理事会特刊┃ 谭震副总经理介绍陕煤柠条塔煤矿智能化先进技术创新与实践

陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司（简称柠条塔煤矿）于2005年5月18日正式成立，是陕西省、榆林市、神木市三方联合在神木市开发建设的第1个千万吨级大型现代化煤炭开采企业。矿井位于陕西省神木市孙家岔镇，井田南北长度19.5km，东西宽度9.5km，面积119.8km2，可采煤层7层，保有资源量26.20亿t，可采储量16.45亿t，核定产能2000万t/a。

柠条塔煤矿自成立以来，始终坚持“高起点、高标准、高质量、高效率、高效益”的建设方针，依托国际先进的采掘工艺和装备，形成了以“生产集约化、装备现代化、队伍专业化、管理信息化、人机系统宜人化、过程控制精细化”为特征的千万吨级安全高效矿井管理模式，获得了“全国煤炭工业标杆煤矿”“国家水土保持生态文明矿山”“国家安全高效特级矿井”“国家级绿色矿山试点单位”“全国安全文化示范企业”等荣誉称号，以及全国“五一劳动奖状”等荣誉。2022年8月，柠条塔煤矿通过国家首批智能化示范矿井验收，达到I类中级智能化示范矿井。

文章来源：《智能矿山》2024年第2期理事会特刊“智能示范矿井”专栏

作者简介：谭震，高级工程师，现任陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司机电副总经理、《智能矿山》常务理事

作者单位：陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司

引用格式：谭震.柠条塔煤矿智能化先进技术创新与实践[J].智能矿山，2024，5（2）：28-35.

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“十四五”以来，柠条塔煤矿以打造“世界一流中国领先”高品质智能化强矿为目标，全力打造智能化示范矿井，以先进可靠的科学技术赋能矿井安全高效发展全流程和各生产要素，委托天地科技股份有限公司编制了《智能化矿井建设规划和专项设计》，按照“总−分−总”原则进行建设，统筹规划、分类分步实施、整体管理，逐步建成智能化信息化系统，实现矿井智能化、矿区智慧化、生活便捷化。依托架构合理、贴合实际的“4311”智能化建设模式（图1），从生产、安全、运营、辅助等多方面对矿井智能化建设提出要求，明确智能化建设的方向和目标，有效支撑矿井智能化建设。

图1 “4311”智能化建设模式

柠条塔煤矿在智能化建设过程中，以生产系统建设为主干，安全辅助系统建设为支撑，地面生活服务系统建设为载体，全面打造满足“生产−辅助−生活”的智能化系统，既要保障矿井安全高效生产，又要为员工提供舒适的生活环境。

自2022年以来，柠条塔煤矿所有综采工作面（N1215、N1217、S1204、S1206、S1232、S1233）全部实现了智能化生产，工作面设备综合开机率在80%以上，采煤机记忆割煤、液压支架自动跟机移架效果显著，生产效率提升30%以上；掘进工作面采用“掘锚一体机+锚运破转载机+长运距桥式转载机”快掘系统及其配套设备，创造了单班进尺45m、单日进尺84m、单月进尺1500m的纪录，掘进接续时间缩短了40%以上，作业人员减少了近50%。在地面调度室可远程控制和实时查看采掘设备运行和安全生产情况，保障了井下生产的安全高效运行。智能化综采工作面和智能化掘进工作面系统界面如图2、图3所示。

图3　智能化掘进工作面系统界面

柠条塔煤矿秉持以人为本的安全发展理念，在智能化建设的过程中积极探索“机器人代替人工作业新模式”，与中国煤炭科工集团有限公司王国法院士团队合作，开展煤炭行业机器人科研攻关，攻克了机器人多传感器融合、路径规划、自主避障、数据交互等关键技术。采用基于工业互联网的架构体系，应用Docker技术、组件化的架构思路，研发建设了国内首个煤矿机器人集群，通过分期分类建设，最终将建设完成井上井下近70台（套）机器人，全矿井应用的机器人类型覆盖《煤矿机器人重点研发目录》相关机器人种类的80%以上。当前，矿井地面服务、掘进、采煤、运输系统巡检等机器人群均已常态化应用，机器人集群项目科研成果达到了国内一流、国际领先水平。在项目的示范推动下，喷浆机器人、巷道修复机器人被列入工业与信息化部“十四五”重点研发计划目录。智能化煤矿综合管控与机器人集群一体化平台如图4所示。

图4　智能化煤矿综合管控与机器人集群一体化平台

智能化调度指挥中心采用“双引擎”无延时分布式显示系统，实现了调度室所有智能化系统零延时投放。数字中心机房采用冷通道自循环系统，建成机房内温度自动调节的模块化标准机房，将机房设备安全运行效率提升了90%。新建投入使用的智慧大楼，应用无纸化会议室，实现“一对一”会议资料共享。智能化调度指挥中心如图5所示。

柠条塔煤矿采用新一代的物联网、云计算、人工智能、数字孪生等关键技术，聚焦工业园区智能、绿色、安全、高效的建设理念，建成了独具特色的智慧园区系统，包含以智能化系统应用、可视化运营中心、业务流程中心、智能预警中心为主的4大模块，涵盖安防、消防、车辆管理、门禁道闸、园区亮化、智慧路灯、信息发布、个人移动终端、网络平台、用电及温度监测等23个智慧园区子系统，3649个物联网设备，将园区管理数据全融合、业务状态全可视、管理对象全可管、告警事件全可控，打通了业务服务壁垒，形成了园区多维度全方位的管理格局，园区运营管理效率提升了17%，智慧园区系统界面如图6所示。

安全是保障矿井正常生产的前提，柠条塔煤矿积极建设了全矿井视频安防系统，建设完成了工业视频、井下“千眼”视频系统，覆盖综采工作面、掘进工作面、10条主输送带、主要变电所及水泵房、大巷重点区域、乘车点及红绿灯区域、主要风门区域等，共计实现了40余种算法开发，识别26种人员违规行为、7个标准化作业、5个输送带异常检测、4个统计类算法、4个车辆违规、1个风门报警；日均新增AI预警数量90条，报警级别分为A、B、C、D四类，AI智能预警综合管理平台（图7）将A类报警信息直接推送至对应部门、中心、区队负责人，直接在平台上审核处理，其余级别报警由安全监督管理部管理人员在AI智能预警综合管理平台确认处理，目前该平台报警处理率达95%以上，大幅提高了矿井的安全管理水平。

柠条塔煤矿针对采掘、洗选及销售，制定了3者关联互通的管理体系，合理进行煤炭开采、洗选及销售，实现矿井单位时间的效益最大化。为了更好地促进煤炭销售，柠条塔煤矿打造了国内首家远程智能装车系统数字孪生平台，融入了物联网、大数据、云计算、数字孪生、工业自动化等技术，实现了装车、防冻、抑尘、整平、压实为一体的全过程自动化的“五维一体”一站式火车装运模式，并加入了报表自动生成系统，日度报表、月度报表、年度报表等相关数据的自动采集，可实现煤炭销量的统计与分析。经过对平台的升级改造，装车效率明显提升，装1列车只需要55min，实现了每节车厢装载仅需1min，工作人数减少了66.7%，真正达到了减人增效的目的。柠条塔煤矿火车智能装车系统数字孪生平台界面如图8所示。

柠条塔煤矿根据《煤矿智能化建设指南（2021年版）》，明确必须建设智能化系统的种类后，结合实际内需进行了深入的思考和规划，根据技术发展趋势和未来行业发展方向，率先在煤炭行业研究探索建设机器人集群系统。柠条塔煤矿提出了“一平台多种机器人”的“1+N”建设模式，以《煤矿机器人重点研发目录》5类38种机器人为依据，梳理规划机器人集群建设的种类和数量，最终确定机器人建设种类涉及井下和地面共40余种；根据项目实施难度和实际需求，采取“专项研发”和“集成应用”2种模式，逐步实施，分类分期建设，一期、二期、三期建设后，应用机器人种类分别覆盖《煤矿机器人研发目录》的40%、60%和80%，完成后可覆盖重点研发目录的80%以上，从而实现机器人集群示范效应。

近年来，柠条塔煤矿不断加大对人才的引进和培养，制定了《“高、精、尖、缺”人才薪酬待遇实施方案》，旨在为人才提供高待遇与机会，吸引人才，留住人才。秉持以上原则，柠条塔煤矿组建了智能化专业团队，以“技术+管理”模式开展矿井智能化系统的管理和运维，由专业技术人才参与矿井智能化系统的建设和运维，通过制定相关管理规定，明确人员分工和管理流程，确保各项工作有条不紊地进行，提升矿井智能化系统的建设效率和常态化运行水平。为进一步优化管理，柠条塔煤矿先后修订完善了《信息化管理制度汇编》《采掘作业智能化单项激励办法》《智能化系统常态化运行管理考核办法》《机电运输管理制度汇编》等相关制度，将各项工作细化、规范化和明确化，确保各类工作高质量完成。此外，矿井采取“1+1”智能化系统运维管理模式，由采、掘、机、运、通等专业人员和陕西陕煤陕北矿业有限公司信息技术运维分公司专业技术人员合作，打造矿井运维队伍，保障煤矿智能化系统安全平稳运行。

（1）因材施教

根据智能化建设人员的专业背景和工作特长，将理论和实践结合，制定人才培养方案，培训专业涉及采掘、信息化、辅助运输等，培训形式包括线上、线下以及外出专业培训，通过培训和实践，使员工能够快速掌握智能化建设需要的相关知识，不断增强业务水平，更好地服务矿井智能化建设。

（2）积极参与技术比武

技术比武是展现个人技能和自我提升最快的方式之一，柠条塔煤矿积极组织员工参加全国煤炭行业职业技能大赛、陕西省“三秦工匠杯”职工职业技能大赛、集团公司业务技能大赛等，以赛促练、以赛促学、以赛促交流，实现人才的高效培养和矿井的对外宣传。

（3）智能化建设与创新平台融合

智能化建设是技术创新和探索的过程，将其与矿井全员“双创”工作相融合，充分发挥现有的创新平台和技术人才资源，不断提升科技创新能力和人员技术创新水平。将柠条塔煤矿“双创”工作基地、创客总站、创客成果展厅、“双创”成果报告厅，以及劳模技师创新工作室、机器人法律服务工作站等创客工作平台相结合，依托智创工会平台为广大员工开展“大师讲堂”及技术分享，利用3个创新实验室和1个钳工实操平台提高员工动手实践能力，将理论和实践充分结合，打造集“项目论证、课题攻关、知识分享、创意交流、协同创造”于一体的创新开放平台，通过考核激励的方式，激发广大员工智能化创新热情，职工创新转化率达到了92%，累计有163项成果取得国家专利授权。柠条塔煤矿双创基地和创客工厂如图9所示。

柠条塔煤矿坚持“走出去、引进来”两手抓，积极参与对外技术合作和对标交流，参与各类智能化系统、煤炭行业机器人博览会，与中国煤炭科工集团有限公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、久益环球采矿设备有限公司、MARCO自动控制系统开发有限公司等深度合作，为柠条塔煤矿提供技术服务和支持；与陕西煤业化工集团有限责任公司下属的小保当、张家峁、红柳林、曹家滩等煤矿展开对标交流，借鉴智能化建设经验；与中国矿业大学、西安科技大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学等大学展开校企合作，共同探究与攻克煤炭行业发展难题。柠条塔煤矿与天地科技股份有限公司、中煤科工集团沈阳研究院有限公司共研课题“机器人集群协同作业研发与应用研发与工程示范”申请发明专利11项，实用新型专利2项，授权软件著作权3项，发表论文8篇，形成企业标准2项，形成操作手册5套。