“五个一”智能化矿山建设体系的构建与实践

文/刘亚军 居晋生

打造“最强大脑”，建设“一个中心”；打通“矿山筋脉”，建设“一张网”；打造“管家上线”，建设“一个平台”；练好“强健内功”，组建“一支队伍”；应用“体系支撑”，探索“一条路径”

推进煤矿智能化建设是煤炭工业高质量发展的核心支撑，国家明确提出“到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化。”山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿属于煤与瓦斯突出矿井，五大自然灾害俱存。为建设本质安全型智能化矿井，屯兰矿通过对矿井现有条件充分评估论证，建设性地提出构建一个中心、一张网、一个平台、一支队伍、一条路径“五个一”智能化矿山建设体系，通过以建设云数据中心、万兆工业以太环网等信息基础设施为主要途径，实现矿井各大生产系统自感知、自决策、自执行。截至目前，智能化矿山建设已初具规模，为打造安全智能绿色高效矿井、实现企业高质量发展奠定了坚实基础。

一、打造“最强大脑”，建设“一个中心”

云数据中心是智能化矿山的大脑，是煤矿信息化基础设施的重要组成部分，在煤矿智能化建设中具有重要的作用。

屯兰矿云数据中心于2019年建设完成并投入使用，按照国家C级标准进行建设，占地面积170m2。机房采用华为模块化数据中心解决方案，简化了数据中心的管理，提高了数据中心标准化。机房配备有完善的动环监测系统，对数据中心的供电、消防、视频、运行环境进行24小时实时监测，可对采集到的数据实时分析，对机房内的异常情况实时报警，确保数据中心安全运行。

云数据中心投用后，将现有的业务系统逐步迁移上云，淘汰了不安全、不稳定的服务器，同时解决了“煤矿只要上信息化项目，就要购买物理服务器”的问题，缩短了项目实施周期，降低了项目投资成本，简化了系统运维，实现了计算、存储资源的动态管理，保障了智能矿山应用层的安全稳定运行。

同时，建设“云数据中心”，基于服务器集群有效解决了硬件单点故障造成网站服务的中断问题，同时避免了建设初期投入大量的硬件购置成本。通过超融合、虚拟化、云计算、信息安全等技术，实现网络资源、计算资源、存储资源的按需分配，同时可与集团云数据中心对接，构成集团云数据灾备中心，为智能化矿山云数据中心安全稳定运行保驾护航。

云数据中心采用浪潮InCloud Sphere企业级服务器虚拟化技术，搭建矿端私有云，实现了计算、存储资源的充分利用、高效部署以及机房的节能环保。按照当前使用情况，数据中心可虚拟出约150台服务器，能够满足智能化矿井对数据处理的使用需求。

二、打通“矿山筋脉”，建设“一张网”

网络是智能化矿山的“高速公路”，是实现信息化建设的根本。只有实现了网络的联通，才能具备智能化建设的基本条件。

屯兰矿万兆工业以太环网于2019年开始建设，现已完成整个环网的建设。建成后的环网覆盖全矿井下各盘区及地面4个风机房和1个抽放泵站。该环网主干网络带宽达到10Gbps，二级交换机接入网络采用1000Mbit/s工业以太网，具备组环功能，网络自愈时间小于30ms，为智能矿山建设提供了高带宽、低延时、高冗余的数据传输保障。在有线网络不断拓展完善的同时，智能工作面、井下大巷、地面办公楼等局部区域实现了WiFi无线通信，实现了矿井“有线+无线”覆盖的数据传输网络。

屯兰矿井下现有工业有线网四套：一是瓦斯专用环网；二是电力环网；三是硬视频专用网，负责承载工业视频数据传输；四是综合数据环网，承载顶板监测、皮带运输、智能化工作面、架空人车、人员定位等井下所有生产控制系统的数据传输。

建设“一张网融合通信”，基于煤矿原有无线通信系统和工业环网，逐步推进“有线+无线”通信专网系统在煤矿井下的全覆盖，网络覆盖下的视频、数据通信，有效整合人、车、物、井下环境的精准感知，通过移动、固定设备的远程精准控制，建设煤矿智能型通信网络，为实现矿山的信息化、自动化和智能化提供更高速、更可靠、更高效的信息传输通道。

三、打造“管家上线”，建设“一个平台”

随着矿井信息化、智能化建设的快速推进，由于没有统一的平台与标准规范，数据孤岛、系统林立的现象逐步凸显。而根据矿井安全生产实际与标准要求，也需要一套对矿井安全、生产、经营全方位信息化管理、动态实时监控、智能指挥决策的数字化管控平台。

屯兰矿结合山西焦煤安全生产经营数字化管控平台的建设，开展矿端平台建设。焦煤安全生产经营数字化管控平台屯兰矿端系统基于GIS图谱技术协同的决策管理平台，通过空间数据引擎，建立地测防治水、生产技术、“一通三防”、机电运输、安全管理、经营管理等一体化数据库，以分布式的网络应用为基础环境，实现了安全生产运营统一集成；通过矿井各专业子系统与平台的集成，实现排水监控、瓦斯抽采监测、大型设备在线监测、瓦斯监测、作业人员定位监测、综合自动化控制、工业视频等系统的实时监测监控，并实现了采掘工作面的关联报警、一键应急救援；通过龙软GIS3.2，实现了煤矿各大系统相关图表与数据的统一管理，并支持多专业专题图形处理的分布式协同工作等，保证图形数据在线编辑的一致性。此外，基于大数据管理、处理技术以及统一GIS服务平台，实现了煤矿“水、火、瓦斯、煤尘、顶板”安全生产信息及产、运、销等经营管理数据的集成管理、大数据应用和生产决策，实现安全生产经营数据实时管控、日结日清，提高了经营矿井管控水平。

随着屯兰矿“安全生产经营数字化管控平台”建设完成，数据采集、传输、分析、输出和决策支持模型的建立完善，实现了对矿区内各个生产、安全子系统的全面集成融合和数据共享交换，大大提高了煤矿信息化技术、管理及运营水平，降低了安全生产事故的发生概率。同时，建设供电、排水、压风、局部通风、主运输、辅助运输、智能卡领料系统、班组核算、电费考核等“N”个专业应用系统，逐步实现了全矿井人、财、物、产、供、运整个信息链的信息融通，实现了矿山资源与开采环境智能化、技术设备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策及生产经营科学化，保障了矿井安全生产。

四、练好“强健内功”,组建“一支队伍”

培养与智能化系统、设备相适应的人才，是煤矿智能化建设的成功之本。屯兰矿组建“一支队伍”，即培养、储备煤矿智能化人才，以解决煤矿智能化管理、运维方面的人才匮乏的问题。

屯兰矿立足实际、着眼长远，积极构建新时期人才培养体系，成立以技术创新办公室为核心的智能化建设人才培养领导小组，加大人才“菜单式”培训力度，设立信息化技术培训平台，本着“缺什么，补什么”的原则，通过采取专题培训、技能大师“传帮带”、到设备厂家学习、边建设边培训等多种方式，形成以职工创新工作室为依托的人才培养模式，加快培养了一批智能化建设领军人才，打造了一支适应智能化矿井发展的素质高、技术好、作风硬的专业技术人才队伍。截至目前，全矿共培养了20多名专业智能化管理人员，18名信息化管理和运维工程师，60多名井下各类巡检工，10多名地面集控工，在各个岗位发挥了重要的作用。

同时，加快完善机制，强化责任落实，建立由科研、业务部门以及合作院校组成的技术指导服务队伍，结合实际，研究攻克智能化建设中的难题。每年初根据智能化矿井建设需求，制定并下发各系统本年度的重点科研项目，由各专业副总牵头，相关职能部门技术负责人配合按计划组织实施，对项目进展情况实行月汇总、季考核制度，采取完成一项、验收一项、奖励一项的办法，激励全员参与解决智能化建设过程中存在的问题。

五、应用“体系支撑”，探索“一条路径”

“一条路径”，即“屯兰模式”。智慧矿山建设是多个系统融合运行的系统工程，基础设施建设是重中之重，要做好顶层设计、分步实施，以完善的设计规划与扎实的分步实施为煤矿智能化建设提供重要保障。

屯兰矿根据国家部委、山西省能源局印发的《关于加快煤矿智能化发展指导意见》《煤矿智能化建设指南》《山西省煤矿智能化建设实施意见》等文件要求，按照“总体规划、分步实施、减人提效、稳步推进”的总体要求，坚持“前瞻性、先进性、可靠性、实用性、开放性”的设计原则，制定《屯兰矿智慧矿山1.0建设方案》。

《屯兰矿智慧矿山1.0建设方案》瞄准建设高级智能化矿井目标，对照《智能化煤矿（井工）分类、分级技术条件与评价》标准，按照智能化煤矿评价指标体系，从信息基础设施、智能地质保障、智能掘进、智能开采、智能主煤流运输、智能辅助运输、智能通风与压风、智能供电与排水、智能安全、智慧管理等方面进行建设与完善。同时，按照前瞻性与分步实施原则、先进性与成熟性原则、实用性与易用性原则、安全性原则、可扩展性原则统筹推进，提出一年一个大项目投入，逐步形成屯兰矿智能化矿山标准规范体系与智能管控体系，实现减人提效、安全绿色的智能化矿山建设目标。

屯兰矿智能化矿井基础设施建设始于2017年，历时5年的发展建设，严格按照智慧矿山1.0方案实施，于2019年建设投运云数据中心，2020年建设投运万兆工业环网，2021年建设安全生产经营数字化管控平台，2022年初建设投运现代化的生产调度指挥中心，探索出了一条独具特色的“屯兰模式”。

六、构建“五个一”智能化矿山建设体系取得的成效

通过构建“五个一”智能化矿山建设体系，屯兰矿在安全生产、经济效益等方面取得显著成效。

一是建设智能化体系，推进安全管理。通过平台管控实现安全信息一体化管理，进而提高了矿井安全系数；通过“一张网”通信融合以及矿井“一张图”等实现“人、机、环、管”融合，进而提高了突发应急事件的处置效率，大大提高了煤矿安全系数；通过智能化矿井建设实现安全管理科学化、规范化、系统化、标准化，堵塞了安全管理漏洞，提高了职工安全意识与安全技能，杜绝了重伤以上事故，保持了安全生产平稳健康发展态势。

二是推行智能化开采，提高生产成效。屯兰矿智能化建设为采掘提供了全新的自动化生产组织方式以及一整套工作面无人化自动装备，大大提高了矿井生产效率，实现了煤矿生产集约化、自动化与信息化，提升了集团公司的核心竞争力。其中，已建成的智能化综采工作面日产量达到5600吨，采煤效率提高66.7%；智能掘进工作面进尺效率与现同等条件相比提高26%。

三是构建智能化矿山，创造经济成效。通过智能化建设，大幅削减了人工与设备维护成本，实现了“减人提效、节能降耗”，其中已建成智能化综采工作面的生产班作业人员方面减少53.5%；智能化掘进工作面的生产班人员减少38%；井下变电所全部实现无人值守；南三下组煤变电所引进智能巡检机器人等，通过流程优化、闭环管控，减少了中间环节，间接经济效益十分明显。云数据中心、集控中心等项目的建设，实现了网络、系统、数据集中管理，减少了维护与运行成本，创造了显著的经济效益。