顛覆煤礦生產舊觀念 開啟智慧唐煤新時代

文/馬忠德 郭曉勝 任文濤

在全國煤炭行業率先提出了以控員、檢驗、操作、預警、管控、閉合為主的“六個智能防沖”超前理念，實現了超員報警、視頻監控、智能鉆進、綜合預警、閉合管控等防沖系統安全管理

智慧礦山建設引領全國煤炭行業生產模式變革，為煤礦提質增效、產業提檔升級提供強力支撐。唐口煤業公司作為山東能源淄礦集團的主力礦井，依托大數據、工業互聯網等新技術開啟智慧礦山建設之路，通過科學規劃，強化信息化建設和關鍵技術攻關，取得積極成效，實現了一鍵啟動采煤、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行業煥發出新活力，顛覆了社會對煤炭生產的認知，也為煤礦安全生產提供了智慧保障。

一、高標準定位，繪制智慧礦山建設藍圖

面對智慧礦山發展大趨勢，唐口煤業公司牢牢樹立“智能開采、安全生產”的理念，以打造“行業引領、國內一流、國際領先”為目標，聚力開展智能化技術研究，構建起智慧防災、智慧生產、智慧輔助、智慧信息、智慧黨建“五大智慧系統”。

早在2018年年底，唐口煤業公司成立了“一把手”掛帥的“智慧礦山”建設指揮部，按照“整體規劃、分步實施、統籌協調”的建設思路，編制完成了系統性、針對性、可操作性俱強的三年實施規劃，總投資3.08億元，購置各類設備1562臺（套），確定了45項重點建設項目。計劃三年內分步實現礦井自動化、數字化、信息化，最終實現礦井資源空間可視化、采礦裝備無人化、工藝控制自動化、生產計劃專家化、人員本質安全化、業務流程數字化、決策支持智慧化和生產執行智能化，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、輔助運輸及災害防治等系統進行機械化、自動化改造升級，力爭2020年上半年主要生產系統實現自動化。同時，2019年年底完成礦井工業環網由千兆升級為萬兆，為下一步各子系統數據集成創造條件。

2020年對礦井采煤、掘進工作面全部進行智能化升級，實現礦井所有采掘工作面智能化生產，初步建成礦井統一的數據中心平臺，對機電、輔助運輸及災害防治等系統進行升級改造，利用傳感技術、物聯網、大數據、云計算等手段，對主系統關鍵設備、關鍵部位實現數據再現、全面融合，并將各類生產服務數據集成至數據中心平臺，實現數據的預處理。

2021年在數據化再現、集成的基礎上，構建二維和三維塊狀模型、礦區地質模型、采場模型、地理信息系統模型、虛擬現實動畫模型等，將數據加工為直觀、形象的表述形式，并在統一的信息平臺上進行呈現，最終實現礦井全部圖層化管理、實時動態可視化管理的“一張圖”智能管理系統。

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遠程可視化操作，所有綜掘迎頭實現人機分離常態化運行；主煤流、主供電、主提升、主排水等系統實現遠程集控、無人值守；全面取消夜班生產，礦井在冊職工由2632人減至2307人，平均單班入井人數下降至550人，全員工效同比提高13%，人均創利43萬元，為本質安全高效礦井目標奠定了基礎。

二、扎實基本功，搭建信息高速通道

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

唐口煤業對礦井工業以太環網和無線通訊系統進行了升級改造，形成一級節點為萬兆交換設備、二級節點為千兆交換設備的工業環網系統和無線通訊系統相結合的傳輸架構，為智慧礦山建設鋪設了信息化“高速公路”。將“工業互聯網、人工智能、大數據、云計算”等前沿技術融入各生產環節，凝聚了智慧安全系統、智慧生產系統、智慧輔助系統、智慧經營系統四大板塊。基于阿里云DATAV數據可視化技術，融合了采、掘、機、運、通等11類生產元素，開啟了全系統融合、全智能化服務、全無人化管控的“智慧生態系統”。綜合GIS、龍軟等制圖技術，建立了煤礦技術、機電、通防、地測等專業在線協同制圖與管圖平臺，構建了GIS“一張圖”協同管理系統，實現了安全生產信息集成共享、業務協同一體化管理。

唐口煤業依托萬兆環網、工業云中心、UWB精確定位系統等先進的信息化技術，對煤礦井下人、機、環的無盲區綜合在線監測監控、高精度人員定位、智能設備集中控制以及事故災害超前預警和可視化進行綜合展示，實現“連接無處不在、數據無處不在”的網絡全覆蓋。

三、穩步推進，關鍵技術取得新突破

為了確保智慧礦山建設穩步推進，唐口煤業專門成立了“智慧礦山”建設指揮部，下設采掘、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和技術交流；組建了智能化研究所，與10多家科研院校、研究機構結成創新聯盟，在關鍵領域、“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，作出戰略性安排，實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果的重大突破。

1.聚焦減人提效，構建智慧綜放系統

牢固樹立“智能開采、安全生產”的理念，購置最新一代自動化控制系統、電液控制系統、雙進雙回供液系統，對放頂煤工作面支架安裝放煤傾角傳感器，實現了工作面高效放煤和精準控制。建成智能綜放工作面，實現遠程一鍵啟停、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“有人監控巡視，設備自動作業，三機變頻集控”的生產模式。工作面智能化開機率達87%，人均工效提升30%，單班作業人數降至10人，人均工效由60噸/工提高至90噸/工。

2.聚焦創新突破，構建智慧掘進系統

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

“掘、支、卸”一體化多功能綜掘機的應用。根據現場實際需求，由上海創立量身定做，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，所有作業均可實現遙控操作。另外，工作面煤流系統實現了集中控制，同時單軌吊車直通迎頭，提高了輔助運輸效率。

仿形記憶截割技術的應用。為實現掘進減人提效，聯合江蘇啟東科技公司研發應用了該遠控技術。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。綜掘機兩側攝像儀可通過導線點、激光點結合巷道尺寸自動生成巷道斷面截割輪廓，實現仿形截割。系統具有記憶操作功能，根據記憶指令實現一鍵自動截割。

數字孿生模擬技術的應用。智能掘進作為公司智能控制中心“智慧生態”大系統中的重要元素，應用了數字孿生模擬技術，通過三級遞進式界面將現場“人、機、物、環”等所有信息進行數據再現，集成到一個平臺中，實現系統大數據融合，聯動展示整個設備工作周期。通過環境監控能夠自主識別瓦斯超限、沖擊危險、停風停電、設備故障等預警信息，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人數減少到8人以內，累計減員90余人，掘進效率提高15%，安全系數也得到了有效保障。

3.聚焦安全防控，構建智慧防災系統

運用大數據、虛擬現實等技術，建成了涵蓋雙重預控、PDCA閉合管理等6個安全管理子系統的安全管理信息系統，實現各類風險、隱患、問題的實時精準管理。在全國煤炭行業率先提出了以控員、檢驗、操作、預警、管控、閉合為主的“六個智能防沖”超前理念，實現了超員報警、視頻監控、智能鉆進、綜合預警、閉合管控等防沖系統安全管理。建立礦井“一通三防”大數據智能分析預警系統，全面融合通防專業各類監測數據，實現了災害動態預判和適時預警；在井下主要巷道安裝通風智能決策與遠程控制系統，做到風窗自動調節與遠程控制，實現系統穩定、精準配風。引進KJ128（A）型井下人員精確定位系統，系統巡檢周期不超過4.5秒，系統靜態定位精度誤差0.2米以內，切實滿足了井下人員精準定位的要求。

4.聚焦無人則安，構建智慧輔助系統

堅持“少人則安、無人則安”的理念，大力推進各生產輔助系統“無人值守，智能控制”作業模式，實現累計減員60人。

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

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

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

供電系統。將各級供電系統的運行監控數據并入電力監控系統，實現井下供電網絡故障自診斷。

壓風系統。根據井下需求自動調節空氣壓縮機開停機投運數量，實現了自動控風。

輔助運輸系統。成立“一站式”物流中心，引進國內首個“UWB”精確定位智慧化調度系統，實現運輸作業自動調度、物料流程電子化、物料運輸自動跟蹤與管理。

煤炭發運無人值守系統。安裝無人值守自動過磅ATM終端、自動沖車平臺，實現了客戶自助刷卡、系統自動驗證車輛信息、自動提取重量數據，發運效率比原來提高30%。

5.聚焦物資超市，構建內部市場交易物流系統

基于物聯網、云計算等先進的信息技術，建立礦區物資供需全方位互動機制，實現了物資超市的智能管控。為了使物資供應邁上信息化“快車道”，利用“互聯網+”思維，優化了內部市場交易物流系統，完善了操作流程，建立起集物資收發、結算和庫存查詢于一體的系統，使礦井各區隊隨時掌握區隊當天消耗的材料情況，完成日清日結工作，同時極大減少了統計的差錯率，大大提高了工作效率。系統實現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、人員重復配置的不良弊端，而且方便區隊材料領取，為打造資源節約型企業注入了活力。

6.聚焦紅箭領行，構建智慧黨建系統

將黨建與“互聯網+”深度融合，形成了集會議互動、安全教育、監督考核、宣傳學習等功能于一體的“1125”智慧黨建工作模式。圍繞黨務工作建設，打造了一個硬件標準化、軟件智能化、資料數據化、工作信息化的智慧黨建中心，塑造出富含唐煤特色的“紅箭·領行”文化，并形成電腦和手機兩個客戶端。構建了以“目標定向、情境體驗、安全體感、心理疏導、規程對標、模擬實操、心智重塑、現場踐行、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警示教育基地。