智能化煤礦一體化解決方案的創(chuàng)新者
——陜西延長石油礦業(yè)公司巴拉素煤業(yè)公司智能化建設(shè)綜述

文/王春剛

（作者系陜西延長石油礦業(yè)公司巴拉素煤業(yè)公司總經(jīng)理）

全面運用5G技術(shù)生態(tài)、混合云與GIM技術(shù)，建成一個具有時空一體、萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合、全息感知、業(yè)務(wù)聯(lián)動、智能決策，安全、生產(chǎn)、管理全過程智能化運行的有機(jī)綜合體

巴拉素煤業(yè)公司是陜西延長石油礦業(yè)有限責(zé)任公司依托境內(nèi)豐富的煤炭資源，按照“以煤為主、電力突破、物流支撐、煤化互補(bǔ)、協(xié)調(diào)發(fā)展”產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略，于2011年7月成立的大型煤炭企業(yè)。

根據(jù)智能化建設(shè)“延長方案”的頂層設(shè)計，巴拉素煤業(yè)公司全面運用5G技術(shù)生態(tài)、混合云與GIM技術(shù)，采用云邊端一體化的管控模式，應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)，在礦井開采、掘進(jìn)、通風(fēng)、運輸、洗選及管理等各場景，實現(xiàn)基于“一張圖”的綜合態(tài)勢分析與輔助決策，建成一個具有時空一體、萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合、全息感知、業(yè)務(wù)聯(lián)動、智能決策，安全、生產(chǎn)、管理全過程智能化運行的有機(jī)綜合體。

在2020年國家能源局、國家煤監(jiān)局組織的全國首批智能化示范煤礦建設(shè)推薦中，巴拉素煤業(yè)公司礦井智能化方案綜合得分排名陜西省第一。同年入選《新（改擴(kuò)）建智能化煤礦名單》，成為陜西省唯一一家入選新建智能化示范煤礦。

明確建設(shè)目標(biāo)，做好頂層設(shè)計

巴拉素煤業(yè)公司智能化建設(shè)的目標(biāo)是：努力成為智能化煤礦一體化解決方案的實踐者、創(chuàng)新者和引領(lǐng)者，為延長礦業(yè)，甚至全國煤炭行業(yè)打造一個智能化煤礦樣板。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，巴拉素煤業(yè)公司從項目設(shè)計伊始即調(diào)研考察了國內(nèi)外先進(jìn)煤礦的建設(shè)情況和成功經(jīng)驗，梳理了當(dāng)時各大煤礦在智能化建設(shè)上存在的問題和“卡脖子”難題，立足巴拉素煤礦實際條件和需求，與國內(nèi)專門從事煤礦智能化研究的頂尖院士團(tuán)隊合作，科學(xué)謀劃、統(tǒng)籌推進(jìn)，完成了巴拉素煤礦智能化建設(shè)頂層設(shè)計，并分十二個建設(shè)項目進(jìn)行專題攻關(guān)。2020年5月與天地科技公司簽訂《巴拉素智能化煤礦建設(shè)技術(shù)研發(fā)及系統(tǒng)集成》合同，重點強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合，突出原創(chuàng)性理論、關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備應(yīng)用，探索破解煤礦智能化建設(shè)和煤炭高質(zhì)量發(fā)展難題的途徑和模式。

這種從科研、規(guī)劃、設(shè)計、采購、建設(shè)各階段與國內(nèi)頂級科研單位全面合作的方式，能夠保證巴拉素煤礦運用最先進(jìn)的理念，采用最先進(jìn)的智能化方案、技術(shù)及設(shè)備，從各個階段全方位保證煤礦智能化的實現(xiàn)。

在巴拉素煤業(yè)公司智能化建設(shè)的頂層設(shè)計中，始終將減人提效、綠色安全作為智能化建設(shè)的重點。主要規(guī)劃體現(xiàn)在綜采工作面、煤流運輸及提升系統(tǒng)、固定場所、地面選煤及裝車系統(tǒng)的無人、少人化設(shè)計，使用巡檢機(jī)器人、無人值守系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，減少下井巡檢人員數(shù)量及頻次。

為此，巴拉素煤業(yè)公司將智能化的“基因”植入到礦井規(guī)劃—設(shè)計—建設(shè)—生產(chǎn)—運營的全部環(huán)節(jié)，通過建設(shè)綜合管控系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)平臺，對5G通信網(wǎng)絡(luò)及精準(zhǔn)位置服務(wù)系統(tǒng)、地質(zhì)保障及4D-GIS動態(tài)信息系統(tǒng)、采掘工作面智能協(xié)同控制系統(tǒng)、井下環(huán)境感知及安全管控系統(tǒng)、固定場所無人值守智能管理系統(tǒng)等14大生產(chǎn)系統(tǒng)、105項子系統(tǒng)實行綜合管控，全面形成煤礦管理、經(jīng)營與生產(chǎn)的智能化運行。

構(gòu)建智能管控模式，提升智能決策能力

在智能化綜合管控平臺建設(shè)過程中，巴拉素煤業(yè)公司依據(jù)陜西省及國家智能化示范礦井建設(shè)要求，與中國煤炭科工集團(tuán)王國法院士團(tuán)隊協(xié)作，結(jié)合礦井智能化實際需求，構(gòu)建了巴拉素煤礦數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系。體系將全部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范劃分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)三大類，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)生產(chǎn)、管理到服務(wù)全生命周期關(guān)鍵節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)化。

在此基礎(chǔ)上，建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)匯接標(biāo)準(zhǔn)、GIS圖形標(biāo)準(zhǔn)、主數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對各類信息化智能化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯接融合，實現(xiàn)調(diào)度指揮的全息可視，包括重大危險的智能預(yù)警、安全管理的動態(tài)診斷、生產(chǎn)過程的協(xié)同控制、經(jīng)營決策的智能分析、業(yè)務(wù)流程的高效協(xié)同等。

同時，巴拉素煤業(yè)公司基于新一代信息技術(shù)帶來的思維邏輯變革，以場景化應(yīng)用為核心重塑煤礦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用架構(gòu)，努力打造5G+融合通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。注重以多網(wǎng)融合和整網(wǎng)安全為重點，解決數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)安全的難題。子網(wǎng)分區(qū)域、分場景、分業(yè)務(wù)按需融合多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決子系統(tǒng)、終端等對帶寬、速率、實時性和接入密度等的多樣化需求難題，進(jìn)而實現(xiàn)了地面F5G主干覆蓋、5G移動接入、WiFi6室內(nèi)增強(qiáng)、井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)保生產(chǎn)接續(xù)、5G多媒體移動融合調(diào)度，F(xiàn)5G與WiFi6固定場景高清視頻AI應(yīng)用的靈活、高效、高實用性，為煤礦智能化系統(tǒng)打通數(shù)據(jù)壁壘、重塑業(yè)務(wù)模式、創(chuàng)新生產(chǎn)管控方式提供了有力支撐，顯著提升了礦井智能科學(xué)決策能力。

運用先進(jìn)智能技術(shù)，推動綜采高效優(yōu)質(zhì)

事實證明，用先進(jìn)技術(shù)推動技術(shù)綜采工作面智能化建設(shè)，不僅極大地保護(hù)了礦工生命安全，對提高工作效率和質(zhì)量同樣發(fā)揮重要作用。巴拉素礦綜采工作面智能化建設(shè)的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高帶寬集成式支架控制系統(tǒng)。液壓支架控制系統(tǒng)采用目前業(yè)內(nèi)最高規(guī)格的千兆以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒐ぷ髅嬉曨l、人員定位、工作面環(huán)境監(jiān)測等子系統(tǒng)，直接接入控制系統(tǒng)，實現(xiàn)真正意義上的工作面一線貫穿。同時，高容量千兆系統(tǒng)滿足同時傳輸所有視頻畫面的所需帶寬，架間延時低至30ms。

二是基于無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的國產(chǎn)自動找直系統(tǒng)。工作面自動找直系統(tǒng)采用精度較高的光纖慣導(dǎo)系統(tǒng)，精度不低于1.0×10-3rad，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用有線+無線雙通道方式進(jìn)行傳輸，保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定連續(xù)性。系統(tǒng)為全國產(chǎn)結(jié)構(gòu)配置。

三是多功能集成的工作面巡檢機(jī)構(gòu)。工作面配置智能巡檢機(jī)構(gòu)，巡檢機(jī)構(gòu)通過機(jī)械對接方式裝配在運動軌道上，通過自身功能模塊以動態(tài)形式實現(xiàn)綜采工作面自動巡檢功能，通過編碼技術(shù)、雜音過濾技術(shù)等，對現(xiàn)場采煤機(jī)、刮板運輸機(jī)、液壓支架等進(jìn)行音視頻監(jiān)控。同時，配備激光甲烷探測儀、搭載激光掃描儀，通過SLAM定位及建模技術(shù)實現(xiàn)在巡檢過程中的三維建模功能，整體系統(tǒng)基于工作面建設(shè)的高帶寬無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號傳輸。

四是工作面裝備故障診斷及精準(zhǔn)維護(hù)系統(tǒng)。配置有工作面裝備故障診斷及精準(zhǔn)維護(hù)系統(tǒng)，能夠?qū)ぷ髅娴闹卮笤O(shè)備在線監(jiān)測信號（包含振動、軸溫、油脂、電流、電壓、功率，工況等）和點檢信息的實時分析、特征對比以及故障樹分析計算，實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷、缺陷識別和隱患排查，準(zhǔn)確定位故障和缺陷類型位置，為設(shè)備健康管理、及時維修和更新決策提供信息支撐。

五是綜采工作面設(shè)備三維數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。通過對工作面成套設(shè)備模型等比例設(shè)計、還原、建模，具備真實設(shè)備仿真能力，能夠真實模擬井下設(shè)備的操作與動作，按照設(shè)定的程序還原采煤工藝，滿足工作面設(shè)備成套化、自動化仿真測試。也可根據(jù)井下設(shè)備的真實運行情況，同步在三維仿真平臺上同步顯示。

選煤模式智能化，生產(chǎn)系統(tǒng)無人化

巴拉素選煤廠作為國內(nèi)標(biāo)桿企業(yè)，近年來大力推進(jìn)智能化、智慧化選煤生產(chǎn)模式，在功能深度上逐步深入，在基本面上穩(wěn)步推進(jìn)、逐步深化，產(chǎn)學(xué)研并舉，持續(xù)走在行業(yè)的前沿。

為確保原煤入洗量穩(wěn)定，巴拉素智能化選煤廠建立了數(shù)據(jù)管理中心、分析及智慧化平臺系統(tǒng)，并利用大數(shù)據(jù)、人工智能的專家知識、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及深度學(xué)習(xí)研究建立預(yù)測模型、智慧分析模型等，每個模型都具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的能力，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，能夠使得預(yù)測更加準(zhǔn)確。

數(shù)字模型的應(yīng)用，讓原煤入洗量、倉儲量更加精準(zhǔn)，還能自動分析系統(tǒng)和設(shè)備的缺陷、故障，并實時預(yù)警，為管理人員指導(dǎo)生產(chǎn)提供了智慧決策；建立了設(shè)備維保、監(jiān)控、分析中心，提高人員生產(chǎn)功效，延長了設(shè)備使用壽命，降低了維修成本；實現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)的“無人值守，有人巡視”，達(dá)到監(jiān)、管、控一體化，真正降低了勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)了減人增效，比非智能化煤礦減員50%。

應(yīng)用機(jī)器人巡檢，保安全科技護(hù)航

巴拉素煤礦智能化項目使用大量機(jī)器人用于井下及地面生產(chǎn)安全工作，從而實現(xiàn)減人、提效、保安全的發(fā)展目標(biāo)。機(jī)器人種類包括五種：

一是主煤流巡檢機(jī)器人。通過自身搭載的高清相機(jī)、紅外避障傳感器、紅外熱成像儀、圖像采集裝置、氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、噪聲采集裝置等信息采集設(shè)備，進(jìn)行煤流量檢測、皮帶運行狀態(tài)感知、紅外測溫、異物檢測、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、人員等特征信息識別，實現(xiàn)主煤流系統(tǒng)全自動智能巡檢。

二是固定場所巡檢機(jī)器人。通過自身搭載的信息采集設(shè)備，進(jìn)行設(shè)備狀況監(jiān)測、運行狀態(tài)感知、紅外測溫、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、人員入侵等信息智能識別，并基于自主避障和智能供電等技術(shù)，代替人工進(jìn)行井下變電所、泵房等區(qū)域智能巡檢。

三是罐道安監(jiān)機(jī)器人。具有井筒電纜異常溫升檢測、罐道平直度智能識別、罐道固定情況檢測、罐道有無其他損傷和罐道檢查變形等功能，能夠有效識別危險源并及時預(yù)警，實現(xiàn)井筒罐道自主巡檢和勘測，有效規(guī)避人員巡檢安全風(fēng)險。

四是通風(fēng)井智能安監(jiān)機(jī)器人。搭載的智能傳感器具有有毒、有害氣體檢測、風(fēng)速測量、井壁結(jié)構(gòu)缺陷（片幫、滲水、井壁裂隙）智能識別、局部自主導(dǎo)航和電子地圖自動構(gòu)建等功能，實現(xiàn)在超視距遠(yuǎn)程遙控下進(jìn)行通風(fēng)井筒勘測和預(yù)警，解決通風(fēng)井自動巡檢難題。

五是工作面巡檢機(jī)器人。可在煤礦綜采工作面刮板運輸機(jī)和液壓支架之間自行走，具備瓦斯超限斷電、防碰撞、限位保護(hù)、無線遙控、緊急手動充電、指定監(jiān)測區(qū)間往復(fù)行走、視頻錄像等功能，有效規(guī)避人員巡檢安全風(fēng)險。

強(qiáng)化人才培養(yǎng)措施，提升技術(shù)保障能力

巴拉素煤業(yè)充分利用當(dāng)前智能化項目實施建設(shè)時機(jī)，不斷強(qiáng)化高素質(zhì)人才的培養(yǎng)和選拔，積極打造技術(shù)骨干團(tuán)隊。

把人才培養(yǎng)工作貫穿到項目建設(shè)前期的方案論證、廠家交流、設(shè)備選型，以及技術(shù)規(guī)格書編制、項目實施、設(shè)備和系統(tǒng)調(diào)試、項目驗收、運維管理等各個環(huán)節(jié)，讓項目建設(shè)與人才培養(yǎng)同步進(jìn)行，邊干邊學(xué)、邊學(xué)邊用，培養(yǎng)了一批與智能礦井、智慧礦區(qū)相匹配的會技術(shù)、懂管理的高素質(zhì)人才隊伍，實現(xiàn)了礦井智能化建設(shè)和專業(yè)化人員培養(yǎng)同步。如專業(yè)信息化運維團(tuán)隊的成立，通過統(tǒng)一系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化運維服務(wù)水平，推動公司智能化系統(tǒng)技術(shù)保障實力的顯著提升。

巴拉素煤礦智能化建設(shè)實踐所積累的智能化樣板工程、成熟應(yīng)用項目和人才培養(yǎng)經(jīng)驗，以及可復(fù)制、可推廣的智能礦井建設(shè)模式，為推動煤炭行業(yè)發(fā)展提供了“巴拉素方案”。