华阳一矿：数字引领 “智”取未来

文章来源：《智能矿山》2024年第4期“智能示范矿井”专栏

作者简介：潘文龙，工程师，硕士研究生

作者单位：华阳新材料科技集团有限公司

引用格式：潘文龙，李胜军，郭润寿，等.华阳一矿：数字引领 “智”取未来[J].智能矿山，2024，5（4）：16-21.

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（1）开创性建设“多矿井联合部署5G系统”

华阳集团于2020年5月建成全球首张多矿井联合部署5G网络（图1），后又通过调研分析国内现有5G产品及其研发进展，形成5个方面17个创新点，联合中国煤炭工业协会、院士团队、运营商、ICT企业、行业伙伴等达成共识，签署《煤矿5G创新合作协议》，并形成“多矿井联合部署5G系统”方案，牵头制定煤炭行业《矿用5G通信系统使用及管理规范》标准1项，参与制定4项。采用多矿井联合部署5G（700MHz+2.6GHz）系统思路，实现了多座矿只建1套MEC、有线和无线（5G、4G、WiFi、ZigBee）接入方式的融合、物联网融合创新平台等成果。

图1　多矿井联合部署5G系统网络架构

5G核心网：在华阳一矿数据中心机房部署共享型MEC和MEP；5G承载网：通过直连光纤，统一接入华阳一矿、华阳二矿、新景煤矿3个矿井的井下5G分组切片环网；5G基站：同时使用700MHz和2.6GHZ的工作频段；“智矿通”应用：山西移动以“终端+网络+应用+APP”的整体架构，专项开发适用于煤矿井下场景移动通信网络。

（2）井下5万兆和地面10万兆的煤矿安全生产双环网

华阳一矿智能化煤矿建设过程中，对原有井下万兆环网和地面信息网进行改造升级，率先建设井下5万兆（50Gbit/s）和地面10万兆（100Gbit/s）的煤矿安全生产双环网（图2），保障基础传输网络安全可靠。

图2　主干网络拓扑

井下5万兆环网由6台980SPN灵活以太网设备组成。通过分组切片技术构建相互独立的物理传输通道，实现5G承载、监测监控、工业视频等数据相对独立的高速率、大带宽、低延时的传输。井下各采区实现万兆网络汇聚，基于环网延伸的WiFi6实现无线网络全覆盖。

地面10万兆环网由2台园区级核心和6台汇聚交换机构建，划分VLan实现办公业务、工业视频、语音、监测监控等数据高效传输。网络安全设施齐全可靠，不同网络之间部署防火墙、路由器等设备实现物理隔离和网络互连。部署APT探针、态势感知、漏洞扫描、日志审计、数据库审计等安全防护设施，满足国家网络安全等相关要求。

2021—2023年，华阳集团累计建成126处智能化掘进工作面，包括：27处智能化综采工作面、99处智能化掘进工作面。截至目前，山西省共计4处智能化高级掘进工作面，其中3处在华阳一矿，分别为81405、81406、81407高抽巷。

（1）岩巷小断面盾构机投入应用

华阳一矿高抽巷全断面快速掘进系统入选《全国煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）》。采用TBM全断面盾构机（图3）技术，最高日进尺达到51m，平均日进尺22m，月掘进能力达到660m以上，刷新全国同类岩巷日进尺最高纪录。配套采用巷道充填工艺就地消化矸石，实现了绿色开采，该技术具有以下优势：①能够精准测量并准确显示盾构机的大地坐标和相对中线的偏差量，可以查看盾构机相关运行数据、导向数据和多处关键位置的视频图像，并通过远程操作台对盾构机进行安全的远程操控；②综合运用撑紧系统、推进系统、截割系统等多种传感装置，能够根据各项故障信息数据及时作出判断并停机；③通过对关键位置实时在线监测，在线观察设备及人员的具体位置，有效避免机械损伤和人员伤害事故发生；④支护工人通过遥控器操控机载液压型锚杆钻机进行支护，可实时调整锚杆钻机在盾构机上的位置，保证钎杆或锚杆与钻孔始终重合，自动避免掘进过程中钎杆或锚杆因受力而折断的情况，保障支护的连续性；⑤采用多级输送带运输方式排矸，减少输送带延伸量，并配备有液压绞车，用于移动机尾。配备多种保护装置，主控室集中控制启停，实现连续运输和无人值守。

图3 TBM全断面盾构机

（2）智能掘进地面综合管控中心研发应用

华阳集团于2022年7月开始研发智能掘进地面综合管控中心，并于2022年12月在华阳一矿正式上线使用（图4）。该综合管控中心采用环抱式双工位设计，配置6块49英寸高清显示器、2套远程控制专用本安型操作箱；基于数据规范接入技术，目前累计融合了4个智能掘进工作面数据，实现了掘进工作面掘进机、带式输送机、局部通风机、供配电、供水、压风等系统运行工况监测、视频监控与各系统协同联动远程智能控制等功能；具备全矿井智能掘进工作面融合展示功能，需要单独显示指定掘进工作面时，具备一键切换功能。

图4　智能掘进综合管控中心

2021—2022年，华阳集团累计建设5处智能化综采工作面。根据综采工作面信息模型，通过5G传输，采用综采自动化系统集成+地面“太空舱”，实现异构数据的融合、视频监控、采煤机运行监控、液压支架电液控自动化跟机、运输系统自动化集中控制等功能。

（1）采煤工作面一体式交互平台——智能综采太空舱

华阳一矿率先在8304综采工作面使用采煤工作面一体式交互平台——智能综采太空舱（图5）。智能综采太空舱内包含5台主机及显示器，能够显示液压支架视频、煤壁视频、小车视频、电液控数据、集控数据、采煤机数据。陆续利用智能综采太空舱实现8403、81404综采工作面不同设备厂家数据的规范化接入，进一步提升平台的兼容性。

图5　智能综采太空舱

地面分控中心按照不同功能分区将液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、带式输送机、泵站等地面远程控制功能进行一体化集成，可容纳1名支架操作工和1名采煤机操作工同时工作，并为每名操作员提供1部触控式操作面板。每名操作人员前方配置1台触屏操作台，将常用按键功能以触控软件界面进行呈现，便于快捷、高效地操控生产设备。

（2）制定山西省地方标准

华阳集团于2022年6月成立综采工作面数据创新应用研究所，在华阳一矿联合山西省能源局、和利时科技集团有限公司等专业技术人员，基于工业互联网架构、运行信息模型技术，对综采工作面采煤机、液压支架等设备的数据接口、传输协议、数据标准进行规范（图6），形成山西省地方标准《综采工作面数据共享规范》（DB14/T2817—2023），探索解决智能化综采工作面多源异构数据标准化问题。

图6　综采工作面信息模型架构

（1）建成煤矿工业视频“无监控不作业”

根据国家矿山安全监察局山西局和山西省应急管理厅联合下发的《关于在煤矿重要场所增加完善视频监控的通知》文件要求，华阳一矿全部综采工作面和掘进工作面实现了视频覆盖，安装各类视频监控设施，完善配套网络支持。华阳一矿井下安装的摄像头主要包括：①三合一摄像仪，主要用于采煤工作面构造区域，能够全断面、全广角地展示构造区域画面，方便查看构造区域显示内容，科学指挥生产；②自清洁摄像仪，主要用于粉尘较大的环境，能够定时自动清洁摄像头，保障视频画面清晰；③云台摄像仪，主要用于工作环境变化较大的场景，可动态调整视频的角度和可视范围；④通信线路接入摄像仪，主要用于掘进工作面，方便现场线路延伸和位置调整。

（2）煤矿机器人多场景应用

华阳一矿具有多个矿用机器人应用场景（图7）。主斜井安装轨道式煤矿带式输送机巡检机器人，实现了对带式输送机的全方位不间断巡检，并能够判断分析托辊损坏、输送带跑偏、烟雾、声音及温度异常等问题，提供异常报警提示，在操作室可对带式输送机巡检机器人进行远程操控；特种蛇形机器人可以代替人到矿井环境中，通过远程操作直接在现场执行侦察、探测任务，将井下环境情况反馈给地面搜救人员，辅助抢险人员进行获取信息；35kV变电站运用自动行走机器人，实现了对变电站的智能实时监控、数据分析和故障预警，提高了巡检质量和效果，减轻了巡检人员的工作强度，降低了企业的人力资源成本，有效保障了设备的安全运行水平，保证了煤矿的安全供电。

图7　矿用智能机器人

华阳一矿为解决煤矿智能化人才不足、专业技术力量薄弱等问题，于2022年成立智能化矿井办公室，在册人员38人，其中大专及以上学历36人，占部门总人数的95%，拥有初级及以上职称的为31人，占本部门总人数的82%。智能化矿井办公室设置有智能化管理组、智能化采掘组、智能化综合集控组、大数据赋能组、网络管理组、智慧园区管理组、监控管理组共7个业务组，负责全矿智能化、信息化建设与网络安全、运维等工作。华阳一矿持续打造重视科技、尊重人才、尊崇创新的良好氛围，组织了煤矿智能化建设管理技术人员山西省煤矿智能化建设指导手册培训班，以“人员全覆盖、煤矿全覆盖、内容全覆盖”为原则，华阳一矿的主要负责人、相关副矿长及科（区）室负责人、采掘队长等100余名学员进行了线上+线下集中学习。

为减少对设备厂家的依赖，提高煤矿数据传输效率，华阳一矿组织集团公司其他9座矿井相关技术人员，开展煤矿智能化建设组态软件培训班，聘请相关专家讲授数据基础架构、设备数据采集、组态工程建立、界面开发、软件对外发布和数据库建立等多项内容。以工作中的实例进行讲解，提高了学员的认识，并带领学员在矿井调度中心管控平台上实机演练，真正地让学员掌握了煤矿智能化建设组态软件相关知识，为煤矿智能化建设人才培养打下坚实的基础。

华阳一矿以智能装备和大数据为手段，以煤炭工业转型升级、高质量发展为目标，以5G+工业互联网为依托，探索煤矿智能化建设之路。在信息基础设施方面，开创性地建设“多矿井联合部署5G系统”，实现了井下5万兆和地面10万兆的煤矿安全生产双环网；在掘进工作面方面，率先投运TBM全断面巷道掘进盾构机，提高了日进尺的同时实现了绿色开采；在综采工作面方面，面对多设备、多厂家、跨系统、多变量的多源异构数据无法交互的痛点，华阳一矿联合山西省能源局编制《综采工作面数据共享规范》，探索解决综采工作面数据资产问题；在安全监控系统方面，严格执行国家和山西省的文件规定，率先采用自清洁摄像仪、云台摄像仪等设备，实现“无监控不作业”；此外，华阳一矿创新性地建设多个矿用智能化机器人应用场景，减轻了人员工作强度，保障了煤矿生产安全。人才培养方面，华阳一矿智能化建设办公室有力推动了矿井智能化建设，使矿井跻身智能化示范矿井建设行列。