智能化矿井建设的探索与实践

摘要：随着我国社会经济的快速发展，矿山行业也开始向集约化、精细化方向转变，如此不仅效率高，而且安全，因此智能化已经成为当前矿山发展的主要形式之一。我国智能化技术起步较晚。因此，做好相关研究分析工作具有现实意义。

关键词：煤矿智能化：分级分类：顶层设计：因矿施策：管理保障：人才培养

引言

从长远角度来看，矿山智能化问题已经覆盖到生产的各个方面，例如华能伊敏露天矿，神华准能集团黑岱沟煤矿、哈尔乌素煤矿等，在智能化建设过程中以基础通信网络平台为基础，逐渐构建了一套完整的煤矿智能化平台，能够对煤矿的生产过程进行模拟，并实现了生产调度、监控系统及通信网络之间的對接，且随着相关技术的发展，矿山管理信息系统、GPS车辆智能调度系统等逐步集成在煤矿智能化平台上。

智慧矿山已成为未来煤矿生产的主要方向，现有的智能化建设只能实现部分生产环节的自动化，技术缺陷较为明显，如难以对设备的运行情况进行监督、信息交互效果不理想等，阻碍了老煤矿智能化建设进程。为了能够更好地适应未来生产需求，在智能化建设过程中需要充分发挥现有技术的优势，依托技术条件成熟的物联网平台，构建完整的智能化建设路径，从而更好地推动智能化建设进程。实现井下少人化，个别区域无人化作业，提高整体生产功效。

2煤矿智能化建设意义

大力推进煤矿智能化建设，是防范遏制煤矿重特大事故的治本之策。一方面，能够减少井下作业人员，大幅度降低作业人员风险，实现“无人则安、少人则安”;另一方面，能够提高安全管理效能，借助安全大数据应用平台和AI传感技术，对设备工作状态、人的作业行为、隐蔽致灾因素开展的动态监测、实时预警。同时，大力推进煤矿智能化建设，是满足矿工对美好生活向往的现实需要。我国有近300万煤矿工人，长年工作在阴暗潮湿的井下，劳动强度大、工作时间长、危险系数高，通过煤矿智能化，可以改善煤矿工人作业环境，降低劳动强度，减少职业危害，提升安全系数，赋予员工更多休息时间，提高煤矿工人幸福感、获得感、安全感。此外，大力推进煤矿智能化建设，是实现煤炭行业高质量发展的必由之路。

3煤炭行业智能化发展之路

3.1因矿施策，分类分级建设智能化煤矿

我国煤炭开采以井工开采为主，随着开采技术和装备的不断发展，以及不同地区资源赋存条件的变化，各个煤矿生产企业生产水平差距正逐步在拉大，发展愈发不平衡。我国煤矿智能化建设尚处于初级阶段，国内不同区域煤层赋存条件、开采技术与装备水平、工程基础、建设目标等存在较大差异，亟需建立完备的智能化煤矿分类、分级评价指标体系，从而根据矿井的实际地质条件因矿施策地建设智能化矿井。

根据生产能力、煤层埋深、煤层倾角、煤层稳定性等14个分类评价指标，结合智能化建设的难易程度，把煤矿按照智能化建设条件分为一类煤矿、二类煤矿和三类煤矿，并相应细分为初级智能化煤矿、中级智能化煤矿和高级智能化煤矿。智能化煤矿分类的目的就是调整不同煤炭资源赋存条件的智能化等级评价门槛;因此分类评价指标必须遵循2个原则：一是分类指标必须客观;二是结合实际，体现智能化建设的相对难易程度。其中，一类煤矿代表一些我国西部煤炭资源赋存条件比较好的大矿;二类煤矿代表中东部煤炭资源赋存条件一般的矿井;三类煤矿则代表云南、贵州、四川等地煤炭资源赋存条件较差的矿井。

3.2夯实智能建设基础

综合考量煤矿安全管理、生产经营、采掘装备等实际需求，开发智能一体化管控平台，建立煤矿云计算数据中心，推动煤矿信息网络升级，实现煤矿地面和井下工控网络高度融合，为煤矿分析决策、远程控制提供可靠通信保障。

3.3顶层设计

煤矿智能化建设，标准先行，制定科学的顶层设计至关重要。国家能源集团按照相关要求，下发《关于加快煤矿智能化建设的实施意见》《关于进一步加快煤矿智能化建设的通知》等相关文件，明确了2022年实现5个100%的建设目标，并开展“十四五”煤矿智能化建设规划编制及矿区智能化建设与产业发展研究，打造以高效智能为特色的矿区、以安全智能为特色的矿区、以绿色智能为特色的矿区，在行业内部形成示范效应，引领煤炭行业智能化建设。

3.4应用定位系统

在矿井企业的生产过程中，需要全面做好矿工的安全管理。当前利用定位系统可以实现矿工的信息化管理，这对于提升管理效率、改善安全性具有重要意义。利用技术设备的优越性，可以及时掌握矿工的基本情况，从而对相应的参数进行观测，这对于提升工作作业的安全性具有重要意义。

矿工定位系统作为矿井智能化建设的基本技术，可以借助物联网的优势，使用GIS和GPS技术的功能，及时将监测到的数据信息反馈到监控中心，利用网络对数据进行快速传输，从而做好数据的分析处理工作，指导一线员工进行安全生产。一旦发生安全事故，定位系统可以提供矿工的分布数据信息，对于开展高效的救援工作降低死亡率具有重要意义。这种定位系统的应用，还能对员工的出勤率进行监测，提升对员工的管理水平。

3.5智能管理平台软件设计

3.5.1数据集成

集成原有监测系统中的数据，包括环境监测系统、矿压监测系统、机电监测系统、通风监测系统和排水监测系统。这些监测数据是智能设备显示周围环境数据的数据源。由于各监测系统数据接口不同，需要解决异构数据的集成问题。

3.5.2故障信息绘图统计

煤矿点检系统可根据数据统计与分析要求绘制相应图像，直接反映统计结果，增强用户在智能化平台上的体验。在智能化建设中，采用Higcharts图表库，根据点检系统功能及数据要求，在物联网平台上设置标题、坐标、数据来源等属性。在系统应用过程中，记录点检系统关键信息的默认数据及关键参数，可随时调取设备故障信息，满足老煤矿智能化设备管理要求。

3.5.3全面建设领先的信息化基础设施

高标准建设智能化综合管控平台、大数据中心、5G网络，建设地面智能综合调度指挥中心，集成智能化指挥、调度、管控、办公、培训、展示等功能，实现对井上下各系统的统一协调管控。建设工业设施智能保障系统，具有智能安防、智能车辆管理、智能道路管理、智能门禁闸机管理、智能供热、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息发布、智能食堂管理、智能园区灌溉、对讲及个人移动终端管理，实现工业设施保障系统的智能决策和数据共享。

3.5.4数据交换平台

数据交换平台是信息交换平台，以统一的接口规范实现数据自动提取、数据转换、数据发送、数据校验、数据审核等信息和数据的传输及共享，提高信息资源的利用率。SIP服务用于语音通讯，提供用户管理、用户注册、呼叫控制和处理、语音数据转发等功能。智能设备的语音通讯功能需要在SIP服务中注册，拨号时由SIP服务进行呼叫控制和处理。流媒体服务器用于对智能设备推送的视频流进行管理，提供视频的存储、转发功能。

3.6加大投资力度

矿井的信息化建设，需要以完善的硬件系统设备作为有效支撑，因此矿井企业在加快企业转型的过程中，需要加大资金投入，为智慧矿井的建设提供必要的物质基础。同时还需要重视技术人才的引进以及创新人才的培养，充分引进技术性人才对生产进行高效指导。并重视对员工的安全培训和技能培训，为企业的后续生产提供有力的人力资源。

首先，强化市场分工，在确定目标的同时，尽可能提高区域市场占有率。可以根据不同用户实际需求采取不同营销策略：如对于需求量大、信誉较好且合作时间较长的老客户，在确保及时供给的前提下，维持好长久的合作关系;而对于需求量较小但是信誉好的用户，可以适当在价格上给予优惠，在提升满意度的同时，达成长久的合作关系。同时，矿区企业要发展“以矿为本，全面发展，综合获利”的思想，对现有业务内容和范围进行重新划分，根据市场需求发展构建电气一体化产。

3.7科学规范有序推进，实现安全高效开采的采煤系统。

自动化采煤是将采煤设备和控制系统有效连接，控制系统根据采煤实际工况下达指令，控制采煤设备自动运行，实现自主采煤。矿山企业要推动自动化采煤技术应用，还要不断完善地质层识别技术、记忆切割煤技术及遥感控制技术等。

3.8加强空间信息技术在智能采煤中的应用

智能矿山在建设过程中使用的空间信息技术以定位技术、地理信息系统、遥感技术为核心内容。在矿山发展过程中，通过空间信息技术能够对各项指标和数据进行有效分析，以保证自动化系统的应用效果，确保矿山在生产过程中各项指标顺利获取，实现对矿山信息数据的快速整理和分析，从而建立完善的信息管理制度，并以三维形式展示。空间信息技术在智能化采煤中的应用主要体现在远程控制、工作面监控、地理信息系统、记忆割煤、煤层生产跟踪等方面。

3.9煤矿生产信息传递

为更好地指导煤矿生产过程，在实现通信网络技术过程中应重点研究煤矿海量业务数据传输问题，期间通过挖掘煤矿生产的关键信息，建立数据可视化平台，在大数据技术支持下快速完成数据处理，并将老煤矿的井下生产情况展示在屏幕上，由生产人员按照要求识别煤矿生产资料，并融合生产、隐患、物资管理、销售经营报表等数据，实现多数据融合及共享。

在技术实现阶段，应注意与煤矿点检系统相对接，利用煤矿企业成熟的网络架构、云计算平台等，直接将煤矿生产信息上传到物联网平台上，并依托可视化平台，将井下煤矿生产情况体现在屏幕上;或按照远程调度要求，展示视频监控区的生产资料，并统计煤矿生产设备及异常生产行为，完成生产过程检测。

3.10分类分步实施建设

①初级智能掘进工作面建设以实现大部分数据集中上传、设备远程集中监控为主要目标，同时具备钻机电液控制、截割断面自动成形、运输系统在线监测等初级功能，根据不同地质条件开展成套技术与装备的工程示范，提升掘支平行作业率，从而提高单进水平。②中级智能掘进工作面建设以实现工序功能自适应为主要目标，实现自适应截割、钻机运行参数自适应调节、智能卸料、刚性架自动安装等，并进一步提升梭车等装备智能化水平，开展全断面掘进、钻锚一体化等新型技术研究，根据不同地质条件开展相应技术与成套装备工程示范，提高掘进人均工效，减少作业人员。③高级智能化掘进工作面建设以实现数字孪生为主要目标，各设备实现自主精确导航，锚杆、锚网等辅材实现无人定点推送;锚杆支护实现随顶帮条件变化的自适应动态支护;连掘工作面实现电缆机器人辅助智能移动;实现无人化掘进。

3.11资金投入

加大智能化煤矿资金支持力度。设立煤矿智能化专项资金，优先支持煤矿智能化技术与装备研发、工程建设等项目，将煤矿智能化装备纳入国家智能制造发展规划，对高端综采综掘智能化装备、重大灾害应急救援智能装备等重大装备研发和应用给予财税政策支持。每个智能化矿井建设根据实际情况给予配套资金支持，优先安排项目资金、成果评价及验收推广等事宜;在下达产量计划、核增产能、相关指标及重点工作任务方面，应充分考虑煤矿智能化建设水平、试验运行状况、管理变革、人才建设等方面因素。对相关单位列入智能化煤矿建设及技术研发方面投入的资金，应给予视同研发投入的政策支持。

同时，应充分考虑煤矿所在区域、建设规模、煤层地质赋存条件、生产技术条件等不平衡性，以及各指标要素对智能化主系统影响程度的差异性，引导企业进行科学合理的智能化建设投资。

3.11运行维护保障

推进运行维护体系建设，形成信息技术人员和业务骨干相结合的联合运行维护团队。设置煤矿智能化专职业务部门，负责本矿井的智能化建设和管理。建设生产过程精益化管理体系，加强生产系统的运行、维修、保养精细化管理，形成智能化煤矿的管理、运行保障条件;加强运维人才培养，支撑新技术、新装备应用，以期为智能化煤矿的管理、运行提供保障。组织建设全国煤矿大数据中心及应用云平台，形成智能化煤矿高质量运行的新模式。

结束语

综上所述，随着信息化技术的快速发展，越来越多的行业逐步实现了自动化和智能化的生产，这是未来的发展方向。矿山企业也不例外，应顺应时代快速发展的需求，引进自动化和智能化技术，建设智能矿山。

参考文献：

[1]马小平，杨雪苗，胡延军，等.人工智能技术在矿山智能化建设中的应用初探[J].工矿自动化，2020，46（5）：8-14.

[2]谢国正.综采工作面智能化技术与装备的发展浅析[J].陕西矿井，2020，39（3）：181-183.

[3]章林.我国金属矿山露天采矿技术进展及发展趋势[J].金属矿山，2016（7）：20-25.

[4]王金华，黄乐亭，李首滨，等.综采工作面智能化技術与装备的发展[J].矿井学报，2014，39（8）：1 418-1 423.

刘晓宾，1987年2月2日，男，汉族，内蒙古凉城县人，就职于国家能源集团保德煤矿，调度主管，工程师，本科学历，主要从事矿井采煤、机电、监控等研究。