豹子沟煤业数字化矿山建设实践研究

王常军

（山煤国际能源集团煤业分公司蒲县豹子沟煤业，山西 临汾 041000）

1 工程概况

山煤国际能源集团股份有限公司煤业分公司蒲县豹子沟煤业井田面积为11.188 6 km2，可采储量8762 万t，设计生产能力90 万t/a，当前主采二1 煤。豹子沟煤业主产肥煤，是焦化业的必要煤种，肥煤加热时产生大量的胶质体，能够生产出强度高的焦炭。豹子沟煤业是一个资源整和矿井，在推进煤矿高效开采的同时，也对煤矿进行了全面的数字化自动化建设，力争实现数字化矿山。该矿主要完善了矿井数据、语音、视频、控制的基础网络建设，将矿井各自动化子系统数据通过网路手段采集到统一平台，完成了矿井综合自动化建设，构建安全生产运营中心，实现对矿井各类安全、生产实时监控系统的数据采集、处理、存储、展示与综合分析，并应用专业应用系统和专家分析决震模块，形成豹子沟煤业数字化信息安全管控系统。

2 豹子沟煤业数字化矿山建设实践

豹子沟煤业数字化矿山建设围绕提升企业“三个水平”（安全水平、自动化水平、管理水平）、提高企业核心竞争力的目标进行建设，实现矿井固定区域生产现场的“无人值守，有人巡视”，移动区域生产现场的“少人值守，有人巡视”，提升矿井安全与生产管理信息化和决策科学化水平，达到管、控、监一体化及减员增效的目的。豹子沟煤业在兼顾煤矿已有的设备、设施及系统的基础上，按照数字化矿山建设工程模型，建设万兆工业以太环网为传输主干网的统一网平台、私有云数据平台、安全生产管控层、三维可视化平台等。

2.1 网络平台建设

豹子沟煤业高速工业以太环网的建设遵循高速化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时充分考虑该煤矿总体规划和网络建设的现状，建设覆盖地面、井下的万兆工业以太环网，在核心层采用万兆工业以太网技术，通过万兆链路将各环网的交换设备链接到网络系统的核心层次，同时具备高冗余性能。

网络平台的建设中，采用了KJJ32 矿用本安型环网接入器和KJJ18 矿用本安型万兆环网接入器，为豹子沟煤业数字化矿山的主要网络建设提供了核心设备。在网络平台建设中应用了基于矿用无源光网络GEPON技术的数字化矿山井下骨干网络设备，该系统成本低，带宽可动态分配，组网灵活，易于扩展，适合于综合传输视频、数据、语音等信息，用作全矿井综合自动化系统的高速主干传输。

2.2 私有云数据平台中心建设

豹子沟煤业目前有几十个监测监控、生产自动化、经营管理系统，而且随着企业信息化水平的逐步提升，后续还需建设众多的系统，需要采购服务器、存储设备，操作系统越来越多，且需要专业的人员进行管理，每部署一套系统，就要增加一台服务器，一台服务器只为一台系统服务，服务器CPU内存等硬件资源的使用率可能10%都不到，严重造成了资源浪费。云计算管理技术可有效解决豹子沟煤业公司信息服务方面存在的上述问题。针对豹子沟煤业的情况，进行了私有云数据平台中心的建设，主要内容包括数据中心云一体机部署、网络设备部署、私有云平台软件部署调试，需要集成到安全生产管理平台、三维可视化平台中系统的数据采集。

私有云数据平台中心的建设还包括建设统一的操作运行管理平台，能够对云服务进行端到端自动化部署，同时快速响应资源调度与业务变更的服务需求。在设计时采用的集中统一的云计算运行管理模式，以统一集中的方式进行数据中心基础架构的运行管理，云的操作管理平台能够对计算、存储、网络进行整合，在用户操作平面上形成单一的界面，在逻辑结构、运行结构上很清晰，管理层次少。

2.3 安全生产管控层建设

安全生产管控层是数字化矿山建设的重要组成部分，处于控制层的核心地位，向下连接设备层，向上连接信息应用层。豹子沟煤业安全生产管控层建设情况：在安全生产管控层中集成综采监控系统、带式输送机运输监控系统、供电监控系统、安全监控系统、人员定位系统、视频监控系统、4G 通信系统，利用ABB 的80xA 软件平台及EOW-x3 操作台构建煤流、电力分控中心，进行面向生产部门的专业管控。

安全生产管控层系统集成方式有两种：一是OPC 方式，包括：综采监控系统、环网监控系统；二是ABB 的VIP 协议，包括；安全监控系统、人员定位系统、无线通信系统、视频监控系统。

煤流分控中心建设在地面调度室，用以实现主煤流输送机的远程监测监控功能。分控中心主要由地面调度指挥平台及底层单机控制系统组成。

电力分控中心采用三层结构，主要由监控中心站、变电所监控站、终端开关等设备组成，在井下以电力监站为核心，以万兆环网为通信平台，增加变电所门禁功能、视频联动功能、语音报警功能、环境闭锁功能，配合后台软件，将变电所的就地操作和供电信息管理完全转移至地面电力分控中心，实现井下变电所无人值守，充分发挥煤矿电力监控系统的“五遥四联动”功能，以提高井下电网的可靠性，大幅度提升供电管理的工作效率和信息化程度，缩短故障排除时间。

2.4 三维可视化平台建设

三维可视化矿山平台实现从上游矿井基础数据认知采集处理、中游二三维可视化展示分析，到下游信息发布共享和增值应用的全息过程覆盖，为数字化矿山建设提供从设计、运行、实时监测、过程控制到管弹的一体化、一站式产品。

豹子沟煤业三维可视化平台建设应用煤科总院北京研究院研发的煤矿数字化矿山综合管理平台。在该平台中实现矿区的信息三维可视化、井上下三维可视化、矿山地质体三维可视化；集成安全监控系统、人员定位系统、视频监控系统、产量监控系统、通信联将系统（4G 通信，井下电话、井下扩播系统）、综采监控系统、主通风机监控系统、副井提升监控系统、供电监控系统、带式输送机运输监控系统、洗煤厂监控系统，实现上述系统的数据和状态动态监测与三维可视化，并进行数据的增值利用。通过三维可视化平台，再现了综采放顶煤、煤流运输等工艺过程。通过实时动态采集多系统数据进行融合分析，结合井下实时监测数据与巷道空间拓扑的避灾线路，实现了实时动态规划与发布功能；实现安全监测数据预警分析和各类风险信息跟踪，对矿山企业危险源、隐患、事故等信息的定位记录和管理；并在突发事件下为决策者提供全面的应急决策信息支持，最大程度降低发生事故的概率和减少事故所造成的损失。

3 数字化矿山建设效果分析

豹子沟煤业数字化矿山建设后，通过井下高速工业环网，井下控制、监测信息传输实时、可靠；各专业分控中心系统的建设，提升了采、掘、机、运、通等系统的集中管控水平，实现减人增效，提高设备运转效率，节约能源；私有云数据中心的建设，可进行大数据挖掘与分析，进行数据增值利用；三维可视化平台的建设，实现了矿区地理信息三维可视化、矿山地质体三维可视化、井上下三维可视化、安全生产可视化监测预警等，实现了矿山安全、高效生产。以下主要是从减人增效、提升安全、加强管理三方面进行分析。

（1）减人增效。数字化矿山的建设实现了生产过程的自动化，所产生的经济效益首先体现在减人增效、降低成本方面，最为突出的有生产、通风、机电、运输等专业，减少矿井机电设备的岗位工（操作司机），实现“有人巡检，无人值守”，由原来“坐岗”变成“巡岗”，减少部分人员。

（2）提升安全。数字化矿山建成后，实现在地面集中监测监控，减少井下工作人员数量，降低井下工作人员伤亡的可能性。在生产之前，根据勘探数据模型模拟真三维环境下的矿床和其地质、水文环境，井进行空间预测和不确定性分析，在此基础上进行开拓设计，再根据生产过程中信息进行动态调整，优化采掘设计，最大限度提升生产时的安全。实时监测矿山生产工况，及时发现危险信号，实时进行多因素综合分析和系统评估，当危险临近或发生意外事故时，可以立即进行预警、报警并自动提示相关的应急预案，最大限度减少人员伤亡和财产损失。

（3）加强管理。通过网络、手持终端等方式及时将安全生产信息，日常办公业务进行推送提醒，提高办公效率，深化了无纸化办公。通过专业化管理，提高管理部门矿井生产的服务质量和管理水平；通过对在线设备运行数据及维修计划、产运销数据的统计分析、井下物流运输与物资购消耗管理等企业经营管理数据与现场过程动态数据融合分析，提升了企业生产过程的精细化管理。

4 总结

随着信息化及自动化、物联网技术的不断发展及行业应用，数字化矿山在保障矿山本质安全、高效开采、绿色生态、高度集约化，实现矿井灾害综合防控、采矿自动智能化、安全监管全息可视、运营决策分析等方面起到了积极作用。本文以山煤国际能源集团煤业分公司蒲县豹子沟煤业为研究对象，进行了数字化矿山建设的实践应用研究，实践应用效果理想。数字化矿山建设后，提升了采、掘、机、运、通等系统的集中管控水平，实现减人增效，提高设备运转效率，节约能源；可进行大数据挖掘与分析；可实现矿区地理信息三维可视化、矿山地质体三维可视化、井上下三维可视化、安全生产可视化监测预警等，实现了矿山安全、高效生产。