2020年2月，國家發(fā)展改革委等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》（以下簡稱《指導意見》），為煤炭行業(yè)高質量發(fā)展明確了目標并提出了主要任務和保障措施?！吨笇б庖姟分赋觯好旱V智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐，（將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)），實現(xiàn)煤礦開拓、采掘(剝)、運輸、通風、分選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行，對于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應具有重要意義。2021年12月，國家能源局發(fā)布了《智能化示范煤礦驗收管理辦法（試行）》（以下簡稱《驗收管理辦法》），明確了國家首批智能化示范煤礦驗收程序、驗收要求和評分標準。
《指導意見》和《驗收管理辦法》的出臺，既是堅持以科技創(chuàng)新為根本動力，推動智能化技術與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，促進我國煤炭工業(yè)高質量發(fā)展，也是推動和指導煤礦企業(yè)科學合理制定智能化示范煤礦建設的具體舉措，提升煤礦智能化水平。
01中煤平朔集團智能化礦山建設思路
科學決策部署，全局謀劃智能化礦山建設
智能化露天礦的建設就是將信息化技術與露天煤炭工業(yè)的深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，通過設計、生產(chǎn)、安全、管理等工作的信息化和礦山機械的智能化，進而實現(xiàn)露天礦山生產(chǎn)安全、勞動生產(chǎn)率的大幅提高，以及整體生產(chǎn)成本的大幅降低，實現(xiàn)整個礦山的綠色、安全、高效、無人或少人化開采。
中煤平朔集團有限公司（以下簡稱中煤平朔集團）經(jīng)過深入研究、科學謀劃，提出了頂層設計、總體規(guī)劃、穩(wěn)步推進的工作思路，一方面充分吸收借鑒國內外先進成熟的自動化和信息化技術，另一方面，緊密結合《指導意見》和《驗收管理辦法》，以及國家、行業(yè)相關標準，編制完成了《東露天煤礦智能化建設規(guī)劃》和《東露天智能化示范煤礦建設初步設計》。提前規(guī)劃東露天煤礦未來5年的智能化建設實施方案，建設一期主要以網(wǎng)絡基礎設施、管控一體化平臺和智能工藝建設為主；建設二期將進一步展開對智能化礦山的縱深研究，打造全礦山、全流程、全工藝的智能化建設，為東露天煤礦下一步智能化建設開展提供切實可行的科學依據(jù)，指導東露天煤礦建設綠色、安全、高效、智能的現(xiàn)代化一流礦山。
細化方案設計，穩(wěn)中推進智能化礦山建設
中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設的指導思想與《指導意見》和《驗收管理辦法》的目標一致，即在中煤平朔集團數(shù)字礦山建設的整體框架下，采用先進的技術和裝備，建成一個能用、實用、管用、高效運行的智能露天煤礦，實現(xiàn)露天煤礦的管控一體化，達到安全可靠化、管理高效化、綠色生產(chǎn)化、成本最低化、效益最大化、人文和諧化。中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設框架如圖1所示。
圖1 中煤平朔集團東露天煤礦智能化建設框架
東露天煤礦智能化建設內容共計17項，主要建設內容包括網(wǎng)絡基礎設施、智能工藝和一體化管控平臺。其中：①網(wǎng)絡基礎設施是以滿足東露天煤礦當前及未來智能化礦山建設需求為出發(fā)點，著眼當下，兼顧未來，分批次逐步推進5G網(wǎng)絡建設，在目前已有的工業(yè)以太網(wǎng)、卡調系統(tǒng)MESH自組網(wǎng)等基礎上，對礦區(qū)進行統(tǒng)一規(guī)劃和設計；②智能工藝包括1臺套礦用無人駕駛卡車、1臺無人值守鉆機的研制，110 kV無人值守變電站、無人值守排水泵站、爆破遠程監(jiān)控及預警系統(tǒng)、東露天礦選煤廠MES系統(tǒng)、礦區(qū)智能化供水系統(tǒng)建設，以及重要區(qū)域無人值守機器人巡檢，智能化露天煤礦爆破設計，卡車調度系統(tǒng)應急指揮功能模塊開發(fā)，電鏟電量監(jiān)控功能開發(fā)；③一體化管控平臺包括數(shù)據(jù)中心和管控一體化平臺，以及地理信息、智能調度、設備管理、安全監(jiān)測、選煤監(jiān)測各子系統(tǒng)的集成接入平臺。
02中煤平朔集團智能化煤礦建設情況
從2000年開始，中煤平朔集團堅持“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一投資、統(tǒng)一建設、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運維”的“六統(tǒng)一”原則，以及“縱向到底、橫向到邊”的管控要求，以專業(yè)化的管理模式開展信息化建設。不斷完善信息化基礎設施，開展生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、安全管控信息系統(tǒng)、專業(yè)化管理信息系統(tǒng)、綜合信息管控系統(tǒng)的建設，在企業(yè)集團化運作、集約化經(jīng)營、精細化管理方面發(fā)揮了重要作用。2021年12月，中煤平朔集團東露天煤礦已完成全國首批智能化示范煤礦建設，所有子系統(tǒng)已投入生產(chǎn)試運行。具體建設情況如下：
信息基礎設施
（1）通信網(wǎng)絡
中煤平朔集團在礦區(qū)建設了較為完整的有線、無線通信網(wǎng)絡，覆蓋各生產(chǎn)和辦公區(qū)域；東露天煤礦智能化建設在原有MESH網(wǎng)及700 M網(wǎng)絡覆蓋的基礎上新建了5G網(wǎng)絡，為東露天煤礦1臺套無人駕駛卡車和無人值守鉆機提供5G網(wǎng)絡服務，滿足其各工業(yè)終端設備的傳感器信息采集、視頻監(jiān)控、遠程控制等場景的網(wǎng)絡需求，便于上傳監(jiān)控圖像、傳感器信息等數(shù)據(jù)并下發(fā)控制指令信息，實現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)過程的無人化和智能化。
（2）數(shù)據(jù)中心
東露天煤礦智能化建設以超融合架構搭建數(shù)據(jù)中心，采用去中心化的分布式集群管理技術、CPU和內存調用優(yōu)化技術、數(shù)據(jù)底層多重保障技術，以滿足智能礦山業(yè)務應用開發(fā)在高性能、高可靠性、彈性擴展及伸縮、簡化基礎架構管理等方面的需求，實現(xiàn)在自動化故障轉移、容災、全面優(yōu)化數(shù)據(jù)中心軟硬件資產(chǎn)、集成智能化運維等方面的信息化目標，從而實現(xiàn)智能礦山建設的總體目標。
（3）露天煤礦智能綜合管控平臺
東露天煤礦建成了全國首個集安全、生產(chǎn)、經(jīng)營管理、地理信息等系統(tǒng)數(shù)據(jù)為一體的露天煤礦智能綜合管控平臺，采用無人機航測、三維渲染等技術，將礦坑展示到屏幕上，實現(xiàn)了安全、生產(chǎn)信息一張圖展示，集成各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了露天煤礦各系統(tǒng)接口標準統(tǒng)一，可對露天煤礦采剝、運輸、供電、調度等全環(huán)節(jié)、全周期、全過程數(shù)據(jù)進行實時統(tǒng)一采集、存儲、管理、分析；搭建了煤礦安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防系統(tǒng)，實現(xiàn)了標準化考核趨勢分析和安全的全過程閉環(huán)管理，以及邊坡、水害等多種災害監(jiān)測預警與應急救援指揮調度，煤礦安全生產(chǎn)信息化水平得到顯著提升。
礦山設計
（1）地質保障
開發(fā)了三維點云一體化綜合管理平臺軟件，實現(xiàn)了自動處理點云數(shù)據(jù)、繪制地形圖、智能繪制特征線、批量計算及統(tǒng)計土石方工程量、采運排設計等功能；通過引進三維激光掃描和無人機航測技術及裝備，構建了三維立體測繪體系，可準確探測和獲取地質信息，實現(xiàn)了基于多源數(shù)據(jù)的綜合地質建模，地質模型可實現(xiàn)三維可視化；建立了地理信息系統(tǒng)，可實現(xiàn)中煤平朔集團各系統(tǒng)、各部門準確高效的地理信息實時綜合服務，提升了全礦區(qū)的生產(chǎn)精細化管理水平。
（2）穿孔爆破設計
通過三維爆破設計軟件實現(xiàn)智能化的參數(shù)設計，具備爆破效果智能模擬預測功能，以及繪制露天煤礦穿孔爆破設計圖的能力，實現(xiàn)了爆破作業(yè)信息化管理。
（3）采礦設計
采用3D Mine 礦業(yè)工程軟件建立了三維礦床模型和智能設計系統(tǒng)，用于指導露天礦制定短期采剝計劃、中長期規(guī)劃，計算日常采剝工程量，盤點年度采剝量等工作，實現(xiàn)了開采境界、開采工藝系統(tǒng)、開采程序、開拓運輸系統(tǒng)的綜合優(yōu)化及智能決策，實現(xiàn)了中長期開采計劃的自動排產(chǎn)功能。
智能穿爆
東露天煤礦選取1臺阿特拉斯CDM75E鉆機進行無人值守改造，實現(xiàn)了遠程操作行走、水平找正、精準定位、自動換桿、鉆孔，運行狀態(tài)實時監(jiān)測等功能；建立了爆破遠程監(jiān)控及危險預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了爆破警戒區(qū)域的遠程監(jiān)控和預警功能。
礦山工程
東露天煤礦建立了卡車智能調度管理系統(tǒng)，具備露天生產(chǎn)管理、設備跟蹤以及狀態(tài)識別、車輛運行狀態(tài)顯示、智能配車、故障報警、歷史運行回放、自動計量、燃油異常管理、輪胎消耗管理、設備調撥、平臺數(shù)據(jù)集中共享等功能，實現(xiàn)了露天煤礦生產(chǎn)全過程的信息化管理；為保護露天煤礦生產(chǎn)設備和操作人員的安全，集中部署了卡車防碰撞系統(tǒng)和防疲勞系統(tǒng)，實現(xiàn)了會車、轉彎、盲區(qū)、超速自動報警，以及司機駕駛提醒功能，有效預防了安全事故的發(fā)生；開展了礦用卡車無人駕駛系統(tǒng)研究，對1臺套礦用卡車進行無人化改造，以及在1臺電鏟、13臺輔助設備上安裝終端系統(tǒng)，實現(xiàn)了無人駕駛卡車編組運行。
智能輔助
（1）數(shù)字孿生
東露天煤礦智能綜合管控平臺通過航拍飛行技術將其工業(yè)廣場和礦坑全景虛擬為三維場景，將卡車和電鏟建成三維模型，置于礦坑三維場景中，采用GPS定位技術形成實時移動軌跡。
（2）邊坡監(jiān)測與預警
中煤平朔集團先后引進了合成孔徑邊坡雷達、測量機器人、GNSS地表位移監(jiān)測設備及技術，在危險邊坡區(qū)域建設并運行了9套自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦區(qū)邊坡全天24 h實時監(jiān)測與自動預警，保障了邊坡的穩(wěn)定安全。
（3）防排水
排水泵站無人值守項目對現(xiàn)有排水系統(tǒng)進行智能化升級改造，在現(xiàn)有設備基礎上，增加控制層、網(wǎng)絡層、終端傳感器裝置和視頻監(jiān)控等，實現(xiàn)坑底泵房集中監(jiān)控、無人值守和根據(jù)水量自動抽排水等功能。
（4）供配電
建立了110 kV工業(yè)場變電站無人值守系統(tǒng)，具備集中監(jiān)控、無人值守功能，以及智能開關和關鍵負荷電纜的測溫和報警功能，實現(xiàn)變電站無人化聯(lián)動監(jiān)控。
管理與決策
中煤平朔集團已建成了集ERP系統(tǒng)、EAM系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、法務系統(tǒng)、招標系統(tǒng)、采購一體化平臺、檔案管理系統(tǒng)等諸多業(yè)務系統(tǒng)組成的信息化經(jīng)營管理系統(tǒng)集群，較大程度上提升了中煤平朔集團經(jīng)營管理業(yè)務的執(zhí)行效率；建成了綜合信息集成平臺，集成井工、露天、動力、分選、化工等各板塊生產(chǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為集團職能管控、生產(chǎn)調度、經(jīng)營決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，實現(xiàn)集團對各所屬單位現(xiàn)場信息的全面掌控；建成了可視化系統(tǒng)，應用大數(shù)據(jù)技術，建設了可視化管理系統(tǒng)，集成ERP、EAM、法律系統(tǒng)、電商平臺、招標系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對物資采購、工程管理、外委維修等主要業(yè)務全流程的管理和監(jiān)督考核，提升管理效率。
智能化園區(qū)
東露天煤礦建立了地面智能指揮中心（圖2），集成智能化指揮、調度、管控、辦公、培訓、展示等功能，實現(xiàn)了對露天煤礦作業(yè)現(xiàn)場各系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調管控。
圖2 東露天煤礦地面智能指揮中心
智能化選煤廠
東露天煤礦建設了選煤廠自動控制系統(tǒng)、選煤廠自動裝車系統(tǒng)、選煤廠生產(chǎn)執(zhí)行（MES）管理系統(tǒng)和選煤廠重要區(qū)域無人值守機器人巡檢，使選煤廠主要流程設備實現(xiàn)了遠程集中聯(lián)鎖控制，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的計質計量和安全監(jiān)控系統(tǒng)齊全有效，主要選煤工藝參數(shù)監(jiān)控設施齊全，提升了選煤廠智能化水平。
03中煤平朔集團智能化煤礦建設亮點
構建平朔礦區(qū)三維地質地理信息系統(tǒng)
中煤平朔集團建礦30多年來積累了大量的空間數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)及地測專題數(shù)據(jù)，并且隨著特大型無人機航測體系在中煤平朔集團露天煤礦采剝工程驗收工作中的成功應用，空間數(shù)據(jù)的獲取方式變得更加準確便捷。通過采用全球定位、遙感、地理信息系統(tǒng)、云計算、現(xiàn)代通信、無人機遙測等新技術，對平朔礦區(qū)多時期不同時段的航拍影像圖、交換圖、點云數(shù)據(jù)以及各種專題圖等空間數(shù)據(jù)進行整合入庫。依托三維地質地理信息及相關信息數(shù)據(jù)庫，建立了各礦區(qū)、各部門、各專業(yè)的礦山地理信息系統(tǒng)平臺，通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的方式實現(xiàn)中煤平朔集團、各部門、各礦對地理信息、空間定位和分析，為礦區(qū)的安全、生產(chǎn)、監(jiān)控、管理等提供了輔助決策支持，提升了全礦區(qū)的生產(chǎn)精細化管理水平和應急響應能力的準確性等。
構建基于 5G 通信網(wǎng)絡的信息監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)
5G通信網(wǎng)絡采取獨立組網(wǎng)（SA），在數(shù)據(jù)中心機房部署了本地5G核心網(wǎng)?；?/span>5G通信網(wǎng)絡的大容量傳輸和低時延，主要覆蓋區(qū)域為東露天采礦區(qū)涉及無人駕駛的區(qū)域，通過部署5G基站實現(xiàn)了礦區(qū)無線覆蓋。數(shù)據(jù)模塊嵌入車輛控制終端，作為業(yè)務數(shù)據(jù)接入點，應用層承載客戶自有業(yè)務。
通過礦區(qū)范圍的高清攝像頭可進行智能識別與預警，將主要采礦設備、輔助設備的故障診斷信息、卡車輪胎信息、原煤運輸系統(tǒng)信息通過5G通信網(wǎng)絡上傳到設備管理系統(tǒng)，大幅提高了設備可用率，降低了維修成本。在地理信息系統(tǒng)的基礎上對基于5G通信技術的卡車調度系統(tǒng)進行升級，實現(xiàn)了高精度鉆孔，減少了驗孔等環(huán)節(jié)。根據(jù)電鏟位置對應的煤質，實時配煤，接入卡車稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提高卡車裝車質量。將卡車加油數(shù)據(jù)實時傳入卡車調度系統(tǒng)，結合卡車運行狀態(tài)，實時分析卡車燃油消耗情況，建立基于單臺設備的燃油管理系統(tǒng)。
礦用卡車無人駕駛
礦用無人駕駛技術改造項目對7臺礦用卡車、1臺電鏟以及13臺輔助設備進行了無人化改造。通過開發(fā)與無人駕駛卡車配套的無人運輸作業(yè)智能調度平臺、多種設備協(xié)同作業(yè)管理系統(tǒng)、V2X礦區(qū)通信網(wǎng)絡系統(tǒng)和高精地圖采集、更新、管理系統(tǒng)，同時利用露天煤礦的高精度組合導航定位技術、多種傳感器技術融合技術等，并結合人工智能算法，實現(xiàn)了礦用卡車無人駕駛編組運行。東露天煤礦無人駕駛卡車如圖3所示。目前，東露天煤礦已完成1臺套無人駕駛卡車-電鏟-輔助設備協(xié)同編組運行及遠程接管系統(tǒng)調試，成為國內真實作業(yè)場景下具備常態(tài)化編組運行能力的示范項目。
圖3 東露天煤礦無人駕駛卡車
鉆機遠程無人值守
大型露天煤礦鉆機無人值守系統(tǒng)由鉆機電控系統(tǒng)、車載智能控制、遙控和遠程控制3個部分組成。根據(jù)東露天礦現(xiàn)場鉆機性能，選取了1臺阿特拉斯CDM75E鉆機進行無人化改造。通過運用鉆機智能控制技術、環(huán)境感知技術、高精度定位技術、高性能無線通信技術、視頻監(jiān)控技術、車載信息采集技術等，結合人工智能算法，實現(xiàn)了鉆機在無人值守的情況下能夠進行水平找正、自動布孔、無人駕駛鉆孔作業(yè)、鉆孔自動檢測和遠程控制鉆機功能。東露天煤礦無人值守鉆機現(xiàn)場及其遠程集控操作臺分別，如圖4、圖5所示。
圖4 東露天煤礦無人值守鉆機現(xiàn)場
圖5 東露天煤礦無人值守鉆機遠程集控操作臺
目前，鉆機無人值守系統(tǒng)已完成改造，正在測試遠程遙控鉆孔作業(yè)、優(yōu)化鉆機無人值守遠程操作平臺和研發(fā)護孔設備，實現(xiàn)了國內首臺鉆機遠程遙控鉆孔、自動護孔作業(yè)。
04中煤平朔集團智能化煤礦建設成果
2021年，中煤平朔集團東露天煤礦通過智能化建設，更加豐富完善了礦山智能化建設內容，顯著提升了礦山智能化建設科技水平。目前，東露天煤礦已完成5G基礎網(wǎng)絡建設，覆蓋卡車無人駕駛、鉆機無人值守區(qū)域，滿足實時性、可靠性的要求；完成了數(shù)據(jù)中心建設，實現(xiàn)了礦區(qū)計算資源、存儲資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運維；完成了智能綜合管控平臺建設，并接入智能卡車調度系統(tǒng)、卡車無人駕駛系統(tǒng)、鉆機無人值守系統(tǒng)、爆破遠程監(jiān)控及危險預警系統(tǒng)、大型生產(chǎn)設備安全預警系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、原煤運輸集中控制系統(tǒng)、智能選煤廠系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、排土場及邊坡安全監(jiān)測預警系統(tǒng)、排水泵站無人值守及變電站無人值守等17個子系統(tǒng)，全面提升了礦山安全生產(chǎn)與管理水平，實現(xiàn)了監(jiān)控、生產(chǎn)、維護、安全等多環(huán)節(jié)的少人化或無人化，實現(xiàn)了安全可靠化、管理高效化、生產(chǎn)綠色化、成本最小化、效益最大化及人文和諧化。在核心技術國產(chǎn)化、5G通信技術應用等方面有力地打造了核心競爭力。
另外，中煤平朔集團于2021年初受山西省政府和工業(yè)和信息化廳委托，牽頭編制完成了國內首個《智能化露天煤礦建設規(guī)范》，該規(guī)范具有行業(yè)先進性、適用性和可操作性，不僅可用于規(guī)范和指導山西省露天煤礦的智能化建設，同時為全國露天煤礦的智能化建設提供了依據(jù)，對加快煤炭產(chǎn)業(yè)轉型升級和推進能源革命具有重要意義。
來源：智能礦山雜志
