智能煤矿建设路线与工程实践.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 移动扫码阅读 回勺空回 钱建生，胡青松智能煤矿建设路线与工程实践[J] 煤炭科学技术,2020,487109-117. d o i 10. 13199/ j. c nk i. c st . 2020. 07. 010 QIAN Jia nsh eng, HU Qing so ng .Co nst r u c t io n r o u t es a nd pr a c t ic e o f int el l ig ent c o a l mine[ J] .Co a l Sc ienc e a nd Tec h - 姿 no l o g y,2020,487 109-117. d o i 10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 010 智能煤矿建设路线与工程实践 钱建生▽，胡青松I， 1.中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心，江苏徐州221116； 2.中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏徐州221116 摘要针对我国智能煤矿发展“三步走”战略，指出智能煤矿建设不但包括基础设施、生产监控系 统、安全监控系统、生产经营管理系统等系统的建设，更包括基于大数据和人工智能的智能决策系统 建设。从工程实践的角度提出了煤矿智能化建设“3115”建设路线，煤矿可根据自身需求和信息化现 状，按照该建设路线有选择、分步骤的进行智能煤矿建设。阐述了 “3115”建设路线中的实施方法通 过“3个网络”建设企业管理网、工业网络和通信联络网，其构成智能煤矿的基础，形成覆盖全矿井的 统一传输网络平台；通过“1个平台”构建统一的智能集成控制平台，实现“六全”信息智能;通过“1个 系统”建设煤矿大数据及云服务系统，实现数据和模型的统一存储，为智能决策提供数据和算力支 持;通过“5个中心”建设数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、安全监测中心和生产运营管理中 心，为智能煤矿提供业务与决策支撑。以所完成的多个智能煤矿建设为例介绍了 “3115”建设路线的 工程实践。智能煤矿建设大幅提高了实施企业的生产效率和安全水平，特别是大幅降低了危险岗位 和重复性岗位的员工数量,为企业创造了较好的经济效益和社会效益。 关键词智能矿山；建设路线；云计算；大数据;人工智能 中图分类号TD67；TD984 文献标志码A 文章编号0253-2336202007-0109-09 Construction routes and practice of intelligent coal mine QIAN Jia nsh eng1,2, HU Qing so ng1,2 V. Engineering Research Center of Intelligent Control for Underground Space, Ministry cf Education t China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China ； 2. School of Ination and Control Engineering, China University of Mining and Technology, Xunhou ,221116, China Abstract Fr o m t h e per spec t ive o f w t h r ee -st e pd evel o pmentM st r a t eg y o f t h e int el l ig ent c o a l mines c o nst r u c t io n in Ch ina, it w a s po int ed o u t t h a 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 no t o nl y inc l u d ed t h e c o nst r u c t io n o f inf r a st r u c t u r e, pr o d u c t io n mo nit o r ing syst ems, sa f et y mo nit o r ing syst ems, pr o d u c t io n ma na g ement syst ems, bu t a l so inc l u d ed int el l ig ent d ec isio n - ma k ing syst ems ba sed o n big d a t a a nd a r t if ic ia l int el l ig enc e. Th e Co nst r u c t io n Ro u t e “3115” o f int el l ig ent c o a l mines w a s pr o po sed in t h is pa per . Ba sed o n t h e d ema nd s a nd c u r r ent inf o r ma t io niza t io n st a t u s, c o a l mine ent er pr ises c a n impl ement int el l ig ent pr o c ess st ep by st ep w it h o pt io ns a c c o r d ing t o t h e r o u t e. Th e impl e ment a t io n met h o d o f Co nst r u c t io n Ro u t e “3115” w a s a l so g iven a s t h e “t h r ee net w o r k s”，Le. ent er pr ise ma na g ement net w o r k, ind u st r ia l net w o r k, a nd c o mmu nic a t io n net w o r k, w h ic h f o r med t h e ba sis o f t h e int el l ig ent c o a l mines a nd t h e u nif ied t r a nsmissio n pl a t f o r m c o ver ing t h e ent ir e mine； Th e “o ne pl a t f o r m” t o bu il d a u nif ied int el l ig ent int eg r a t ed c o nt r o l syst em t o a c h ieve “sixc o mpl et eness“ inf o r ma t io n in t el l ig enc e ;Th e “o ne syst em,, t o bu il d c o a l mine big d a t a a nd c l o u d ser vic e syst em, pr o vid ing ser vic es o f int eg r a t ed st o r ing o f d a t a a nd mo d el s a nd su ppl ying d a t a a nd c o mpu t ing po w er f o r int el l ig ent d ec isio n-ma k ing； Th e “f ive c ent er s“ , i.e. d a t a c ent e r, d ispa t c h c o mma nd c e nt er, int el l ig ent c o nt r o l c e nt er, sa f et y mo nit o r ing c ent er a nd r u n ma na g ement c ent er, pr o vid ed bu siness a nd d ec isio n su ppo r t f o r int el l i g ent c o a l mines. Ta k ing t h e c o mpl et ed mu l t ipl e sma r t c o a l mine c o nst r u c t io n a s a n ex a mpl e, t h e eng ineer ing pr a c t ic e o f Co nst r u c t io n Ro u t e “3115” w a s int r o d u c ed . Th ese c a ses g r ea t l y inc r ea sed t h e pr o d u c t io n ef f ic ienc y a nd sa f et y l evel o f t h e impl ement ing ent e ipr ises, sig nif i c a nt l y d ec r ea sed t h e nu mber o f w o r k er s o f d a ng er o u s a nd r epet it ive po sit io ns a nd c r ea t ed h u g e ec o no mic a nd so c ia l benef it s. Key wordsint el l ig ent mine； c o nst r u c t io n r o u t e； c l o u d c o mpu t ing； big d a t a； a r t if ic ia l int el l ig enc e 收稿日期2020-03-07；责任编辑赵 瑞 基金项目国家重点研发计划资助项目2018YFC0808302,2016YFC0801808；国家自然科学基金资助项目51874299 作者简介钱建生1964，男，浙江桐乡人，教授，博士生导师 E-ma il qia njsh c u mt .ed u .c n 109 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 0引 言 煤炭是我国的主体能源,煤矿开采兼具离散型 和分散连续特征⑴，即生产工艺的离散和作业场所 的分散。在生产开采过程中，无论是生产系统内部, 还是生产系统与外部环境之间，都存在多源异质的 信息交互,以便实现各工序之间的紧密协同。大力 研究智能煤矿技术，加快推进智能煤矿建设,“形成 全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预 测、协同控制的智能系统,对于提升煤矿安全生产水 平、保障煤炭稳定供应具有重要意义”⑵。 智能煤矿是矿山数字化等信息技术与人工智能 高度融合的产物,其实现有赖于人-机-物-环数据 的综合动态获取、采矿设备的智能化和先进智能的 调度决策⑶。煤矿数字化实现了信息的数字化、矿 山的虚拟化，综合自动化则实现了子系统的集成接 入和统一监控，矿山物联网进一步完成了信息的泛 在感知、物物互联和协同增效⑷，而人工智能的算 力、数据和算法3个核心要素则在近年得到了飞速 发展云计算实现了算力的几何倍增,解决了单矿甚 至单集团的算力不足难题;大数据积累了海量数据, 奠定了深度挖掘的基础;人工智能算法的突飞猛进 为研究和建设智能煤矿提供了可能。 近年来，以王国法院士为代表的科研工作者在 智能煤矿的系统架构［“、关键技术⑺、关键装 ［8-9］、应用平台皿⑴、核心标准2⑶等方面取得 了显著的成效，一些大型矿井积极推进智能煤矿示 范工程建设［⑷。国家发改委等八部委于2020年2 月联合发布关于加快煤矿智能化发展的指导意 见⑵，要求“推动智能化技术与煤炭产业融合发 展，提升煤矿智能化水平”。笔者针对在全国数十 对矿井的煤矿智能化建设实践经验,提出一套可推 广的智能煤矿建设路线，为实现智能煤矿从关键技 术研发到工程应用的成功转化提供借鉴。 1智能煤矿建设路线 1.1中国智能煤矿发展的“三步走”战略 相比综合自动化、煤矿物联网等技术而言，智能 煤矿更侧重生产装备、生产系统和生产过程的智能 化和无人化。智能煤矿构建在数字煤矿、综合自动 化、煤矿物联网、大数据、人工智能等技术之上，其显 著特点是设备和系统的自学习能力和自主决策功 能「⑸。借助智能感知、智能决策和自动控制，实现 矿山开采的自感知、自控制和自修正。 王国法院士将智能煤矿划分为3个阶段［词 ① 第1阶段构建初步智能矿山系统框架，实现“点 上作业无人化”，即单个系统、单个岗位上的无人作 业;当前一些先进矿山企业已经实现此阶段目标; ② 第2阶段构建智能矿山综合架构,实现“面上作 业无人化”，即开采、运输等系统的智能协同和自主 运行;这是2025年之前努力达成的目标;③第3阶 段构建全矿区智能矿山体系,实现“全矿井作业无 人化”，即掘进、开采、运输、通风、分选等主要生产 环节的智能协同和自主运行;这是需要长期努力的 目标。 关于加快煤矿智能化发展的指导意见为中 国智能煤矿建设确立了近期冲期和远期发展目标, 奠定了中国智能煤矿建设的“三步走”发展战略。 1） 第1阶段重要场所和固定岗位的无人值守 与远程监控,要求在2021年完成。本阶段尚未形成 全矿井、全周期的智能化,重点是对“开拓设计、地 质保障、生产、安全”等主要环节进行智能化煤矿示 范建设，实现掘进工作面、综采工作面等重点区域的 少人或无人操作，以及固定岗位的无人值守与远程 监控。 2） 第2阶段大型或灾害严重煤矿基本实现智 能化,要求在2025年完成。本阶段主要针对前期基 础较好的大型矿井，以及受灾害困扰严重而对智能 化需求迫切的矿井，其核心是实现生产各环节的智 能化决策与自动化开采的协同运行。在本阶段，通 过智能机器人的大规模使用，可以实现重点岗位的 无人化作业,露天煤矿则可进行智能连续作业和无 人化运输。 3） 第3阶段各类煤矿均实现基本智能化，规 划在2035年完成。本阶段不但实现了智能化煤矿 的大幅普及，而且实现了智能化程度的大幅提高。 通过构建智能感知、智能决策和自动执行的智能煤 矿体系，可以在煤矿系统内部实现多系统集成的智 能化作业和经营，实现煤矿系统与其他相关产业链 的多链协同。 我国目前正处于第1阶段即将完成、正向第2 阶段迈进的关键时期，即从单系统智能向多系统智 能发展阶段，其关键是在矿山物联网、大数据等技术 基础上，建立感知、互联、分析、自学习、预测、决策和 控制的基本框架,初步形成空间数字化、设备互联 化、控制网络化、信息集成化和虚实一体化。 1.2智能煤矿建设的“3115”路线 从中国智能煤矿建设的“三步走”战略可以看 出，智能煤矿建设包括基础设施、生产监控系统、安 全监测系统、生产经营管理系统等系统的建设，更包 110 钱建生等智能煤矿建设路线与工程实践2020年第7期 括基于大数据和人工智能的智能决策系统建设。为 了按照“三步走”战略有序推进智能煤矿建设,笔者 提出“3115”建设路线（表1）。煤矿企业可以根据 自身需求和信息化现状,有选择、分步骤地进行智能 煤矿建设。 表1智能煤矿“3U5”建设路线 Table 1 Construction Route “3115“ of intelligent coal mine 数字含义建设内容 33个网络企业管理网、工业网络、通信联络网 11个平台统一的智能集成控制平台 11个系统煤矿大数据及云服务系统 55个中心 统一数据中心、调度指挥中心、 智能控制中心、安全监测中心、 生产运营管理中心 地面 -皿-皿交换机2 井下 骨干网络 井下分支 交换机 据11 O 井下骨干 交换机3 井下带式输送机 监控系统 井下骨干， 交换机1, 井下骨干 交换机2 井下骨干 .交换机4 关 Pr o f ibu sx ⑧ CAN 韻蠶swiFiAP ■路由节点感知节点 “3115”建设路线既考虑了煤矿的现有建设成 果，又考虑了智能化建设要求通过“3个网络”的建 设,构建起沟通地面和井下的统一传输通路,实现安 全信息、视频信息、控制信息和地面经营决策信息的 实时可靠传输;通过统一的智能集成控制平台建设, 实现全矿的一体化生产控制和管理;通过煤矿大数 据及云服务系统的建设，构建起大数据煤矿重大灾 害预警与专家决策平台、基于专家系统的煤矿安全 专家知识库、煤矿机电设备生产企业技术服务知识 库等智慧系统;通过“5个中心”的建设,为全矿井的 透明感知、智能决策、科学调度、精准经营提供支撑。 2 “3115”建设路线的实施方法 本节探讨第1节提出的智能煤矿“3115”建设 路线的实施方法，实现智能煤矿理论技术和建设路 线策略的落地实施。 2.1 “3个网络”建设 “3个网络”即企业管理网、工业网络和通信联 络网,它们是实现智能煤矿建设的基础，形成覆盖全 矿井的统一传输网络平台。该网络采用万兆工业以 太环网为骨干（图I）““】，并通过千兆汇聚、百兆 到桌面以及WiFi和无线传感网络辅助，实现矿井垂 直连通、部门和流程间横向交互。 这种网络结构采用一个主干网络、若干分支网 络、辅以无线网络的方式，骨干网络采用标准的 TCP/IP传输协议。从传输媒介看，它是有线无线混 合网络;从网络拓扑结构看，它是环型拓扑为主、星 型拓扑为辅的混合结构;从部署方式看，主干网络以 覆盖主要巷道为主，分支网络覆盖分支巷道,有线网 络难以部署的地方采用无线网络。这种网络结构既 图1智能煤矿传输网络结构 Fig . 1 Tr a nsmissio n net w o r k st r u c t u r e o f int el l ig ent c o a l mine 满足了带宽和可靠性，也兼顾了部署灵活性。 根据煤矿的业务应用需要,工业控制网络被进 一步分为控制环网、视频环网和安全环网。控制环 网、视频环网的主干链路带宽为万兆，安全环网的主 干链路带宽为千兆。为此，在核心层采用万兆带宽 的核心工业以太网聚合交换机，将各环网的交换设 备连接到网络系统的核心层，使得智能煤矿具有统 一的高冗余、高带宽的通信平台。 工业控制网络、安全监控网络和视频监控网络 三者之间在物理上可以独立成环,但是在逻辑上形 成一个大环。为了保证环网光纤资源的物理冗余, 从而增强通信的可靠性，要求进出主干网络的路由 不在同一物理路径上。 2.2 1个平台”建设 “ 1个平台”即统一的智能集成控制平台,包插 综合智能一体化生产控制系统和综合智能一体化生 产管理系统2个部分（图2）3。 “---------（ 智能矿山 --------- 信息采集全覆盖 数据资源全共享吞 统计分析全自动合 业务管理全透明合 人机状态全监控 生产过程全记录 图2统一的智能集成控制平台 Fig .2 Unif ied int el l ig ent int eg r a t io n c o nt r o l pl a t f o r m --------------------------- 综合智能一体化生产控制系统综合智能一体化生产管理系统 一体化平台 111 2020年第7期媒農科学技术第48卷 旨在实现“六全”信息智能，即信息采集全覆 盖、数据资源全共享、统计分析全自动、业务管理全 透明、人机状态全监控、生产过程全记录。一体化生 产控制系统由控制、调度、决策三大部分组成，实现 工作面自动化、主煤流运输、辅助运输、供配电、调度 通信、生产辅控、安全保障、动目标运维等八大核心 环节的协同控制，完成生产过程调度、设备及人员的 精细化管理，做到生产过程“有人巡视、无人值守” O 从架构上看,综合智能一体化生产控制系统包 括3层,即信息采集层、信息集成层和应用层。信息 采集层采集到各子系统的数据后，将其按照生产控 制系统数据、经营管理系统数据分别存储于分布式 管控服务器中。为了保证系统之间的互联互通，要 求各子系统采用标准的通信接口和统一的协议标 准。综合智能一体化生产控制系统实现了生产自动 化系统、安全监测系统、人员定位管理系统等“人- 机-物-环”各类异构系统的全面集成（图3），进而 实现数据、语音、视频等异质数据的_体化监视控制 和调度管理。 综合智能一体化生产控制系统 监控子系统 综采工作而监控供配电系统监控 掘进工作面监控排水系统监控 辅助运输系统监控供水系统监控 热力交换系统监控通风系统监控 选煤厂系统监控压凶.系统监控 装车系统监控安全监控系统 监测『系统 工业电视系统无人值守灯房 调度通信系统污水处理系统 人员与车辆定位火灾监测 矿压监测水文地质监测 瓦斯浓度监测 图3综合智能一体化生产控制系统 Fig .3 Int eg r a t ed int el l ig ent pr o d u c t io n c o nt r o l syst em 综合智能一体化生产管理系统旨在构建一种有 效的安全生产管理模式,该模式以经营计划为目标, 以生产流程为主线，将煤矿企业的生产计划、作业执 行、调度指挥、成本控制、应急管理等环节进行有机 整合（图4），实现生产作业环节之间的有机衔接和 高效协同，有效提高作业过程监管、安全风险管控和 生产成本控制能力，切实提高煤矿企业调度指挥和 生产管理水平。 （ 综合智能一体化生产管理系统 ） 生产管理 调度管理 机电管理 一通三防管理 综合分析 安全管理 设计管理 煤质管理 坏保管理 应急管理 资源获取 规划〉设计〉基建计划〃准备］］开采於选心 销售 图4综合智能一体化生产管理系统 Fig .4 Int eg r a t ed int el l ig ent pr o d u c t io n ma na g ement syst em 112 钱建生等智能煤矿建设路线与工程实践2020年第7期 2.3 “1个系统“建设 “1个系统”即煤矿大数据及云服务系统，用于 实现数据和模型的统一存储，为智能决策提供数据 和算力支持。本系统主要包括安全监测大数据平 台、生产监控大数据平台、经营决策大数据平台和基 于大数据的煤矿关键设备故障诊断与远程维护大数 据平台等部分。 1） 安全监测大数据平台。安全监测大数据平 台针对煤矿突水、煤与瓦斯突出、火灾等主要灾害, 以煤矿的大量历史数据为基础，构建灾害与数据的 关联模型，进而以该模型预测当前的安全状态。以 冲击地压为例，在冲击地压事故发生前，通常会有一 些异常特征数据产生，比如电磁辐射、红外辐射、矿 山压力或声音等信号的异常变化。通过构建冲击地 压大数据平台，研究这些异常变化信号以及环境温 度、赋存条件、地质构造、采掘位置等与冲击地压事 故的关系，建立关联度高的预警模型，能够对冲击地 压进行有效预警。 通过多网融合与联动控制,可实现安全监测大 数据平台与煤矿程控调度、无线通信、应急广播的融 合和互联互通,以及通信系统与自动化控制系统、安 全监测系统和目标定位系统的联动控制。此外，通 过安全生产大数据和移动互联网技术的融合，可构 建主动式煤矿安全预警模型,克服传统被动式监测 的弊端，提高应急情况下井下人员通知效率,提高应 急处置速度和应急救援效果。 2） 生产监控大数据平台。煤矿生产是一种典 型的“流式”工艺,需要各个环节的紧密协同，一个 设备的故障或环节的疏漏极有可能导致其他设备或 环节（甚至整个生产过程）无法正常运转。显然，在 这种互相依存的工艺环节中，某个设备的数据信息 难以反映生产过程的全貌,需从大数据的视角对生 产全流程进行跟踪分析,利用积累的海量数据、研发 的诊断模型和智能算法,对生产全过程进行主动监 控,提高煤矿的整体生产效率。 以长距离主煤流运输为例,需从长距离带式输 送机设计、综采工作面数字化集成、运输管控系统甚 至管理模式上进行技术革新和协同变革（图5）,方 可实现煤流综合预警、多级状态监测与多级闭锁保 护等功能，从而提高煤流运输效率。 3） 经营决策大数据平台。基于全矿经营决策 大数据平台，以及煤矿安全移动互联终端，构建云管 端融合的经营决策新模式。该平台不但是煤矿统一 的协作办工平台，也是移动信息发布平台，可为不同 人员实时提供安全监测、隐患管理、预测预警、人员 图5长距离主煤流运输的多环节、多技术紧密协同 Fig . 5 Cl o se c o l l a bo r a t io n o f mu l t ipl e l ink s a nd mu l t ipl e t ec h no l o g ies in t h e l o ng -r a ng e t r a nsmissio n o f ma in c o a l st r ea m 定位、监控视频、报表管理、调度信息、协同办公、电 子邮件、电子传真、生产流程状态、会议通知等信息， 使管理者和其他有权限的员工快速、全面、多视角掌 握公司生产经营状况,帮助其科学决策，精确指挥。 4）煤矿关键设备故障诊断与远程维护大数据 平台。煤矿生产依赖于掘进机、采煤机、液压支架、 刮板输送机等大型设备的可靠运行,设备故障不但 会影响煤炭正常生产，甚至会引发重大生产事故。 研发基于大数据的煤矿关键设备故障诊断与远程维 护大数据平台，将设备振动、声音、温度、功率等参数 在线输入大数据平台，通过平台中的模型库进行故 障分析和处理，并给出维护和维修方案，实现煤矿重 大关键设备的全生命周期跟踪管理、健康诊断和远 程维护。 2.4 “5个中心”建设 “5个中心”即数据中心、调度指挥中心、智能控 制中心、安全监测中心和生产运营管理中心。 2.4.1 数据中心 煤矿业务系统有安全生产控制和经营管理2个 区域。为了有效建设矿井智能化业务系统，保证业 务系统的高稳定、高可用、可迁移、可扩展，需对业务 系统进行整合。为此,在控制区和管理区各建立一 个虚拟化云计算数据中心，即安全生产云计算数据 中心和经营管理云计算数据中心，采用网闸和防火 墙实现管与控的物理和逻辑隔离。 2.4.2调度指挥中心 调度指挥中心包括调度中心、控制中心及会议 中心3个部分。调度中心是整个矿井的调度通信指 挥平台，包括调度人员工作区和信息综合显示区，调 度人员工作区用于调度指挥人员的日常办公，实现 调度指挥功能，并对生产系统进行集中控制;信息综 合显示区则用于对生产信息、安全信息等进行集中 显ZKo 113 2020年第7期媒農科学技术第48卷 控制中心对煤矿生产各环节进行集中智能控 制，保证各环节各工种的协同工作。控制中心包括 综采工作面、主煤流运输、辅助运输、供配电、安全保 障及生产辅控等6个分控中心，这些分控中心在安 全保障信息的基础上，根据该环节的生产工艺要求, 实现“管-控-监”一体化和“有人巡视、无人值守” 的目标。 会议中心通过多级视频联网，实现应急指挥决 策等需要调度协商才能完成的工作的智能协同。矿 井会议中心可按照“集团-矿井”多级会议中心建设 模式统一建设，最终建成多级高清多媒体会议系统。 2.4.3智能控制中心 智能控制中心对煤炭生产的主要环节进行集中 控制，这些智能控制系统主要包括综采工作面智能 化采煤系统、掘进工作面自动化系统、主煤流运输智 能控制系统、井下主排水自动化系统、矿井供电监控 系统、主通风机监控系统、配煤装车自动化系统、智 能矿灯管理系统等，这些系统绝大多数都具有就地 手动、就地自动、远程控制等控制方式。 1）综采工作面智能化采煤系统旨在实现无人 或少人开采，近期目标是可视化远程采煤,中长期目 标是智能自适应自动采煤。通过建设“三机”（采煤 机、液压支架、刮板运输机）协同监控系统、泵站集 成供液系统、巷道监控中心等系统（图6），并在地面 控制中心设置综采工作面分控中心,实现巷道机尾 现场控制中心的扩展，在地面实现远程集控。 Fig .6 Int el l ig ent c o a l mining syst em o f f u l l y-mec h a nized mining f a c e 2）掘进工作面自动化系统旨在构建掘进、支护 和运输三位一体的快速高效掘进体系。通过新技术 新装备的整合应用,把传统的分布实施的工序转变 114 为掘锚平行作业、多臂同时支护、连续破碎运输、长 压短抽通风和远程智能操控，真正实现综合掘进自 动化。 3） 主煤流运输智能控制系统旨在实现主煤流 长距离运输的无人值守和安全高效运行。它以煤炭 安全、生产流程工艺为基础，采用多传感器融合技术 对带式运输机的载荷进行分布式检测、故障预诊断 和应急处理，并采用音频、视频、监测/监控系统“三 位一体”综合联动控制策略，使得主煤流运输智能 控制系统实现煤流均衡、音视频联动控制、故障诊断 与预警、顺/逆煤流智能控制、工作参数智能监测等 功能。 4） 井下主排水自动化系统可保证水泵在运行、 备用、检修等模式下按需切换,从而提升泵房运行的 整体可靠性和工作效率。系统具有多重保护功能, 当出现泵体、轴承或电机过热，以及压力或流量下 降、开关或阀门故障时，系统将自动停止运行，并进 行语音报警。此外，还可实时检测流量、出水压力、 水仓水位、电机温度、泵体温度、电流电压、闸阀状 态、真空度等重要参数。 5） 矿井供电监控系统具有遥测、遥信、遥视、遥 调、遥控等五遥功能,能够进行故障录波和故障信息 上传，在故障时自动切换保护器后备电源。能够计 算系统及线路负荷率，对电流电压等测量值进行越 限判别，进而计算电压合格率,并对任意一段时间内 的最大值、最小值、平均值及其出现的时间等参数进 行统计计算，进而执行预警和保护动作。 6） 主要通风机监控系统具有一键启动、故障风 机自动切换、风量自动调节功能;可以实时监测风 量、静压、电机定子和前后轴承温度、风机振动、电机 电流电压、有功功率、功率因数、累计电量等参数;能 够实时采集现场数据,查询历史数据和报警记录查 询,提供实时趋势、历史趋势、运行报表等统计信息。 配煤装车自动化系统主要用于装车设备的开 停、保护的集中控制。调度室和就地控制室可进行 配煤参数设定及配煤策略计算,以及远程实现手动 和自动配煤（当然也可通过现场控制柜对变频器直 接进行操作完成）。综合利用料位计、灰分仪、输送 带称等检测设备,结合历史经验数据,实现在线灰分 闭环控制、自动配煤装车及配煤装车过程中传送输 送带的保护。 智能矿灯管理系统对全矿矿灯的使用情况和使 用状态进行智能监测和管理。可实时监测矿灯数 据，统计使用次数,进行寿命预警，统计矿灯充电次 数、实时充电情况、矿工出勤情况等信息,监视矿灯 钱建生等智能煤矿建设路线与工程实践2020年第7期 检验和报废时间，并对以上信息的异常情况进行 报警。 4）安全监测中心。安全监测中心支撑煤矿的 安全生产，包括安全监测监控系统、顶板与矿压监测 系统、火灾束管监测系统、粉尘监测与防治系统、矿 井水温监测系统、矿井高清工业电视系统、井下人员 精确定位系统［闵、矿井安防系统和电源管理系统等 子系统。 在此基础上，建设煤矿多网融合通信与救援广 播系统，实现安全生产与应急救援的融合应用。融 合系统将异构通信系统互联,建立程控调度、移动通 信、应急广播、局部扩播和井下人员定位系统融合的 煤矿协同通信新模式，进行生产自动化系统、安全监 控系统、通信系统和人员定位系统的联动控制［纲, 实现多网一键通信、一键广播和统一调度指挥，提升 数据标准 协同更新 一张图集成 协同更新机制及数据规范标准 应用与服务 （管理系统］（业务系统］〔服务系统） 管理机制 Fig .7 业务应用服务平台构建于“ 一张图”之上,对安 全管理、生产调度、综合自动化、计划审批等系统的 数据进行关联整合，统一纳入GIS空间数据库中进 行管理，并随着煤炭生产的推进对GIS数据库中的 数据进行分布式更新，从而进行版本的动态管理和 按需回溯。业务应用系统解决了子系统之间信息共 享弱、协作性差、兼容性低、重复建设等难题［如，为 生产执行、安全保障、生产经营提供了统一的数据支 撑和交互应用平台⑹。 3智能煤矿建设实践 目前，智能煤矿建设已在山东能源枣矿集团等 矿井整体应急响应水平。 5）生产运营管理中心。生产运营管理中心的 核心是生产协同管理系统，它构建在“ 一张图”基础 架构上，集成了矿井数字化三维可视化系统、大型机 电设备故障诊断系统、移动互联煤矿安全生产综合 管理信息系统、智能物流管运系统、矿井信息化管理 软件和智能决策支持系统等丰富的经营决策系统, 实现煤矿企业的科学生产和精准运营。 生产运营管理中心基于“一张图”实现统一集 成管理、随时随地访问和“及时协同”更新（图 7）［10-11］，为技术研发与管理、煤炭生产、安全监控、 防灾减灾等业务需求提供一体化服务。煤矿各部门 各岗位独立进行数据更新和维护，通过“一张图”在 服务器端进行协同，从而解决数据分布式采集和协 同更新难题。 基础设施 大数据平台 图7统一 GIS“一张图”的协同服务 Co l l a bo r a t ive ser vic es o f int eg r a t ed GIS “o ne ma p“ 煤矿获得了较大成功。笔者依据“3115”建设路线 和实施策略，在中煤华晋集团、新汶矿业集团、兖矿 集团、平煤神马集团、鹤壁煤业集团等数十对矿井成 功进行了智能煤矿建设，为实施矿井创造了显著的 经济效益和社会效益,此处以兖矿集团兖州煤业股 份有限公司智能矿山建设为例进行介绍。 兖州煤业拥有22对生产矿井，智能煤矿建设的 核心目标是以信息化、自动化和智能化“三化融合” 推进煤矿生产无人少人化,建成集智能开采关键技 术与装备研发、测试、试验与服务一体的平台，特别 是要突破智能化建设的薄弱点,实现装备换人、技术 换人和管理换人，并把智能化改造作为提升安全保 115 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 障能力的关键手段。为此，需加大采掘机械换装备 能力，提高井下储煤仓缓冲能力;实现井下职工一岗 多职;倒排采、掘、机、运、通各环节人员配置;建设和 完善装备自动化、智能化系统。 在明确了集团的核心目标和调研清楚各部门的 具体需求后，根据“3115”建设路线确定智能煤矿的 建设内容和建设步骤。由于矿井工业网络、企业管 理网和通信联络网在多数矿井均已建设完成，因此 只需在井下和地面调研网络覆盖情况，按需部署无 线覆盖网络。此外,5个中心中的智能控制中心、生 产运营管理中心需要大力建设，并构建智能集成控 制平台和煤矿大数据及云服务系统。 中煤华晋、新汶矿业、兖矿集团等大力建设了智 能图像与视频识别系统，用于进行煤矿斜巷绞车智 能监测、主煤流运输异物识别与智能联动控制、煤流 量检测与智能调速、重点岗位安全隐患智能识别。 通过研发基于“人工智能矿业”与“人工智能安 全”深度学习模型，快速识别人的不安全行为比如 违章作业、物的不安全状态比如矿车掉道、环境 的不全因素比如底板变形，克服了人工操作易疲 劳、视觉受限等因素的缺陷。 考虑到移动办公在现代