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山西省煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）
塔山煤矿5G+智慧矿山
同煤大唐塔山煤矿有限公司
（一）矿井概况
同煤大唐塔山煤矿有限公司塔山煤矿于2003年2月开工建设，2006年7月19日成功试生产，2008年12月28日正式通过国家总体验收，2009年达到设计生产能力，2019年根据国家培育和释放优质产能要求，矿井生产能力由1500万吨/年核增至2500万吨/年。批准开采山4#、2#、5（3~5）#煤层，现开采山5（3~5）#煤层。截至2022年底，矿井现保有资源量336095.86万吨，累计动用资源量34471.20万吨，矿井剩余可采储量约15.20亿吨，剩余服务年限40.5年。矿井开拓方式为平硐开拓，平均采深500米，煤层倾角1°~2°,地质构造（褶曲、断层、陷落柱等）影响中等，围岩较稳定，采煤方法为走向长臂后退式综合机械化低位放顶煤开采，工作面长度241~281米，煤层厚度11.85~16.81米，掘进工艺为综合机械化机掘，采掘比为1∶2，煤层自燃倾向性为Ⅱ类自燃，瓦斯等级为高瓦斯矿井，矿井水文地质条件中等，无冲击地压，有煤尘爆炸危险性，无热害。
（二）建设内容
1.信息基础设施
图1 井下环网交换机与5G布置
5G网络系统
塔山煤矿在万兆环网的基础上，全面建设地面以及井下5G无线网络，率先使用多模基站，实现4G，5G、NB-IoT无线网络全覆盖，延时低、智能控制、全面感知，奠定了智能化建设通信网络基础。同时，矿山云图智能决策平台，集成安全生产各大系统，实时构建云图，数据融通，系统分析，智能决策，实现了安全生产全过程的直观、透明化管控。
2.地质保障系统
目前塔山已具备较完善的地质探测技术与装备，探测精度、广度初步满足智能化煤矿生产需求，智能钻探设备已完成工业试验，地质保障系统也在建设中，该系统充分利用各种地质参数，提高探测精度和综合解释能力。同时，塔山矿已实现地质数据、工程数据的数字化存储，与集团公司平台交互共享，对主要含水层的水文变化可以进行实时动态监测，建有地质测量信息数据库，能够满足相关业务系统地理信息需求。
图2 三维地质保障系统
3.掘进系统
图3 智能化掘进系统
塔山矿智能掘进工作面首次采用三维激光扫描仪及惯性导航技术主动检测掘进机实时位姿信息，实时采集工作面视频及掘进机工作状态，数据通过5G网络传至井下操作室及地面控制平台，实现远端操作设备、定义断面形状。设备根据当前位置动态调整掘进机各项动作完成断面自动精确成型。巷道成型过程中具备作业区域防碰撞预警、人员闯入预警、掘进面超越界预警等多项安全防护功能，保障安全掘进。
4.综采系统
图4 智能化综采放顶煤系统
塔山矿综采工作面集成应用了众多理论，装备和监测等软硬件研发技术，开发特厚煤层采放协调智能放煤控制软件，实现地面调度室远程放煤一键启动，通过对顶煤厚度、采场环境在线感知，自动匹配工艺策略，实时监测煤机位置、运输机负载、放煤口姿态，动态调整工艺参数，实现群组精准放煤、采放协调开采。
5.主煤流运输系统
图5 智能化主煤流运输系统
主运输方面塔山煤矿首创了胶带主运输时空预警系统，该系统通过对矿井工作面出煤量和主运输关键设备运行数据实时采集和分析，结合智能决策算法，采用机器学习、自动纠偏，实现主煤流运输系统载荷量的准确超前预知，并通过多盘区多工作面煤流均衡控制技术,避免重载停机。同时系统具备主运输胶带智能识别检测，使用高清拍照、5G传输、实时对比、AI深度学习等技术，形成胶带损伤程度变化和安全预警报告，实现了精准检修。确保矿井主运输全天候无故障高效运行。
6.辅助运输系统
图6 智能化辅助运输系统
在基于矿井坐标的30cm高精度定位系统之上，塔山煤矿的辅助运输率先在全煤行业推广应用了“网约车”智能化辅助运输管理系统。通过采用精确定位为主的多系统融合技术，实现井下无轨胶轮车运行管理的全面数字化、智能化。
7.通风与压风系统
图7 智能通风系统
主通风系统、制氮系统、清洁能源供热系统已实现在线监测、远程集中控制、智能预警，具备无人值守条件。同时清洁能源供热系统利用矿井回风余热、瓦斯抽采泵冷却水余热、压风机余热废热作为热源替代原有燃煤锅炉，解决了进风井冬季井筒防冻和建筑采暖问题，保障矿井冬季供暖需求。
8.供电与供排水系统
（1）供排水系统
图8 智能供排水系统
塔山矿中央、主要盘区水泵房采用“避峰填谷”、“涌水监控”、“效率优先”等技术优化算法，已实现远程监控、智能预警、做到联排联控，并将井上下水泵房和污水处理厂形成矿井水完整闭合控制系统。
（2）主供电系统
图9 智能供电系统
塔山矿运用数字化变电站、智能电网、智能传感、智能保护、边缘计算、远程运维等技术综合应用到煤矿供配电监控系统，采用智能监控、5G+智能机器人巡检等方式，实现了矿井中央、采区等高、低压供电系统监测、监控、保护、故障预警及定位闭锁、电量能耗分析统计、大数据分析、远程运维、融合联动与快速恢复供电等一系列智能化功能。同时结合5G+巡检机器人，采用多场所定制算法，对巡检区域人员、行为、高开柜分合状态及显示屏数据进行智能识别、对视频所拍摄区域进行温度检测、异常情况视频跟踪锁定并实时告警，实现全天候智能巡检、无人值守。
9.安全监控系统
图10 安全双重预防机制管理信息系统
对照2020版《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法（试行）》建成了双重预防系统，并完成了与山西省煤矿安全双重预防机制监管监察信息平台的联网工作，现全面进入应用管理阶段，矿井按照煤矿安全风险分级管控与事故隐患排查治理标准化建设要求和集团公司的管理要求及时上传本矿的风险清单、事故隐患台账、隐患督办信息、隐患治理方案和持续改进报告等内容，稳步推进双重预防机制的建设和运行。
根据国家智能化标准设计的灾害防治系统正在建设中。
10.智能化园区系统
塔山矿采用三维场景视频融合技术，建立矿区的真实动态三维电子活地图，实现了园区管理的可视化、精细化、智能化。园区智慧消防系统拥有1775台报警器，实现了对园区全方位感知、全过程监控，提前发现各种消防隐患，有力保障了园区消防安全。
图11 智能化园区系统
班车GPS定位系统对现行25辆班车进行实时精准定位，并通过每辆班车的4台摄像仪进行实时监控，图像声音实时回传，实现安全全程监管，为员工安全增加一份保障。
同时，塔山矿应用无人机巡逻，对矿区内人工检查难度较大、地形复杂的区域，利用无人机高清镜头和预定路线巡查、巡视，及时发现人员、环境等异常，为园区环境安全提供保障。
塔山矿智能化煤矿建设围绕总体发展战略，以机械化→自动化→信息化→智能化这条主线为路径，从煤矿实际情况出发，按照总体规划、分步实施、因地制宜、效益优先的建设思路，通过示范工程，探索适合塔山矿自身智能化煤矿建设的新模式。采用先进的装备与技术，将塔山矿打造为精干高效矿区，实现机械化换人、智能化减人；建设安全标准化矿区，有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害；打造高效协同管控典范，实现自动化系统的有机集成、数据共享、联动控制。
矿山云图智能决策平台是塔山矿的“大脑”，在一张三维时空矢量矿图上，使用实时地质数据信息，实现矿山的直观、透明化管理。平台同时涵盖了矿井的采、掘、机、运、通、地质防治水以及地面洗选运等十个大系统，各系统实时数据均接入平台，便于数据汇总融合。以此为基础，打造数据互通、处理、分析于一体的煤矿安全生产智能决策平台，真正实现了多系统融合、透明化呈现、多维度分析、全过程管控的智能决策新模式。
数据中心结合塔山煤矿智慧矿山设计要求，承接矿端数据业务、主机、存储、计算、分析等功能，塔山矿建设了现代化数据中心，彻底解决机房环境差、分散布置、运维难度大、主机故障频繁、计算能力不足等问题。数据中心利用虚拟化技术、超融合技术、大数据技术等实现智慧矿山各系统数据统一融合、统一管理、统一分配，使得分散不同区域的主机存储数据等设备进行集中管理，减轻运维量、提高工作效率，同时对数据中心运算能力能够平滑过渡使用，提高服务器、存储等使用效率，提升智慧矿山各业务对IT资源的规划，满足智慧矿山建设发展需要。
智能化调度指挥中心主要由智能化综采掘进、智能化主辅运输、智能化供电排水、地面经营与安全管理等系统构成。通过搭建智慧网络平台，实现井下无盲点监控视频、现场无人化运行，可对整个安全生产流程全面管控。通过大数据分析技术，实现了煤矿人员定位系统的数据打通，调度指挥中心能够对煤矿井下人数、带班干部及人员行动轨迹进行实时跟踪，并形成智能化报表，实现了矿井安全生产管理等重要环节“监、管、控一体化”的全流程数字化、自动化调度运行模式，为煤矿安全管理插上数字化的翅膀。
为满足塔山煤矿智能化煤矿建设对于数据传输高速通道的需求，2020年塔山矿完成了万兆工业环网的升级改造，实现了万兆网络设备级联，千兆感知终端接入的网络连接形式，构建了智能化煤矿建设所需的数据传输高速通道，有力保障了矿井的智能化建设。
塔山煤矿在万兆环网的基础上，实现地面以及井下5G无线网络的全覆盖，迈向以5G先进通信技术为章引的“数字化、自动化、智能化”矿山建设。塔山矿5G专网采用SA架构组网，通过一体化设计，达到独立组网、独立运行，实现地面井下、专网公网互联互通，专网数据与公网隔离的“井上井下一张网”。率先使用多模基站，一次建设可实现井下4G，5G、NB无线网络全覆盖，满足低延时、智能控制、全面感知的需要，奠定智能化建设通信网络基础。
除万兆工业环网与5G无线网络外，塔山矿还在机电硐室等区域建设了Wi-Fi网络通讯系统。该系统结构多样，组网灵活，兼容性强，根据塔山矿的现状，可选光纤组网的方式来完成数据链路的传输，采用802.11a/b/g/n的标准无线网络协议，2.4G最高带宽340Mbps，有效保障网络的可靠性和稳定性，通讯距离400米。系统是开放式、分布式的系统，使得在不改变原有设备的情况下能方便的升级、扩容，确保系统的科学合理和先进性。网络采用开放的Wi-Fi协议，任何符合Wi-Fi协议标准的设备均可接入，可实现无线数据传输功能。
截止到2022年底，塔山煤矿智能化建设累计投资3.827886亿元，其中智能化综采投资15377万元，智能化掘进投资835万元，智能化煤矿系统投资22066.86万元，累计投资建设智能化煤矿系统项目30个，打造了8个智能化综采工作面（已验收7个）和1个智能化掘进工作面（已验收），现已建成一大平台、十大系统、27个子系统和12个无人值守场所，并联合开发应用了井下皮带、泵房、变电所巡检、智能检矸、应急救援等机器人，初步构建起全面感知、5G传输、自主决策、协同控制的智能开采新模式，矿井智能化建设初具规模，2020年12月塔山煤矿被评为山西省智能化示范矿井，并入选国家首批智能化示范煤矿。2021年12月9日，塔山煤矿顺利通过山西省能源局组织的智能化煤矿验收工作，按照国家能源局颁布的《智能化煤矿验收管理办法（试行）》评分79.88259分，按照山西省能源局颁布的《全省煤矿智能化建设评定办法（试行）》评分83.1分，塔山煤矿智能化建设目前评定为中级。
安全效益：从过去的“人工操作”到如今的“智能启停”,塔山智能化系统将安全管理、生产运输、环境监测等数据全部还原显示到综合管理系统中，使煤矿管理人员可以快速直观的了解到煤矿的实时生产状态、设备运行状态，形成人、机、环、管闭环管控平台，同时通过大数据分析、人工智能技术为矿山安全、生产等方面出现的情况快速做出相应的调度和决策，实现融合联动、预警分析及快速应急响应。
经济效益：塔山矿围绕“机械化换人、自动化减人、智能化无人”的建设目标奋发赶进，从2020年建设至今，智能化系统结合巡检机器人，使很多岗位实现了无人值守，减少作业人数108人，年降低人工成本数千万元。
社会效益：塔山煤矿智能化建设是典型“智能+绿色”煤炭工业新体系的代表，实现了煤炭资源的智能化安全高效绿色开发与清洁高效利用，为煤炭工业高质量发展树立了一个优秀的典范。
近年来，山西省煤炭企业认真贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略，创造性推进煤矿智能化建设，涌现出了一大批技术先进、管理科学、运行可靠的煤矿，为推动煤炭行业技术进步、装备提升、管理创新、效益改善做出了重要贡献。
为充分发挥典型煤矿的示范引领带动作用，推动煤矿智能化建设迈向更高水平，山西省能源局从全省范围内征集了124项煤矿智能化建设案例，经组织专家评选，共有65项案例入选。入选的案例兼顾国有企业和民营企业、采煤和洗选、井工和露天煤矿以及各种不同地质灾害、采掘工艺、运输方式等条件，涵盖信息基础设施、智能掘进系统、智能综采系统、全矿井智能化、其它智能化系统、露天煤矿智能化、智能洗选共计7个方向，确保具有可复制、可推广性。现编辑形成《山西省煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）》，供各地市、各有关企业和研究机构在工作实践中学习借鉴。
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