龙山煤业矿井智能化建设规划及其效益分析

王有明

（山西焦煤华晋焦煤龙山煤业有限公司， 山西 吕梁 032300）

0 引言

随着开采技术的不断进步和煤矿井下安全、高效开采要求的日益提高，煤矿智能化建建设越来越受到人们的重视[1-3]。近年来，国家、省等相关部门连续下发了多个关于煤炭行业矿井智能化建设的指导文件，有力地推动了煤炭行业智能化控制技术的发展[4-5]，许多矿井相继进行了智能化建设。为响应国家、省及集团公司的号召，实现矿井绿色高效发展，龙山煤业对矿井智能化进行了规划升级。本文以龙山矿为研究对象，分析了矿井智能化建设方案及智能化建设所带来的效益，为矿井智能化实施提供参考。

1 矿井智能化现状

龙山煤业属于兼并重组矿井，矿井设计能力为60 万t/a，目前正在开采2 号煤层，矿井初步建成了通风系统、供电系统、提升运输系统、防灭火系统、综合防尘系统、排水系统、压风系统、供水系统、紧急避险与应急救援系统，但尚未建成智能化矿井，通过核实矿方的实际情况，结合煤矿智能化建设条件分类评价指标对比分析，确定该矿的智能化建设条件类别为智能化建设条件Ⅱ类煤矿。

2 矿井智能化建设规划

根据山西省的相关政策要求，智能化煤矿应当建设信息基础设施、地质保障系统、掘进系统、综采系统、主运输系统、辅助运输系统、综合保障系统、安全管控系统、智能化园区与经营管理系统等9 大系统。这9 大系统应当理解为一个有机的整体，而不应当理解为相互孤立的系统，完成这9 大系统的建设并不能真正建成智能化煤矿。煤矿智能化建设是一个长期的过程，需要不断地应用新的技术实现更高程度的智能化，智能化需要与本企业的生产、安全、管理的实际相结合，要充分发挥作用、实现价值，真正做到减人、增安、提效。

从煤炭企业业务领域的角度去进行智能化煤矿的整体规划，建设内容涵盖、但不局限于山西省要求建设的内容。本规划旨在对企业的智能化建设提供一个立体的、有机的架构图，为企业长期的智能化建设提供一个基础模板，企业可根据自身的需要进行扩展，满足未来企业智能化发展的需要。煤矿的主要业务域分为安全、生产、管理三大业务域，煤矿智能化建设是基于工业互联网实现三大业务域的智能化。

2.1 基础设施

煤炭企业智能化战略基于 “5G+工业互联网” 实现数字化、网络化、智能化。工业互联网包括网络、平台、安全三大体系，网络是要基于5G、局域网、PON 无源光网络、工业WIFI、工业以太网等技术建设煤矿井上下的泛在的、全覆盖的网络；办公网络要实现千兆到桌面，生产网络要满足固定及移动生产设备控制的要求，要满足控制的低时延（小于20 ms）、大带宽（主要体现在基于视频分析对网络的大带宽的需要）的要求；平台包括计算平台、基础平台、应用平台等内容。在具体的实践中，安全融入于网络及平台中，要确保达到国家信息安全等级保护三级认证的要求。

2.2 智能安全

安全业务域包括安全感知（监测）和安全管理两类业务。安全感知采用 “人、机、环” 的全面感知思想对人的不安全行为、机器设备的不安全状态、环境的不安全因素进行全面感知、综合分析、预警预判，防止发生安全事故。安全管理包括风险隐患双重预防、三违管理、事故管理、应急救援指挥、安全检查管理、质量标准化管理、班组建设管理、职工培训管理、职业健康管理等安全管理业务。

2.3 智能生产

生产业务域包括生产过程智能化控制和生产管理两类业务。煤矿的生产系统包括电流（供电系统）、风流（通风系统、压风系统）、水流（供水系统、排水系统）、煤流（主运输系统）、物流（辅助运输系统）、回采工作面生产系统、掘进工作面生产系统等）。生产过程智能化控制是在实现各种生产系统的自动化控制的基础之上，一是实现各生产系统的智能控制，二是实现各生产系统之间的协同控制、智能控制。生产管理包括调度指挥管理、机电设备管理、地质测量管理、一通三防管理、生产技术管理、运输管理、煤质计量管理、环境保护管理、生态治理管理等内容。

2.4 智能管理

管理业务域是指安全、生产管理以外的经营管理、党政管理等管理内容，包括ERP（企业资源计划）、SCM（供应链管理）、CRM（客户关系管理）、党务管理、工会管理、后勤管理、智慧园区管理等内容。

2.5 智能化的核心

智能化建设的核心是在信息化、自动化的基础之上，实现对各种信息系统、自动化系统产生的数据进行智能化分析，充分发挥数据的价值，通过对矿井的安全、生产、管理数据（包括文本数据、图像数据、声音数据等）的采集、分析，反作用于企业的管理和生产过程，实现对管理、安全、生产过程控制的优化，实现管理、安全、生产的有机融合、协同控制、联动控制、智能控制，进一步提升煤矿的管理水平、安全水平、生产效率水平，实现井下固定岗位无人、采掘少人，有效减少入井人数。目前，煤矿智能化建设的重点是安全及生产的智能化，实现减人、增安、提效的智能化建设目标。

3 技术经济效益

3.1 投资估算

本规划分两期进行实施建设，一期规划为建设II类初级智能化煤矿，按照中级标准进行建设，确保通过初级验收；二期规划为II 类中级智能化煤矿。一期概算费用为6 950 万元、二期概算费用2 600 万元，合计为9 550 万元。

3.2 经济效益分析

3.2.1 节省人力资源产生的经济效益

通过实施智能化矿井，能大大节约煤矿生产管理的人力资源，其主要作用为：减少现场操作人员的人数，降低现场操作人员劳动强度；有效把控生产情况，提高沟通管理效率，降低管理人员劳动强度；减少设备故障，降低机电人员劳动强度。

矿井采掘工作面按每天2 个生产班次计算，井上下变电所、水泵房、机电硐室、皮带硐室空压机房等机电岗位按每天2 个班次计算，实现智能化矿井后，以下生产场景可实现减员：掘进工作面每个生产班减少3 人，2 个生产班共减少6 人，两个智能掘进工作面减员12 人；综采工作面每个生产班减少5 人，2 个生产班共减少10 人，一个智能综采工作面减员10 人；井下机电硐室室、皮带硐室、地面通风机房、空压机房、地面变电站、地面生产系统等，智能化煤矿建设完成后，可实现无人值守，累计减员约20 人。

矿井累计可减员42 人，人均成本按掘进作业人员12 万元/a、综采作业人员万元/a、井下硐室操作人员及地面操作人员按8 万元/a。通过减少作业人员，每年可提高经济效益约424 万元。

3.2.2 提高设备可靠性产生的经济效益

通过实施智能化矿井系统，能大大提高设备可靠性，带来巨大的经济效益，其主要作用为提高设备维护的有效性，减少设备非正常操作带来的损坏以及提高故障处理反应速度。

按矿井机电每年运行维护成本为2 500 万元估算，根据国内外智能化矿井经验，能每年提高设备运行效率约15%。则每年可提高经济效益约为2 500×15%=375 万元。经过煤矿智能化建设，通过人力资源和设备可靠性两方面可提高经济效益约为424+375=799 万元。

4 安全效益分析

运用智能化系统后，建立了以安全、生产为中心的企业管理机制，建立了安全、生产控制体系，加强了集团公司对下级企业的监管力度，使安全、生产的投入效益发生最优化，产生最大效益。建立了高效的决策支撑系统，实现了优化调度、集中控制、矿井决策的科学化、规范化、数据化管理，减少了决策的简单、盲目性。保障了煤矿全面安全管理，煤矿的产业特色决定了整个产业经营活动对安全的依赖，信息化系统中的安全管理系统解决了煤矿对安全问题迫切需求及严格管理。

5 社会效益分析

煤矿智能化系统的建设不仅实现了生产过程的自动化，还实现了管控一体化，真正让矿井自动化与矿井信息化的无缝连接，为企业综合应用提供平台，同时又能方便地获取最新的市场信息和最先进的科技信息，利于调度指挥和决策，提高矿井管理水平和管理效率，提升整体管理水平和市场应变能力以及整体竞争能力，为集团公司同类型煤矿设立了智能化建设典型，促进其他煤矿开展实施智能化矿山建设的进程。

通过一系列的改变和优化，可改善社会对煤炭开采行业的整体印象，可更好地争取高技术人才、政策、资金的支持，保障公司的全面安全管理，煤矿的产业特色决定了整个产业经营活动对安全的依赖，矿井综合自动化系统中的安全生产管理协同平台正好解决煤矿对安全问题的迫切需求。

6 结语

龙山煤业矿井智能化的实施将大大改善煤矿自动化和信息化程度，提高生产效率，减少和防止重大事故发生。此外，将提高企业工作效率、管理水平和决策水平，改善企业形象，增强企业管理能力，为安全生产应急指挥提供有力的监控手段。后期在智能化实施过程中应结合矿井实际情况，制定合理的智能化管理制度，并在实际运行过程中不断完善，保证矿井安全、高效生产。