理事会特刊 | 陕北矿业副总经理牛虎明：陕北矿业智慧矿区建设实践探索

近年来，陕西陕煤陕北矿业有限公司（简称陕北矿业公司）以《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》为战略方针，贯彻落实陕煤集团、陕西煤业“系统智能化、智能系统化”工作要求，与院士团队、科研院校、科技公司展开深度合作，全面推进智能矿井、智慧矿区建设，构建了“井下系统减人提效、地面系统无人值守、矿区系统贯通管控”的煤炭企业生产管理新模式，实现了少人化、无人化生产。

智慧矿区建设是陕北矿业公司“十四五”发展规划的重要篇章之一，公司按照“统筹规划、分类施策、有序推进、标杆示范”的基本原则，建成“运营一大脑，矿区一张网，数据一片云，资源一视图”整体布局以及8大业务管控系统，从信息基础、数据体系、智慧管理、辅助决策、网络安全、体系建设、运维保障等多个维度形成覆盖安全、生产、经营、管理、环保、组织等方面的矿区智慧生态圈，实现了以矿山工业互联网平台为核心的全“数治”体系智慧矿区管控新模式（图1）。

图1　陕北矿业公司全“数治”体系智慧矿区管控新模式

文章来源：《智能矿山》2024年第1期“智能示范矿井”专栏

作者简介：牛虎明，高级工程师，现任陕西陕煤陕北矿业有限公司副总经理，《智能矿山》常务理事，要从事智能矿井、智慧矿区建设工作。

作者单位：陕西陕煤陕北矿业有限公司

引用格式：陕北矿业智慧矿区建设实践探索[J].智能矿山，2024，5（1）：33-41.

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陕北矿业公司所属韩家湾、孙家岔龙华2对矿井对标国家智能化示范煤矿建设标准，从信息基础设施、采煤、掘进、主煤流运输、辅助运输、供电、供排水、通风压风、安全监控、园区与经营管理系统10个系统入手，通过引入新技术、新装备，实现从“人控”到“数控”的迭代升级、从“自动”到“智能”的全面提速（图2）。目前，矿井形成了涵盖采煤、掘进、排水、供电、通风、压风、监控等系统的全作业场景智能化运行技术，实现了采煤掘进与生产辅助系统的高效协同作业；采用“UWB+5G+WiFi6+万兆环网”融合通信技术，构建了可靠的工业与办公网络，解决了智能矿井业务高并发、数据超级上行、基站高频移设的难题；研发应用智能巡检操作机器人，有效提升了变配供电设备运行状态智能感知、安全监测，实现了供电系统“无人值守+集中监控”；以GIS“一张图”平台为基础，集成安全监测监控类系统、生产过程自动化类系统、辅助生产类系统及业务管理信息化类系统等数据信息，建成了智能化综合管控平台，覆盖煤矿安全、生产、调度、经营等业务领域，贯通智能生产执行层与智能控制层数据通道，通过对各子系统数据进行融合分析，实现了矿井生产过程集中监测、预警联动控制、安全精准感知、分级报警、应急联动以及门户应用等。

图2　陕北矿业公司智能矿井建设成果

陕北矿业公司所属韩家湾、孙家岔龙华2对矿井完成了工业环网的升级扩容改造，配备3层网管核心交换机，形成万兆工业主干环形网，有效打通了信息传输的堵点，提升了网络的稳定性和安全性，为矿井安全生产提供了网络保障。针对煤矿井下巷道狭长封闭空间需要实现精确定位、4G通信、WiFi数传3种无线网络信号同设备等距离覆盖的难题，2对矿井均应用了“UWB+4G+WiFi6+万兆环网”的融合通信技术，构建完成了可靠工业与办公网络，解决了智能矿井业务高并发、数据超级上行、基站高频移设的难题（图3）。陕北矿业公司机关建成“WiFi6+千兆有线网络”的全覆盖办公网络，与所属各单位实现了百兆专线直连，并借助煤矿智能单兵装备实现了与各矿井现场作业人员实时语音与视频沟通（图4）。

图3　万兆工业环网升级改造

图4　办公网络升级改造拓扑

基于“时空序”全统一大数据体系管理架构，围绕矿区人、财、物、产、供、销等要素，建设完成了矿区工业互联网平台，按照“云、边、端”分层架构将煤矿各智能化子系统的数据进行汇聚融合，形成标准数据湖，并建立了可实时显示数据联通、数据清洗、数据治理、数据资产信息的可视化界面，实现了以工业大数据体系驱动全矿区安全生产和高效运营（图5）。

图5　陕北矿业矿山工业互联网平台部署架构

工业互联网平台目前已在陕北矿业公司机关智慧中心部署应用，集成了公司机关与所属矿井8个安全类子系统、5个生产类子系统、11个监测类子系统、10个监控类子系统、4个生产调度类子系统、3个生产辅助类子系统、31个自动化类子系统，每日接收数据超过1000万条，生成核心指标180余个，累计清洗工业信息化数据35亿条，形成有效数据资产503亿条，为安全、生产、物资、资产、经营、项目、销售、组织8个智能业务管控驾驶舱及应用系统提供了大数据支撑（图6）。

图6 陕北矿业矿山工业互联网平台大数据态势感知中心

陕北矿业公司按照高效、节约、智能的服务型机关管理目标，针对各职能业务大力开展“互联网+机关事务”建设，利用信息技术和应用软件平台，促进数字化技术与机关事务深度融合，梳理业务事项，优化工作流程，以信息技术为载体，以APP软件、智能终端为依托，不断推进自建业务系统接入工作，提供“一站式”便捷化机关办事服务，打造了协同高效的智慧机关管理模式，有效解决了部门信息不畅、管理流程复杂、协同效率不高、数字办公滞后等问题。

陕北矿业公司以大数据技术为核心，构建8大业务管控系统，通过矿山工业互联网平台实时数据融合与交互，实现了矿区−矿井2级数据共享与智能分析，横向实现公司机关部门高效工作协同及各业务融合分析，纵向实现对下所属生产矿井透视化业务流程管控，对上支撑集团公司业务管理平台，对内实现各业务融合分析及智能化数字移动管理，对外实现制造商、供应链、客户群、社会价值流统一协调管理（图7）。

图7　陕北矿业智能化业务管控系统运行架构

陕北矿业公司依托矿区工业互联网平台，融合数字孪生技术，通过连接物联网设备和传感器，实时采集生产环节的各类数据，结合大数据分析与人工智能算法，按照安全、生产、物资、资产、项目、经营、销售、组织8大业务分类，将复杂的生产数据转化为可视化的图表和报表，为公司管理层提供全面、准确的业务洞察。通过实时监控安全生产、销售经营状态、预测潜在问题、优化资源配置、促进公司实现高效运营。此外，将各核心业务数据整合在统一平台上，有效促进了跨部门、跨单位的业务协作与沟通，使其之间可以共享数据，协调资源，不断提高管理效能。

目前，已建成的8个智能管控驾驶舱（图8）共计生成核心指标186个，辅助指标1099个，日均数据1200条，与各矿井综合管控平台、GIS平台、监测监控系统、双重预防监控平台、安全生产信息共享平台、物资管理平台、设备全生命周期管理系统实现了互联互通。

图8 生产管控驾驶舱界面

数据中心是智慧矿区平稳运行的心脏和枢纽，更是智慧矿区建设的基础。陕北矿业公司按照A类标准建成矿区安全高效、绿色节能的新一代数据中心，当前已配置50多个机柜，物理服务器25台，存储空间240TB、内存12TB、CPU总核心数1032个（图9）。

图9　陕北矿业公司云数据中心

此外，新数据中心利用H3CCAS实时操作系统技术，将虚拟化底层内核系统升级为实时操作系统，确保计算逻辑性正确的同时，利用微秒级内核时延、秒级故障检测等技术保障虚拟化平台的稳定运行，并提供从物理机、虚拟机到应用软件层面的高可用集群技术，防止物理机或虚拟机宕机影响业务系统的运行，全方位一体化支撑业务系统的稳定可靠运行，推进了陕北矿业公司智能矿井与智慧矿区的高效融合。陕北矿业公司所属2处矿井均已建成云平台系统，存储容量超过300TB，并与矿区互相实现异地灾备功能。

当前，矿井通过防火墙、网闸、安全态势感知平台、杀毒软件、漏洞扫描等系统对办公及工业网络进行全方位防护，并对关键系统完成了等保测评。陕北矿业公司参照网络安全等级保护2.0标准要求，把防病毒软件、防火墙、入侵监控系统、安全审计系统等多种数据信息系统集成在一起，从数据采集、特性提取、态势评估、安全预警4个方面入手，建设并常态化运行矿区网络安全态势感知系统，实现了资产审计、事件统计、漏洞监测、威胁监测、威胁分析、趋势分析、日志分析、态势感知等核心功能，使其成为矿区信息化系统主动安全防御体系的“指挥中心”。结合企业网络设备资产，通过威胁情报、机器学习、用户和行为分析等技术对动态的流量、日志等海量信息进行深度分析，对网络恶意访问、网络木马、勒索病毒、挖矿病毒以及工业控制系统安全进行全面防护与威胁预警，并通过完善制度建设与网络攻防实战演练靶场促进业务人员管理、技术水平持续提升，用“机防+人防”为矿区打造网络安全智慧屏障，构建网络安全防御体系（图10）。

图10　网络安全防御体系整体架构

煤矿智能化的快速发展对新形势下的管理手段提出了更高的要求。为满足员工之间的便捷互通，有效提升工作效率，陕北矿业公司对内部管理业务进行深度梳理，以“流程信息化，行为规范化，操作智能化，管理科学化”为目标，量身打造了智能化移动管理系统，并在全矿区推广运行，通过将这套系统布局在企业微信端，为管理业务开展提供实实在在帮助，为员工日常沟通解决长期痛点问题。公司机关及所属各单位部署统一架构的智能移动管理系统（图11），在任务管理、报表管理、知识库管理3大核心功能的基础上完成了会议、考勤、派车、后勤、工资条、费用报销等20余项功能的设计与运行。该系统上线以后，成为员工沟通交流、协同作业的智能化管理工具，使日常管理从自我监督转变为智能监督、从自我输入转变为智能生成、从自我查询转变为智能推送、从自我记载转变为智能归档，使矿区从层级化管理向扁平化管理升级递进，也为实现全矿区信息化管理、无纸化办公奠定了基础。

图11　陕北矿业公司智能移动管理系统示意

构建先进的现代化管理运行体系（图12）是实现陕北矿业公司智能矿井、智慧矿区高质量发展的必然要求。自大力推动矿区智能化建设工作以来，陕北矿业公司在智能矿井建设方面出台了智能化建设工作专班、智能化建设专项推进活动等文件，采取周检查、月总结、季考核、年验收的方式完成了所属煤矿智能化建设阶段性目标，为智慧矿区建设打好了基础。

图12 陕北矿业公司运行、管理、评价、维护体系建设情况

在智慧矿区建设方面，联合西安科技大学编制完成了《陕北矿业智慧矿区规划设计专篇》，明确了建设原则、技术路线和实施方案；从组织管理、基础管理、技术管理、数据管理、运维管理、人才培养、评价指标、评价体系8个方面编制完成了智慧矿区运行管理体系，在业内尚属空白的前提下为矿区数字化转型明确了方向。

在运维管理方面，陕北矿业公司联合中国煤炭科工集团有限公司专家团队编制完成了《智能化煤矿运行与维护管理标准体系》，从共性基础、信息网络平台、智能控制系统与装备、运维保障4个方面，构建4类17项运维管理标准，实现了产业链延伸，为智能矿井系统高水平运行提供优质运维方案和终端产品，填补了行业空白，于2023年11月15日由中国煤炭学会批准后公告，并于2024年1月13日在2023年煤矿智能化重大进展发布会上发布。此外，陕北矿业公司还联合中煤科工集团常州研究院有限公司从用工组织、岗位职责、作业流程、风险预防、保障措施、智能协同6个方面，编制完成《综采工作面智能化系统安装及回撤规范》，形成了“标准化管理+风险预防机制”的新运维作业模式。

2021年底，陕北矿业公司组建成立信息技术运维分公司，整合矿区技术、装备等各类资源，充分发挥专业技术服务优势，致力于打造一流智能化煤矿运维管理服务平台。信息技术运维分公司以核心数据资产、标准智维服务与智慧平台管理为优势资源，持续为陕北矿业智慧矿区及红柳林、柠条塔、张家峁、韩家湾4家煤矿单位提供专业化系统运维与技术人才培养服务。公司自成立以来先后荣获2022年煤矿智能化卓越团队、2023年煤矿智能化重大进展、煤炭行业信息技术产业20强等称号。自成立以来，信息技术运维分公司坚持提供高品质运维服务为发展基础，持续探索对人员、装备、系统、技术、厂商等运维资源的高效智能调配与运维成本的实时精细管控，以核心数据资产、标准智维服务与智慧平台管理为优势服务资源，采用“云+端”的总体思路，基于智能感知设备及云计算、物联网、大数据、人工智能等技术，通过构建具备系统全面感知、远程智能管控、业务流程分析、运维数据汇聚、关键指标展示、AI辅助决策等模块及柔性易扩展的智慧综合运维管控平台，建立毫秒级实时数据分析引擎，实现了对企业、工厂、园区智能化系统的高效运维管理（图13）。

图13　陕西陕煤陕北矿业信息技术运维分公司专业化“智维”团队

在国家能源安全新战略和“双碳”新目标的要求下，陕北矿业公司强化关键技术攻关突破，推动高端装备智能化升级换代，建成了一批具有自主感知、自主决策的高度集成智能化示范矿井，打造了以5G+工业互联网、大数据平台为核心的数字化管理智慧矿区，奋力当好全国煤炭企业智能化建设排头兵，为我国煤炭行业转型升级、高质量发展贡献陕北矿业力量、提供陕北矿业方案。