智能化煤矿一体化解决方案的创新者——陕西延长石油矿业公司巴拉素煤业公司智能化建设综述

文/王春刚

（作者系陕西延长石油矿业公司巴拉素煤业公司总经理）

全面运用5G技术生态、混合云与GIM技术，建成一个具有时空一体、万物互联、数据融合、全息感知、业务联动、智能决策，安全、生产、管理全过程智能化运行的有机综合体

巴拉素煤业公司是陕西延长石油矿业有限责任公司依托境内丰富的煤炭资源，按照“以煤为主、电力突破、物流支撑、煤化互补、协调发展”产业战略，于2011年7月成立的大型煤炭企业。

根据智能化建设“延长方案”的顶层设计，巴拉素煤业公司全面运用5G技术生态、混合云与GIM技术，采用云边端一体化的管控模式，应用微服务架构，在矿井开采、掘进、通风、运输、洗选及管理等各场景，实现基于“一张图”的综合态势分析与辅助决策，建成一个具有时空一体、万物互联、数据融合、全息感知、业务联动、智能决策，安全、生产、管理全过程智能化运行的有机综合体。

在2020年国家能源局、国家煤监局组织的全国首批智能化示范煤矿建设推荐中，巴拉素煤业公司矿井智能化方案综合得分排名陕西省第一。同年入选《新（改扩）建智能化煤矿名单》，成为陕西省唯一一家入选新建智能化示范煤矿。

明确建设目标，做好顶层设计

巴拉素煤业公司智能化建设的目标是：努力成为智能化煤矿一体化解决方案的实践者、创新者和引领者，为延长矿业，甚至全国煤炭行业打造一个智能化煤矿样板。

为实现这一目标，巴拉素煤业公司从项目设计伊始即调研考察了国内外先进煤矿的建设情况和成功经验，梳理了当时各大煤矿在智能化建设上存在的问题和“卡脖子”难题，立足巴拉素煤矿实际条件和需求，与国内专门从事煤矿智能化研究的顶尖院士团队合作，科学谋划、统筹推进，完成了巴拉素煤矿智能化建设顶层设计，并分十二个建设项目进行专题攻关。2020年5月与天地科技公司签订《巴拉素智能化煤矿建设技术研发及系统集成》合同，重点强调多学科交叉融合，突出原创性理论、关键核心技术和装备应用，探索破解煤矿智能化建设和煤炭高质量发展难题的途径和模式。

这种从科研、规划、设计、采购、建设各阶段与国内顶级科研单位全面合作的方式，能够保证巴拉素煤矿运用最先进的理念，采用最先进的智能化方案、技术及设备，从各个阶段全方位保证煤矿智能化的实现。

在巴拉素煤业公司智能化建设的顶层设计中，始终将减人提效、绿色安全作为智能化建设的重点。主要规划体现在综采工作面、煤流运输及提升系统、固定场所、地面选煤及装车系统的无人、少人化设计，使用巡检机器人、无人值守系统及视频监控系统，减少下井巡检人员数量及频次。

为此，巴拉素煤业公司将智能化的“基因”植入到矿井规划—设计—建设—生产—运营的全部环节，通过建设综合管控系统及大数据平台，对5G通信网络及精准位置服务系统、地质保障及4D-GIS动态信息系统、采掘工作面智能协同控制系统、井下环境感知及安全管控系统、固定场所无人值守智能管理系统等14大生产系统、105项子系统实行综合管控，全面形成煤矿管理、经营与生产的智能化运行。

构建智能管控模式，提升智能决策能力

在智能化综合管控平台建设过程中，巴拉素煤业公司依据陕西省及国家智能化示范矿井建设要求，与中国煤炭科工集团王国法院士团队协作，结合矿井智能化实际需求，构建了巴拉素煤矿数据标准体系。体系将全部标准规范划分为基础标准、技术标准、业务标准三大类，实现从数据生产、管理到服务全生命周期关键节点的标准化。

在此基础上，建立了统一的数据汇接标准、GIS图形标准、主数据管理标准，实现对各类信息化智能化系统的数据汇接融合，实现调度指挥的全息可视，包括重大危险的智能预警、安全管理的动态诊断、生产过程的协同控制、经营决策的智能分析、业务流程的高效协同等。

同时，巴拉素煤业公司基于新一代信息技术带来的思维逻辑变革，以场景化应用为核心重塑煤矿网络应用架构，努力打造5G+融合通信网络系统。注重以多网融合和整网安全为重点，解决数据共享和数据安全的难题。子网分区域、分场景、分业务按需融合多种网络技术，解决子系统、终端等对带宽、速率、实时性和接入密度等的多样化需求难题，进而实现了地面F5G主干覆盖、5G移动接入、WiFi6室内增强、井下工业环网保生产接续、5G多媒体移动融合调度，F5G与WiFi6固定场景高清视频AI应用的灵活、高效、高实用性，为煤矿智能化系统打通数据壁垒、重塑业务模式、创新生产管控方式提供了有力支撑，显著提升了矿井智能科学决策能力。

运用先进智能技术，推动综采高效优质

事实证明，用先进技术推动技术综采工作面智能化建设，不仅极大地保护了矿工生命安全，对提高工作效率和质量同样发挥重要作用。巴拉素矿综采工作面智能化建设的特点主要体现在以下几个方面。

一是业内领先的高带宽集成式支架控制系统。液压支架控制系统采用目前业内最高规格的千兆以太网控制系统，该系统能够将工作面视频、人员定位、工作面环境监测等子系统，直接接入控制系统，实现真正意义上的工作面一线贯穿。同时，高容量千兆系统满足同时传输所有视频画面的所需带宽，架间延时低至30ms。

二是基于无线传输网络的国产自动找直系统。工作面自动找直系统采用精度较高的光纤惯导系统，精度不低于1.0×10-3rad，系统数据采用有线+无线双通道方式进行传输，保障数据稳定连续性。系统为全国产结构配置。

三是多功能集成的工作面巡检机构。工作面配置智能巡检机构，巡检机构通过机械对接方式装配在运动轨道上，通过自身功能模块以动态形式实现综采工作面自动巡检功能，通过编码技术、杂音过滤技术等，对现场采煤机、刮板运输机、液压支架等进行音视频监控。同时，配备激光甲烷探测仪、搭载激光扫描仪，通过SLAM定位及建模技术实现在巡检过程中的三维建模功能，整体系统基于工作面建设的高带宽无线网络进行信号传输。

四是工作面装备故障诊断及精准维护系统。配置有工作面装备故障诊断及精准维护系统，能够对工作面的重大设备在线监测信号（包含振动、轴温、油脂、电流、电压、功率，工况等）和点检信息的实时分析、特征对比以及故障树分析计算，实现设备远程故障诊断、缺陷识别和隐患排查，准确定位故障和缺陷类型位置，为设备健康管理、及时维修和更新决策提供信息支撑。

五是综采工作面设备三维数字孪生技术的应用。通过对工作面成套设备模型等比例设计、还原、建模，具备真实设备仿真能力，能够真实模拟井下设备的操作与动作，按照设定的程序还原采煤工艺，满足工作面设备成套化、自动化仿真测试。也可根据井下设备的真实运行情况，同步在三维仿真平台上同步显示。

选煤模式智能化，生产系统无人化

巴拉素选煤厂作为国内标杆企业，近年来大力推进智能化、智慧化选煤生产模式，在功能深度上逐步深入，在基本面上稳步推进、逐步深化，产学研并举，持续走在行业的前沿。

为确保原煤入洗量稳定，巴拉素智能化选煤厂建立了数据管理中心、分析及智慧化平台系统，并利用大数据、人工智能的专家知识、人工神经网络及深度学习研究建立预测模型、智慧分析模型等，每个模型都具有自学习、自适应的能力，随着数据的不断积累，能够使得预测更加准确。

数字模型的应用，让原煤入洗量、仓储量更加精准，还能自动分析系统和设备的缺陷、故障，并实时预警，为管理人员指导生产提供了智慧决策；建立了设备维保、监控、分析中心，提高人员生产功效，延长了设备使用寿命，降低了维修成本；实现了生产系统的“无人值守，有人巡视”，达到监、管、控一体化，真正降低了劳动强度，实现了减人增效，比非智能化煤矿减员50%。

应用机器人巡检，保安全科技护航

巴拉素煤矿智能化项目使用大量机器人用于井下及地面生产安全工作，从而实现减人、提效、保安全的发展目标。机器人种类包括五种：

一是主煤流巡检机器人。通过自身搭载的高清相机、红外避障传感器、红外热成像仪、图像采集装置、气体检测传感器、温湿度传感器、噪声采集装置等信息采集设备，进行煤流量检测、皮带运行状态感知、红外测温、异物检测、环境参数监测、人员等特征信息识别，实现主煤流系统全自动智能巡检。

二是固定场所巡检机器人。通过自身搭载的信息采集设备，进行设备状况监测、运行状态感知、红外测温、环境参数监测、人员入侵等信息智能识别，并基于自主避障和智能供电等技术，代替人工进行井下变电所、泵房等区域智能巡检。

三是罐道安监机器人。具有井筒电缆异常温升检测、罐道平直度智能识别、罐道固定情况检测、罐道有无其他损伤和罐道检查变形等功能，能够有效识别危险源并及时预警，实现井筒罐道自主巡检和勘测，有效规避人员巡检安全风险。

四是通风井智能安监机器人。搭载的智能传感器具有有毒、有害气体检测、风速测量、井壁结构缺陷（片帮、渗水、井壁裂隙）智能识别、局部自主导航和电子地图自动构建等功能，实现在超视距远程遥控下进行通风井筒勘测和预警，解决通风井自动巡检难题。

五是工作面巡检机器人。可在煤矿综采工作面刮板运输机和液压支架之间自行走，具备瓦斯超限断电、防碰撞、限位保护、无线遥控、紧急手动充电、指定监测区间往复行走、视频录像等功能，有效规避人员巡检安全风险。

强化人才培养措施，提升技术保障能力

巴拉素煤业充分利用当前智能化项目实施建设时机，不断强化高素质人才的培养和选拔，积极打造技术骨干团队。

把人才培养工作贯穿到项目建设前期的方案论证、厂家交流、设备选型，以及技术规格书编制、项目实施、设备和系统调试、项目验收、运维管理等各个环节，让项目建设与人才培养同步进行，边干边学、边学边用，培养了一批与智能矿井、智慧矿区相匹配的会技术、懂管理的高素质人才队伍，实现了矿井智能化建设和专业化人员培养同步。如专业信息化运维团队的成立，通过统一系统建设标准，强化运维服务水平，推动公司智能化系统技术保障实力的显著提升。

巴拉素煤矿智能化建设实践所积累的智能化样板工程、成熟应用项目和人才培养经验，以及可复制、可推广的智能矿井建设模式，为推动煤炭行业发展提供了“巴拉素方案”。