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山西省煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）
富家凹煤业智能化煤矿建设
山西蒲县宏源集团富家凹煤业有限公司
（一）矿井概况
山西蒲县宏源集团富家凹煤业有限公司位于山西省临汾市蒲县太林乡，是经山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发[2009]99号文批复的兼并重组整合矿井，由七座矿井整合而成，整合后井田面积为17.8623km²,采矿许可证批准开采2~11号煤层，现开采3号、11号煤层，矿井设计能力120万吨/年,证载核定能力250万吨/年。主、辅水平为配采，主水平按200万吨/年生产、辅助水平按50万吨/年生产。
主水平开采11号煤层，水平标高+1220m，煤层平均厚度2.23m，属近水平煤层，煤种为1/3焦煤，煤层赋存稳定、有爆炸性、自燃等级为Ⅱ类；矿井涌水量为35m³/h，最大涌水量236m³/h；全矿井绝对瓦斯涌出量为4.87m³/min，相对瓦斯涌出量0.91m³/t，属低瓦斯矿井；辅助水平开采3号煤层，水平标高+1310m，煤层平均厚度1.5m，属近水平煤层，煤种为1/3焦煤，煤层赋存稳定、有爆炸性、自燃等级为Ⅱ类。
（二）建设内容
在宏源集团智能化矿井的整体框架下，富家凹煤业智能化矿井建设的指导思想是“区域领先、国内先进、安全高效、生态和谐”。富家凹煤业采用国内一流的先进技术和装备，实施科学开采，努力提高矿井的信息化、自动化以及智能化水平，以降低劳动强度、改善工作条件以及减少井下人员。同时，吸收国内成熟先进的智能化技术，实现矿井数据的高度共享和业务流程的协同工作，实现矿产资源开发与环境协调发展，建设以人为本、融合良好的企业文化，促使矿山和谐全面发展，努力建设成一个安全、高效、绿色、智能的矿山。
我们从2020年6月开始启动智能化综采工作面建设，2020年11月份启动智能化矿井项目建设，2021年11年开始建造智能化掘进工作面，到现在建成了29个智能化矿井系统、3套智能化综采系统、3套智能化掘进系统。整个智能化矿井系统分为三层：智能化管控平台应用层、网络传输及数据中心、自动化监测控制系统。
1.信息基础设施建设
在信息基础设施建设方面，我们建设了八个项目，分别是数据中心机房、数据中心、调度大屏、万兆工业环网、地面矿区Wi-Fi覆盖升级改造、有线调度通讯系统、视频监控系统升级改造、4G+5G无线通信系统、网络安全。
机房由上海创力集团股份有限公司承建，采用双回路供电，具有自动切换功能。供电电源的容量为全部设备功率（125KW）总和的1.5倍；核心设备供电和空调、照明、大屏幕等供电分为两个独立的系统，且为核心设备配备了可持续工作4h以上的不间断备用电源，确保常规供电电源停电后，机房系统仍可坚持运行到常规供电恢复正常，为数据中心提供可靠底层的物理基础设施。
数据中心由上海创力集团股份有限公司承建，应用新华三集团研发的虚拟化平台，实现对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源的虚拟化管理，利用云计算架构，具备数据分类、分析、挖掘、融合处理等功能，实现各系统之间数据的互联互通与融合共享。为智能化管控平台的建设提供基础架构支撑。
富家凹矿在调度大厅部署了一套组合方式为11×37LED拼接大屏幕，整屏面积52.23m²,总分辨率9472.0*1584.0。通过大屏幕显示系统，调度人员可以实时观看安全生产监控系统有关的各类信息综合自动化监控画面、实时工业视频信号及各种管理软件系统报表、图像信息。可随时对各种现场信号和系统监测图文数据进行全方位监控，及时做出判断和处理，发布调度指令，实现安全生产的实时监控和集中调度。
万兆工业环网由工业以太交换机、井下节点、地面节点组成的环形网络，其主干网络带宽不低于10000Mbit/s，具备组环功能，防止单点故障影响整个网络的数据传输，发生故障后，能在30ms内迅速恢复正常；是煤矿智能化建设信息承载的高速公路。
4G+5G无线通信系统由中国联通承接建设，采用南京北路生产的KT162型井下无线通信系统，将5G通信技术与现代煤炭开发利用深度融合，实现井下与地面的4G与5G的语音和视频通信等功能，保障井上下实时沟通联络。
2.智能综合管控平台
智能化管控平台是智能化矿山的顶层，与北京龙软共建，基于GIS“一张图”协同、大数据、云计算、物联网技术构建的智能化煤矿顶层应用平台，是智能煤矿的大脑。平台分为三大部分：自动化控制中心、智能管调中心、矿山安全中心。
自动化控制中心实现了生产控制类系统的数据整理、分析和统计；能够实时监控全矿生产设备的运行状况。
智能管调中心实现了对“采、掘、机、运、通”整个生产业务流程中矿图协同绘制与管理，并且基于二/三维GIS技术，实现智能化矿井主要管控过程的可视化展示、分析和操作，实现矿井生产技术各专业之间的在线协同、数据共享，提升业务集成、安全生产等全面的管理能力。
矿山安全中心实现了风险、隐患管理，对危险源（如瓦斯、水文、火灾、矿压等）、作业环境、地质构造、设备故障等的动态分析和预测。
3.地质保障系统
我矿采用瞬变电磁探测和坑透探测方法对采掘工作面地质和水文地质条件进行超前探查、并进行钻探验证，达到了地质构造、陷落柱、积水区等地质异常区精准探测，提高了地质和水害预报精度，为采掘部署提供了技术依据。
掘进工作面每次钻探前，采用YCS200A与YCS60~F型矿用瞬变电磁仪进行物探，每次探测距离为100m，物探正常区域执行正常超前探设计，物探异常积水区补充探放水设计进行钻探验证。
回采工作面采用YCS200A与YCS60~F型矿用瞬变电磁仪瞬变电磁仪和YDT175型矿用无线电波透视仪在工作面两顺槽进行物探，探明工作面积水异常区和地质异常区，根据物探结论对异常区进行钻探验证。
基于智能化管控平台建立了三维地理信息系统和煤矿基础数据管理系统，具有数据录入、编辑修改及展示浏览功能；地质和测量数据管理满足三维地图系统矿图编制及三维模型建立要求；实现矿图的数据生成、编辑修改和在线浏览；建立三维地图管理系统，对三维可视化模型数据进行远程管理和远程发布；建立煤矿井下建模系统，实现煤层、巷道等三维数据建模和三维可视化。
4.掘进系统
富家凹目前建设有三套智能化掘进系统，其中一套是富家凹煤业与中国中铁工程装备集团合作，量身定制了一台符合井下实际生产需要的国内首台低矮型半煤岩快速掘锚成套装备，该套装备整体操作方便快捷，可远程遥控操作、一键启动，具有自动升刀、进刀、割煤、拉底等割煤工序，实现了掘进、支护、运输的平行作业，达到了一次性成巷的效果，不仅极大改善了掘进工作面工作环境，而且降低了职工劳动强度，提高了整体掘进功效。另外两套是掘进机智能化改造项目，实现了整机工况参数监控故障诊断、工作面音视频远程重现、掘进机机身与侧帮接近预警、悬臂与铲板防碰撞预警、截割超欠挖预警以及机身坐标系下截割头位姿检测、边界标定、记忆截割等功能。
5.综采系统
富家凹目前建设了三套智能化综采系统，目前分别用于11203工作面、11207工作面、3101工作面。11201智能化综采工作面由富家凹煤业与上海创力集团共建；11207智能化综采工作面由郑煤机提供智能化系统；3102智能化综采工作面是国内首套由单一厂家（郑州煤矿机械集团股份有限公司）提供成套装备的智能化薄煤层工作面。三套系统均基于支架电液控制系统、顺槽集控系统、地面监控系统、三机控制及通讯系统、井下集控中心、地面集控中心，建立了一套适用于智能化开采的分布式集中控制系统，实现或设计有工作面设备一键启动、支架自动跟机、采煤机记忆割煤、工作面视频监控、语音通讯、设备工况监测、乳化液自动配比等功能。
6.主运输系统
主运输监控系统由上海创力集团股份有限公司承建，具备对带式输送机的速度、温度、烟雾、跑偏、撕裂、打滑、堆煤、输送带张紧力下降等保护装置以及电机工作电压、工作电流、功率、运行状态等的监测、显示、报警功能，同时具备多电机速度同步控制和功率自动平衡功能，实现了对地面、井下多条带式输送机的自动、手动、就地、地面远程集中协同控制，一键式连锁启动，无人值守。
7.辅助运输系统
辅助运输系统包括两个项目，分别是副井绞车系统升级改造接入和架空乘人系统接入。
副斜井绞车系统主要包括变频控制系统、矿用副井提升信号系统组成。副井绞车自动化监控系统已经接入智能化管控平台，实现对副井绞车和防跑车装置各运行信号及运行参数的实时监控。
架空乘人系统接入行人斜井、西胶带巷等地点共5部架空乘人装置到综合自动化平台，系统能够远程启停猴车、监视猴车的现场状况、实时监测架空乘人装置的运行状态、索道速度信号、机头机尾越位保护信号、停车倒机时间等，并配有索道实时速度、历史故障等查询功能，实现了架空乘人装置无人值守、安全可靠、平稳运行。
8.通风系统
主扇风机控制系统可实现对主扇风机参数的实时监控，将主扇风机控制系统接入综合自动化平台，可实现对通风系统的风速、风量、瓦斯等相关参数的实时监测，对通风机进行远程控制、远程切风、故障诊断和故障时的智能化电源切换，达到主扇风机房无人值守的效果。同时可实现对高压配电系统的远程电力监控(后台放主扇风机房值班室，并接入电力监控平台)。
9.压风系统
富家凹矿井压风机房共有3台上海飞和螺杆式空气压缩机，压风机采用风冷方式冷却，调度中心设有压风机监控系统集成于综合自动化平台，实现对压风机的自动启停控制，压风机自动化控制系统可以实现多台压风机的单机和集中控制，在自动控制模式下，可实现空压机的自动轮询启停分配，压风机的运行参数、风机运行状态可上传至智能化管控平台，实现压风机房的无人化值守。
10.智能供电与排水系统
电力监控系统由上海创力承接建设，在井下中央变电所、三采区变电所、二采区变电所等六个地点均安装高低压电力监控系统，并配置“六遥”功能（遥测、遥控、遥调、遥信、遥脉、遥试功能）、防越级跳闸保护功能，实现煤矿供配电系统运行监测、远程倒闸操作、远程保护定值优化、告警、故障录波、电量能耗统计分析等一系列智能化功能，实现井下中央变电所、采区变电所等地点无人值守，安全可靠、平稳运行。
排水系统包括中央水泵房、二采区水泵房自动化控制系统，由上海创力承接建设，系统能够根据各台水泵的运行时间、水仓水位和峰谷用电时段，按最优化的方式自动实现水泵的循环启动。地面调度室可远程集中监控、操作电动闸阀启停水泵，通过压力、液位等传感器实时监测各水泵和管路的工作状态，并记录保存排水系统的水仓液位、管路压力等重要参数，实现了井下水泵房无人值守和定期巡检，使井下排水系统安全可靠、节能高效。
11.智能安全管控系统
在智能安全管控系统建设方面，我们建设了安全监测监控系统、产量监控系统、精确人员定位系统、矿用顶板动态压力监测系统、束管监测系统、水文监测系统、智能探放水视频分析系统。
安全监控系统实现了矿井下甲烷浓度、粉尘浓度、氧气、一氧化碳等安全监测数据的采集、传输、存储、系统联动控制、系统超强自检、系统融合联动功能。
产量监控系统实现产量的实时监测，并能够通过应用AI分析技术、大数据分析技术完成对产量监测数据的综合采集和分析，确保产量数据的实时性、一致性和准确性。
人员精确定位系统由上海创力集团股份有限公司承建，该系统静态定位精度≤0.3m；采煤工作面及顺槽、掘进工作面定位精度≤1m。定位站至定位站之间最大传输距离大于20km。具有人员位置、携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线、特种作业人员情况等监测、显示、查询、异常报警、路径跟踪、考勤管理、搜寻等功能，且能够与安全监测监控系统、应急广播及信息发布系统进行融合联动，极大的提高井下作业环境的安全性和管理效率。
12.智能园区与经营管理系统
这方面，我们建设了大数据分析系统、致远OA办公平台、机电全生命周期管理系统，实现了在线办公；生产计划及日常调度管理；规程措施编制、技术资料、专业图纸设计、采掘生产衔接跟踪、工程进度跟踪、生产与技术指标、经营指标等无纸化管理功能；财务管理、成本管理、合同管理、运销管理、物资供应管理、仓储管理等系统；建立了大型设备运维及管理模型，合理调整设备检修及大型耗能设备运转时间，对主要生产环节设备健康状况、负荷率、故障停机率、能源消耗等指标进行分析。
富家凹煤业智能化建设具备以下优势：
（一）标准化
智能化建设所采用的技术，符合相应的国际标准和国家标准，并符合煤炭行业的相关标准。
（二）实用性
智能化建设充分考虑各下属单位的实际工作特点、已有的软件系统、硬件设备现状，使得系统具有很强的实用性。
（三）先进性
智能化建设选用符合当今发展趋势的主流技术和思想，技术和产品成熟、稳定。既要保证系统在满足当前的功能需求，也为将来的发展需求提供条件。
（四）可靠性
智能化软件可靠性包括可测试性、可理解性和可修改性。通过建立完善的统一编码管理系统，实现设备、数据实现唯一编码，便于日后功能扩展的可靠性。
（五）经济性
就当前来说，智能化建设需要相当大的资金投入，但是就长远来说，智能化建设的经济性将非常大，比如，矿井的安全效益、社会效益以及经济效益。
（一）安全效益
通过采掘工作面智能化建设，达到了减人增效的建设目标，综采工作面生产班每班减员4人，掘进工作面生产班每班减员2人，有效降低采掘工作面区域人员劳动强度，减少人员数量，大大提高了安全指数。通过自动化子系统建设，实现了井下所有变电所、水泵房、主运输带式输送机、架空乘人装置等固定场所无人值守，井下共计18处固定场所合计减人60人。通过智能化管控平台建设，调度指挥中心可以快速获取各类矿井数据信息，能够快速发现、识别安全隐患问题，有效避免安全生产事故，提升了矿井本质安全水平，有效避免因隐患事故造成的生产中断、甚至人身伤害和财产损失。
（二）社会效益
当前的智能化建设也在一定程度上促进了社会的技术发展，有效解决过去实际生产过程中的壁垒。同时，也为政府、涉煤企业等制定智能化建设行业技术标准和行为规范提供参考。
（三）经济效益
智能化综采工作面生产班共计减少人员12人（按平均人工成本12000元测算，节省人工成本172.8万元/年），智能化掘进工作面生产班共计减少人员8人（按平均人工成本12000元测算，节省人工成本115.2万元/年）。通过智能化系统建设，可有效的减少工作面区域人员劳动强度以及人工数量，从而实现安全高效作业。
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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