全國首批智能化示范煤礦建設推薦中，巴拉素煤業(yè)公司礦井智能化方案綜合得分排名陜西省第一。同年入選《新（改擴）建智能化煤礦名單》，成為陜西省唯一一家入選新建智能化示范煤礦。

明確建設目標，做好頂層設計

巴拉素煤業(yè)公司智能化建設的目標是：努力成為智能化煤礦一體化解決方案的實踐者、創(chuàng)新者和引領者，為延長礦業(yè)，甚至全國煤炭行業(yè)打造一個智能化煤礦樣板。

為實現這一目標，巴拉素煤業(yè)公司從項目設計伊始即調研考察了國內外先進煤礦的建設情況和成功經驗，梳理了當時各大煤礦在智能化建設上存在的問題和“卡脖子”難題，立足巴拉素煤礦實際條件和需求，與國內專門從事煤礦智能化研究的頂尖院士團隊合作，科學謀劃、統(tǒng)籌推進，完成了巴拉素煤礦智能化建設頂層設計，并分十二個建設項目進行專題攻關。2020年5月與天地科技公司簽訂《巴拉素智能化煤礦建設技術研發(fā)及系統(tǒng)集成》合同，重點強調多學科交叉融合，突出原創(chuàng)性理論、關鍵核心技術和裝備應用，探索破解煤礦智能化建設和煤炭高質量發(fā)展難題的途徑和模式。

這種從科研、規(guī)劃、設計、采購、建設各階段與國內頂級科研單位全面合作的方式，能夠保證巴拉素煤礦運用最先進的理念，采用最先進的智能化方案、技術及設備，從各個階段全方位保證煤礦智能化的實現。

在巴拉素煤業(yè)公司智能化建設的頂層設計中，始終將減人提效、綠色安全作為智能化建設的重點。主要規(guī)劃體現在綜采工作面、煤流運輸及提升系統(tǒng)、固定場所、地面選煤及裝車系統(tǒng)的無人、少人化設計，使用巡檢機器人、無人值守系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，減少下井巡檢人員數量及頻次。

為此，巴拉素煤業(yè)公司將智能化的“基因”植入到礦井規(guī)劃—設計—建設—生產—運營的全部環(huán)節(jié)，通過建設綜合管控系統(tǒng)及大數據平臺，對5G通信網絡及精準位置服務系統(tǒng)、地質保障及4D-GIS動態(tài)信息系統(tǒng)、采掘工作面智能協(xié)同控制系統(tǒng)、井下環(huán)境感知及安全管控系統(tǒng)、固定場所無人值守智能管理系統(tǒng)等14大生產系統(tǒng)、105項子系統(tǒng)實行綜合管控，全面形成煤礦管理、經營與生產的智能化運行。

構建智能管控模式，提升智能決策能力

在智能化綜合管控平臺建設過程中，巴拉素煤業(yè)公司依據陜西省及國家智能化示范礦井建設要求，與中國煤炭科工集團王國法院士團隊協(xié)作，結合礦井智能化實際需求，構建了巴拉素煤礦數據標準體系。體系將全部標準規(guī)范劃分為基礎標準、技術標準、業(yè)務標準三大類，實現從數據生產、管理到服務全生命周期關鍵節(jié)點的標準化。

在此基礎上，建立了統(tǒng)一的數據匯接標準、GIS圖形標準、主數據管理標準，實現對各類信息化智能化系統(tǒng)的數據匯接融合，實現調度指揮的全息可視，包括重大危險的智能預警、安全管理的動態(tài)診斷、生產過程的協(xié)同控制、經營決策的智能分析、業(yè)務流程的高效協(xié)同等。

同時，巴拉素煤業(yè)公司基于新一代信息技術帶來的思維邏輯變革，以場景化應用為核心重塑煤礦網絡應用架構，努力打造5G+融合通信網絡系統(tǒng)。注重以多網融合和整網安全為重點，解決數據共享和數據安全的難題。子網分區(qū)域、分場景、分業(yè)務按需融合多種網絡技術，解決子系統(tǒng)、終端等對帶寬、速率、實時性和接入密度等的多樣化需求難題，進而實現了地面F5G主干覆蓋、5G移動接入、WiFi6室內增強、井下工業(yè)環(huán)網保生產接續(xù)、5G多媒體移動融合調度，F5G與WiFi6固定場景高清視頻AI應用的靈活、高效、高實用性，為煤礦智能化系統(tǒng)打通數據壁壘、重塑業(yè)務模式、創(chuàng)新生產管控方式提供了有力支撐，顯著提升了礦井智能科學決策能力。

運用先進智能技術，推動綜采高效優(yōu)質

事實證明，用先進技術推動技術綜采工作面智能化建設，不僅極大地保護了礦工生命安全，對提高工作效率和質量同樣發(fā)揮重要作用。巴拉素礦綜采工作面智能化建設的特點主要體現在以下幾個方面。

一是業(yè)內領先的高帶寬集成式支架控制系統(tǒng)。液壓支架控制系統(tǒng)采用目前業(yè)內最高規(guī)格的千兆以太網控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠將工作面視頻、人員定位、工作面環(huán)境監(jiān)測等子系統(tǒng)，直接接入控制系統(tǒng)，實現真正意義上的工作面一線貫穿。同時，高容量千兆系統(tǒng)滿足同時傳輸所有視頻畫面的所需帶寬，架間延時低至30ms。

二是基于無線傳輸網絡的國產自動找直系統(tǒng)。工作面自動找直系統(tǒng)采用精度較高的光纖慣導系統(tǒng)，精度不低于1.0×10-3rad，系統(tǒng)數據采用有線+無線雙通道方式進行傳輸，保障數據穩(wěn)定連續(xù)性。系統(tǒng)為全國產結構配置。

三是多功能集成的工作面巡檢機構。工作面配置智能巡檢機構，巡檢機構通過機械對接方式裝配在運動軌道上，通過自身功能模塊以動態(tài)形式實現綜采工作面自動巡檢功能，通過編碼技術、雜音過濾技術等，對現場采煤機、刮板運輸機、液壓支架等進行音視頻監(jiān)控。同時，配備激光甲烷探測儀、搭載激光掃描儀，通過SLAM定位及建模技術實現在巡檢過程中的三維建模功能，整體系統(tǒng)基于工作面建設的高帶寬無線網絡進行信號傳輸。

四是工作面裝備故障診斷及精準維護系統(tǒng)。配置有工作面裝備故障診斷及精準維護系統(tǒng)，能夠對工作面的重大設備在線監(jiān)測信號（包含振動、軸溫、油脂、電流、電壓、功率，工況等）和點檢信息的實時分析、特征對比以及故障樹分析計算，實現設備遠程故障診斷、缺陷識別和隱患排查，準確定位故障和缺陷類型位置，為設備健康管理、及時維修和更新決策提供信息支撐。

五是綜采工作面設備三維數字孿生技術的應用。通過對工作面成套設備模型等比例設計、還原、建模，具備真實設備仿真能力，能夠真實模擬井下設備的操作與動作，按照設定的程序還原采煤工藝，滿足工作面設備成套化、自動化仿真測試。也可根據井下設備的真實運行情況，同步在三維仿真平臺上同步顯示。

選煤模式智能化，生產系統(tǒng)無人化

巴拉素選煤廠作為國內標桿企業(yè)，近年來大力推進智能化、智慧化選煤生產模式，在功能深度上逐步深入，在基本面上穩(wěn)步推進、逐步深化，產學研并舉，持續(xù)走在行業(yè)的前沿。

為確保原煤入洗量穩(wěn)定，巴拉素智能化選煤廠建立了數據管理中心、分析及智慧化平臺系統(tǒng)，并利用大數據、人工智能的專家知識、人工神經網絡及深度學習研究建立預測模型、智慧分析模型等，每個模型都具有自學習、自適應的能力，隨著數據的不斷積累，能夠使得預測更加準確。

數字模型的應用，讓原煤入洗量、倉儲量更加精準，還能自動分析系統(tǒng)和設備的缺陷、故障，并實時預警，為管理人員指導生產提供了智慧決策；建立了設備維保、監(jiān)控、分析中心，提高人員生產功效，延長了設備使用壽命，降低了維修成本；實現了生產系統(tǒng)的“無人值守，有人巡視”，達到監(jiān)、管、控一體化，真正降低了勞動強度，實現了減人增效，比非智能化煤礦減員50%。

應用機器人巡檢，保安全科技護航

巴拉素煤礦智能化項目使用大量機器人用于井下及地面生產安全工作，從而實現減人、提效、保安全的發(fā)展目標。機器人種類包括五種：

一是主煤流巡檢機器人。通過自身搭載的高清相機、紅外避障傳感器、紅外熱成像儀、圖像采集裝置、氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、噪聲采集裝置等信息采集設備，進行煤流量檢測、皮帶運行狀態(tài)感知、紅外測溫、異物檢測、環(huán)境參數監(jiān)測、人員等特征信息識別，實現主煤流系統(tǒng)全自動智能巡檢。

二是固定場所巡檢機器人。通過自身搭載的信息采集設備，進行設備狀況監(jiān)測、運行狀態(tài)感知、紅外測溫、環(huán)境參數監(jiān)測、人員入侵等信息智能識別，并基于自主避障和智能供電等技術，代替人工進行井下變電所、泵房等區(qū)域智能巡檢。

三是罐道安監(jiān)機器人。具有井筒電纜異常溫升檢測、罐道平直度智能識別、罐道固定情況檢測、罐道有無其他損傷和罐道檢查變形等功能，能夠有效識別危險源并及時預警，實現井筒罐道自主巡檢和勘測，有效規(guī)避人員巡檢安全風險。

四是通風井智能安監(jiān)機器人。搭載的智能傳感器具有有毒、有害氣體檢測、風速測量、井壁結構缺陷（片幫、滲水、井壁裂隙）智能識別、局部自主導航和電子地圖自動構建等功能，實現在超視距遠程遙控下進行通風井筒勘測和預警，解決通風井自動巡檢難題。

五是工作面巡檢機器人?？稍诿旱V綜采工作面刮板運輸機和液壓支架之間自行走，具備瓦斯超限斷電、防碰撞、限位保護、無線遙控、緊急手動充電、指定監(jiān)測區(qū)間往復行走、視頻錄像等功能，有效規(guī)避人員巡檢安全風險。

強化人才培養(yǎng)措施，提升技術保障能力

巴拉素煤業(yè)充分利用當前智能化項目實施建設時機，不斷強化高素質人才的培養(yǎng)和選拔，積極打造技術骨干團隊。

把人才培養(yǎng)工作貫穿到項目建設前期的方案論證、廠家交流、設備選型，以及技術規(guī)格書編制、項目實施、設備和系統(tǒng)調試、項目驗收、運維管理等各個環(huán)節(jié)，讓項目建設與人才培養(yǎng)同步進行，邊干邊學、邊學邊用，培養(yǎng)了一批與智能礦井、智慧礦區(qū)相匹配的會技術、懂管理的高素質人才隊伍，實現了礦井智能化建設和專業(yè)化人員培養(yǎng)同步。如專業(yè)信息化運維團隊的成立，通過統(tǒng)一系統(tǒng)建設標準，強化運維服務水平，推動公司智能化系統(tǒng)技術保障實力的顯著提升。

巴拉素煤礦智能化建設實踐所積累的智能化樣板工程、成熟應用項目和人才培養(yǎng)經驗，以及可復制、可推廣的智能礦井建設模式，為推動煤炭行業(yè)發(fā)展提供了“巴拉素方案”。