山东能源集团智能矿山建设实践

李希勇

(山东能源集团，山东省济南市，250014)

1 煤炭行业智能化建设现状

近年来，在国家层面大力支持引导下，在地方部门和煤炭企业、社会各界的共同努力下，煤矿智能化建设取得显著成效，有力推动了煤炭行业转型升级和高质量发展。回顾我国智能矿山建设之路，以下3点必须关注和肯定[1-6]。

一是国家层面高度重视顶层设计，为智能矿山建设提供了遵循指引。近年来，国家相关部门先后出台《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》《煤矿机器人重点研发目录》等政策文件，对煤矿智能化建设提出一系列发展思路和具体要求。同时，有关部委在安全改造资金、产能核增、产量置换等方面，专门出台了更具针对性、指导性的支持政策和工作举措。这些对于提升我国煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要的战略引领和现实指导意义。

二是煤矿智能化技术创新深入推进，为智能矿山建设提供了核心支撑。为高效推动煤矿智能化技术研发创新，国家科技部在国家重点研发专项的“智能机器人”中设立了煤矿机器人方向，着力破解煤矿井下机器人应用关键核心技术。许多高等院校积极响应国家加快煤矿智能化建设的号召，更加注重煤矿智能化人才培养，构建多学科交叉、产学研融合的人才培养模式。相关行业部门积极推动科研院所、煤炭行业大型集团之间战略合作，开展智能化技术攻关和智能装备的应用推广。煤炭行业的智能矿山建设已经具备了相对充分的人才储备和技术支持。

三是煤炭开采智能化水平稳步提升，为智能矿山建设提供了实践基础和借鉴经验。目前智能化采煤已在多种类型的矿井中进行了实践，全国智能化采掘工作面2019年底达到275个，2020年底超过500个。智能化建设已经在选煤厂和井下掘进、辅助运输等系统开展了应用，呈现全面纵深推进的良好发展局面。我国智能矿山建设起步快速、推进有力，未来大有可为。

山东能源集团作为一个新集团、老企业，矿井数量多、生产条件复杂、井下战线长、劳动用工多、安全风险点多面广，智能矿山建设意义重大。近年来，通过认真贯彻习近平总书记“四个革命、一个合作”能源安全战略和安全生产重要论述，贯彻国家八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，树牢以矿工为中心的发展理念，以打造全球清洁能源供应商和世界一流能源企业为目标，以数字化转型为主线，积极推动工业互联网、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术在全要素、全产业链、全价值链中深度融合应用，闯出了一条智能矿山建设新路子，在诸多领域走在了行业前列。2020年9月份，全国煤矿智能化建设现场推进会在山东能源集团召开，全球首套矿用高可靠5G专网系统顺利发布，在行业内外产生了强烈反响。在此，对企业创建智能矿山的具体实践进行总结。

2 山东能源集团创建智能矿山具体实践

2.1 实施创新驱动发展战略，激活智能矿山建设的动力引擎

发挥创新引领作用是传统能源企业转型升级、实现高质量发展的必由之路。山东能源集团煤炭产业比重大、转型升级任务重，倒逼集团必须走创新驱动发展之路，必须坚持把科技创新作为重中之重，必须靠创新创效跳出煤炭产业兴衰周期。“十三五”期间企业共投入科研经费177亿元，强化煤矿智能化建设等关键技术攻关，340项成果获得国家级和省部级科技奖励。

(1)聚力建立一批大型高端研发平台。坚持自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来的方针，建成8个国家级研发平台，建立以企业为主体、以市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。建成煤炭行业首家煤矿智能开采工程研究中心，在智能开采关键技术与装备研发试验、标准创新、成果推广等方面取得显著成效。成立首家国家级煤炭工业互联网创新中心，组建大数据创新中心、5G+智慧矿山研究中心，煤炭工业互联网建设及5G创新场景应用快速开局起势。

(2)聚力攻克一批智能开采关键技术。坚持自主创新与引进消化吸收相结合，以智能开采为重点，集中力量研发攻关了5G矿用、灾害超前治理、电液控制传感器、采煤机智能截割、工作面自动找直、三维地质模型构建技术等一批国内领先的关键技术，较好破解了智能矿山建设的技术掣肘。

(3)聚力研发一批先进可靠智能装备。先进可靠的装备是智能矿山建设的基础支撑。企业加强了与美国卡特彼勒、日本小松矿业、德国沙尔夫等国际先进装备制造企业合作，“十三五”以来累计装备投入200多亿元，建成高端液压支架制造基地，达到美国(康寿)标准，成为卡特彼勒液压支架产品全球供应商。加快智能化装备升级换代，优化提升智能采掘、智能选煤、智能交通等系统装备，对矿井进行全方位、全系统装备换代。金鸡滩煤矿应用世界首套8.2 m超大采高综采装备，产能水平达到1 500万t/a，运行以来累计开采煤炭超过2 800万t。

(4)聚力培育一批科技创新领军人才。人才是企业的第一资源，高端人才是企业的核心竞争力。山东能源集团坚定不移实施人才强企战略，柔性引进院士15人和国家“千人计划”专家团队、散煤高效清洁燃烧技术研发团队、工业级清洁煤技术研发团队。引进一批高端互联网人才，打造了一支近千人的数字化转型技术队伍，承担信息化咨询设计、系统集成、软件开发、服务运营等业务。

2.2 搭建互联互通信息网络，夯实智能矿山建设的基础支撑

通过网络基础设施建设，打造低成本、低时延、高可靠、广覆盖的信息网络，为产业链各环节的泛在互联与数据顺畅流通提供保障，这是智能矿山建设的必由之路。为此着力启动和实施了三大工程。

(1)信息网络建设工程。建成煤炭行业首家洲际信息通信网络，与300多家分支机构实现互联互通。矿井全部建成骨干万兆工业环网，80%矿井建成井下高速无线宽带网络，满足安全生产、经营管理各类信息化系统数据传输。建成混合多云架构云计算中心，千余台虚拟服务器承载ERP、安全生产等业务系统，集团工业系统上云率达100%，矿井系统上云普及率90%以上。

(2)5G新基建应用工程。联合成立国内首家5G+智慧矿山联合实验室，自主研发全球首套高可靠矿用5G专网系统，获得国家矿用产品安全标志证书。将矿用5G技术应用于煤矿井下复杂环境，在多个矿井开展5G成套装备规模化应用，成为新型基础设施建设在煤炭行业应用的重要里程碑。

(3)工业互联网生态工程。依托成熟经验及解决方案，在矿山智能化建设、系统运维服务等方面为行业用户提供赋能服务，已与多家矿业集团洽谈合作意向。创建国内首个矿用物资网，建成齐鲁云商、鲁北商城、中国能源矿产交易中心、海南国际能源交易中心等物资交易平台，融合线上线下业务，累计在线交易额超过2 000余亿元，推动了平台经济等新业态新模式创新发展。

2.3 打造数据集成共享平台，构建智能矿山建设的数字生态

智能矿山建设是极为复杂的系统工程，生产和管理环节众多，只有将零散、孤立的数据信息集中收集、集约整合，打通生产、经营、安全监控三大数据链，才能带来“互联网+”的倍增效应。前瞻布局、适新应变，组建信息化管理委员会，构建IT组织架构，2015年以来启动大数据工程，着力推动“一切业务数据化、一切数据业务化”，实现由定性分析向定量分析、由制度管理向流程管理、由机制运营向数字运营“三个转变”。

(1)率先打造大数据决策平台。相继与SAP、IBM、阿里巴巴、华为等企业合作，累计投资20多亿元，成为煤炭行业首家实施SAP第4代ERP系统全覆盖的企业。建成大数据中心，汇聚集成煤矿环境、人员、设备、安全、管理、经营、视频等上百类数据资源，系统日均处理超过2亿条信息。

(2)持续打造业务管控平台。推进业务数字化建设，完成财务管控、销售业务、人事管理、生产控制、贸易管理“五个体系”建设，建成财务共享、资金管理、税务管理、物资共享、设备共享、营销共享等十大共享平台；其中，财务共享中心为全国能源行业首家，实施后工作效率提升50%，业务人员精简80%。构建一体化人事管理体系，实现20余万职工信息档案、人资薪酬云端管理。

(3)倾力打造数字矿山平台。在煤炭行业首家建立以地质模型为起点、以预算模型为核心、以业务为驱动的采矿运营平台，实现从采掘生产作业环节到成本费用预测的业财联动预算管理。自主研发“智矿云网”数字化平台，应用了50多个可复制、可推广的工业APP，实现信息共享、流程互通、智能融合，东滩煤矿、鲍店煤矿、金鸡滩煤矿等矿井实现成功应用，为煤炭工业互联网建设提供了“山能方案”。

2.4 创新智能矿山应用场景，提升智能矿山建设的质量水平

数字技术与煤炭工业深度融合，构建全新的组织形式和生产模式，能够最大限度改善工作环境，降低劳动强度，提升经济效益，推动煤炭产业由劳动密集型向技术密集型转型，这是未来煤炭企业转型发展的基本方向和核心路径。大力推进智能装备、智能系统研发，持续拓展智能应用场景，累计建成80个智能采煤工作面、71个智能掘进工作面、10个智能矿山示范点，山东本部冲击地压矿井全部实现智能化开采，省内36对矿井取消夜班采掘作业，矿井生产效率与安全系数大幅提高，职工幸福感、获得感显著增强。重点推动5个领域智能进程。

2.4.1智能开采

山东能源智能化采煤流程如下：通过地面集控中心远程下达工作面设备运行指令；地面配液中心将乳化液输送至采区集中供液中心，为工作面设备提供液压动力；采煤机割落的煤炭通过刮板输送机、带式输送机运出，再经主井提升至地面，实现全流程智能化生产。智能开采工作面系统如图1所示。

图1 智能开采工作面系统图

兖煤澳洲公司矿井通过集控中心远程遥控生产系统，一般矿井定员在180～280人，综采工作面每班仅6人。兖煤澳洲莫拉本井工矿自动化采煤工作面和澳斯达煤矿长壁远程自动化控制工作面分别见图2和图3。

图2 兖煤澳洲莫拉本井工矿自动化采煤工作面

兖州煤业鲍店煤矿建成国内一流、国际先进低延时、高可靠、常态化运行的智能化综放工作面，生产作业人员由16人减至7人。鲍店煤矿智能化综放工作面常态化运行如图4所示。

郭屯煤矿形成高精度导航定位 + 三维动态地质模型自适应割煤的“透明化”智能开采模式。郭屯煤矿以数字孪生技术构建透明化智能工作面和基于地理信息系统的“一张网”智能管控平台，分别如图5和图6所示。

图3 兖煤澳洲澳斯达煤矿长壁远程自动化控制工作面

转龙湾煤矿建成国内首个使用LASC惯导技术的千万吨级自动化工作面。金鸡滩煤矿建成世界首个7 m超大采高智能综放工作面、工效达到260 t/工，具备2 000万t/a产能的世界领先水平。

图4 兖州煤业鲍店煤矿智能化综放工作面常态化运行

图5 郭屯煤矿以数字孪生技术构建透明化智能工作面

图6 郭屯煤矿基于地理信息系统的“一张网”智能管控平台

2.4.2智能机电

推进排水、提升、运输、通风、供电等“五大系统”智能化运行，矿井全面实现中央变电所、井下水泵房重要场所和选煤厂部分岗点无人值守。应用井筒安全智能巡检机器人、带式输送机巡检机器人取代人工巡检。4对矿井建成井下数字化交通系统，省内矿井实现井下半小时运输圈。兖州煤业鲍店煤矿智能巡检机器人如图7所示。

2.4.3智能监控

山东能源集团骨干矿井实现调度指挥、监测监控和远程集控“三大中心”协同运行。完成监控系统改造升级融合，成为国内首批实现安全监控、人员位置监测、应急广播系统在井下融合联动，视频监控、调度通讯在地面融合的煤矿企业。建立安全生产一体化平台，自主开发建设安全生产调度指挥系统、生产实时数据联网系统、重大灾害智能监测分级预警系统。唐口煤矿智能控制中心如图8所示，转龙湾煤矿胶轮车运输调度管理平台如图9所示。

图7 兖州煤业鲍店煤矿泵站智能巡检机器人

图8 唐口煤矿智能控制中心

2.4.4智能选煤

运用物联网、智能感知等先进技术，推动选煤全工艺流程生产自动化、管理信息化。率先在煤炭行业构建商品煤智能检验管控体系，实现检验过程无人干预、质量数据实时采集。实施智能升级后，选煤厂入选能力提升15%，精煤产品稳定率达到98%以上，煤炭产品供给质量得到较大改善。高煤公司智能化选煤厂集中控制中心如图10所示。

图9 转龙湾煤矿胶轮车运输调度管理平台

图10 高煤公司智能化选煤厂集中控制中心

2.4.5智能人员管理

山东省内51对矿井全部建成人员精确定位系统，静态定位精确至300 mm。研发具有井下作业人员生命体征、救援引导、信息推送功能的矿用智能手表，实时采集生命体征信息，数据异常自动报警。整合人力资源主数据、安全监测监控和职业健康等系统，构建健康大数据，为人员精准化精益化管理提供依据。付村煤矿井下AI智能视频识别如图11所示。

图11 付村煤矿井下AI智能视频识别

3 结语

创新永无止境,智能引领未来。智能化建设是我国煤炭工业的第4次技术革命，是300余万名煤矿工人最大的福利，对于提升技术装备水平、增强安全生产能力、保障职工生命健康、促进煤炭工业转型升级意义重大。

作为国有煤炭企业，山东能源集团将认真落实全国煤矿智能化建设现场推进会精神，坚定不移发挥表率作用，集中优势资源力量，借鉴先进经验，“十四五”规划投资280亿元，确保2021年年底前建成一批高水平、系统集成的智能化示范矿井，“十四五”期间全面完成智能化建设，智能化开采煤炭产量达到90%以上；大力推动人工智能、大数据、云计算等先进技术与煤矿智能化深度融合，推动5G无线网络建设覆盖井下主要工作地点，打造煤炭行业工业互联网平台和5G+智能矿山解决方案，做大做强工业互联网产业；以减头减面减系统、提质提速提效益“三减三提”为统领，实行装备换人、技术换人、管理换人，强化关键技术装备攻关突破，推动高端采掘装备智能化升级换代，提升煤矿智能化建设水平，真正让煤矿工人成为社会尊重、人人向往的职业，为我国煤炭行业智能化建设做出应有的贡献。