新元公司5G+智能化矿井建设_王海钢_.pdf

Specials 特稿Report 报道一、公司简介山西新元煤炭有限责任公司（简称“新元公司”）成立于2003年，属煤与瓦斯突出矿井，矿井主要采用斜井开拓方式和倾斜长壁式、走向长壁式综合机械化采煤和无轨胶轮车辅助运输。长期以来，新元公司始终坚持创新驱动发展战略，不断引进新技术、新装备，持续推进煤矿智能化改造和以综采智能化开采技术为核心的矿井机械化、信息化、自动化和智能化建设，加快矿井安全、绿色、智能发展。特别是首次将5G技术引入智能煤矿建设，全面推广煤矿智能化技术，实现了矿井生产逐步由劳动密集型向技术密集型转变。近年来，新元公司先后荣获全国煤炭工业先进集体、全煤行业安全高效特级矿井、全国企业文化建设典范企业、山西省精神文明建设文明单位、山西省功勋企业、山西省煤炭综合利用和科技创新“双十佳”矿井、山西省“五一劳动奖状”等荣誉。公司还被评为国家一级安全生产标准化矿井、山西省现代化矿井、全国首座5G+智能化示范矿井。目前，正努力打造全国5G+智能化矿井示范单位。二、主要做法新元公司从2012年开始研发应用煤矿自动化开采技术及智能控制技术，自主研发了多项自动化开采配套技术，实现了中厚煤层煤与瓦斯突出条件下的自动化开采。同时，经过多年技术的积累与迭代升级，矿井采煤、运输、管网、排水、电网、通风、选煤等各大生产系统均实现了地面远程集中监控，部分岗位具备无人值守条件；突破了关键技术，打造了首座5G智能化煤矿，推动了煤矿智能化建设与发展，走在了行业前列；实现了机械化换人、自动化减人，在取得显著经济效益的同时，提升了企业核心竞争力，为公司长期安全稳定发展创造了条件，为煤炭行业智能化、无人化、精准化开采积累了宝贵经验。（一）夯实信息基础，为智能化建设提供网络、平台和安全保障1.全矿井SPN融合网络建设建设覆盖全矿井的SPN环网，满足井上下不同业务的传输要求，真正实现矿井网络“一张网”管控。目前，组网建设已经完成，各项原数据业务的迁移正在进行。（见图1）2、井下4G/5G融合网络建设井下实现4G无线网络全覆盖，重点区域实现5G网络覆盖，可实现基于4G VOLTE的视频高清通话功能，并可利用无线网络实现数据传输。在现有5G网络建设基础上，井下新增掘进工作面、胶带巷等区域。持续拓展5G应用场景，研究基于5G网络传输的采掘工作面远程控制、矿用物联网等技术应用。3.全矿井信息网络安全等级保护系统完成公司二级等保网络安全设备新元公司5G+智能化矿井建设创造单位：山西新元煤炭有限责任公司主 创 人：王海钢 崔志芳创 造 人：冀 杰 武宏旺 刘亮亮 夏超锋 张小强摘要在供给侧结构性改革和煤炭行业数字化转型升级的大背景下，山西新元煤炭有限责任公司深入实施创新驱动发展战略，以“安全高效、先进智能、管理科学、世界一流”为目标，引入5G、大数据、人工智能等新一代信息技术，推进以综采智能化开采技术为核心的矿井机械化、自动化、信息化和智能化建设，实现了智能化关键技术突破、矿井管理体系数字化重塑，为行业提供了具有示范引领价值的智能化矿井建设解决方案。关键词煤炭企业；5G+；智能化矿井；数字化转型34|创新世界周刊|2023.3安装调试，满足国家信息安全等级保护要求，提高了矿井工业系统信息安全防护能力，为数据中心建设及信息化发展提供可靠保证。（见图2）4.数据中心基于华为计算存储技术，完成了公司数据中心建设，为公司智能化建设提供了可靠数据底座支撑。（见图3）5、综合智能管控平台目前已完成公司智能管控平台升级，正在进行各子系统的集成接入，正在开展可视化平台展示及大数据分析相关业务研发工作。（见图4）（二）持续推进通风、机电系统装备升级换代，提升矿井综合保障水平目前公司井下配电室、水泵房、小水仓，地面二级泵站、韩庄压风机房等岗位都已实现无人值守，下一步要在以下方面持续提升。1.通风在线监测系统配套的智能通风感知技术装备，实现智能通风决策及控制系统。目前正在进行设备安装调试。（见图5）2.井下供电系统升级（1）井下智能开关升级完成智能开关改造升级，将井下主配电室进线总开关更换为智能开关，实现开关小车的远程可视化操作。（2）井下供电电能质量保障系统建设井下供电电能质量保障系统。在煤仓配电室安装两台高压无功补偿装置和一套电能质量检测仪器，仰制电网闪变和谐波，提高功率因 素。（见图6）3.皮带运输集控系统升级（1）皮带运输系统无人值守在目前已实现对井下12条主运皮带远程集控的基础上，继续增加设备投入，实现井下所有顺槽、主运输系统无人值守。（见图7）（2）皮带智能检测系统安装皮带智能检测系统，实现纵撕预防、带面损伤、异物、温度、跑偏、堆煤水煤、煤流负荷等智能监测功能。图1 全矿井SPN融合网络架构图2 全矿井信息网络安全等级保护系统图3 公司数据中心图4 综合智能管控平台图5 通风在线监测系统Innovation World Weekly|354.地面供水管网智能监测系统建设地面供水管网集控系统，实现工业厂区各用水点用水量精准计量，实现自来水的科学管控，减少水的浪费。5.井下管网监测系统对井下供水、供风管路关键节点加装压力传感器，实时监测管路供水、供风情况，并提供故障分析能力。6.局扇集控系统将井下局部通风机开关升级为带有通信功能的开关，并增加局扇专供备用线路相关设备，实现公司井下所有局部通风机的远程集中监控，实时监测井下局扇运行工况，减少由于局扇故障引起的无计划停风事故处理时间。7.地面变电站无人值守完成中央风井、韩庄风井、陈家沟风井的35kV变电站改造，实现无人值守。在110kV变电站集控中心实现对三个35kV变电站的远程集 控。（见图8）8.风井场地无人值守系统建设冀家垴、陈家沟风井集控中心，实现主扇、压风机、瓦斯泵站、污水处理等系统的远程集中监控，各岗位具备无人值守条件。（见图9）9.矿井机器人应用在地面变电站，井下中央配电室、皮带巷安装巡检机器人，通过高清视频及红外成像技术代替人工进行设备巡检作业，保障无人值守岗位设备安全运行。（见图10）（三）多措并举提升矿井灾害防治水平，增强矿井安全管控能力1.人员精确定位系统建设完成KJ602煤矿人员精确定位管理系统，及时、准确掌握井下作业人员的动态情况，包括干部跟班下井情况、井下人员的分布状况和矿工入井、升井时间及运动轨迹等情 况。（见图11）2.车辆智能调度系统建设完成KJ915运输管理系统，实现井下运输车辆精确定位，实现车辆超速告警，并形成统计报表。设计红绿灯闭锁管理系统，进行交通管制以保证运行畅通。（见图12）3.煤矿灾害综合防治系统建设完成煤矿综合灾害防治系图9 风井集控中心图8 变电站远程集控图7 皮带运输监控系统图6 井下供电电能质量保障系统图10 矿井机器人巡检图12 车辆智能调度系统图11 人员精确定位系统Specials 特稿Report 报道36|创新世界周刊|2023.3图15 钻场视频监控系统升级图14 粉尘监测系统图13 煤矿灾害综合防治系统图16 地质保障系统图17 矿压监测系统统，实现安全风险分级管控、隐患排查及治理、安全风险预警、安全决策“一张图”、事故应急支持等灾害防治管理。（见图13）4.粉尘监测系统建设粉尘监测系统，通过井下关键地点安装的粉尘浓度传感器，控制碰雾设备的启停，达到智能降尘效果，保障矿工健康安全。（见图14）5.钻场视频监控完成钻场视频监控系统软件升级，井下视频监控设备增设钻场甲烷及一氧化碳传感器，实现通风钻场数据的智能感知和分析。（见图15）6.地质保障系统按照新元公司地质原始数据进行地质模型的建立，实现公司地质数据三维建模和应用。（见图16）7.矿压监测系统安装矿压、顶板位移在线监测系统，实现矿压数据的采集、分析、预警。（见图17）8.入井人员便携式智能装备为井下部分岗位及管理人员配备图18 掘进工作面视频监控手机或智能头灯等装备，利用头灯实现现场视频、语音通话，并可以实现拍照、录像功能，结合便携式设备实现环境参数采集上传，预警信息实时互联功能。9.掘进工作面视频监控为保证掘进工作面规范作业，在掘机工作面煤头安装高清摄像机，实现对掘进作业全程视频监控，并可查看录像回放，有效提升掘进工作面作业管控水平，杜绝违章指挥和违章作业，保证人员安全。（见图18）Innovation World Weekly|3710.视频AI人工智能分析预警系统利用井下高清摄像头，结合AI图像智能识别技术，实现人员不戴安全帽、挥手、摔倒等行为的自动识别，并实现皮带跑偏、异物等作业场景识别，实现井下的透明可视化管控，实现视频辅助决策和安全监管。（见 图19）（四）增强采掘作业现场智能化技术应用能力，实现采掘智能化作业常态化运行1.综采智能化2021年，公司31004、3411、31002综采工作面通过了山西省能源局验收，均达到了中级智能化水平。根据采面延伸保证综采智能化工作面的衔接，实现所有综采工作面电液控部署和数据采集，对智能化功能进行完善和突破，试验综采智能化新技术，提高中部跟机率，推进智能化系统常态化运行。在2021年完成3个智能化综采工作面的基础上，2022年完成1个智能化综采工作面建设任务。（见图20）2.掘进智能化科学规划，重点突破，形成适合新元地质瓦斯条件的快速智能掘进解决方案，打造掘进智能化示范工作面。计划增加智能化掘锚一体机、自移机尾、除尘风机、侧装机、柴油平板车等装备。在2021年完成2个智能化掘进工作面的基础上，2022年完成9个智能化掘进工作面建设任 务。（见图21）（五）解放思想，利用数智化手段实现管理体系重塑及管理流程再造1.作业流程管控平台建设了煤炭行业首个“智能作业管理平台”，重塑公司井下流程化作业传统管理模式，彻底改变验收、检修质量不高等现状，实现了工程验收、检修作业、日常巡检在线化。目前，已覆盖公司24个队组、32个业务场景。（见图22）2.物资运输管理系统融合车辆调度系统和物资供应管理系统，实现井下物资运输在线化，重塑公司井下物资运输模式，彻底改图19 视频AI人工智能分析预警系统图20 综采实现智能化图21 掘进实现智能化Specials 特稿Report 报道38|创新世界周刊|2023.3变传统队组领料、库存积压、运料工作方式，提升辅助运输效率。目前已经根据物料运输系统、经营管理系统的要求进行定制开发，计划7月份完成。3.机电设备管理系统实现机电设备入库、出库、移交、回收和维修操作全流程线上管控，简化审批流程，降低沟通时间成本，提高工作效率，减少闲置设备数量，重塑矿井粗放式的设备管理工作模式。4.矿井设备状态智能健康管理与诊断系统对矿井关键设备安装振动、温度监测设备，实现设备运行状态实时监测分析，提前进行设备预防性维保，保障设备安全可靠运行。（见图23）5.智能综合办公管理平台拓展OA智能办公系统应用，实现考勤、人事、工资、工分、奖惩、请销假、下井记录、出车申请、劳保发放、日常报表审批等全部在线操作，让OA系统统摄整个矿井日常管理业务。下一步探索安防监控、人员识别、楼宇能耗监控、车辆管控等智慧园区功能。同时，根据人员定位轨迹，职工上下井时给家属发送平安短信；职工三违信息给本人及家属发送短信。以此重塑公司办公管理模式，彻底改变传统的纸质化办公工作方式，全面提升办公效率，让干部职工充分享受“智慧生活”的便利。6.排矸磅房无人值守系统基于物联网技术，结合车辆识别、电子围栏等技术，建设完成排矸磅房无人值守系统，实现排矸车辆自动称重，自动放行，杜绝司磅员与司机作弊操作，提高过磅效率，已减少值班人员4人。（见图24）（六）科学规划，实现选煤厂各系统智能化升级提档按照国家智能化评定办法要求，建设无线网络系统、调度指挥中心、视频监控系统、智能管理系统、3D可视化系统、智能密控系统、设备在线图22 作业流程管控平台图24 排矸磅房无人值守系统图23 矿井设备状态智能健康管理与诊断系统Innovation World Weekly|39检测系统等，逐步完成选煤厂智能化升级改造，达到行业高级水平。三、取得成效（一）岗位结构优化1.新元公司目前已累计实施智能化综采工作面12个。由于液压支架自动跟机作业的推广应用，支架作业人员由原先每班至少56人减少至2人；由于综采工作面超前支架的应用，以及超前支护工艺的改进，原先端头支护作业需要6人作业，目前只需要3人进行。2.井下皮带岗位工、配电室及排水点、地面压风机等岗位实现无人值守。皮带司机、电工、排水工由专职变为岗位巡查并兼职标化工作，通过监测监控装备，最大限度减少作业人员数量。（1）机电队原有在册人数142人，现在册人数100人，减少42人。（2）皮带队原有在册人数322人，现在册人数193人，减少129人。（3）韩庄压风机、二级泵站实现无人值守、有人巡检自动运行，已减少操作岗位2个。（二）效率提升31004综采工作面通过使用网络型电液控制系统，实现了网络远程操作，作业时间由原来的4个小时缩短至半小时，效率提升了8倍。同时，简洁的系统使得工作面电液控检修时间平均缩短20%，安装拆除时间由原来的5天时间缩短至2天，从而提升了系统运行效率。通过覆盖5G网络，技术人员可以与现场工人手机视频通话，远程指导现场故障处理，故障处理效率提升了8倍。通过应用智能化掘锚一体机、自移机尾、除尘风机等新装备，提高了掘进效率，降低了劳动强度。预计配件费用可降低8.33%，临时支护效率提升33.3%，皮带自移机尾操作时间可节约41.67%，人工功效提升8.23%。（三）安全效益通过平台建设，实现各类系统数据的集中展示、安全生产风险的预判和预警、突发事件的应急联动与指挥,可快速获取各类数据信息，为安全事件的应急处置赢得时间，提升矿井安全可靠性。（四）管理效益实现了资源配置、流程优化、盈亏透明、成本控制和效率提升，进而促进了产业结构优化升级，提高了公司治理和管控能力，推动了公司进一步加快智能化运营、数字化转型。（五）社会效益在当前“机械化换人、自动化减人”的大趋势下，公司通过智能装备建设与智能管控平台建设，改变了传统的开采模式与管理模式，降低了煤矿工人的劳动强度，改变了对煤矿从业人员的认识。四、第三方评价新元公司高度重视智能化矿井建设得到了各级领导、各相关部门的肯定，受到了新华社、中央电视台、彭博社、美国华尔街日报等的关注和报道。2020年6月12日，新华社在公司开展了全球首次煤矿井下534米5G网络直播。2020年6月17日，国家应急部副部长、煤监总局局长黄玉治调研新元公司5G+智慧矿山建设。2020年6月18日，5G智慧矿山联盟成立，山西省省长林武宣布，我国首座5G煤矿在阳煤集团新元公司正式落成。2020年9月20日，新元公司煤矿井下5G专网项目获得工信部第三届“绽放杯”全国一等奖。2020年8月4日，中央电视台新闻联播头条报道新元公司智能化建设。2020年12月1日，工信部无线电管理局局长谢远生到新元公司现场调研。2020年12月7日，华为公司主要创始人兼总裁任正非一行调研5G智能化矿山建设。2021年5月27日国家工信部在公司召开了全国“5G+工业互联网”采矿行业实地调研会。2021年9月1日，新元煤矿5G智慧矿山项目获得2021世界5G大会一等奖。2022年2月1日，山西日报刊发的持续推动产业结构优化升级 不断提升能源保障能力一文中，新元公司董事长、总经理王海钢谈了对智能化矿井建设的思路和看法。2022年3月13日，华尔街日报以中国民Specials 特稿Report 报道40|创新世界周刊|2023.3营5G网络处于工业场景领先水平为题，报道了新元公司的5G网络建设。2022年5月6日，新华网以全国首座5G煤矿智能化应用再升级为题，报道了新元公司作业流程管控平台建设。2022年5月19日，中国新闻网以山西携手华为给智能煤矿再添新技能为题，报道了新元公司作业流程管控平台建设。2022年5月14日，中国煤炭报以开通报平安短信服务为题报道了新元公司OA办公平台给职工发平安短信服务的场景应用。2022年5月19日，中国煤炭报以潞安化工集团新元公司联合华为公司开发完成首个煤矿智能作业管理平台上线为题报道了新元公司作业流程管控平台建设。2022年7月20日，山 西 电 视 台新闻联播报道了潞安化工集团新元煤矿如何用5G赋能煤炭生产，以优质产能书写能源保供的山西答卷。五、思考与分析（一）智能化煤矿建设标准缺乏目前，煤矿智能化相关标准非常缺乏。据统计，截至2019年底，中国煤炭工业协会管理的现行国家标准303项，协助主管部门归口管理的现行行业标准1490项。近年来发布的煤矿智能化领域国家标准有3项、行业标准4项，在研的相关标准计划18项。智能化相关团体标准和企业标准也严重缺乏。另外，智能化煤矿建设的标准体系不够全面，也未把各种感知数据的采集进行规范，对开采模式分类指标量化评价和智能化煤矿评价还未达到结合软件化测评的要求。（二）复合型技术人才匮乏智能化技术的推广使用，增加了大量传感器及控制设备，增加了队组日常维护量，由于专业维护人员不足无法保证所有设备都得到有效维护。另外，由于维护人员的专业技术水平较低，人员普遍文化水平低，人才流失严重，厂家来矿技术培训、交流、对接工作少，智能化相关专业技术力量明显不足，现场维保质量跟不上。煤矿智能化发展必将颠覆煤炭行业传统的就业格局。在提高生产效率的同时，所提供的工作岗位远比目前要少。煤矿一线更加迫切需要具备煤炭开采、信息技术、软件管理、人工智能等相关知识的复合型技术人才，迫切需要一支技术过硬、富有创新精神的技能型队伍。（三）关键核心技术严重不足煤矿智能化不是将几项先进技术的简单组合应用，而是新一代信息技术和煤炭开发利用的有机融合，是智能技术装备、应用软件、网络技术、标准、管理技术等多种要素的集成，更是一种网络化、平台化的开放合作生态。当前，智能化基础研究薄弱，行业研发投入相对较低，关键核心技术储备不足，试验验证、计量标准、检验检测、信息服务等技术服务体系不完善。5G、云计算、大数据为代表的新技术真正引入煤矿智能化发展还需要很长的路要走，也面临着很多的困难。目前5G技术在煤矿井下的应用研究都是“摸着石头过河”，缺乏规范指导。5G工业应用研发投入大、涉及领域广，单靠煤炭企业自身的力量很难有大的突破。六、下步建设方向下一步，新元公司将继续强化煤矿安全基础建设，大力实施科技创新驱动战略，不断推进煤矿“两化”融合，坚持走好“安全绿色智能化开采、清洁高效低碳化利用”之路。重点是以5G网络示范应用为数据传输通道，以综合自动化建设平台为基础，利用物联网、大数据、云计算、移动互联等先进技术手段，建设智能化管控平台，力争打造全国领先的智能化矿井。（一）强化标准引领，提升煤矿智能化基础能力最前沿的通信、网络技术等研发投入大，涉及领域广，应遵循“深化试点、总结经验、制定标准、形成体系”的原则进行实施。特别是政府、行业、企业要同时发力，成立更广泛的技术应用联盟，互有重点、互通有无、互相借鉴，共同推动智能化发展。积极联合中煤协会、科研院所等，充分考虑系统的庞杂性、适用性和融合性，在合理分类基础上，归纳出逻辑清晰的标准体系和需要先行制定的门类及具体项目，研究制定煤矿智能化建设相关技术标准。（二）重点攻关关键技术，继续引领煤矿5G技术的应用发展联合各种技术力量重点突破煤矿智能化技术瓶颈，包括透明开采地质技术，井下5G频段、组网、功率等限制的研究，辅助运输系统连续化和无人化技术，智能一体化掘、支、锚、运等技术。对现有5G网络进行拓展延伸，拓展5G技术在智能化综采、掘进工作面以及在配电室、运输巷等场景的应用研究。和中国移动、华为深入合作，开展视频识别技术应用研究以及井下物联网应用探索工作。（三）加强顶层设计，统筹推进全矿井智能化建设按照国家和山西省智能化矿井建设标准，有计划地推进公司各系统智能化建设项目。重点在风井场地、地面变电站、头灯房、带式输送机等岗位无人值守系统建设，综采、掘进工作面智能化建设，井下管网、供电系统集控延伸以及大动力设备智能监测等方面下大功夫、出高效益，争取提前完成全矿井智能化建设目标，建成全国智能化示范矿井。编辑/温碧琳统筹/苏晓Innovation World Weekly|41