煤矿智能化(初级阶段)技术体系研究与工程进展.pdf

第48卷第7期 2020年 7月 煤炭科学技术 Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y Vo l . 48 No . 7 Ju l y 2020 智能化煤驴建设关键技术专题 【编者按】煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,是煤矿自动化、数字化发展的新阶段。2020年 3月2日，国家发展改革委、国家能源局等八部委联合印发了关于加快煤矿智能化发展的指导意见，文件的 发布实施对于加快推进智能化煤矿建设，构建智能绿色煤炭工业新体系，实现煤炭资源的智能、安全、高效、 绿色开发与低碳、清洁、高效利用，促进煤炭工业高质量发展具有重要意义。 智能化煤矿是将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、智能装备等与煤炭开发技术和 装备进行深度融合，形成全面自主感知、实时高效互联、智能分析决策、自主学习、动态预测预警、精准协同控制 的煤矿智能系统，实现矿井地质保澤、煤炭开采、巷道掘进、运输、通风、排水、供电、安全保障、分选、生产经营管 理等全过程的安全高效智能运行。目前，我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段，存在相关基础理论薄弱，核心 关键技术瓶颈尚未取得突破，缺少煤矿智能化相关技术标准与规范，技术与装备研发滞后于企业发展需求，研 发平台不健全，高端煤矿智能化人才匮乏等问题，制约了煤矿智能化的发展。因此，应理清发展思路，创新发展 模式，加快推进煤矿智能化技术与装备标准体系建设，持续深入开展煤矿智能化基础理论与技术短板攻关，加 强产学研用的协同创新，推动煤矿智能化人才队伍建设，提高煤矿智能化建设的综合保障能力。 为推进我国煤矿智能化建设进程，进一步发挥煤炭科学技术的学术交流平台和桥梁纽带作用，编辑部 组织策划了 “智能化煤矿建设关键技术专题”，报道了煤矿智能化技术体系研究与工程应用、智能化煤矿顶层 架构设计、智能化煤矿建设路线、智能开采关键技术、5G关键技术、煤矿机器人技术等方面的研究与工程应用 进展。本次专题收稿145篇，录用稿件49篇，限于版面,2020年第7期刊登29篇稿件,其余稿件将择期在机电 与智能化栏目中刊登。 在此衷心感谢各位专家为专题撰稿，特别感谢煤炭科学技术杂志主编王国法院士、中国矿业大学（北 京）校长葛世荣教授在专题策划、组稿方面给予的大力支持;诚挚感谢审稿专家对提升专题稿件学术质量所付 出的辛勤劳动；同时感谢中国煤炭科工集团有限公司、中国矿业大学（北京）、国家能源集团神东煤炭集团有限 公司、中国平煤神马能源化工集团有限责任公司、兖矿集团有限公司、大同煤矿集团有限公司、陕西陕煤陕北矿 业有限公司、陕西延长石油（集团）有限责任公司等单位在专题组稿方面给予的支持与帮助 移动扫码阅读 王国法，任怀伟,庞义辉,等.煤矿智能化初级阶段技术体系研究与工程进展[J].煤炭科学技术,2020,48 7 1-27. d o i10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 001 WANG Gu o f a, REN Hu a iw ei, PANG Yih u i, et a Z. Resea r c h a nd eng ineer ing pr o g r ess o f int el l ig ent c o a l mine t ec h nic a l syst em in ea r l y st a g es[ J] .Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y,2020,487 1-27. d o i10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 001 煤矿智能化（初级阶段）技术体系研究与工程进展 王国法V,任怀伟1，2,庞义辉1，2,曹现刚3,赵国瑞1,2,陈洪月4,杜毅博1,2,毛善君5,徐亚军1,2,任世华6, 程建远7,刘思平8,范京道,吴群英”,孟祥军”,杨俊哲I,余北建j宣宏斌孙希奎15,张殿振16,王海波17 （1.中煤科工开采研究院有限公司，北京100013；2,天地科技股份有限公司，北京100013；3.西安科技大学，陕西西安710054； 4.辽宁工程技术大学，辽宁阜新123000；5.北京大学地球与空间科学学院，北京100871 ；6.煤炭工业规划设计研究院有限公司， 北京100120；7.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077；8.北京交通大学，北京100044；9.陕西煤业化工集团 有限责任公司，陕西西安710065； 10.陕西陕煤陕北矿业有限公司，陕西神木719301 ；11.兖矿集团有限公司，山东邹城273500； 12.神华神东煤炭集团有限责任公司，陕西神木719315；13.阳泉煤业（集团）有限责任公司，山西阳泉045000； 14.大同煤矿集团有限 责任公司，山西大同037003； 15.淄博矿业集团有限责任公司，山东淄博272000； 16.山东能源新汶矿业集团有限责任公司， 山东新泰271200； 17.中煤科工集团常州研究院有限公司，江苏常州213015） 收稿日期2020-05-06；责任编辑赵 瑞 基金项目国家自然科学基金资助项目（51674243）冲国工程院战略咨询资助项目（201AXZ-60） 作者简介王国法（I960一）,男,L1J东文登人，中国工程院院士。E-ma il w a ng g u o f a t d k c sj.c o m 1 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 摘要煤炭是实现清洁高效利用的最经济、最可靠的能源，煤炭资源的智能、安全、高效开发与低碳 清洁利用是实现我国煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。基于我国煤矿智能化初级阶段的发展要 求，开展了煤矿智能化技术体系研究和工程建设，进行了智能化煤矿顶层设计研究，以“矿山即平台” 的理念将智能化煤矿整体架构分为设备层、基础设施层、服务层与应用层，实现煤矿生产、安全、生态、 保障的智能化闭环管理。针对智能化煤矿存在的信息孤岛问题，开展了多源异构数据建模、特征提取 与数据挖掘等技术研究，研发了基于数据驱动的信息实体建模与更新技术;研究了智能化煤矿高精度 三维地质模型构建方法,通过在刮板输送机上布设巡检机器人与三维激光扫描仪，将三维激光扫描数 据与地质模型数据、采煤机位姿数据、采煤机摇臂截割数据进行有效融合，获取采煤机的实时截割曲 线,通过比对采煤机实际截割曲线与地质模型的煤岩层分界面曲线，实现基于地质模型动态更新的煤 层厚度自适应截割控制方法;研发了工作面采掘接续智能设计技术，实现了接续工作面图纸、规程、规 范的智能设计，大幅降低了采掘接续过程中的重复劳动;研究了掘锚一体机的位姿检测与导航技术、 自动打锚杆技术、自动铺网技术、巷道三维建模与质量监测技术,探索了基于远程视频监控的巷道智 能高效掘进技术与装备;以“有人巡视,无人操作”为特征的智能化开采工作面在全国逐渐推广应用， 开展了基于三维地质模型动态更新的采煤机自适应截割技术研发与实践，在部分矿区取得较好的试 验效果。分析了智能分选技术、智能辅助运输技术、5G通信技术在煤矿井上下应用存在的技术难点 及解决的技术路径，从技术研发角度系统分析了制约智能化煤矿建设的关键技术难题。详细阐述了神 东煤炭集团、兖矿集团、同煤集团、阳煤集团、淄矿集团、新汶矿业集团等国内大型煤炭生产企业现阶段 在智能化煤矿建设中取得的阶段性成果,从技术研发与现场实践相结合的角度分析了智能化煤矿建设 过程中存在的主要技术难题与发展方向。同时对煤矿智能化标准体系进行研究,提出了煤矿智能化标 准体系框架，起草制定了“智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系”、“智能化综采工作面分类、 分级评价技术条件与指标体系”等相关标准，为智能化煤矿建设提供标准支撑。 关键词煤矿智能化;顶层设计；智能化开采;智能掘进;三维地质模型；标准体系 中图分类号TD67 文献标志码A 文章编号0253-2336 2020 07-0001 -27 Research and engineering progress of intelligent coal mine technical system in early stages WANG Gu o f a1,2 ,REN Hu a iw ei1,2, PANG Yih u i1,2 ,CAO Xia ng a ng3, ZHAO Gu o r u i1,2, CHEN Ho ng yu e4,DU Yibo12,MAO Sh a nju n5,XU Ya ju n-REN Sh ih u a6, CHENG Jia nyu a n7 ,LIU Siping8 ,FAN Jing d a o9, WU Qu nying10, MENG Xia ng ju n11, YANG Ju nzh e12,YU Beijia n13 ,XUAN Ho ng bin14,SUN Xik u i15,ZHANG Dia nzh en16,WANG Ha ibo17 l.Coal Mining Research Institute,China Coal Technology a l a ser sc a nning syst em w a s u sed t o qu ic k l y sc a n a nd mea su r e t h e r o a d w a y t h r o u g h t h e ima g e st it c h ing ma t c h ing a l g o r it h m, t o bu il d a t h r ee-d imensio na l a c c u r a t e mo d el o f t h e r o a d w a y, a nd a c h ieve a c c u r a t e mo nit o r ing o f t h e qu a l it y o f t h e r o a d w a y f o r ma t io n; t h r o u g h int el l ig ent d r iving equ ipment a nd g eo l o g y, t h e f u sio n o f mu l t i-so u r c e in f o r ma t io n su c h a s spa t ia l inf o r ma t io n w a s u sed t o r ea l ize h o l o g r a ph ic per c ept io n a nd sc ene r epr o d u c t io n o f t h e d r iving f a c e; u l t r a so nic a nd l a ser c o mbined r a ng ing senso r s w er e u sed t o a c h ieve a w id e a nd a c c u r a t e mea su r ement o f t h e r el a t ive po sit io n bet w een t h e va r io u s equ ip ment o n t h e d r iving f a c e, a nd t h e c h a r a c t er ist ic s o f u l t r a so nic mea su r ement w a s u sed t o d et er mine t h e spa t ia l r el a t ive mo t io n mo d e o f t h e a sso c ia t ed equ ipment ； t h e c h a r a c t er ist ic s o f h ig h l a ser r a ng ing a c c u r a c y w a s u sed t o d et er mine t h e pr ec ise l o c a t io n o f t h e a sso c ia t ed equ ip ment , per so nnel id ent if ic a t io n senso r s w er e u sed t o per c eive t h e per so nnel in t h e no n-w o r k ing a r e a , a nd c o mpil ed t h r o u g h t h e o per a t io n pr o c ess r eg u l a t io ns a nd pa r a met er s bet w een t h e equ ipment . Th e int er l o c k ing a nd c o o r d ina t ed c o nt r o l pr o g r a m o f t h e c o mpl et e equ ipment r e a l ized t h e c o o r d ina t ed l ink a g e o f t h e c o mpl et e equ ipment f o r t h e ex c a va t io n. Th e int el l ig ent mining f a c e f ea t u r ing u ma nned pa t r o l, u n ma nned o per a t io nw h a s been g r a d u a l l y pr o mo t ed a nd a ppl ied t h r o u g h o u t t h e c o u nt r y. Th e d evel o pment a nd pr a c t ic e o f sh ea r er a d a pt ive c u t t ing t ec h no l o g y ba sed o n t h e d yna mic u pd a t e o f t h e t h r ee-d imensio na l g eo l o g ic a l mo d el h a s been c a r r ied o u t in t h e mid d l e o f t h e sh ea r er . A h ig h -pr ec isio n 3D g yr o sc o pe w a s u sed t o mo nit o r t h e po sit io n a nd po st u r e o f t h e sh ea r er in r ea l t ime, a nd c o mbined t h e mo nit o r ing r e su l t s w it h t h e a f o r ement io ned h ig h -pr ec isio n 3D g eo l o g ic a l mo d el t o d et er mine t h e c o o r d ina t e po sit io n o f t h e sh ea r er in t h e 3D g eo l o g ic a l mo d el; Th e inspec t io n r o bo t w a s inst a l l ed o n t h e sc r a per c o nveyo r , a nd a t h r ee-d imensio na l l a se r sc a nner w a s inst a l l ed o n t h e inspec t io n r o bo t t o ef f ec t ivel y mer g e t h e t h r ee-d imensio na l l a se r sc a nning d a t a w it h t h e u nit g eo l o g ic a l mo d el d a t a, t h e sh ea r er po st u r e d a t a, a nd t h e sh ea r er r o c k er c u t t ing d a t a . Th e r ea l -t ime c u t t ing c u r ve o f t h e sh ea r er c a n be o bt a ined, by c o mpa r ing t h e a c t u a l sh ea r ing c u r ve o f t h e sh ea r er w it h t h e g eo l o g ic a l mo d el o f t h e c o a l -r o c k l a yer int er f a c e c u r ve, t o a c h ieve int el l ig ent a d ju st ment o f t h e sh ea r ing h eig h t o f t h e sh ea r er . Th e c o a l a nd r o c k int er f a c e inf o r ma t io n w a s inpu t int o t h e 3D g eo l o g ic a l mo d el, a nd t h e c o a l a nd r o c k int er f a c e inf o r ma t io n o f 3 t o 5 m in f r o nt o f t h e w o r k ing f a c e w a s d yna mic a l l y u pd a t ed ba sed o n t h e d if f er enc e a l g o r it h m, a nd g o o d t est r esu l t s w er e o bt a ined in so me mining a r ea s. Th e int el l ig ent vent il a t io n syst em w a s st u d ied, a nd t h e pa r a met er s su c h a s a ir vo l u me, w ind spee d, g a s a nd t emper a t u r e a t k ey po int s o f t h e mine w er e mo nit o r ed, a nd t h e t ec h no l o g y o f mu l t iso u r c e d a t a c o u pl ing a na l ysis, r ed u nd a nc y a na l ysis, t h r e e-d imensio n a l mo d el ing, et c .w h ic h w a s u sed t o per f o r m r ea l -t ime d yna mic c a l c u l a t io n o f t h e mine vent il a t io n net w o r k . Th e c a l c u l a t ed d a t a in r ea l t ime w a s c o r r el a t ed t o c o nt r o l r el a t ed equ ipment su c h a s mine ma in vent il a t o r, l o c a l vent il a t o r , a ir d o o r , a ir w ind o w a nd so o n.Th e pa per a na 3 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 l yzed t h e t ec h nic a l d if f ic u l t ies a nd so l u t io ns o f t h e a ppl ic a t io n o f int el l ig ent c l ea ning t ec h no l o g y, int el l ig ent a u x il ia r y t r a nspo r t a t io n t ec h no l o g y ,a nd 5G c o mmu nic a t io n t ec h no l o g y in c o a l mines, a nd syst ema t ic a l l y a na l yzed , t h e k ey t ec h nic a l pr o bl ems t h a t r est r ic t t h e c o nst r u c t io n o f int el l ig ent c o a l mines f r o m t h e per spec t ive o f t ec h no l o g y r esea r c h a nd d evel o pment . Th e pa per el a bo r a t ed in d et a il o n t h e c u r r ent st a g e a c h ievement s o f l a r g e d o mest ic c o a l pr o d u c t io n ent e r pr ises, su c h a s Sh end o ng Co a l Gr o u p, Ya nk u a ng Gr o u p, Da t o ng Co a l Mine Gr o u p, Ya ng mei Co a l Gr o u p, Zibo Mining Gr o u p, Xinw en Mining Gr o u p, et c . in t h e c o nst r u c t io n st a g e o f int el l ig ent c o a l mines. Th e c o mbina t io n o f r esea r c h a nd d evel o pment a nd f iel d pr a c t ic e a na l yzed t h e ma in t ec h nic a l pr o bl ems a nd d evel o pment d ir ec t io ns in t h e pr o c ess o f int el l i g ent c o a l mine c o nst r u c t io n. A st u d y w a s c a r r ied o u t o n t h e c o a l mine int el l ig ent st a nd a r d syst em, t h e f r a mew o r k o f t h e c o a l mine int el l ig ent st a nd a r d syst em w a s pu t f o r w a r d , a nd t h e aint el l ig ent c o a l mine c l a ssif ic a t io n, c l a ssif ic a t io n o f t ec h nic a l c o nd it io ns a nd eva l u a t io n ind ex syst em”，K int el l ig ent c o mpr eh ensive mining f a c e c l a ssif ic a t io n, c l a ssif ic a t io n eva l u a t io n t ec h nic a l c o nd it io ns a nd ind ex syst em“ a nd o t h er r el a t ed st a nd a r d s w er e d r a f t ed, pr o vid ing st a nd a r d su ppo r t f o r t h e h ig h -qu a l it y d evel o pment o f int el l ig ent c o a l mine c o nst r u c t io n. Key words int el l ig ent c o a l mine; t o p 一 l evel d esig n; int el l ig ent mining; int el l ig ent t u nnel ing; t h r ee 一 d imensio na l g eo l o g ic a l mo d el; st a nd a r d syst em 0引 言 煤炭是我国一次能源中最经济、可靠的资源，是 可以实现清洁高效利用的能源，是我国能源安全的 压舱石口切。新中国成立以来，生产了近900亿t煤 炭，为国家建设和发展做出了巨大贡献。煤炭一直 占我国一次能源生产量的70,消费总量的60以 上,2018年首次下降至69.1、59。20世纪末，新 一代信息技术快速发展为矿业带来了新机遇,美国、 德国的露天煤矿采用先进的智能化连续开采技术, 大幅提高了矿山的自动化水平及开采效率;加拿大 制定了智能化矿山2050远景规划，计划在加拿大北 部建设无人化矿山;澳大利亚制定了矿山开发2040 远景规划，技术与装备的快速发展促使传统矿业逐 渐迈入信息化、自动化、智能化发展新阶段UM o 我国自20世纪80年代开始进行煤炭工业信息 化建设，最初的目标是实现全国各煤炭生产企业的 信息共享㈤o在2000年左右，随着通信技术、工业 以太网技术等的普及应用，在煤矿首次实现了输送 带运输系统、水泵房、通风系统等自动化控制,标志 着我国开始进入煤矿综合自动化建设阶段。2010 年左右，矿山物联网技术开始在煤矿进行应用,并在 行业内逐渐对矿山物联网的架构、功能等达成共识, 随着大数据、人工智能等技术的发展,煤炭工业逐步 迈进智能化时代血7】。我国煤矿综合机械化经过40 多年的发展取得了历史性的巨大成绩，全国已基本 实现了煤矿机械化和综合机械化，煤炭开采和利用 技术取得重大进步，煤炭生产力和安全生产水平得 到了大幅度提高，主要开采装备均已实现国产化。 特别是近10年来，智能化开采技术取得了显著进 步，研发了 0.81.3 m薄煤层智能化综采成套技术 与装备，实现薄煤层无人化开采U ;研发了 8.0 m 以上智能化超大采高综采成套技术与装备,实现日 产6万t以上、月产150万t以上、工作面年产1 500 万t以上水平,创世界综采新纪录卫-⑷；研发了 20 m以上特厚煤层综放成套技术与装备，坚硬厚煤层 超大采高智能化综放工作面机采高度达到7.0 m,为 世界提供了厚煤层高效开采的中国模式UN7］;研发 了大倾角等复杂难采煤层综采成套技术与装备;建 立了以液压支架与围岩强度、刚度和稳定性耦合及 工作面人-机-环智能耦合原理为基础的智能化开 采理论与技术体系［血2。］；初步形成了薄及中厚煤层 智能化无人开采模式、厚煤层大采高工作面智能高 效人机环智能耦合高效综采模式、特厚煤层综放工 作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂煤 层条件机械化智能化开采模式卸。目前,我国已 有200多个采煤工作面实现了以“记忆截割为主, 人工干预为辅,无人跟机作业,有人安全巡视”为特 征的智能化开采。 智能化煤矿就是将物联网、云计算、大数据、人 工智能、自动控制、移动互联网、智能装备等与煤炭 开发技术及装备进行深度融合,形成全面自主感知、 实时高效互联、智能分析决策、自主学习、动态预测 预警、精准协同控制的煤矿智能系统,实现矿井地质 保障、煤炭开采、巷道掘进、主辅运输、通风、排水、供 电、安全保障、分选运输、生产经营管理等全过程的 安全高效智能运行［22-23］o煤矿智能化从根本上改 变了传统煤矿工人作业方式和条件，是煤矿工人的 最大福祉，也是煤炭企业发展的内在要求，煤矿智能 化建设虽然要增加一些投资,但会带来更大的安全 效益、经济效益和社会效益。随着煤炭科技发展与 从业人员素质的提高，传统煤炭行业的井下作业环 境已经难以被煤炭从业人员接受，煤炭企业面临招 工难的窘境，技术与生产方式变革的大趋势倒逼煤 炭企业要进行智能化建设。 煤矿智能装备是煤矿智能化的核心，煤矿智能 4 王国法等煤矿智能化初级阶段技术体系研究与工程进展2020年第7期 化对装备适应性和可靠性的要求极高［24-26 ］0煤机 企业传统定型产品的大规模制造模式已不适应智能 化煤矿的需要,而是普遍需要根据煤矿具体生产技 术条件,不断创新研发适应性强、可靠性高的智能化 成套产品和全生命周期服务。这就要求煤机企业具 有强大而全面的技术研发能力、技术创新能力和产 品质量保障能力。煤机企业需要从煤矿设计之初就 介入到整个系统的建设中，从产品的研发、设计、制造 到现场运行、使用维护、配件供应，再到最后的产品退 出和再制造等,要给煤矿客户提供全生命周期的技术 支持。以数据为核心资源，推动煤矿智能化技术开发 和应用模式创新，提高煤炭企业的核心竞争力。 煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术 支撑,是煤矿综合机械化发展的新阶段，是煤炭生产 力和生产方式革命的新方向⑵］。加快推进智能化 煤矿建设，构建智能绿色煤炭工业新体系，实现煤 炭资源的智能、安全、高效、绿色开发与低碳、清洁、 高效利用是我国煤炭工业新时期高质量发展的战略 任务和必由之路。智能化煤矿建设是一个复杂的系 统工程，要借鉴“他山之石”，将其他行业现有成熟 的智能技术在煤炭生产领域进行转化与应用。各行 业参与煤矿智能化建设应当以促进煤矿安全、少人、 提效为目标，以完善利益联结机制和提高煤矿智能 化水平为核心，以制度、技术和商业模式创新为动 力,着力推进煤炭生产全流程的智能化建设。建设 一批智能化示范矿井,通过示范带动作用,促进煤矿 智能化建设向纵深发展。 笔者系统总结分析了我国煤矿智能化发展历程 与现状，研究了智能化煤矿顶层设计,分析了制约智 能化煤矿建设的数据挖掘、特征提取等基础理论，阐 述了智能掘进、基于“透明工作面”的智能开采等新 技术，介绍了我国大型煤矿集团进行煤矿智能化建设 的成果与实践经验,提出了智能化煤矿建设与发展的 思路，为我国煤矿智能化建设提供范例和经验借鉴。 1智能化煤矿顶层设计 目前，我国煤矿智能化发展尚处于初级阶 段炉］,存在相关基础理论薄弱、核心关键技术瓶颈 尚未取得突破、缺少煤矿智能化相关技术标准与规 范、技术与装备研发滞后于企业发展需求、研发平台 不健全、高端煤矿智能化人才匮乏等问题，制约了煤 矿智能化的发展。为了加快推动我国煤矿智能化建 设，促进煤炭工业高质量发展,提出了煤矿智能化是 煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学理念⑵］, 以中国工程院院士建议的方式，向中央办公厅和国 务院办公厅提出了“关于加快煤矿智能化发展的建 议”，在配合国家能源局起草煤矿智能化发展指导 意见的过程中，多次组织行业骨干企业代表、科技专 家反复讨论我国煤矿智能化建设现状、存在的问题、 科技攻关方向、建设任务与建设目标等,为煤矿智能 化建设凝聚行业共识。 科学规划智能化煤矿顶层设计,研究制定煤矿 智能化建设相关政策保障措施，对于智能化技术与 装备研发、工程示范项目等给予财税政策支持,为智 能化煤矿建设营造良好的发展环境a”］。 以“矿山即平台”的理念进行智能化煤矿顶层 设计,搭建矿区高速传输专用网络,统一数据格式与 通信协议、标准,构建大数据云平台,实现多源数据 的共享与深度挖掘利用;建设煤矿智慧中心及综合 管理系统、煤矿安全强实时通信网络及地下精准位 置服务系统、地质保障及4D-GIS动态信息系统、巷 道智能快速掘进系统、开采工作面智能协同控制系 统、煤流及辅助运输与仓储智能系统、煤矿井下环境 感知及安全管控系统、煤炭分选智能化系统、矿井全 工位设备设施健康智能管理系统、煤矿场区及绿色 生态智能系统等，这些系统又分别由若干个相关煤 矿智能化子系统组成，数以百计的煤矿智能化子系 统协同运行,构建起煤矿智能化巨系统。将现有各 子系统进行高度集成与协同管控,解决信息孤岛、信 息烟囱问题,实现智能物资、智能办公、绿色生态、智 能保障、HSE五大闭环管理，如图1所示。 基于1套标准体系、构建1张全面感知网络、形 成1个大数据中心、1个云服务平台，面向“生产、生 活、生态”3个业务领域实现智能化的全面覆盖。采 用分层、分级设计，整体技术架构可以分为设备层、 基础设施层、服务层与应用层,智能化矿山总体技术 架构如图2所示。 在统一开发平台的框架下，基于面向服务架构 SOA的思想,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 目标进行相应业务的研发设计,开发用于煤炭生产、 智慧生活、矿区生态的智慧矿山基础操作系统、生产 系统、安全监控系统、智能保障系统、智能决策分析 系统、智能经营管理系统、智慧矿山综合门户、智能 移动APP等支持服务,实现煤矿的数据集成、能力 集成和应用集成。 建设覆盖整个园区的高速通信网络，包括有线 和无线系统的整体规划建设。采用敏捷网络扁平化 的扁平化设计理念,简化网络结构,降低网络的运维 难度。同时采用堆叠、PPPo E、VLAN等技术，千兆 5 2020年第7期媒農科学技术第48卷 到桌面、10 GE到汇聚、汇聚40 GE到核心的方案, 支撑智能化煤矿流量的爆炸式增长。 大屏展示 沉淀、汇聚、潸洗、建模 数据一片云 资源一视图 公安、消防、电 信、环保等公共 服务 智慧园区 物业服务设施管理安防监控生活服务 人员管理车辆管理企业服务 尤趨接入网关 1 1,1 I 智隸矿山综合 管控平台 人数据屮心 机电人员 ;综合调度生产执行地质信息辅助运输分选加工 图1智能化矿山综合管控平台 Fig .l Int el l ig ent c o mpr eh ensive mine c o nt r o l pl a t f br m 各级部n pc桌面交互调度中心大屏交互个人APP移动交互 统一体系结构 应用层 智然煤矿综合管控平台 深度应用 采区接续智能规划、安全管理、生产调度、设备管理设备效能、地质分析、故障诊断、矿压分析、安仝预警主动推送、个性定制 安全生产闭环管理（MES） 智憩决策支持 透明地质信息引擎 智能生产引繁 智能运输引擎 智能分选加工引華智能调度管理引擎 智能协同幵釆I煤流智能管理［生产管理质虽管理■安全生产管理］库存管理］计划排产 三维可观化平台■智能快速冠进 1辅助车辆管理［发运仔理经营管理［设备健康石龙智悬办公f人员考核 GIS平台 统 地图服务 空间服务 生产大数据 匸况丿、数据 安全大数据“管理服灵 嚅场动态 消息服务1 黠 1 数据 I服务层 微服务组件（算法组件、机理组件、专家库）数据建模和分析（机理建模、机器学习、可观化） 结构化数据 1_一 非结构化数据 空间DB、烦DB、关系I视