摘要：本文系统阐述了张双楼煤矿智能化建设经验，介绍了信息基础设施、地质保障系统、掘进系统、采煤系统、主煤流运输系统、辅助运输系统、通风与压风系统、供电与供排水系统、安全监控系统、智能化园区与经营管理系统、智能化选煤厂11个方面的智能化建设成果，总结了5个方面的智能化建设亮点，并对下一步扎实推进煤矿智能化建设，努力开创矿井高质量发展的新局面做了展望。

关键词：智能化；示范矿井；建设目标；探索；煤矿

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张双楼煤矿围绕信息基础设施、地质保障系统、掘进系统、采煤系统、主煤流运输系统、辅助运输系统、通风与压风系统、供电与供排水系统、安全监控系统、智能化园区与经营管理系统和智能化选煤厂智能化建设重点领域，加强研究，认真分析，明确了智能化示范矿井建设目标，提出了“1236”智能化发展总体思路。

1  建设目标

结合矿井发展实际，实现采煤、掘进少人或无人操作；固定场所无人值守、集中控制；辅助运输连续化、快速化；构建万兆工业环网和5G无线通讯相结合的传输网络，铺设信息化“高速路”；建成综合管控平台，对“采、掘、机、运、通”等主要生产环节、井下环境安全、人员位置等安全生产实时信息进行综合集成、联动控制与可视化展示；建成矿井GIS“一张图”，将各智能子系统在“一张图”上进行融合，实现信息共享；建成智慧园区包括智慧安防、智慧餐厅、智能停车场管理、智能会议室、信息发布等业务，高质量、高水平通过全国智能化示范矿井验收，争做行业示范。

2  “1236”智能化发展总体思路

“1”，树牢“一个理念”。坚定“生命至上、安全第一、智能高效、和谐幸福”的新安全发展理念，通过装备升级和科技创新，煤炭生产向更安全、更高效、更集约的方向加速迈进。

“2”，坚持“两个导向”。本着先急后缓、先易后难、依次推进的原则，由实现单一采煤工作面智能化向采掘工作面全部实现远控智能化延伸，由灾害治理单一系统智能化向矿井全系统智能化及信息化集成拓展。

“3”，实施“三步走战略”。第一步，全面部署矿井智能化建设项目，实施智能化矿井发展战略；第二步，建成首个远控智能化掘进工作面、智能化采煤工作面，全面推进远控钻机等冲击地压治理智能化装备；第三步，推进原煤主运输系统和辅助运输系统、固定场所集中控制和无人值守、通防系统、透明地质、洗选系统、煤矿信息管理网络等领域的智能化建设，全面建成智能化示范矿井。

“6”，遵循“六个结合”。坚持企业主导与上级引导相结合，强化主体责任，激发自身智能化建设的积极性和内生动力；坚持统筹规划与分步实施相结合，按照单一突破、全面推行、持续提升三个阶段分步推进智能化建设；坚持单一头面智能与全面实现相结合，根据生产布局等情况，分类推进，全面实现；坚持突破重点与全面推进相结合，以冲击地压头面智能化建设为突破点，先行先试，逐步延伸，全面推进；坚持创新推动与合作共享相结合，加强科技创新、科研院校合作，推动智能化技术向纵深发展；坚持井上下相结合，同步推进智能化建设，做到井上下全面开花结果[3]。

3  建设实践研究

3.1  信息基础设施

利用超融合、云计算、大数据和BIM技术构建了全矿井数据采集、实时监测、远程控制、智慧管理和综合展示一体化的智慧综合管控平台整体架构，在统一开发平台的框架下，基于微服务架构和“资源、服务、应用”思想，围绕人员、装备、业务、流程进行相应业务应用设计，建立了5G+万兆融合一张网、数据中心、智慧矿山综合管控平台、精确人员定位系统等，对井上下海量多源异构数据进行可视化展示、分析、挖掘和利用。

3.2  地质保障系统

用地理信息系统和建筑信息建模技术全面构建煤矿的采、掘、机、运、通各专业子系统及工广建筑仿真模拟系统，构建了“GIS一张图”，结合矿井生产实际及勘探资料，将煤层赋存条件等相关信息进行数字化集成，实现全矿井“监测、控制、管理”的一体化，为矿井安全生产管理提供保障。

3.3  掘进系统

13902溜子道掘进工作面安装了综掘机远程控制系统，建有井下和地面集控中心，配置远程智能控制系统，实现掘进头和各转载点视频监控全覆盖。掘进设备运行状态实时监测与控制，实现了破岩、临时支护、运输等成套设备的“一键启停”和多机协同控制，环境（粉尘、瓦斯等）参数智能分析与报警，提高了现场作业人员的安全保障程度，降低职工劳动强度。

3.4  采煤系统

2020年6月，张双楼煤矿率先建成了江苏省煤矿首个智能化工作面74104工作面，当前矿井在采的12901、23908两个工作面均为智能化开采工作面，通过井上下控制平台对工作面采煤机、刮板输送机、液压支架“三机”控制、监控、通讯的“一键”启停、集中控制、自动找直、记忆割煤，初步实现了“以自动控制为主，远程干预为辅”的智能化生产。目前，智能化工作面“一键启停”率达90％以上、煤机记忆截割率稳步在80～90％之间、支架追机移架率达到50～70％。在产量不减的前提下，两家综采工区在册人数由原来的306人精简至244人，减少人员62人，减少率达20.3％，生产期间智能化综采工作面控制在9人以内，实现了智能减人提效的目的。

3.5  主煤流运输系统

矿井主煤流运输有21部带式输送机，布置了7个储煤小井，全部实现了地面远程集中控制，每年可节省人工费用100万元以上、维修费用约80万元、电费近50万元。安装了轨道式皮带机巡检机器人系统，代替巡检工定时、定点巡检；应用井下煤仓煤位在线监测、皮带机视频监控、智能煤流在线监测技术，不断提升系统安全程度。立井提升系统采用自动化控制技术，在智能机电控制室集中控制提升机，实现无人值守。同时利用视频监控、堆煤保护和钢丝绳在线监测等保障系统安全可靠运行。

3.6  辅助运输系统

建成了集管理、调度、指挥、监控、通信、预警等一体的辅助运输智能信息化管理平台，人员、设备设施、检修保养、检测检验和物流运输等实现智能化管理。主要运输设备、运输信号系统等动态模拟显示、视频浏览、信息数据调取和分析，能对运输车辆及井下交通状况监测、管理和分析，实现精准调度。大巷轨道运行机车具有无线移动通讯和精准定位功能，能实时显示机车位置和状态等信息。巷道交叉点、硐室口、弯道处设置机车运行自动声光预报警信号装置，道岔、阻车器等实现远控、司控或自动控制。主要轨道运输提升斜巷防跑车装置和架空乘人自动化装置实现无人值守。运输巷行人作业自动监测警示装置，是在运输斜巷安装AI智能摄像仪，利用人工智能分析与处理技术，形成一套结合智能分析、警戒设防、录像抓拍为一体的安全防范体系。安装单轨吊运输，巷道断面空间利用率高、运送载荷不受底板条件限制，装卸方便，降低了职工劳动强度。

3.7  通风与压风系统

建设智能通风，实现常态通风的智能调控，异常灾变下的应急决策；建立矿井通风三维仿真系统，实现井下通风状态的三维动态可视化；东西风井主要通风机一键式启动、倒机，在线监测运行状态。主压风系统具备自动开停、故障自动倒机、定时自动倒机和一键倒机功能，控制方式可为检修、手动、自动，就地、远程互为闭锁，可根据风压来确定开启风机的数量，根据运行时间合理确定开停风机，实现无人值守。

3.8  供电与供排水系统

井上下变电所具备摇视、摇测、摇信、摇控等功能，实现集中远程监控、无人值守；在-500m中央变电所应用了矿用防爆本安型轮式巡检机器人，可实时采集工作现场内图像、声音、红外热像以及温度、烟雾、多种气体浓度，对机电设备运行状态超前预判、预警。井下主排水泵房实现了地面远程集中控制，故障诊断与信息推送，数据自动采集与预警，实时远程与就地控制闭锁，具备两种可靠的引水装置及双水位双报警功能，实现了无人值守，减少人员72人，大大减少了人工成本，年度内节约工资支出588万元。

3.9  安全监控系统

安全监控系统型号为KJ335X型，借助激光、多参等先进传感技术，具备了在线定期未标校提醒、地址重复报警、即插即用；关键数据主动上传、分级报警、异地断电、火灾和瓦斯预测预警分析等功能；实现了与人员位置监测、应急广播等系统多系统融合联动。通过安装水文在线监控系统对矿井上、下主要含水层水位、各出水点涌水量、水压、水温进行观测，并利用系统提供的数学、力学模型自动进行动态参数预测和异常叠置分析，再结合水灾害发生的条件和规律，进行灾害预警。掘进工作面配备了可靠的低噪音局部通风机，实现了开停远程监控、主备风机本地自动切换。工作面安装了束管监测系统，可以自动取样分析、自动联网上传、数据异常自动预警。建立了光纤测温系统，对温度连续监测，实现智能防灭火。安装了K216/J653矿山压力监测系统，用于矿压综合在线实时监测，基于监测数据实现矿山压力的预测与预警。通过建设智能煤粉钻屑监测系统、冲击危险区域智能限员系统、CT探测系统、液压履带钻机和智能判识多参量预警云平台，构建基于冲击地压类型支持下的“三场”多参量预警模型，实现了矿井冲击地压多参量综合、分级、分区、实时预警。安装智能违章监控，利用对“三违”行为的自动识别、抓拍、录像、获取以及闭合处理，实现地面远程一键治理“三违”。

3.10  智能化园区与经营管理系统

成立智能化建设领导小组，确立了“整体规划、基础先行、分批建设”整体思路，定期研究部署智能化建设工作；办公室设在通计中心，负责智能化矿井建设安装、调试、管理、运维等相关工作。在地面建有智能控制中心，实现了对井上下各系统的统一协调管控，将采煤、掘进、机电、辅助运输、主运输、通风、地质、洗选8个智能控制系统集成于控制中心，提供调度、管控、办公、培训、展示等功能。通过搭建智能调度平台系统，满足智能信息发布及个人移动终端等管理功能，实现工业设施保障系统的智能决策和数据共享。打造江苏省煤炭碳中和研究中心，采用“自发自用、余电上网”模式，积极布局新能源建设，对矿停车场、工业广场闲置土地、职工宿舍楼屋面安装双轴跟踪式、固定式等不同类型的光伏组件，取天然资源，变发展动能。智能综合安防管理平台，实现园区“人员、车辆、门禁”各环节风险防范及预警，提升安全监管效率，为矿区安全生产保驾护航。通过建设智能灯房、井口智能安监系统，提高矿井安全管理手段。智慧餐厅，给职工提供优质便捷的就餐服务。同时建有财务管理、成本管理、合同管理、物资供应管理、仓储管理等系统。

3.11  智能化选煤厂

张双楼煤矿智能洗选系统建设，从智能洗煤集控系统、智能储煤及发运系统、智能矸石无人装车系统等方面入手，完成了洗煤集控系统、井上TDS智能分选系统、火车自动化装车系统、智能储煤及发运系统等的建设，实现选煤厂的智能控制、智能管理、智能决策，逐步做到少人或无人干预，提升了安全生产效率，降低了劳动强度。

4  智能化建设亮点

4.1  实现了深井智能防冲

建立了以多参量综合预警云平台、双源一体化应力场CT探测系统、微震监测预警系统、应力在线监测预警系统、地音监测系统、地震监测预警系统的冲击地压综合监测预警系统，应用多参量带权重时空预警模型，实现了基于多源监测数据融合分析的冲击地压危险综合预警；提出了煤层卸压、煤体高压注水、断顶、断底、断层处理等综合立体的防治技术体系，形成了具有张双楼煤矿特色的冲击地压防治模式。

4.2  首创了深部矿井多元灾害防治智能管控

围绕矿井地质与开采条件复杂、生产系统复杂、灾害多元化的具体条件，建设完成了智能化采煤、智能化掘进、智能化机电、智能化辅助运输、智能化通防、智能化调度指挥中心和信息管控平台、智能防冲和智能地质各大智能化建设项目，实现了减岗提效、科技保安的总体生产目标。

4.3  实现了特色智能化建设模式

按照“1+3+N”的智能化建设理念，建立了一个多位一体、智能互通调度控制中心；“5G+”高速传输及融合一张网通信平台、智能矿山云数据分析平台和矿井GIS二三维地理信息平台；以及智能采煤、掘进、运输、洗选、通防、防冲和地质保障等“N”个智能化控制系统，形成张双楼煤矿特色的智能化示范矿井模式。智能协同控制中心为独立的正科级单位，主任、副主任、技术主管、技术员等管理层级一应俱全。智能协同控制中心占生产调度楼的整一层，面积1000多平方，由智能协同总控、采掘、皮带、洗煤、机电、运输、通防、地质等8个专业控制单元组成，主要负责全矿的安全生产调度指挥协调工作。

4.4  特色的数据治理场景建设

建立健全了矿山大数据标准和管理规范；运用数据采集、存储、开发、服务和管理等数据治理技术，通过智慧矿山对象全识别、属性全抽取、关联全建模等过程，打通矿山地质、安全、生产、经营等各业务系统纵向组织层级之间、横向功能与功能之间、系统与系统之间、平台与平台之间的数据壁垒；在保障数据质量和安全的前提下，促进智慧矿山地质保障系统、智能掘进系统、智能开采系统、主运输系统、辅助运输系统、通风与压风系统、供电与供排水系统、安全管控系统、智能洗选加工系统、经营管理系统等业务系统的数据共享和开放；进一步通过数据、技术和业务的沉淀、共享、复用和协同，构建智慧矿山数据治理平台，提高矿山智能决策效率。

5  下一步展望

张双楼煤矿将围绕“安全系数高、生产效率高、经济效益高、行业影响力高、职工幸福指数高”的“五高”智能化示范矿井建设目标，进一步解放思想、借脑引智、大胆创新、对标提升，积极推动工业互联网、大数据、5G等的深度融合，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，不断学习新技术、引进新工艺、投入新设备，实现开拓设计、地质保障、采掘（剥）、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业；构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。以系统化思维扎实推进煤矿智能化建设，努力开创矿井高质量发展的新局面。

参考文献

[1]韩建国.神华智能矿山建设关键技术研发与示范[J].煤炭学报，2016，41（12）：3181-3189.

[2]王国法，庞义辉，任怀伟.智慧矿山技术体系研究与发展路径[J].金属矿山，2022（05）：1-9.

[3]张雷.多元灾害智能协同治理 深地资源智能开采新突破——张双楼煤矿智能化示范矿井建设成果及经验[J].智能矿山，2022，3（04）：37-46.

作者简介：荣国庆（1970—），男，江苏徐州人，1998年毕业于徐州经管学院计算机信息管理专业，江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿通讯计算机中心工程师。