智能示范矿井 | 山东能源伊犁一矿矿长魏文辉：单面千万吨“极简”智能矿山建设成果

山东能源集团兖矿新疆能化有限公司伊犁一矿（简称伊犁一矿）地处我国新疆伊犁哈萨克自治州天山南簏，毗邻国境线，属于多民族聚集区。作为西部大开发第一批入疆企业，伊犁一矿是西气东输源头上的伊犁新天煤化工有限责任公司重点保供单位，同时还担负着当地民生保供的双重压力；把当地优质煤炭资源做到产能的最大释放是伊犁一矿发展的重要目标。

伊犁一矿作为山东能源集团在新疆的唯一一座智能化引领型示范矿井，经过2年多的发展，目前全矿在册职工400余人，装备了一个综放工作面，年产量超过1000万t。伊犁一矿探索出一条以大数据中心为基础、智能化工作面为特色、智能大机电运输系统为支撑的建设模式，全力打造了“用人极少、系统极简、效率极高”的“极简”矿山发展之路。

文章来源：《智能矿山》2023年第12期“智能示范矿井”专栏

作者简介：魏文辉，高级工程师，从事煤矿安全生产及智能矿山建设研究，现任山东能源集团兖矿新疆能化有限公司伊犁一矿矿长

作者单位：山东能源集团兖矿新疆能化有限公司伊犁一矿

引用格式：魏文辉，周忠广，周广宇，等.伊犁一矿单面千万吨“极简”智能矿山 建设成果[J].智能矿山，2023，4（12）：35-42.

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伊犁一矿集合30个子系统，构建了高度网络化、信息化的安全生产综合管控平台（图1）。该平台子系统包括矿井安全监控系统、矿压观测系统、视频监控系统等，各子系统之间实现了相互融合。矿井安全监控系统通过实时的数据采集和分析，能够及时发现潜在的安全风险，实现矿井安全生产。

图1　安全生产综合管控平台

伊犁一矿将计算、存储和网络功能融为一体，通过虚拟主机实现各自动化子系统的高效协同，利用这一原理建设超融合云平台。这种集成架构可消除传统数据中心中服务器大量罗列的问题，可大幅节省空间和资源；允许不同子系统在云服务器上独立运行，可实现高度的灵活性和可扩展性。为实现高效的数据传输，伊犁一矿采用万兆工业环网作为数据传输通道。这一高速网络的运用可确保数据的即时传递，为各个子系统的实时协同提供支持。与此同时，自动化建设作为平台的基础，使各个子系统能够在云服务器中自主运行，降低对人工操作的依赖。微模块数据中心如图2所示。

图2　微模块数据中心

伊犁一矿新建1503E综放工作面，走向长度4000m，倾斜长度303m，平均煤厚20m，可采储量2400万t。伊犁一矿按照“无人则安、技高固安”的原则，选用山东能源集团兖矿东华重工有限公司经营的成套“三机”装备（图3），践行安全智能少人化开采模式；创新记忆截割技术，进行智能化运算，形成记忆截割模板，根据现场实际情况不断修正误差，自动进行仰俯采；运用高清云平台摄像仪技术，实时追踪采煤机滚筒、识别煤层与液压支架；依托全景拼接技术，视频成像自动完成全景拼接，实时推送到集控中心，实现采煤远程干预调整；采用支架跟机自动化技术，实时获取采煤机位置信息；研究支架姿态控制技术，通过压力、行程、倾角等智能传感器，实现液压支架自动跟机作业；首创煤流预警控制技术，根据生产要求和负荷情况及时调整生产能力。

图3　千万吨智能化采煤“三机”装备

（1）智能原煤运输系统

伊犁一矿坚持原煤运输系统“重装大型、智能高端、无人值守、智能巡检”的原则，采用高压变频控制技术，装备变频控制+永磁电机驱动设备；运输系统简单、高效，采用1部巷道输送带、1部主运输送带就能到达地面，所有输送带在地面集中控制，开发适合伊犁一矿模式，且基于前级输送带煤量监测的智能化调速控制系统，具有推广应用价值；安装云台摄像仪，具备自动变焦和自动角度调整功能；输送带控制系统配套手机APP客户端，可随时随地了解系统运行状况；应用AI智能识别系统，可实现输送带空载、跑偏、大块煤、堆煤、人员违规穿越输送带、输送带坐人、异物识别等报警功能，通过设定预警值对设备的健康管理进行评估分析，启动不同级别的报警信号，实现原煤运输系统的智能决策、柔性控制（图4）。

图4　基于AI技术调速的原煤运输系统

（2）泵房智能排水系统

伊犁一矿配套泵房三维智能排水系统（图5），实现泵房无人值守和远程集控。该系统具备排水管网分析诊断与预警功能，可实现对排水系统管网进行在线诊断监测，并能与现有泵房控制系统联动；安装AI云台摄像仪，实现泵房控制视频联动功能；具备水量、水压、水质监测与调节功能；根据水仓水位、涌水量、峰谷平等条件，实现水泵自动启停、自动轮换、自动切换排水管路；具备与水文监测系统联动预警与控制功能。

图5　泵房三维智能排水系统

（3）智能压风系统

伊犁一矿智能压风系统（图6）与制氮系统联合布置，具备联锁控制、负荷自动调节、故障自动切换等功能；具备压风机自动轮换运行功能，可根据风压来确定开启风机的数量，根据运行时间合理开停压风机；可实现风量、压力、温度等工况数据的在线监测、远程实时传输和可视化监控功能；可实现工况数据采集、分析与预警故障诊断信息推送；配备供风管网监控系统，实现井下风压、风量与控制系统联动；具备自动轮换开停、故障自动倒机、定时自动倒机和一键倒机功能；也具备检修、手动、自动的控制方式，以及就地和远程互为闭锁的控制模式；能够实时直观地显示压风机的系统模拟图、压风机房视频监控、能耗分析和计算、压风余热自动回收。

图6　智能压风系统

（4）智能通风系统

伊犁一矿智能通风系统（图7）装备2台AN-2968/1400型矿用轴流式通风机，1台工作，1台备用。每台通风机配1台高压变频异步电动机，单机功率1250kW，电压10kV、转速990r/min；采用进口高压变频控制技术调节风机风量；能同时实现自动、手动、授权遥控3种控制方式，防爆盖配备一套自动锁紧装置，能配合一键启停、一键倒机和一键反风功能使用；配备智能在线监测装置，具有在线监测与故障诊断功能。

图7　主通风机房智能通风系统

（5）智能供电系统

智能供电系统采用双回路供电，两回路均为JL/G1A−240/30型钢芯铝绞线分列运行。地面建设110/10kV变电所，全户内布置形式，110kV主接线采用双母线接线方式，装备2台SFZ10−40000/110型双绕组有载调压变压器，主变容量为40000kV·A；110kV开关选用GIS组合电器，无功补偿采用SVG+FC型无功装置。供电系统升级改造后将电力集中监控、分布式防越级保护、视频监控、智能巡检、无线测温、红外热成像、局放监测等系统结合，实现配电设备运行状态、配电站室安防及运行环境综合智能监测；通过平台对巡检数据对比和趋势分析，及时发现电力设备运行情况和环境中存在的安全隐患及故障先兆，提高煤矿变电所运维自动化和智能化水平。智能化无人值守变电所如图8所示。

图8　智能化无人值守变电所

伊犁一矿智能辅助运输综合管控平台（简称智能辅助运输平台），负责调度、监控所有运输车辆。智能辅助运输平台如图9所示。

图9　智能辅助运输平台

伊犁一矿井下全部采用KJ650型矿用无轨胶轮车运输方式，车辆安装车载终端，车辆配备KTW231型矿用本安型对讲设备，利用井下全覆盖的WiFi无线网络，实现调度站和车载通信设备之间的实时通信。驾驶室内装备高清车载摄像头，实现驾驶员实时监测，防止疲劳驾驶。

智能辅助运输平台和矿井人员精确定位系统相融合，使用UWB精准定位基站对井下车辆位置信息实时监测，静态定位精度为0.3m；可实现矿井车辆自动调度管控，编辑了井下红绿灯逻辑，司机可根据井下红绿灯交通信号指引，实现安全驾驶；具备安全预警及数据记录功能，车辆超速、闯红灯、超时停车等都会弹窗提示；主要运输沿线装备有车辆失速保护系统，取消井下调度站及换装点，人员及物料从地面可直达工作地点。

智能辅助运输平台实现车辆各类数据实时监控上传，司机及地面调度员可实时关注车辆运行状态。在缓坡斜井口建设辅助运输专职调度站，调度站大屏幕可以实时显示车辆的位置、数量、分布情况和运行轨迹。

智能辅助运输平台的运输系统简单，运输线路完善、运输效率高；遵循提前申请、统一安排、合理调度的原则，将物资信息、车辆信息、驾驶员信息关联在一起，使用车流程信息化、智能化，提升运输效率，降低运输成本。

伊犁一矿建设了智能矿山指挥中心IMCC（图10），装备MT-1-C2型“智能指挥官”操作系统，集智能显示+智能互动+可视化显控+分布式控制系统于一体，通过智能硬件与座席的深度融合，全面整合、管理集控中心各子系统，可实现超高清画面传输、超低传输延时及无损压缩的功能，可有效解决人机一体化交互困难、多系统互动操作复杂的难题。IMCC作为智能矿山的大脑中枢，集声音、视频、监控、感知、集成为一体，可实现数据采集、生产调度、决策指挥的信息化和科学化，完成所有信息的实时自动化采集、高速网络化传输、规范化集成、三维可视化仿真、自动化运行和智能化决策，具有自我分析和决策能力，人员、设备、材料、环境、管理处在高度协调的统一体中运行，实现矿井生产管理过程的可视化、自动化、智能化、少人化，将管理重心由劳动密集型转变为技术密集型。

图10　智能矿山指挥中心

伊犁一矿1503E工作面以智能化控制系统为核心，集成采煤机控制系统、支架电液控制系统、联络通信系统、输送机控制系统、泵站自动控制系统、供电自动化系统、SAM自动化远程集控系统（图11），推进工作面智能化建设。依据工作面顶板压力、倾角、液压支架姿态、采煤机运行状态等信息，将整个生产过程划分为不同的阶段，确定合适的割煤工艺，自动决策并控制液压支架中部跟机、端头清浮煤、转载机自动推进等动作，液压支架跟机自动化工艺能够有效保证工作面生产的衔接性，实现安全高效生产。超前自动跟机移架、采煤机记忆割煤、刮板输送机轻载+过流双重煤量预警、三角煤快速截割及时间+空间+行程三重自动化放顶煤关键技术突破，并可实现常态化运行，支架自动化使用率及采煤机记忆截割率已达到90%以上，同时工作面装备5G通信系统及惯性导航系统。

图11 SAM自动化远程集控系统

伊犁一矿多岗位实现了无人值守、数据自动采集、监控操作等。伊犁一矿联合科研单位，建设了关键设备在线管理系统，为矿井主运输送带、储装运输送带、主排水泵、主通风机、空压机等关键设备全面定制开发DHMS设备安全运行与可靠性管理系统，可实现24h连续监测设备运行状态、智能报警异常设备、远程专家即时分析诊断等功能；可实现关键设备的远程在线监护、智能服务，最终完成设备的预防性检修维护。

经济效益

伊犁一矿自全面推进智能化建设以来，共累计减少60名岗位工人：工作面支架工6人、刮板输送机司机3人、工作面采煤机司机3人、110kV变电站6人、主煤流运输系统30人、主通风机房配电室3人、5煤采区变电所3人、压风制氮机房3人、950泵房配电所3人，按人均20万元/a，每年可直接减少人工费用1200万元。

提安增效

（1）产能释放、工效提升

伊犁一矿建成5G+可视化远程控制的智能化综放工作面，实现自动跟机移架、采煤机记忆截割、自动割三角煤、自动化放煤常态化应用；单班最高突破1.96万t，日产最高4.02万t，月产最高97.67万t，单班由12人减为7人，原煤生产工效每天178t/工。

（2）智能终端、提质增安

伊犁一矿建成UWB精准定位+智能终端的辅助运输系统，按需供风+分析决策的通防系统，数据共享+模型展示的地质保障系统，提升矿井安全水平。

（3）无人值守、减人提效

伊犁一矿搭建新疆地区煤炭行业第一座现代化模块数据机房，集成矿井安全监控、视频监控等30个子系统，通风、供电、排水等固定岗位实现无人值守、实时监测和远程控制。

伊犁一矿作为新疆地区首座千万吨地下矿井，实现了煤矿建设模式向装备智能化、组织集约型、施工高效率、生产高效益、劳动低强度、安全保障有力的方向转变。伊犁一矿“极简”智能矿山建设，达到了“机械化换人、自动化减人、智能化少人”的目的，实现了安全高效、减人提效、降低劳动强度、改善职工工作环境的目标。“极简”智能化矿山建设成果为智能化开采积累了宝贵的经验，造福煤矿，惠及边疆。