贵州新田煤矿智能化建设探索新路径

聂建华 宋永滦

贵州豫能投资有限公司新田煤矿自2020年底成为全国首批智能化建设示范煤矿以来，通过积极探索和创新创造，走出了一条瓦斯灾害严重矿井煤矿智能化建设之路、探索之路、示范之路。

顶层设计谋新篇

新田煤矿隶属于贵州豫能投资有限公司，位于素有“水西门户、贵筑藩屏，黔中腹地、省府咽喉”之称的毕节黔西市下辖的甘棠镇，是贵州省实施“西电东送”重要战略的重点配套煤矿。

井田面积约35.92平方公里，设计规模120万吨/年，属煤与瓦斯突出矿井，主采煤层为4#煤和9#煤，煤层瓦斯含量达24.98m3/t，瓦斯压力达2.94Mpa，与贵州地区其他煤矿一样，瓦斯灾害是新田煤矿安全生产的主要制约因素。

煤矿智能化是一个多专业复合性较强的系统工程，新田煤矿先后到河南、山东、内蒙古等地区考察，与中国矿业大学、山东科技大学等高等院校学习交流。在贵州省能源局及相关专家的多次帮助指导下，新田煤矿明确了智能煤矿关键技术要达到“国际领先、国内一流”的总体建设要求，要实现“设备智能运行、工程智能设计、灾害智能预警、生产智能决策”的具体目标，要达到“安全高效、减人提效”的最终效果。

科学施策抓落实

2018年3月，根据贵州省《贵州省煤矿智能机械化升级改造建设与验收暂行办法》要求，新田煤矿建成了辅助系统智能化，装备了2个智能化综采工作面，完成了4个工作面智能化采煤，建成了2个智能化综掘工作面。

2021年5月，新田煤矿召开了全面智能化建设启动大会，把新田煤矿智能化建设项目确定为贵州豫能、新田煤矿的“一把手”工程，成立了从贵州豫能到矿井的两个专班小组。

一年多来，新田煤矿以模块化设计、分层式展示为主线，建成了可自定义配置，数据共享的综合智能化平台。包含智能化辅助系统、智能化采掘系统、智能化经营管理系统、智能化调度系统、智能化安全管控系统、智能化协同设计系统、智能化通防系统等七大模块，集成了50余个子系统。

1.智能化辅助系统：包含主煤流运输、供配电、通风等13个子系统，所有系统均通过5G/F5G网络进行数据汇入实现数据融合、安全管控和高效传输。

其中，主煤流运输系统在5G传输基础上实现了机器人+智能AI识别系统+钢丝绳在线专家诊断系统+皮带保护系统整体数据的融合，实现了远程控制、全方位监控、本质安全管理；智能供电系统在5G基础上利用机器人+智能AI識别技术实现设备现场超高清视频、语音、红外成像等数据的实时回传及设备运行故障的超前预判、预警功能，真正实现了无人值守。

2.智能化采掘系统：包含智能化综采和智能化综掘子系统。

其中，智能化综采工作面具备集控中心对综采工作面所有设备一键启停功能，实现了采煤机射频精确定位、记忆截割、液压支架跟机移架、三机联动控制功能，生产期间以记忆截割为主、人工干预为辅的智能化采煤方式，同时配备18个智能AI识别摄像仪，对工作面整个系统实现全方位安全监控。智能化综掘工作面实现了就地遥控控制、井下风门外集控室远程控制和地面集控中心远程控制，掘进工作面记忆截割、运输成套设备“一键启停”；装备了镭射导航系统，实现了掘进机的自动定位、定向、定姿功能；综掘机后方、各个转载点配备了智能AI识别摄像仪，人员接近设备运行危险区域具备智能识别与报警功能。

3.智能化经营管理系统：包含OA办公、经营管理、设备管理、生产计划动态调控等8个子系统；实现各种公文、物资管理、成本管理、安全管理等日常办公的流程化、精细化管理。

4.智能化调度系统：包含综合调度指挥、应急广播、调度通信等5个子系统，实现了井上下透明管控、全方位调度指挥管控。

5.智能化安全管控系统：通过构建瓦斯灾害防治、水害防治、火灾防治、顶板灾害防治、粉尘灾害防治系统，实现了五大灾害的精准管控。

瓦斯灾害预警系统是基于4DGIS建设的瓦斯灾害预警与防治决策支持子系统，融合了微震系统、矿压监测系统、地应力监测系统、瓦斯监测系统等关键参数并进行综合分析，实现地应力分布、工作面瓦斯涌出量预计、煤层瓦斯压力和瓦斯含量反演、工作面煤层抗压参数反演等实时计算，并结合煤与瓦斯突出灾害的发生机理和演化规律，实现煤与瓦斯突出事故的精准预警。达到了瓦斯灾害治理的“专家型”支持系统。

水害防治系统集矿井水文数据采集、处理、预警、辅助决策于一体，实现了水害检测和排水系统的联动功能；火灾防治系统对井下自燃火灾气体中的CO、CH4、O2、CO2、C2H4等气体进行精确监测分析，实现对煤矿自燃火灾的预警预报；顶板灾害防治系统实现对综采、掘进工作面的压力监测数据的实时自动上传和分析，并能预测与预警；粉尘防治系统实现对各个转载点和工作面粉尘检测和自动降尘的目的。

6.智能化协同设计系统：包含采矿协同设计系统、输配电地理信息系统、智能通风设计系统等软件系统。

智能化协同设计系统以4DGIS为核心，以地质保障为基础，由矿井地质数据联动，实现数据成图、由图建库、图库双向查询、2DGIS与 3DGIS相互转换等功能。其中采矿协同设计实现自动快速生成多种设计方案以供工程技术人员优选；输配电地理信息软件根据矿井巷道实际长度进行电缆、设备选型和短路电流、继电保护定值计算，关联电力监控系统在三维场景下实时监测电力设备运行状态；智能通风设计根据井下通风系统情况快速生成通风网络图、通风动态模拟展示、风网解算和定点调风快速计算。实现了煤矿设计由人工制图、cad制图向数据自动生图的历史性变革。

7.智能化通防系统：包含智能通风、智能防尘等5个子系统。

该系统以4DGIS为基础，实现在二三维场景下展现矿井的通风系统布置，井上下通风机运行状态的监测，通风设施一键控制，系统无缝对接风速、风阻、风量等监测数据，对矿井通风系统的可测性、可控性、可靠性、合理性的综合评价，通风网络动态实时解算；通风系统优调优控和井下巷道需风量预测，关联防尘系统进行防尘监测；自动生成避灾路线并进行三维仿真展示。达到了矿井通风管理的“专家型”支持系统。

硕果累累见成效

通过新田煤矿工程技术人员的不懈努力和国内多家高端煤矿智能设备和煤矿智能技术的融合，新田煤矿智能现象无处不在：员工入井有了智能手机，固定场所无人值守、机器人巡检成为现实，智能掘进、智能采煤让一线员工走进控制室，远离危险场所。5G、F5、WiFi网络和AI摄像仪、UWB精准人员定位让安全管理、调度指挥更高效、更精准；先进的地质保障技术、瓦斯模态趋势分析技术、多源瓦斯突出预警技术和基于4DGIS的智能通风管理系统，对瓦斯的精准防治提供了更多的智能支持。先进的透明矿山技术、二维与三维的实时转换技术，实现了矿井由平面向立体，由看图向看空间的管理。基于4DGIS的数据生图软件，让工程技术人员摆脱了复杂的工程计算、现场测量、绘图制图和编制关键技术报告，大量工作电脑替代了人脑。

2021年6月，成功揭榜贵州省科技榜单“5G+智能AI识别系统”；2020年7月，新田煤矿1901智能化工作面月产量突破10万吨；2021年6月新田煤矿智能化操作员参加第21届全国煤炭行业矿山智能化建设技能竞赛，获得铜奖；2022年5月，新田煤矿“智能化关键技术研发和应用”进行了由中国工程院院士参加的技术鉴定，得到了“总体达到了国际先进水平，其中在动态地质保障和透明地质智能信息建模方法方面具有国际领先水平”的鉴定结论。

经过积极探索和不懈努力，新田煤矿智能化建设取得显著经济效益和社会效益。

1.安全保障能力显著提升。智能化矿山投入常态化运行后，实现了系统间跨专业联动、超限值联动，各系统在灾害面前应急而动，采掘头面瓦斯异常超前预警、主通风机故障自动倒台保证通风、水位上涨主排水泵自动轮询启动等，大大提升了矿井安全保障能力。

2. “减人增效”目标明显。矿井从开展智能化建设以来，实现固定岗位工减员79人，采煤工作面减员59人，机掘工作面减员27人，每年减少人工工资投入约1400万元/年。智能化综采工作面投入常态化运行后，原煤产量由原来的60万吨/年提升至120万吨/年，直接经济收入增收3.6亿元。

3.数据资源实现共享。打破了专业间信息孤岛技术壁垒，实现了矿井所有数据资源的共享，只要一个专业数据更新矿井与之相关的内容随之更新，系统之间实现应急联动，打破了系统之间的管理壁垒，提升了矿井的安全管理水平。

4.智能化运行管理常态化。一是新田煤矿智能化矿山建设之初，矿井成立了智能化小组，吸纳了各专业本科以上学历人员50余人全程参与到智能化建设中来，边学边干，解决了很多生产难题。如大学生智能化采煤班通过远程操作为主、人工干预为辅的智能化采煤法打开了疫情期间人员少、产量低的生产不利局面；智能化矿山小组利用井下钻孔数据进行地质建模准确预测了1404工作面地质构造情况，为工作面科学组织生产、及时调整俯仰采割煤、顺利通过断层、保证连续生产提供依据；智能化矿山小组利用供电设计软件科学组织系统设计和校验，合理选配供电设备，为供电系统安全运行提供依据等，这些活生生的例子科学诠释了智能化就是先进生产力，就是助推煤矿转型升级的必由之路。二是矿井制定了智能化使用管理制度，每月考核，每月兑现，激励全体员工积极学习智能化技术、主动应用智能化系统，实现了建成系统常态化运行，同时在使用中发现问题、主动解决问题，为下一步完善智能化系统打好了基础。

5.实现矿井透明化、集成化管理。通过建设透明地质、瓦斯灾害预警、智能通风、智能调度等智能化系统，将矿井巷道布置、地质构造分布、瓦斯赋存、通风网络、关键系统运行、人员分布的真实情况通过大屏一览无余，不用下井就能实时掌握井下的生产情况。同时对各系统海量数据的处理与分析，为矿井管理人员更科学、更高效组织矿井生产提供了决策依据。

展望未来不停步

站在煤炭行业高质量发展的新起点，踏上智能化煤矿建设新征程，新田煤矿将抢抓国发【2022】2号文件支持贵州建设新型综合能源基地，提升能源安全保障能力新机遇，以建设智能化矿山为不竭动力，将在煤矿数字孪生、机器人、灾害趋势预测、生产经营智能决策等技术上不断探索，真正把煤矿从“蓝领”向“白领”转变，从“劳动密集型”向“技术密集型”转变，破解“招工难、招生难”等困局，在煤矿智能化建设上做好示范引领，为贵州建设大型煤炭储配基地，打造西南地区煤炭保供中心，实现新型工业化作出新贡献。