彬县煤炭有限责任公司蒋家河煤矿（简称蒋家河煤矿）是一家现代化煤矿企业。按照《陕西省煤矿智能化建设指南（试行）》，蒋家河煤矿智能化建设于2023年8月通过陕西省能源局组织的B类智能化矿井验收。彬县煤炭有限责任公司（简称彬煤公司）按照高端化、标杆化、智能化的发展定位，与中煤科工集团上海研究院有限公司（简称上海煤科）合作，建设了蒋家河煤矿5G智能矿山项目（简称5G智能矿山项目），该项目入选中国煤炭工业协会发布的“2023年煤炭行业标杆案例”。2020年8月，彬煤公司成立智能化矿井建设工作领导小组，制定了智能矿山中长期建设规划，以建设蒋家河煤矿的5G智慧矿山项目为试点，擘画了“十四五”末建成全国一流安全高效绿色智慧能源企业的新蓝图。
在建设5G智慧矿山项目的过程中，蒋家河煤矿对5G网络建设、智能化设备、数据采集与处理、经营管理等方面进行了全面升级，实现了智能化生产和管理，取得了显著的经济、社会和环境效益。
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：李万仕，高级工程师，现任彬县煤炭有限责任公司蒋家河煤矿矿长
作者单位：彬县煤炭有限责任公司蒋家河煤矿
引用格式：李万仕，李国平，王蒙.蒋家河煤矿5G智慧矿山设探索与实践[J].智能矿山，2023，4（12）：30-34.
蒋家河煤矿5G智慧矿山是按照上海煤科“1116”总体规划建设的，即1个智能管控平台、1张5G融合网络、1片大数据“彬煤云”和6个应用子中心。
蒋家河煤矿将矿井各类设备智能控制系统进行融合，形成统一的智能管控平台。该平台是基于统一的I/O数据采集服务来设计与实现的，建立统一的系统接口标准，部署数据冗余采集平台，实现各子系统数据的实时采集，并将采集的数据实时存入历史数据库。该平台提供了二次开发工具，可通过简单编程实现对非标准设备系统、语音设备系统和流媒体视频监控等设备系统的标准集成，具有数据冗余采集和容错机制。
智能管控平台完成了对煤矿主要生产环节（采、掘、机、运、通等）、井下环境安全、人员位置等信息的实时综合集成，并基于三维矿井进行可视化展示、融合联动、跨系统协同控制。该平台围绕设备监测实时化、控制自动化、管理信息化、决策智能化、业务流转规范化的目标，建设了矿井生产、安全保障、经营分析等服务场景。智能管控平台界面如图1所示。
图1 智能管控平台界面
蒋家河煤矿按照先进、经济、合理、统一、抗灾性等原则建成了5G万兆环网，实现井下5G通信、视频监控、数据传输的统一调度和管理，具有高速率、延时低的特点。
5G万兆环网主干设备由2台地面核心交换机和5台井下IPRAN交换机组成，每台井下IPRAN交换机占用独立的2芯光缆与地面的核心交换机进行连接，形成独立环网，主干网络传输速率10000Mbit/s。
蒋家河煤矿利用超融合设备组成私有云平台“彬煤云”。该平台采用云-边-端架构，提供一站式大数据集成开发环境，支持ERP、MES、OA等业务数据的接入和同步；具备百万级别的并发任务调度能力，也具备实例在线管理、实例集群功能；具有结构化和非结构化数据存储能力，且存储容量可实时弹性扩展，满足存储要求。
蒋家河煤矿5G智慧矿山建设以调度指挥中心、安全管控中心、综合集控中心、预警管控中心、经营管理中心、VR培训中心6个应用子中心为核心建设内容，建设过程中引入了大数据、云计算、人工智能、5G等技术。
（1）调度指挥中心
调度指挥中心集生产调度、指挥管理、监控预警等多功能于一体，充分利用物联网、移动互联网等新一代信息技术，将矿井各系统信息进行横向整合，形成矿山数字指挥驾驶舱，管理人员可在统一软件平台查看人员位置、井下视频监控、安全隐患管理、超限预警等信息，进一步提升矿井生产调度、应急救援、决策指挥的能力；其中，生产计划及调度管理系统整合蒋家河煤矿人员信息、带班值班计划、领导下派任务等相关数据。
（2）安全管控中心
安全管控中心是集井下各类环境感知、地质保障数据为一体的安全保障中心。该中心将视频监控系统、安全监控系统、人员精确定位系统、应急广播系统、冲击地压监测预警系统等15个子系统汇集到统一平台上，方便调度指挥人员对井下各类环境数据进行实时监测，发现问题及时处理。安全管控中心界面如图2所示。
图2 安全管控中心界面
（3）综合集控中心
综合集控中心采用远程智能控制技术，对矿井生产过程中主提升、主运输、主排水、主通风等各大系统设备进行改造，实现调度中心远程控制。智能工作面引入LASC惯导技术，通过液压支架电液控制系统、采煤机记忆截割、工作面集控系统实现工作面设备一键启停、远程监控等功能，达到以自动开采为主、远程干预为辅的高效工作模式，以及减员增效的目的。
（4）预警管控中心
预警管控中心通过机器学习、大数据分析等技术，基于机理模型，对采煤机运行数据进行算法处理和分析，根据设备运行规律或数据变化趋势，在设备真正发生故障之前，及时发现设备的异常状况并进行相关信息的预警推送，大幅降低了事故的发生率。
（5）经营管理中心
经营管理中心将矿井生产、经营管理融为一体，集成了绩效管理、企业微信等功能，全面打通各系统之间的数据壁垒，为生产、经营提供决策支持，大幅提升经营管理水平。
（6）VR培训中心
蒋家河煤矿利用虚拟现实VR技术，打造新一代的煤矿安全培训体系，通过模拟在线井下真实作业环境，营造身临其境的感受，提升培训的趣味性与沉浸感，有效提升学员设备操作维护的技能。
蒋家河煤矿完成综采、掘进、提升、运输、排水、通风6个系统的智能化改造任务，同时建成5G+智能巡检机器人、智能洗选等项目，实现煤矿开采的远程控制、一键启停、记忆切割，建设本质安全、管理卓越、效益最佳、和谐幸福的一流煤炭企业，推动企业向安全、高效、绿色、智能化转型。笔者将重点介绍智能掘进系统、智能综采系统、5G+智能巡检机器人这3个项目。
基于智能悬臂式掘进机的智能综掘系统配套有机载临时支护、带式转载机、迈步式自移机尾、除尘风机和集控中心；以智能化掘进机为核心，集成掘进机遥控系统、自移机尾电液控制系统。掘进机具备姿态解算、路径规划、自动切割系统，同时借助定位系统与三维巷道建模系统、视频采集系统、语音通信系统，构建具有感知和协同控制的掘进工作面自动化、智能化成套远程控制系统，实现掘进机现场实时监控，以及井下或集控中心的远程控制。智能掘进系统界面如图3所示。
图3 智能掘进系统界面
智能综采系统主要包含液压支架电液控系统、工作面集控系统、智能采煤机、5G技术、巷道输送带智能控制系统、远距离智能供液系统；通过井下集控中心及地面调度中心远程操作台，可实现全工作面设备一键启停，达到自动开采为主，远程干预为辅的目标；自动跟机率、记忆率常年达到95%，人工干预率低至5%。智能综采系统界面如图4所示。
图4 智能综采系统界面
5G+智能巡检机器人利用可靠的取像装置开发有效的数学模型，通过工业计算机的高速运算，利用先进的无线充电技术和5G高速网络，对带式输送机、配电室内各类故障进行实时监测及诊断。该机器人可实时监测现场的图像、声音、温度、烟雾、气体等数据，通过软件对数据进行自动分析，判断是否存在设备故障并进行故障定位。带式输送机巡检机器人可对带式输送机的滚筒、托辊、输送带纵撕、跑偏等进行检测，从而减轻工作人员的劳动强度，降低劳动风险，及时发现问题，避免事故扩大化，大幅降低生产过程中的非正常停机时间。5G+巡检机器人如图5所示。
图5 5G+巡检机器人
目前，蒋家河矿智能化工作面实现了采煤机自动找直、记忆截割，液压支架自动跟机，工作面设备全程视频监控和视频自动跟机切换，工作面带式输送机、采煤机、泵站、输送机变频调速，实时监测工作面设备的运行状况，灾害治理预警，井下人员精确定位等集生产、安全、经营为一体的功能。
5G智慧矿山项目建设成效如下：
（1）远程控制，减员增效
在远程控制方面，蒋家河煤矿实现了对井下主要设备的集中管理。通过5G智慧矿山项目建设，常态化开采生产环节每班生产人员由20人减至8人，工效提高了54%，机电故障率降低了25%。智能化开采改变了以往传统的生产模式，完成了“机械化换人、自动化减人、智能化少人”的目标，有效降低工人劳动强度，提高生产效率，降低安全风险。
（2）LASC应用，降低工作强度
LASC是目前国际最先进的综采工作面定位系统，通过运行嵌入式导航定位软件实现采煤机三维位置的精确定位。该惯性导航定位软件在无GPS信号辅助的情况下可行进2.7km，定位误差在30cm以内。以前采煤机工作时，采煤机司机必须每时每刻盯着滚筒，现场噪声大、煤尘大，工人工作强度大；应用这一技术之后，负责跟机监测的职工只需在屏幕前注意观察机组工作状态和煤层变化即可实现远程采煤。
（3）AI识别，自动预警
蒋家河矿智慧矿山引入AI图像识别技术，通过5G万兆环网等基础设施，实现多点视频报警联动。完全摆脱人为发现、人为干预，达到实时报警、及时制止、杜绝隐患的效果。通过先进的AI图像识别技术，井下设备的图像随时与平台数据比对，针对频繁发生故障或一旦故障会造成较大影响的隐患，运用机器学习，探索故障发生前特征，通过智能算法实时检测并发出预警，达到主动巡检、智能运维的目的。
（4）5G覆盖，高效通信
蒋家河煤矿综采工作面已实现5G全面覆盖，本安型5G手机可以随时和地面保持通信联系，通话延迟只有0.12ms，实现了危机预警快速响应。此外，将井下集控中心从巷道迁移到了距离工作面2km以外的集控硐室，这一布局有效提升了工作人员的安全系数、改善了工作环境，解决了工作面人员过于集中的问题。
5G智慧矿山项目建成后，蒋家河煤矿成为陕西省彬长矿区第一座完整的5G智慧矿山，也是全国煤炭行业首家将5G应用于煤矿安全生产的民营企业，成为先进、实用的智慧矿山典型标杆项目。5G智慧矿山项目是通过与上海煤科、天津华宁电子股份有限公司等10余家企业、组织合作建设完成，兼具实用性、前瞻性、先进性。2021年5月17日，中国工程院院士王国法、王双明莅临蒋家河煤矿考察，对蒋家河煤矿智能化建设成果予以肯定，《人民日报》、新华社等10多家媒体也于同年对该煤矿智能化建设成果进行了报道。
蒋家河煤矿按照高端化、标杆化、智能化的发展定位，对矿井的煤炭开采、巷道掘进、辅助运输、安全保障、生产调度、经营管控等系统进行了全面深度的智慧融合，建成了实时互联、自主感知、智能决策、动态预警、精确协同控制的5G智慧矿山项目，降低了工人劳动强度，改善了工人的工作环境。
蒋家河煤5G智慧矿山的建成，填补了彬长矿区民营企业智能化建设的空白，推动了我国煤炭行业5G智慧矿山建设相关技术的发展，为全国中小型煤矿智能化建设提供了示范作用，具有较好的推广价值及应用前景。
