王国法院士：智慧矿山技术体系研究与发展路径

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王国法院士：智慧矿山技术体系研究与发展路径

「智慧矿山建设已经成为矿山企业实现高质量发展的必由之路」

智慧矿山技术体系研究与发展路径

王国法1 庞义辉2 任怀伟2

(1. 中国煤炭科工集团有限公司,北京 100013;2. 中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013)

摘 要 基于我国矿产资源开发现状,分析了智慧矿山建设的必要性、建设理念与内涵,阐述了现阶段智慧矿山建设存在的关键共性难题,提出了我国智慧矿山建设的近期、中期、远期目标。针对我国煤炭资源开采条件与智能化建设基础存在的差异性,构建了智能化煤矿建设总体技术体系架构,从生产矿井与新建矿井两个维度提出了智能化煤矿建设技术路径,明确了不同建设条件矿井进行智能化煤矿分类、分级建设的重点内容。系统阐述了张家峁煤矿、 巴拉素煤矿智能化建设经验与阶段性成果,并提出了我国智慧矿山实现高质量发展的主要技术路径。

关键词 智慧矿山 技术体系 智能化煤矿 智能机器人 高质量发展

近年来,智能化技术与装备加快迭代升级,新基建加快推进新一代信息技术与矿业开发技术深度融 合,智慧矿山建设已经成为矿山企业实现高质量发展的必由之路。

2020 年 2 月,国家发展和改革委员会、国家能源局、应急管理部等8个部委联合印发了《关于加快煤 矿智能化发展的指导意见》,明确了煤矿智能化建设 目标与主要任务;同年 4 月,工业和信息化部、国家发 展和改革委员会、自然资源部联合发布了《有色金属行业智能工厂(矿山)建设指南(试行)》,提出了有色金属矿山智能化建设的技术路径;2021 年 6 月,国家 能源局、国家矿山安全监察局联合印发了《煤矿智能 化建设指南(2021 年版)》,明确了煤矿智能化分类分级建设目标与技术路径。针对智慧矿山建设相关技术难题,国内外学者开展了广泛深入的探索。文献 [1-2]基于我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段的现状与建设要求,从采、掘、机、运、通等多个方面系统分析了煤矿智能化存在的技术难题与关键技术,详细阐述了不同煤业集团在煤矿智能化建设过程中取得的 阶段性创新成果。文献[3-4]分析了我国不同煤层赋 存条件实现智能化开采的技术路径,提出了适用于不同煤层条件的 4 种工作面智能化开采模式。文献[5- 7]分析了金属矿山开采现状及存在的技术难题,提出了基于新一代信息技术创新深部金属矿山开采模式的技术路径,以及提高深部金属矿山智能化开采水平的战略思路。文献[8-12]从煤矿信息化标准建设、技术协议、技术架构、核心技术与装备等方面,对智慧矿山建设进行了系统研究,提出了智慧矿山建设的技术架构与管控平台建设思路,促进了我国智慧矿山建设的创新与发展。上述文献从不同角度论述了我国智慧矿山建设取得的阶段性成果,但未能对智慧矿山存在的关键共性难题进行深入分析,智慧矿山建设的技术架构、路径、建设目标等也不是十分清晰。

目前,我国智慧矿山建设总体上还处于培育示范阶段,智慧矿山建设存在发展不平衡、不充分、整体水平有待提升、常态化运行困难等突出问题,距离实现全面高级智能化开采尚有一定距离。智慧矿山建设 是矿业发展的必然趋势,本文提出了智慧矿山建设的理念与目标,分析了智慧矿山建设现状和存在的关键共性难题,提出了智慧矿山助力企业高质量发展的技 术路径。

01

智慧矿山建设内涵与共性难题

1. 1 智慧矿山建设理念与目标

近年来,国家密集部署新型基础设施建设,持续推进能源领域数字化转型升级,先后发布了《关于推 进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》等一系列政策文件,全面提升了我国能源生产端、运输端、交易端、消费端的智能化水平,降低了能源生产与交易成本,促进了我国能源与矿业产业的协同发展。

2020 年,虽然受到新冠疫情的影响,但我国一次能源生产总量达到了 40. 8 亿 t 标准煤,同比增长 2. 8%,能源消费总量达到 49. 8 亿 t 标准煤,比上年增 长 2. 2%,能源结构持续优化,煤炭消费量占比约 56. 8%,石油消费占比约 18. 9%,天然气、水电、核电等消费占比约24. 3%[13] 。在后疫情、地缘政治冲突加剧和大国关系不协调的背景下,国家能源安全风险上升,新一代信息技术为我国能源与矿业产业新体系建设提供了重要的工具与技术路径。

智慧矿山是新一代信息技术与矿山开发技术的深度融合发展,是系统智能与人文智慧的协同融合。系统智能是指矿山运行系统具有全流程人—机— 环—管数字互联高效协同,智能决策自动化运行的能力[14-16] ;人文智慧是指人的智慧在矿山运营中的决定性作用,是借助信息通信技术和人工智能技术,将管理者的思想、知识、要求等变成系统决策的依据,提高决策水平,降低劳动强度,实现安全高效、绿色低碳、健康运行。新型的智慧矿山建设强调“以人为本”,以造福职工、创造企业价值、建设以人为本的智慧矿山新生态为根本目标。

根据矿山地质条件、开采工艺等要求,自动创建 和优化开发流程,智能响应矿产资源开发过程中各种环境参数变化与需求,实现矿产资源勘探、矿井开拓、 采掘、运输、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全流程的智能化运行,提升矿井开采效率与安全生产水平。智慧矿山建设已经成为矿业产业发展的必然趋势,主要表现在以下几个方面:

(1)科技进步为智慧矿山建设提供了技术支撑。 5G、大数据、人工智能以及区块链等新一代信息技术 在关键技术、设备、系统平台等方面已具备应用基础, 且已在垂直行业获得初步应用,深度融合成为未来趋势,科技创新发展为智慧矿山建设提供了技术与装备支撑。

(2)安全生产倒逼矿业企业开展智慧矿山建设。受资源赋存条件、开发与利用工艺的复杂度、技术与装备水平等因素制约,矿业领域危险作业岗位的自动化、智能化水平仍然较低,重大安全隐患的智能监测、 预测、预警等技术相对落后,普遍存在从业人员劳动强度大、效率低、安全生产压力大等问题,智慧矿山建设将大幅减少井下作业人员数量与劳动强度,推动矿业企业实现井下无人则安、资源高效开发。

(3)矿业企业招工难倒逼矿山企业开展智慧矿山建设。人口老龄化导致我国就业人数下降,矿业企 业相关从业人员数量下降速度明显快于其他行业,且 从业人员老龄化严重,部分矿山企业的井下作业人员平均年龄超过 45 岁,矿山企业井下恶劣的作业环境难以吸引新一代年轻人,开展智慧矿山建设将改变矿 业企业传统的作业方式,让矿业从业人员更加体面地工作生活。

智慧矿山建设的基本内涵是:以矿产资源安全、 智能、绿色、低碳开发为基础,以新一代信息技术与矿业开发技术深度融合为保障,采用先进的科学技术装备与现代管理理念,构建全面感知、实时互联、自主学习、动态预测、科学决策、协同控制的智能系统,实现矿山资源开采、运输、安全保障、经营管理等全流程的智能化运行,为矿业产业高质量发展提供强大的推动力。智慧矿山建设是一个复杂的系统工程,将对全面提升矿业产业层次、形成产业竞争优势、提高经营管理水平起到积极的推动作用,全面开展智慧矿山建设已经成为我国矿业产业实现高质量发展的必由之路。

基于我国矿业产业发展现状及智慧矿山建设理念、内涵与要求,应坚持系统性、前瞻性、差异性、开放性的建设原则,充分考虑不同类型矿井建设条件与建设基础的差异性,以及未来一段时间科技装备发展趋势与水平,确定智慧矿山建设的近期、中期、远期目标 如下:

(1)近期目标(2025 年),矿山企业基本实现数字化转型,矿产资源开发全流程的信息化、少人化水平大幅提升,初步构建AI、区块链、机器人等技术在矿山生产经营管理中的应用场景,矿产资源新技术研发与产业化支撑能力显著增强。

(2)中期目标(2035 年),构建成熟的智慧矿山建设技术规范与标准体系,实现矿井开拓设计、地质保障、采掘(剥)、运通、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行,井下重点岗位实现机器人作业,建成智能感知、智能决策、自动执行的矿山智能化体系。

(3)远期目标(2050 年),矿产资源开发与新一代信息技术深度融合,井下生产作业全部实现机器人替代,矿产资源开采、运输、消费、监管实现全流程智能化运行。

1. 2 智慧矿山建设关键共性问题

近年来,我国加快推进智慧矿山建设相关工作, 在智能化少人开采、固定作业岗位无人值守、巡检机器人辅助作业等方面取得了多项技术成果,大幅减少了井下作业人员数量,降低了井下工人劳动强度,初步实现了“减人、增安、提效”目标,但受制于智能化相关技术发展瓶颈,我国智慧矿山建设总体仍处于示范培育阶段,智慧矿山建设仍存在以下显著不足:

(1)基础理论与技术短板亟待突破。虽然国家已经布局了多项智慧矿山基础理论研究项目,但矿山复杂围岩环境精准探测与高精度地质建模、低维度小样本数据高效处理与精准预测、冲击地压智能监测与防治等相关基础理论研究仍然十分薄弱,井下非接触式全面感知与多源信息融合技术、井下重载执行机器人等相关技术仍存在诸多瓶颈,智能化技术对复杂条件矿井的适应性普遍较差。

(2)智慧矿山建设技术架构不清晰,智能化综合管控平台技术成熟度较低。目前,不同类型的矿井主要按照各行业对智慧矿山的认识进行规划建设,智慧矿山的信息流、数据流不明确,尚未构建清晰的矿山各系统知识图谱,智能化综合管控平台多依赖于传统的信息化矿井技术架构进行建设,矿山各业务系统普遍存在信息孤岛、信息烟囱等问题,难以实现对矿井各业务系统的综合协同管控。

(3)重视硬件轻视软件,系统之间的融合应用有待提升。矿山(尤其是新建矿井)非常重视对硬件的投入,但对相关软件、系统平台等研发投入较少,很少针对矿井条件与业务系统进行针对性的软件开发与应用,软件开发界面不友好,一线职工的认可度不高、使用效果较差;矿井各系统之间的集成度普遍较低, 存在通信接口不统一、兼容性较差等问题,没有实现不同设备、系统之间数据、通信的有效融合,传统的数据算法难以直接应用于矿山各业务系统,数据资源的价值未能得到有效挖掘、利用。

(4)缺少信息化、智能化专职岗位,运维机构不健全。目前,各类矿山均很少设置信息化、智能化专职岗位,主要依靠机电部与各设备供应商进行智能化设备的管理运维,矿山企业相关部门对智能化技术、设备的熟悉程度不足,缺乏专业的智能化运维队伍, 各类矿山开采装备的可靠性较低,软硬件的维护不到位,难以全面发挥智能化技术与装备的效果。

(5)智慧矿山建设人才储备严重不足,缺少高层次技术队伍。近年来,受矿业发展持续低迷的影响, 各类矿山的人才储备不足,矿井艰苦的井下作业环境难以吸引高水平专业技术人才,智能化专业技能人才储备严重不足,地方政府、企业的相关激励机制与资金保障不足,制约了智慧矿山建设。

02

智能化煤矿技术体系研究与实践

2. 1 智能化煤矿技术体系

由于我国不同区域煤层赋存条件、智能化煤矿建 设基础存在较大差异,智能化煤矿应坚持分类建设和分级达标相结合的原则[17-18] ,开展煤矿智能化顶层设计,创新智能化煤矿建设与管理模式,科学制定实施煤矿智能化建设与升级改造方案,突破适用于不同条件的智能化技术与装备,提升煤矿智能化技术装备的成熟度与可靠性,促进煤矿安全、质量、效率与效益 的稳步提升。智能化煤矿的总体架构由业务架构、应用架构、实施框架、技术体系、标准体系组成见图 1。

业务架构包括资产线和价值线两个视图,一是以工程视图提出的资产全生命周期管理体系架构,管理范围包括地质资源、井巷设施、机电装备、采掘机运通生产系统、工业物联网、软件平台、矿山大数据,这些系统均为矿井的基础设施和安全生产保障系统,要求稳定、可靠、持续运行,需要对矿井设计、建造、运维、退役和报废进行全周期信息化管理;二是以企业视图提出的价值创造链条过程中发生的地质勘察、采掘设计、安全生产、经营管理业务,包括透明矿井、矿山工程数字化协同设计、智能化开采、智能化掘进、主煤流协同运行、智能化洗选系统、智能储装系统、智能运销系统、综合调度指挥系统、企业经营管理系统等,这些系统是矿井的核心生产系统,需要互联互通、系统协同控制、资源配置优化、无人高效运行,要利用工业互联网平台的架构体系重构安全生产、经营管理系统。

依据业务架构需求提出煤矿资产全生命周期管理应用体系、煤矿安全生产经营管理应用体系;实施框架结合煤矿资源条件、生产规模、信息化基础等实际情况和智能化矿山发展趋势,提出系统级、矿井级、企业级的实施框架层级划分,提出不同层级方案的系统组成、系统间关系及整体部署方案。

技术体系主要包括煤矿工业勘探技术、工程设计、机械制造、开采技术、安全技术、矿物加工、企业管 理、自动化等 OT 技术、信息化 IT 技术、OT 和 IT 的融合技术,智能化煤矿的技术架构如图 2 所示。其中, 底层为感知执行层,感知的相关数据信息通过接入层进入边缘层,边缘层主要对时效性要求较高,但对算力要求不高的数据进行分析处理;感知信息通过边缘层进入智能化煤矿工业互联网平台,该平台主要包括 技术平台、业务平台、数据中心、云计算平台、物联网管理平台,工业互联网平台对感知信息进行数据清 洗、分析、分类存储等,并将分析结果上传至煤矿智能化综合管控平台,由综合管控平台将相关指令下发至 感知执行层,由相关设备完成操作。

智能化煤矿标准体系包括通用基础、支撑技术与平台、煤矿信息互联网、智能控制系统及装备、安全监控系统、生产保障等 6 个部分,如图 3 所示。

生产煤矿应根据矿井的地质条件、建设基础、建设目标制定科学合理的智能化升级改造方案,可以按照“基础系统高容量—采掘系统高可靠—感知系统全覆盖—保障系统高适应”的思路,自下而上逐步实现智能化改造。

生产煤矿进行智能化升级改造可以分为 3 个步骤进行:首先,根据煤矿实际情况与建设需求,对具体 业务系统进行技术与装备升级,提高单个设备、系统的自动化、智能化水平,并逐步实现核心装备控制系统国产化安全可信、自主可控;其次,开展网络平台、数据中心等升级改造,汇聚生产工艺、环境过程信息等;最后,通过大数据、人工智能等建立相关业务智能工作流,再进行系统的整体集成,实现基于智能化综合管控平台的一体化智能协同管控,其技术路径如图 4 所示。

新建矿井应根据矿井的地质条件与建设目标,按 照“基础系统全兼容—业务系统全关联—装备系统高可靠—数据应用多场景”的思路,在矿井设计中对煤矿智能化进行专题设计,按照高起点、高标准、高水平进行智能化煤矿建设,应涵盖信息基础设施、智能化生产系统、智能化安全管控系统、智能化综合管理系统等,明确阶段任务目标及验收指标,分步分阶段开展智能化煤矿建设,其技术路径与技术架构如图 5 所示。

对于晋陕蒙等大型煤炭基地的生产煤矿,应全面进行智能化升级改造,重点提高采煤工作面智能化水 平,掘进工作面减人提效和远程控制、智能安全生产 水平,井下水泵房、变电所等固定岗位全部实现无人值守作业,形成基于综合管控平台的智能一体化管控;对于中东部矿区等建设基础较薄弱的生产煤矿, 重点进行基础信息系统、机械化+智能化采掘系统、 重大安全隐患智能预警系统、智能安全监测系统等建设,实现减人、增安、提效;对于云贵基地等煤层赋存条件复杂的煤矿,应尽快实施智能化改造,重点进行危险、繁重岗位机器人替代,提升矿井本质安全水平。新建煤矿应先行开展煤矿智能化顶层设计,采用先进生产工艺、技术与装备,全面建设信息基础设施、智能化生产系统、智能化综合管控平台等,形成完整的智能化煤矿安全高效运维体系。

基于我国煤层赋存条件多样性与建设基础的不均衡性,提出了不同煤层条件智能化煤矿的重点建设 内容如下:

(1)对于煤层赋存条件相对较简单、具有较好智能化建设基础条件的矿井,应建设智能化综合管控平台,实现煤矿各主要业务系统的数据融合共享、网络互连互通与协同联动控制;建设大数据中心,实现数据的分类存储、关联分析、深度挖掘与利用;建设高速高可靠数据传输网络;建设完善的井下精准定位系统,满足井下人员、设备定位精度要求;建设完善的视频监控系统,实现基于机器视觉的多场景应用;建设 GIS+BIM 系统,实现地质信息、工程信息的有效融合及高精度建模;建设智能快速掘进系统,煤层巷道月进尺大于 1 000 m,实现巷道掘进过程的远程智能控制;建设智能化采煤工作面,薄及中厚煤层工作面实现常态化无人开采,厚及特厚煤层综采工作面实现常态化少人开采(每班作业人员不超过 5 人),综放工作面实现智能化放顶煤作业(每班作业人员不超过 7 人);主煤流运输系统实现智能无人操控,机器人巡检作业;探索应用无轨胶轮车、单轨吊实现辅助驾驶、智能调度,物料供应实现连续化运输;通风、排水、供 电等固定作业岗位全部实现无人值守、机器人巡检作业,建设完善的煤矿灾害智能监测预警平台与应急管 理平台,实现危险源、危险场景的智能分析、预测、预警;建设煤矿智能经营管理系统,实现产、供、销全流 程的智能决策与精益管理。

(2)对于具有一定智能化建设基础条件的矿井, 应建设智能化综合管控平台,建设高速高可靠数据传 输网络,实现煤矿各主要业务系统的数据融合共享、网络互连互通与协同联动控制;建设完善的井下精准定位系统,满足井下人员、设备定位精度要求,建设地质信息与工程信息时空大数据库,为各业务系统提供统一的地理信息服务;建设智能快速掘进系统,煤层巷道月进尺大于 500 m,巷道掘进过程部分实现智能控制;建设智能化采煤工作面,薄及中厚煤层工作面实现常态化少人开采(每班作业人员不超过 3 人), 厚及特厚煤层综采工作面每班作业人员不超过 7 人, 综放工作面每班作业人员不超过 10 人;主煤流运输系统实现远程操控;无轨胶轮车实现辅助驾驶,单轨吊、机车实现精准定位、连续运输;通风、排水、供电等固定作业岗位实现无人值守;建设完善的煤矿灾害智能监测预警平台与应急管理平台,实现危险源、危险场景的智能分析、预测、预警;建设煤矿智能经营管理系统,实现产、供、销全流程的智能决策与精益管理。

(3)对于煤层赋存条件相对复杂、智能化建设基础相对薄弱的矿井,主要以减人、增安、提效为目标。建设智能化综合管控平台,实现煤矿各主要业务系统的数据融合共享、网络互连互通;建设地质信息与工程信息时空大数据库,为各业务系统提供统一的地理信息服务;建设快速掘进系统,满足采掘接替需求;建设机械化+智能化采煤工作面,实现远程集中控制; 主煤流运输实现远程集中控制,辅助运输实现连续运输;通风、排水、供电等固定作业岗位实现无人值守; 建设完善的煤矿灾害智能监测预警平台与应急管理平台,实现重大灾害的超前预测、预警;建设煤矿智能经营管理系统,实现产、供、销全流程的智能决策与精益管理。

2. 2 智能化煤矿建设实践

2020 年 2 月,国家发展和改革委员会、国家能源 局、应急管理部等 8 个部委联合印发了《关于加快煤 矿智能化发展的指导意见》,提出到 2021 年,建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿,2020 年 12 月, 国家能源局、国家煤矿安全监察局联合印发《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》,确定 71 处煤矿(含 5 处露天矿)作为首批国家级智能化示范煤矿开展建设,初步形成了以减人、增安、提效为主要特征的智能化采掘(剥)运系统,形成了采煤工作面“有人巡视、无人值守” 的智能化开采模式,开展了智能化快速掘进、掘进机远程控制等研发实践,探索实践了基于透明地质的智能化无人开采技术,固定作业岗位具备实现无人值守的作业条件,5G、F5G、大数据、数字孪生、区块链等新一代信息技术初步在煤矿开采运营场景进行应用,取得了较好的应用效果。

2. 2. 1 张家峁煤矿智能化建设实践

张家峁煤矿是陕煤集团重点建设的国家级智能化示范煤矿,矿井年生产能力 1 000 万 t,建成了“1+ 9”(1 个智能化综合管控平台,9 个独立的分控中心) 煤矿智能化系统,初步形成了基于 1 套标准体系、1 张全面感知网络、1 个大数据中心、1 个智能化综合管控平台的智能化煤矿常态化运营体系。

初步建成了5G+厚煤层大采高综采工作面,工作面采用自动巡检机器人进行巡检作业,巡检机器人搭 载 LASC 惯性导航系统、三维激光扫描装置、红外热 成像摄像仪、可见光摄像仪、无线移动终端等装备,可完成对工作面直线度及水平度检测、工作面精确定位、工作面点云模型构建、采煤机运行状态巡检与工作面快速巡检等,并通过无线通信网络实现传感数据准确、快速传输至顺槽集控中心,为数字化割煤提供数据基础。

提出了掘锚一体掘进工作面标准化、模块化高效 设备配套方式,掘进效率提升了 50%。建立了国内外首次 5G+多系统融合掘锚一体掘进工作面全息数字化模型,利用数字孪生技术实现多系统联动,并为大数据提供基础数据。首创掘锚一体机双激光长距 离精准组合导航系统,攻克了自动截割技术,与 4D- GIS 系统融合实现了按地质模板自动截割,实现了掘进面迎头少人、无人作业。开发出国内首台掘锚一体机三维可视化远程集控平台,实现掘进生产系统远程多机协同作业。

原煤运输系统实现了“地面控制为主,井下监控 为辅”的控制模式,保证主运输系统的连续性和可靠 性。结合视频信息、人员定位信息、温度、振动检测、 粉尘检测、温度检测、预警、预测分析等全方位、多角度传感检测手段,实现了地面对井下皮带运输系统的长距离、多点位信息传输和集中监测监控,实现了无人、少人化的智慧远程集控功能。系统采用了监控分离模式进行集中控制,运用先进的测控、信息和通信技术,对皮带运输集控信息进行采集、分析和处理,实现智慧感知、信息融合、数据挖掘和决策支持,改善了职工作业环境,实现每班减员 36 人。

通过通风系统的图形化建模技术、矿井通风实时 网络解算技术、矿井通风智能决策技术、风量远程定量化调节技术、多点移动式测风技术、主运巷外因火灾局部反风技术和智能局部通风技术建设了矿井智慧通风综合管控系统,实现了对正常通风条件下矿井通风关键位置进行实时监测、分析、决策和控制,准确进行风量调节,提高了通风系统的自动化、信息化和智慧化水平,减少了井下通风人员,降低了井下通风人员的劳动强度,保证通风系统处于安全、高效状态; 对通风事故进行超前感知预警,及时采取防灾减灾措施,随时防止风流异常和有害气体浓度超标,避免了瓦斯、火灾、煤尘爆炸等事故发生,提高了通风系统的可靠性及抗灾变能力。

构建了双重预防机制信息管理系统。依据双重预防机制内涵要求,综合利用物联网、大数据等技术 开发信息化管理系统,系统支持安全生产标准化要求的年度辨识和专项辨识的“1+4”模式;支持安全风险 记录、跟踪、统计、分析、上报等全过程的信息化管理以及对事故隐患排查治理记录统计、过程跟踪、逾期报警、信息上报的信息化管理,对风险进行集中管理, 支持在系统中快捷地进行年度和专项的风险辨识,支持辨识报告的导入。形成了具备风险动态评价的煤矿双重预防机制管理模式,实现了大数据对多种安全信息的综合分析,进一步提升了矿井安全管理水平。

搭建了智能化管控云平台,采用统一开发/ 运维平台(DevOps)框架,基于一套标准数据体系、微服务架构和“资源化、场景化、平台化” 思想,围绕监测实 时化、控制自动化、管理信息化、业务流转自动化、知识模型化、决策智能化等目标进行相应的业务梳理, 为开发场景化 APP 提供支持服务,实现了煤矿的数据集成、能力集成和应用集成。

2. 2. 2 巴拉素煤矿智能化建设实践

巴拉素煤矿是陕西延长石油(集团)有限责任公司重点建设的一座智能化新建煤矿,设计年生产能力 1 500 万 t,在矿井建设之初,便将智能化的“基因”植入矿井设计、建设的整个环节,建成生产全过程、作业全流程、井上井下全方位的智能化煤矿。

巴拉素煤矿智能化建设项目构建了 10 大系统、 48 个子系统,共计156 个建设项目,融合 5G 通信、大数据、智能控制等技术,全力打造综合管控系统及大数据平台、5G 通信网络及精准位置服务系统、地质保障及 4D-GIS 动态信息系统、采掘工作面智能协同控制系统、井下环境感知及安全管控系统、固定场所无 人值守智能管理系统等十大智能化系统和“统一平台框架、双层数据融合、全程闭环反馈、两级协同管控”的“1212”智能化运行平台。

巴拉素煤矿智能化管控平台将拥有 50 多个子系 统,矿井数据利用率可提升 50%;平台接入点将增加 50 000 个以上,数据传输率提升 50%以上;端到端数据延迟小于 5 ms,全面实现矿山多专业、多部门系统作业和信息化管理;建成千万吨级智能高效少人或者无人工作面、千米级智能快掘系统群等。

03

智慧矿山高质量发展路径

当前,受中美贸易摩擦、地缘政治冲突等因素影 响,我国能源安全保障问题日益突出,基于新一代信息技术在能源、矿业领域的创新突破与融合应用,进行能源与矿业治理体制、机制创新,推动能源结构、国际合作的多元化,已经成为构建安全高效、清洁低碳能源体系的核心要素。将新一代信息技术在能源、矿业领域进行深度融合应用,建立国家能源与矿业安全生产智能化平台、国家能源交易监管平台,将促使能源矿业发展水平大幅飞跃,促进我国能源与矿业实现高质量发展。

(1)建立国家级能源与矿业安全生产智能化平台,将矿山资源生产的主要危险源、高危作业岗位、安 全生产监测系统等信息纳入平台,进行重大工程作业的全流程安全管控,实现矿产资源生产、利用全流程的智能化运行;构建基于工业互联网的安全感知、监测、预警、处置及评估体系,提升矿业企业安全生产数字化、网络化、智能化水平,培育“工业互联网+安全 生产”协同创新模式,实现重大灾害的智能预测预警、救援快速响应、应急物资快速配置。

(2) 建设“国家级-行业级-省级-企业级” 4 层架构的国家矿产资源交易监管平台,涵盖生产端、供货端、销售端、用户以及物流服务商、银行保险金融机构等各环节,将现有的各类矿产资源和区域级交易统一纳入其中。基于新一代信息技术实现对各类矿产资源的存量信息、消耗量信息、交易信息等全面及时可靠地采集,对矿产资源的实时交易信息进行监管;基于区块链技术实现矿产资源交易的透明化、公平化,提高市场对矿产资源的引导水平,对外与国际矿产资源交易平台建立合作渠道,通过易货交易、数字货币等方式实现矿产资源交易的去美元化,保障我国矿产资源交易安全。

(3)建立能源、矿业数据标准与信息安全保障体系,明确数据体系的架构与共享规则,制定信息采集 与传输、存储、共享与交换、服务等相关标准,保障矿业数据全生命周期管理与多源异构数据的深度融合及高效利用。加强数据应用平台安全管理,规范数据交换共享安全、应用安全、出境安全,健全矿业信息安全体系,营造矿业行业数据新生态。

(4)加强政策资金保障,按照“政府主导、政策推 动、企业实施” 的原则,从国家层面设立矿业治理信息平台专项资金,推动国家级矿业安全生产与交易智能化平台的顶层设计与基础建设,支持矿业企业信息平台智能化改造。从省级层面出台矿业新基建招商和产业扶持政策,积极争取金融机构贷款,加大金融机构融资力度,引导社会资本加大投入,挖掘企业自筹资金潜力,提升企业资金保障水平。

参考文献（略）

转自 金属矿山2022年第5期

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