国家电投集团内蒙古能源有限公司（简称内蒙古公司）是国家电力投资集团有限公司在内蒙古的全资子公司，是集煤炭、火电、新能源、电解铝、铁路、港口等产业一体化协同发展的大型综合能源企业。拥有5座千万吨级露天煤矿，核定产能8300万t，煤炭产量居全国排名第九位、内蒙古自治区排名第二位、大东北地区排名第一位，是东北地区重点煤炭生产单位及重要能源保供企业。内蒙古公司煤炭资源主要分布于霍林河煤田和锡林郭勒盟白音华煤田，主要煤炭品种为老年褐煤，含有少量长焰煤，平均发热量约13395kJ/kg，具有低磷、低硫、高挥发分、可选性好等特点，是良好的动力煤。
近年来，随着煤炭产业高质量发展，智能化建设已成为煤矿企业可持续发展的必然趋势，内蒙古公司坚持科技创新和能源革命，按照“开采环境数字化、工程装备智能化、生产过程少人/无人化、经营管控智慧化”的发展原则，大力实施科技创新和矿山智能化建设，依靠装备提升带动生产和劳动组织优化，全面推动煤矿向安全、高效、智能化开采加速转型，形成“无人则安、少人则安”的安全生产新局面。内蒙古公司智能化矿山建设总体架构如图1所示。
图1 智能化矿山建设总体架构
文章来源：《智能矿山》2024年第6期“智能示范矿井”专栏
作者简介：徐长友，高级工程师，硕士，现任国家电投集团内蒙古能源有限公司党委委员、副总经理
作者单位：国家电投集团内蒙古能源有限公司
引用格式：徐长友.国家电投内蒙古公司露天矿智能化建设实践与创新[J].智能矿山，2024，5（6）：18-26.
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内蒙古公司以“安全、智能、绿色、高效”为建设目标，以统筹管理、单点示范、逐步推进、全面建成为原则，坚持规划先行，打造“315”系统工程（打造3项基础性工程：设备智能化改造、矿山生态修复治理及绿电应用、矿用设备低碳化发展；构建1套数字化支撑体系：智慧矿山综合管控平台（图2）；建成5大业务中心：生产管理中心、检修服务中心、安全环保中心、运营管理中心、产业生态中心），实现传统产业与科技创新深度耦合，最终成为本质安全、绿色低碳、智慧少人、运营高效的国内一流智能化矿山和绿色矿山标杆。
图2 智慧矿山综合管控平台
内蒙古公司积极贯彻国家八部委《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》要求，坚持战略引领、规划先行原则，对标国家和地方政府智能化建设标准，滚动修编公司和所属露天矿智能化建设规划方案，实现公司、厂矿两级规划有效衔接，助力矿山智能化建设持续全面推进。按照规划部署，近年来共实施智能化建设项目231项，总投资71960万元，建设范围覆盖矿山12个生产工艺26个工作场景，涵盖5G网络应用，综合管控平台和安全管控系统建设，电铲、推土机远程操控，矿用卡车无人驾驶，车辆安防辅助预警，人员定位，半连续系统、疏干排水系统、供配电系统、地销煤场等固定岗位无人值守和危险岗位机器人替代，智能消防系统等项目。
研究综合管控技术打造矿山“智慧大脑”2019年以来，内蒙古公司所属露天矿智能化安全管理系统陆续投运（图3），系统融合违章智能识别、车辆安防等多项智能化技术手段，通过主动报警、辅助判别、系统联动、智能监管、跟踪督办等功能，实现安全生产人、机、环全要素的集中管控，系统有效预警15000余次，降低了承包商生产、道路运输、地质灾害等重点和关键环节事故风险。2023年，完成集安全、生产、决策分析、经营管理等功能与数据于一体的“1+5+N”（1个基础支撑平台、5大业务中心、N个智能应用）智慧矿山综合管控平台建设，构建矿山“智慧大脑”，实现矿山地质与测量、矿山资源管理、矿山设计、运维检修、安全生产、资源节约与综合利用、生态环境保护等生产经营各要素数字化集成、智能化监管决策和一体化协同管控，助力煤矿智能化水平稳步提升。
图3 智能化安全管理系统应用
（1）采、运、排环节无人化建设
内蒙古公司依托图像、声音采集和重现技术，试点推行了2台12m3电铲远程控制改造（图4），配套建设电铲电缆自动跟随系统（图5），降低恶劣环境下劳动人员工作强度，改善作业人员工作环境。2个编组10台百吨级无人驾驶自卸车实现编组作业（图6），区域内首个实现露天矿采掘工作面无人化研究验证；45台无人驾驶宽体矿用卡车实现24h全天候连续作业，减少司机100余人，是国内首家实现无人驾驶宽体矿卡多编组三班连续生产作业的露天煤矿，也是内蒙古自治区首家5G专网+露天矿无人驾驶应用案例（图7）；开展剥离工程量无人驾驶外包模式探索，打造国内首家无人驾驶应用商业模式转变试点企业；开展露天矿智能采运工艺核心技术及新装备研究论证，探索露天矿智能无人开采新模式，提高主生产工艺智能化建设水平。
图4 远程操控电铲
图5 电铲电缆自动跟随车
图6 百吨级无人驾驶自卸车编组运行
图7 5G+无人驾驶宽体矿卡编组运行
（2）固定岗位无人化建设
针对露天矿生产工艺复杂、人员安全管理难度大的特点，近年来，5处露天煤矿完成17套边坡雷达和286个GNSS监测点设置，实现了边坡重点区域雷达和GNSS自动监测双投入；40座变配电站通过环境监测、视频巡检、电子围栏防入侵、巡检机器人、温度预警等子系统建设，实现了“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥调）和无人值守（图8）；3处地销煤场实现车辆调度、煤炭检重、进出场核验等环节无人化作业；5处煤矿疏干排水系统实现数据在线传输和水泵远程控制；2座物资仓库实现备件领取在线审批和无人值守操作；开展了10套半连续系统少人无人值守建设（图9）；减少设备司机和巡检等岗位人员102人，实现了减员增效管理目标。
图8 无人值守变电站
图9 输煤半连续系统
（3）危险岗位无人化建设
依托人工智能和控制技术，内蒙古公司探索智能机器人在露天矿山危险岗位的应用。开发了煤仓全方位智能清理机器人系统，有效替代人工解决蓬煤、粘壁、冻煤等落煤不畅和阻塞的问题，处于国内领先水平（图10）。针对电铲斗杆和破碎站破碎辊需周期性焊接作业场景，开发了齿条自动切割、焊接机器人及双齿辊破碎机焊接机器人（图11），焊接效率较人工提升了30%，有效降低了作业人员安全风险和劳动强度。通过在变配电站、半连续系统等部位加装巡检机器人，实现了设备温度、震动、压力、火灾等运行状态数据实时监测和预警分析，提高了设备运行的可靠性和安全性。截至目前，已实现巡检、焊接、清仓、钢丝绳探伤和润滑等9大类36台套机器人多场景、集群化应用，有效提升了企业物防和技防安全管理水平。
图10 煤仓清理机器人3D建模
图11 双齿辊破碎机焊接机器人
内蒙古公司大力探索节能环保、绿色发展技术新路径，开展电能、氢能等清洁能源在煤矿生产环节的研发与应用。2021年，完成国内首例120t级纯电交流传动自卸车研发（图12），该车采用磷酸铁锂动力电池替代柴油机作为源动力，无需消耗任何化石燃料，4枪快充1.5h即可满足车辆6h用电需求，单台车每年可减排二氧化碳1500t左右。依托内蒙古公司“源网荷储用”的循环经济发展体系，完成国内首台百吨级氢燃料电池和锂电池混合动力自卸车研发（图13），实现了氢能在露天矿山的首次应用。率先在蒙东地区开展顶吊式集中换电模式换电站研究与应用，完成100台60t级宽体矿卡电能替代，实现了露天矿山运输设备电能替代集群化作业，每年可减排二氧化碳19000余t。
图12 120 t级纯电交流传动自卸车
图13 氢燃料电池和锂电池混合动力自卸车
内蒙古公司率先在行业内建成集采矿设计和作业执行、运维检修、安全环保、运营管理、产业生态全链条的“1+5+N”智慧矿山综合管控平台，实现了19个智能化应用正式运行，在以下5个方面实现技术突破。
（1）智能采矿设计功能
智慧矿山综合管控平台首次将穿、爆、采、运、排、工程辅助设计功能集成，实现了一体化采矿规划设计，具备智能设计、辅助推演、穿孔爆破等功能，并实现了云端发布，采矿设计智能化水平达到国内领先。
（2）矿山高精地图日更新功能
智慧矿山综合管控平台统一了矿山“一张图”，在无人机采集全矿地图基础上，融合电铲、推土机、钻机等设备侧厘米级高精定位手段，首次提出全矿高精准实时地图更新技术解决方案，同步完成地图更新算法研发与1台电铲、1台推土机设备侧的试验验证，真正实现了矿山“一张图”日更新功能。
（3）设计工程一体化功能
智慧矿山综合管控平台改变了传统采矿设计与工程实际脱节的问题，将采矿三维作业任务书自动生成、在线下发、智能引导、精准执行，具备设计工程一体化打通条件，行业内率先实现采矿设计−作业执行−结果反馈−设计优化流程的闭环，并在1台电铲、1台钻机、1台推土机侧完成试验验证。
（4）全局智能调度功能
智慧矿山综合管控平台首创全局智能调度算法模型，作为矿山“智慧大脑”，与无人驾驶、电铲远程控制、换电重卡等深度融合，实现了全矿自有生产设备智能调度。首次提出无人驾驶平台端与车端分部实施的思路，建立无人驾驶接入标准，开展不同无人驾驶厂商车辆统一调度功能研究。
（5）国内首台百吨级纯电交流传动自卸车
围绕“双碳”目标，超前开展碳能管理工作，通过对电能、柴油能耗精细化分析，结合露天矿生产运营现状，形成碳排放评价指标体系，并提供减排路径规划，助力企业“双碳”目标实现。
（1）国内首台百吨级电能自卸车
该款车型集成纯电动力系统、能量管理系统和交流传动系统，使用动力电池替代传统柴油机为动力源，充电1.5h可连续工作6h，相比传统燃油同类型自卸车，能耗降低60%，运行维护保养成本降低20%，真正实现了“零排放”，是国内当前技术先进、环保指标优良的纯电动交流传动矿用自卸车，具有较高的环保和推广价值。
（2）国内首台氢燃料电池和锂电池混合动力自卸车
通过大功率氢燃料电池系统成组技术、大容量高压车载储氢系统、面向矿山场景的氢燃料电池与锂电池混合动力系统研究，实现了国内首台氢燃料电池和锂电池混合动力自卸车研发应用。该车自重115t、载重136t，搭载业内领先的质子交换膜燃料电池以及70MPa高压大容量车载储氢系统，可保证至少4.5h续航时间，与同吨位柴油动力矿用车相比，年减少二氧化碳排放约1800t，约等于600辆乘用车的排放量，填补了氢能在露天矿百吨级运输设备上的应用空白。
（3）世界首台百吨级电动无人驾驶自卸车
内蒙古公司与国内百吨级自卸车知名厂家合作，研究开发制造1台百吨级换电无人驾驶自卸车、1组与之相匹配的电池组，电动自卸车采用全新无驾驶室设计，具备4×4全电驱动、全轮转向功能。自带无人驾驶系统，具备可靠的无人驾驶性能，同时与现有的无人驾驶系统兼容，计划2024年末实现样车研发落地，单位产量能量消耗较同吨位自卸车降低25%，运输效率达到同吨位柴油车的80%以上。百吨级电动无人驾驶自卸车如图14所示。
图14 百吨级电动无人驾驶自卸车
（4）国内首例矿区深厚填土排土场桩式可调基础分散式风电项目
该项目充分利用露天矿排土场优势资源，通过深厚排土场风力发电建设可行性研究、风机可调式基础施工安全性研究，完成国内首例2台4MW排土场分散式风电项目研发，年发电量约2400万kW·h，实现了自发自用，为露天矿电动设备绿电供应提供保障。项目研究成果为排土场及其他不良工程地质情况下的风电机组建设提供理论和技术支撑，在类似工况的露天矿山具有较高的推广价值，助力矿山企业双碳目标实现。排土场桩式可调基础分散式风电系统如图15所示。
图15 排土场桩式可调基础分散式风电系统
“十四五”期间，内蒙古公司将继续遵循“315”建设路径，强化科技创新赋能，在“安全、智能、绿色、高效”的智能化建设道路上继续发力，持续打造智能化综合管控体系，不断提升主、辅生产工艺装备智能化水平，推动智能化矿山全面建成。
（1）开展智慧矿山综合管控平台推广工作
以内蒙古公司南露天煤矿“尧光一号”智慧矿山综合管控平台为基础，将“1”个平台、“5”个中心和“N”个智能应用向其他4座露天煤矿进行辐射推广，针对已建系统按照平台数据标准进行数据治理和修订，建立煤炭产业统一数据驾驶舱，将矿山“一张图”、采矿辅助设计、全局调度和设计工程一体化等数据模型进行复制和完善，针对4座露天煤矿智能应用个性化需求进行差异化定制，实现安全、生产、运营等管理数据实时汇聚、共享和辅助决策，打造智能化综合管控体系。
（2）开展无人驾驶规模化应用建设
联合国内知名科研院所和科技型企业，结合采矿设计规划从正向角度开展无人驾驶应用深层次论证，针对所属5座露天矿不同赋存条件和实际工况，对无人驾驶适用性和规模进行精准施策，不断扩大矿卡无人驾驶应用范围。2024年末在存量基础上预计累计实现179台无人驾驶车辆作业，完成2000万m3工程量，2025年末累计实现274台无人驾驶车辆作业，完成7500万m3工程量，逐步减少坑下运输设备作业人数，实现少人则安、无人则安管理目标。
（3）开展百吨级运输设备电能替代推广应用
“以电代油”是当前煤炭行业降低碳排放最为直接和有效的方式之一，内蒙古公司在研发国内首台120t纯电交流传动自卸车经验基础上，继续拓展百吨级运输设备电能替代建设规模，至“十四五”末，结合设备更新规划计划开展30台百吨级自卸车电能替代工作，实现清洁能源在百吨级运输设备上的规模化应用，有效推动露天矿山生产碳减排。
内蒙古公司作为千万吨级露天煤矿的典型代表，经过近年来的不断探索和实践，在智能化建设方面取得了一定进展和成效，多项行业首创的智能化成果可作为典型的成功案例供行业内矿山企业参考。
在智能化建设过程中，也得到了一些启示：在技术方面，我国矿山智能化建设起步较晚，但呈现快速发展趋势，未来更加深入融合工业物联网、人工智能、大数据等新一代信息技术，实现“自主感知、广泛联接、数据驱动、智能开采”将是煤矿智能化发展的主要目标；在硬件方面，目前智能化产品均来自不同厂商，可靠性和兼容性还有待于提高，开发高兼容性和成套设备以及设备主机厂正向设计将是未来发展方向；在科技企业方面，目前智能化产品和服务厂商较多，但真正具备自主研发能力并能够提供系统化解决方案的企业较少，未来得益于政策基础以及技术创新的双重保障，将逐步出现规模较大、产品质量较好的龙头领军企业，不断优化智能化领域市场的供给结构，智能化矿山行业也将迎来更加广阔的发展空间。
