文/馬忠德 郭曉勝 任文濤

在全國煤炭行業(yè)率先提出了以控員、檢驗、操作、預(yù)警、管控、閉合為主的“六個智能防沖”超前理念，實現(xiàn)了超員報警、視頻監(jiān)控、智能鉆進、綜合預(yù)警、閉合管控等防沖系統(tǒng)安全管理

智慧礦山建設(shè)引領(lǐng)全國煤炭行業(yè)生產(chǎn)模式變革，為煤礦提質(zhì)增效、產(chǎn)業(yè)提檔升級提供強力支撐。唐口煤業(yè)公司作為山東能源淄礦集團的主力礦井，依托大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)開啟智慧礦山建設(shè)之路，通過科學(xué)規(guī)劃，強化信息化建設(shè)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，取得積極成效，實現(xiàn)了一鍵啟動采煤、智能機器人巡檢、掘進工作面遠程操控、井下人員精確定位等，真正形成了“少人則安、少時則安、無人則安”的新局面，不僅讓煤炭開采這一傳統(tǒng)行業(yè)煥發(fā)出新活力，顛覆了社會對煤炭生產(chǎn)的認知，也為煤礦安全生產(chǎn)提供了智慧保障。

一、高標準定位，繪制智慧礦山建設(shè)藍圖

面對智慧礦山發(fā)展大趨勢，唐口煤業(yè)公司牢牢樹立“智能開采、安全生產(chǎn)”的理念，以打造“行業(yè)引領(lǐng)、國內(nèi)一流、國際領(lǐng)先”為目標，聚力開展智能化技術(shù)研究，構(gòu)建起智慧防災(zāi)、智慧生產(chǎn)、智慧輔助、智慧信息、智慧黨建“五大智慧系統(tǒng)”。

早在2018年年底，唐口煤業(yè)公司成立了“一把手”掛帥的“智慧礦山”建設(shè)指揮部，按照“整體規(guī)劃、分步實施、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)”的建設(shè)思路，編制完成了系統(tǒng)性、針對性、可操作性俱強的三年實施規(guī)劃，總投資3.08億元，購置各類設(shè)備1562臺（套），確定了45項重點建設(shè)項目。計劃三年內(nèi)分步實現(xiàn)礦井自動化、數(shù)字化、信息化，最終實現(xiàn)礦井資源空間可視化、采礦裝備無人化、工藝控制自動化、生產(chǎn)計劃專家化、人員本質(zhì)安全化、業(yè)務(wù)流程數(shù)字化、決策支持智慧化和生產(chǎn)執(zhí)行智能化，達到全礦井各崗位無人或少人操作。

2019年對礦井采煤、掘進、機電、輔助運輸及災(zāi)害防治等系統(tǒng)進行機械化、自動化改造升級，力爭2020年上半年主要生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。同時，2019年年底完成礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)由千兆升級為萬兆，為下一步各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成創(chuàng)造條件。

2020年對礦井采煤、掘進工作面全部進行智能化升級，實現(xiàn)礦井所有采掘工作面智能化生產(chǎn)，初步建成礦井統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心平臺，對機電、輔助運輸及災(zāi)害防治等系統(tǒng)進行升級改造，利用傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等手段，對主系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵部位實現(xiàn)數(shù)據(jù)再現(xiàn)、全面融合，并將各類生產(chǎn)服務(wù)數(shù)據(jù)集成至數(shù)據(jù)中心平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

2021年在數(shù)據(jù)化再現(xiàn)、集成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建二維和三維塊狀模型、礦區(qū)地質(zhì)模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現(xiàn)實動畫模型等，將數(shù)據(jù)加工為直觀、形象的表述形式，并在統(tǒng)一的信息平臺上進行呈現(xiàn)，最終實現(xiàn)礦井全部圖層化管理、實時動態(tài)可視化管理的“一張圖”智能管理系統(tǒng)。

截至目前，礦井已累計建成6308、6309等2個智能綜放工作面；5308軌順反掘及10304皮帶順槽掘進工作面實現(xiàn)遠程可視化操作，所有綜掘迎頭實現(xiàn)人機分離常態(tài)化運行；主煤流、主供電、主提升、主排水等系統(tǒng)實現(xiàn)遠程集控、無人值守；全面取消夜班生產(chǎn)，礦井在冊職工由2632人減至2307人，平均單班入井人數(shù)下降至550人，全員工效同比提高13%，人均創(chuàng)利43萬元，為本質(zhì)安全高效礦井目標奠定了基礎(chǔ)。

二、扎實基本功，搭建信息高速通道

智慧礦山信息化建設(shè)作為智能裝備的“神經(jīng)中樞”，信息化程度直接決定著礦井的智能化水平。

唐口煤業(yè)對礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和無線通訊系統(tǒng)進行了升級改造，形成一級節(jié)點為萬兆交換設(shè)備、二級節(jié)點為千兆交換設(shè)備的工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)相結(jié)合的傳輸架構(gòu)，為智慧礦山建設(shè)鋪設(shè)了信息化“高速公路”。將“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算”等前沿技術(shù)融入各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，凝聚了智慧安全系統(tǒng)、智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧輔助系統(tǒng)、智慧經(jīng)營系統(tǒng)四大板塊?；诎⒗镌艱ATAV數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，融合了采、掘、機、運、通等11類生產(chǎn)元素，開啟了全系統(tǒng)融合、全智能化服務(wù)、全無人化管控的“智慧生態(tài)系統(tǒng)”。綜合GIS、龍軟等制圖技術(shù)，建立了煤礦技術(shù)、機電、通防、地測等專業(yè)在線協(xié)同制圖與管圖平臺，構(gòu)建了GIS“一張圖”協(xié)同管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)信息集成共享、業(yè)務(wù)協(xié)同一體化管理。

唐口煤業(yè)依托萬兆環(huán)網(wǎng)、工業(yè)云中心、UWB精確定位系統(tǒng)等先進的信息化技術(shù)，對煤礦井下人、機、環(huán)的無盲區(qū)綜合在線監(jiān)測監(jiān)控、高精度人員定位、智能設(shè)備集中控制以及事故災(zāi)害超前預(yù)警和可視化進行綜合展示，實現(xiàn)“連接無處不在、數(shù)據(jù)無處不在”的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

三、穩(wěn)步推進，關(guān)鍵技術(shù)取得新突破

為了確保智慧礦山建設(shè)穩(wěn)步推進，唐口煤業(yè)專門成立了“智慧礦山”建設(shè)指揮部，下設(shè)采掘、機電、地測、通防、信息、防沖等11個推進專班，邀請藍光、華為等6家專家團隊進行專題培訓(xùn)和技術(shù)交流；組建了智能化研究所，與10多家科研院校、研究機構(gòu)結(jié)成創(chuàng)新聯(lián)盟，在關(guān)鍵領(lǐng)域、“卡脖子”的地方下大功夫，集合精銳力量，注重開展重大課題攻關(guān)，作出戰(zhàn)略性安排，實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果的重大突破。

1.聚焦減人提效，構(gòu)建智慧綜放系統(tǒng)

牢固樹立“智能開采、安全生產(chǎn)”的理念，購置最新一代自動化控制系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、雙進雙回供液系統(tǒng)，對放頂煤工作面支架安裝放煤傾角傳感器，實現(xiàn)了工作面高效放煤和精準控制。建成智能綜放工作面，實現(xiàn)遠程一鍵啟停、自動記憶割煤、自動截割三角煤、跟機拉架、時序放煤、故障自診斷、乳化液自動配比、三機變頻遠控等“有人監(jiān)控巡視，設(shè)備自動作業(yè)，三機變頻集控”的生產(chǎn)模式。工作面智能化開機率達87%，人均工效提升30%，單班作業(yè)人數(shù)降至10人，人均工效由60噸/工提高至90噸/工。

2.聚焦創(chuàng)新突破，構(gòu)建智慧掘進系統(tǒng)

制定以“人機分離、液壓控頂、掘支平行、接力運輸、遠程控制”為核心的“五步走”智慧掘進發(fā)展規(guī)劃。將綜掘機液控系統(tǒng)全部改造為電液控制系統(tǒng)，并增設(shè)無線控制模塊，實現(xiàn)迎頭30米范圍人機分離控制；加裝支撐式液壓支護平臺，實現(xiàn)綜掘機與臨時支護的同步推進；引進“掘支卸”一體機，實現(xiàn)迎頭掘進、支護、卸壓同機作業(yè)；完善單軌吊系統(tǒng)，實現(xiàn)物料“一站式”運輸作業(yè)；增設(shè)高保真自清洗透塵攝像儀、機身陀螺儀，升級各類傳感模塊，實現(xiàn)綜掘機遠程遙控，并初步完成“仿形截割”功能。當前，唐口煤業(yè)綜掘工作面智能控制歷經(jīng)“本機手動操作”“近距離電液控制遙控作業(yè)”“遠距離可視化遙控作業(yè)”“仿形記憶截割控制”“數(shù)字孿生透明化掘進”五個階段，4項關(guān)鍵技術(shù)得到突破。

“掘、支、卸”一體化多功能綜掘機的應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場實際需求，由上海創(chuàng)立量身定做，具備掘進截割、臨時液壓護頂、雙臂高效鉆錨、雙臂超前卸壓等功能，所有作業(yè)均可實現(xiàn)遙控操作。另外，工作面煤流系統(tǒng)實現(xiàn)了集中控制，同時單軌吊車直通迎頭，提高了輔助運輸效率。

仿形記憶截割技術(shù)的應(yīng)用。為實現(xiàn)掘進減人提效，聯(lián)合江蘇啟東科技公司研發(fā)應(yīng)用了該遠控技術(shù)。綜掘機裝載7臺高清強透塵自清洗攝像機，可自動過濾揚塵、清除污漬，保證畫面清晰。綜掘機安裝高精度陀螺儀，實時測量綜掘機姿態(tài)。綜掘機兩側(cè)攝像儀可通過導(dǎo)線點、激光點結(jié)合巷道尺寸自動生成巷道斷面截割輪廓，實現(xiàn)仿形截割。系統(tǒng)具有記憶操作功能，根據(jù)記憶指令實現(xiàn)一鍵自動截割。

數(shù)字孿生模擬技術(shù)的應(yīng)用。智能掘進作為公司智能控制中心“智慧生態(tài)”大系統(tǒng)中的重要元素，應(yīng)用了數(shù)字孿生模擬技術(shù)，通過三級遞進式界面將現(xiàn)場“人、機、物、環(huán)”等所有信息進行數(shù)據(jù)再現(xiàn)，集成到一個平臺中，實現(xiàn)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)融合，聯(lián)動展示整個設(shè)備工作周期。通過環(huán)境監(jiān)控能夠自主識別瓦斯超限、沖擊危險、停風(fēng)停電、設(shè)備故障等預(yù)警信息，及時反饋值班人員或自主斷電，起到智能決策的目的。

通過智能掘進工作的推進，掘進工作面迎頭單班直接生產(chǎn)人數(shù)減少到8人以內(nèi)，累計減員90余人，掘進效率提高15%，安全系數(shù)也得到了有效保障。

3.聚焦安全防控，構(gòu)建智慧防災(zāi)系統(tǒng)

運用大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，建成了涵蓋雙重預(yù)控、PDCA閉合管理等6個安全管理子系統(tǒng)的安全管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)各類風(fēng)險、隱患、問題的實時精準管理。在全國煤炭行業(yè)率先提出了以控員、檢驗、操作、預(yù)警、管控、閉合為主的“六個智能防沖”超前理念，實現(xiàn)了超員報警、視頻監(jiān)控、智能鉆進、綜合預(yù)警、閉合管控等防沖系統(tǒng)安全管理。建立礦井“一通三防”大數(shù)據(jù)智能分析預(yù)警系統(tǒng)，全面融合通防專業(yè)各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了災(zāi)害動態(tài)預(yù)判和適時預(yù)警；在井下主要巷道安裝通風(fēng)智能決策與遠程控制系統(tǒng)，做到風(fēng)窗自動調(diào)節(jié)與遠程控制，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、精準配風(fēng)。引進KJ128（A）型井下人員精確定位系統(tǒng)，系統(tǒng)巡檢周期不超過4.5秒，系統(tǒng)靜態(tài)定位精度誤差0.2米以內(nèi)，切實滿足了井下人員精準定位的要求。

4.聚焦無人則安，構(gòu)建智慧輔助系統(tǒng)

堅持“少人則安、無人則安”的理念，大力推進各生產(chǎn)輔助系統(tǒng)“無人值守，智能控制”作業(yè)模式，實現(xiàn)累計減員60人。

主井提升系統(tǒng)。將主提升、南副井提升集成至本部副井控制室，實現(xiàn)“萬米遠程駕駛”運行功能，為全國煤炭系統(tǒng)首創(chuàng)。

主煤流運輸系統(tǒng)。將6部不同系統(tǒng)、總運距超1.1萬米的大型皮帶機集中整合，實現(xiàn)地面集控室智能控制。

主排水系統(tǒng)。根據(jù)水倉水位自動控制各泵房排水機組運行，實現(xiàn)礦井智能化分步式排水。

供電系統(tǒng)。將各級供電系統(tǒng)的運行監(jiān)控數(shù)據(jù)并入電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)井下供電網(wǎng)絡(luò)故障自診斷。

壓風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)井下需求自動調(diào)節(jié)空氣壓縮機開停機投運數(shù)量，實現(xiàn)了自動控風(fēng)。

輔助運輸系統(tǒng)。成立“一站式”物流中心，引進國內(nèi)首個“UWB”精確定位智慧化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)運輸作業(yè)自動調(diào)度、物料流程電子化、物料運輸自動跟蹤與管理。

煤炭發(fā)運無人值守系統(tǒng)。安裝無人值守自動過磅ATM終端、自動沖車平臺，實現(xiàn)了客戶自助刷卡、系統(tǒng)自動驗證車輛信息、自動提取重量數(shù)據(jù)，發(fā)運效率比原來提高30%。

5.聚焦物資超市，構(gòu)建內(nèi)部市場交易物流系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進的信息技術(shù)，建立礦區(qū)物資供需全方位互動機制，實現(xiàn)了物資超市的智能管控。為了使物資供應(yīng)邁上信息化“快車道”，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，優(yōu)化了內(nèi)部市場交易物流系統(tǒng)，完善了操作流程，建立起集物資收發(fā)、結(jié)算和庫存查詢于一體的系統(tǒng)，使礦井各區(qū)隊隨時掌握區(qū)隊當天消耗的材料情況，完成日清日結(jié)工作，同時極大減少了統(tǒng)計的差錯率，大大提高了工作效率。系統(tǒng)實現(xiàn)了物資的合理配置和資源共享，不僅消除了庫房物資積壓、資金大量占用、人員重復(fù)配置的不良弊端，而且方便區(qū)隊材料領(lǐng)取，為打造資源節(jié)約型企業(yè)注入了活力。

6.聚焦紅箭領(lǐng)行，構(gòu)建智慧黨建系統(tǒng)

將黨建與“互聯(lián)網(wǎng)+”深度融合，形成了集會議互動、安全教育、監(jiān)督考核、宣傳學(xué)習(xí)等功能于一體的“1125”智慧黨建工作模式。圍繞黨務(wù)工作建設(shè)，打造了一個硬件標準化、軟件智能化、資料數(shù)據(jù)化、工作信息化的智慧黨建中心，塑造出富含唐煤特色的“紅箭·領(lǐng)行”文化，并形成電腦和手機兩個客戶端。構(gòu)建了以“目標定向、情境體驗、安全體感、心理疏導(dǎo)、規(guī)程對標、模擬實操、心智重塑、現(xiàn)場踐行、綜合評審”為核心的九步法安全心智體感教育，并被評為濟寧市安全生產(chǎn)警示教育基地。