2021年，国家发改委、国家能源局等八部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，保德煤矿坚定走“安全、高效、绿色、智能”的高质量发展新路子，切实履行煤矿智能化建设主体责任，统筹做好煤矿智能化建设和安全生产工作，建立了以矿长为组长的智能化建设领导小组，并设置专职的智能化建设管理办公室，负责矿井的智能化项目建设及管理，为智能化建设的稳步推进提供坚实保障。

近年来，在智能化建设管理办公室的不懈努力下，矿井依次承担了《综采放顶煤智能化控制技术研究》《“5G+工业互联网”无人化矿井关键技术研发与工程示范》《矿井智能通风与辅助决策系统研发》《基于F5G无源全光工业网在井下的研究和应用项目》等集团级科研项目。2023年矿井整体智能化水平、智能化品牌和示范作用取得了质的提升，采掘工作面通过了山西省能源局中级智能化验收，国家能源集团对矿井进行了智能化验收，均达到中级智能化水平。此外，“保德煤矿基于F5G网络的采放协同工作面”“基于F5G网络的智能采放协同技术在智能化综放工作面应用”项目分别入选国全国煤矿智能化建设典型案例和国家能源集团煤矿智能化建设创新实践成果，“保德煤矿“5G+工业互联网”无人化矿井研究与示范”项目入选2023中国5G+工业互联网大会典型应用案例，保德煤矿综采队队长邬喜仓荣获2022年煤矿智能化建设卓越人物。

“5G+工业互联网”无人化矿井研发与示范创新团队成立以来，以煤矿实际需求为导向，先后完成了9项煤矿智能化建设创新技术，推进新一代信息技术与矿山开发利用技术的融合和迭代发展，将监测数据与生产管理、安全预警、决策支持等系统深度融合，形成闭环的智能化解决方案有效发挥智能化数据价值。

通过深入研究煤矸图像识别技术，计算放煤量和煤质含矸率，构建液压支架姿态与放煤量的数学模型，同时构建放煤堆积体表面与内部含矸率的映射关系，准确计算结束放煤的时机，对放煤过程的量化控制，图像灰度煤矸识别如图1所示。

智能放煤基于放煤机构空间位态、放煤口开度与顶煤冒落速度、形态的量化关系，优化尾梁和插板位置及结构。在智能放煤煤矸识别和人工干预放煤过程中，系统通过机器学习不断修正并记忆放煤参数，并通过煤矸识别结果进行反馈调节及验证，实现最优放煤参数实时更新，智能放煤控制系统决策界面如图2所示。

巡检小车搭载激光扫描雷达、惯性导航、摄像仪等设备，具备视频、音频、点云采集功能，实现视频数据、音频数据、点云数据、监测数据、控制指令实时传输，智能巡检机构本体及三维扫描点云如图3所示。

综放工作面设备在线监测与预测性维护云平台，采用大数据分析功能，对设备进行精确故障诊断，分析采煤机及三机振动等关键参数的历史趋势，做到预测性维修，降低维修成本，为用户维修提供决策依据，设备在线监测平台界面如图4所示。

综放跟机工艺数字孪生平台实现了跟机工艺数据传输处理和存储、跟机工艺历史回放、实时跟机工艺孪生演绎、跟机工艺预演仿真、跟机工艺指令调度等功能，现场工况采煤机及支架及三维虚拟采煤机及支架如图5所示。

结合掘锚一体机安装组合导航系统、截割高度传感器以及掏槽位移传感器、实现掘锚一体的自动截割控制技术，掘锚一体机自动截割如图6所示。

梭车远程辅助驾驶和无人驾驶技术，实现梭车沿着巷道中线自动运行，具备辅助驾驶、远程控制、无人驾驶功能，同时能够实现梭车与破碎机、掘锚机/连采机的联动，具有自动装煤、卸煤功能，梭车远程辅助驾驶系统如图7所示。

研制出国内掘进工作面首台铅酸蓄电池物料搬运车，解决最后200m物料搬运问题，智能物料运输车如图8所示。

掘锚一体机、梭车、装载破碎机、智能插架连续运输系统数字孪生远程监控，按照掘进工艺和设备工作场景模拟真实操作，实现了掘进工作面全息感知与场景再现，掘进工作面数字孪生系统界面如图9所示。

主运输以全煤流线设备为控制对象，采用多点感知融合技术对全煤流线带面载荷分布实现精确感知，应用协同控制策略对沿线设备进行变频调速，实现远程单机启停和煤流一键启停，智能主运协同控制系统界面如图10所示。

智能供电系统采用智能高压开关相关技术、生物识别技术、防越级技术、光纤测温技术和智能监控技术，实现变电所人、机、环、管一体协调控制，提升变电所供电智能化程度，达到变电所无人化管理水平，智能供电无人化管控界面如图11所示。

固定泵房排水系统将涌水量预测的避峰填谷无人值守算法应用到控制中，避免了涌水量突变情况下的泵房溢仓风险，输出工序能耗、泵效、排水量、耗电量等数据结果，为运营决策和生产维护提供关键的基础数据。通过管路监测，远程监测管路跑冒滴漏，实现远程水路调度，智能排水管控一体化界面如图12所示。

基于运行数据驱动的重大设备关键部件寿命预测，提高设备的可靠性故障定量诊断方法，实现了关键传动部件的故障智能诊断，大型设备故障诊断界面如图13所示。

针对主运带式输送机设定巡检任务，机器人通过搭载双光云台、气体传感器、温湿度传感器、烟雾传感器及相关其他传感器，对主运带式输送机沿线的甲烷、氧气、一氧化碳、二氧化碳、烟雾等进行准确感知，以声音、警示灯等方式提醒工作人员，带式输送机巡检机器人本体及界面如图14所示。

针对变电所巡检任务，机器人根据不同电控柜的性能要求，分别进行状态采集、危险预警等，获取设备的异常状态信息通知后，能够自主到达故障设备位置，拍摄故障设备的工作状态，为人员决策提供参考，轮式巡检机器人本体及控制界面如图15所示。

针对巷道内管道搬运任务，机器人能够完成物料识别定位、抓取、路径规划、自主移动、码放、安全避障及远程干预等任务，大幅减小工人劳动强度，增加作业安全性，搬运机器人如图16所示。

地质保障系统通过地质资料数字化、模型任意剖切、虚拟钻孔、储量管理等功能为复杂地质条件下的设计工作提供参考依据，实现了地质工作的降本增效，透明地质保障系统界面如图17所示。

智能钻探机器人对钻杆搬运、钻渣收集与处理等辅助工艺流程进行自动化控制升级，整体实现辅助工序配套装备的自动化控制；同时构建高效的远程控制及故障诊断与预警系统，实现钻探装备的集成管理和协同控制，长距离智能钻探机器人系统如图18所示。

升级原有瓦斯、水、火、顶板、粉尘等典型灾害监测预警系统，为灾害预警提供全面的基础数据保障；从数据、指标、模型等方面布局，深度挖掘不同灾害前兆信息及其时空叠加、交叉演化特征，突破灾害预警多粒度表达模型、数据预处理技术、基准演化指标体系、灾害融合预警模型等关键技术，构建机理模型与数据模型共同驱动的跨时空、全覆盖、多参量预警指标体系和模型，从模型层面有效提升了预警准确性与时效性，煤矿多灾种融合预警平台界面如图19所示。

保德煤矿5G+N*100G高速网络的UPF/MEC下沉技术及方案，井下5G传输环网主干采用100GE组网，满足神东中心控制面统一接入、全规模覆盖的需求。井下无线覆盖采用隔爆兼本安型矿用5G的BBU+rHUB+pRRU分布式组网架构，基站设计小区合并机制，井下同小区无线覆盖、避免频繁移动性小区切换，实现5G信号连续稳定覆盖，优化上下行时隙配比，实现上行传输能力显著提升。

AI智能分析平台打通模型研发应用的各个环节，包括数据处理、数据管理、数据标注、模型训练、模型管理、模型转换及部署都可以在平台上操作完成。AI算法采用传统机器学习算法和深度学习相结合的方式，运用高斯背景建模、光流、YOLO等目标检测技术和算法，重点针对煤矿场景训练数据样本少、正负样本不均衡，模型容易出现过拟合现象，导致模型泛化能力弱的问题，采用样本增广、难负样本挖掘等算法，增加模型训练正负样本数量，提高目标检测准确率，煤矿井下AI算法应用效果如图20所示。

综合管控平台基于国能神东煤炭集团统一数据标准和工业互联网架构，依托煤矿云计算数据中心，覆盖煤矿安全、生产、调度和运营等业务领域，以神东生产管控平台为底座，融合生产执行系统、生产集中控制、安全集中监测为一体，实现数据融合集成、业务高效协同，各子系统统一监控、统一调度和统一决策，构建“模型化、协同联动、智能决策”矿井级工业互联网一体化综合管控平台，一体化管控平台首页界面如图21所示。

（1）三维GIS一张图实现了井上下三维场景一体化集成，系统支持三维模型轻量化发布，实现了跨平台跨浏览器免插件高效运行，三维一张图界面如图22所示。

（2）安全集中监测系统实现了安全监控、人员定位、水文监测、束管监测、粉尘监测、顶板监测、应急广播等安全监测类子系统页面开发集成，安全集中监测-安全监控界面如图23所示。

（3）生产集中控制系统实现了综采系统、供电系统、主运输系统、通风系统、压风系统、排水系统等生成集中控制类子系统页面开发集成，生产集中控制-综放系统界面如图24所示。

研发与示范创新团队通过开展“5G+工业互联网”无人化矿井关键技术研发与工程示范项目，构建形成云边协同、管控一体化的智能无人化矿井建设创新范式，突破矿井级、系统级和边缘端等一系列智能化关键技术，并在神东保德煤矿开展工程示范。根据国家、行业和国家能源集团相关标准，发布无人化矿井企业标准。

基于“5G+工业互联网”无人化矿井研发与示范项目是落实国家能源集团煤矿智能化建设2022年底实现5个100%的科技支撑实践行动，也是围绕实现国家能源集团利用煤矿智能化技术手段，提升煤矿安全生产自动化程度和智能管控水平。利用5G、工业互联网、云计算等新一代信息技术，打造无人化矿井建设模式，实现“安全、高效、绿色、智能”的现代化煤矿管理模式，从根本上提升煤炭资源开发带来的经济效益水平。

“5G+工业互联网”重大专项项目从总体布局，将煤矿智能化建设一系列关键共性技术进行子课题的任务布置，将具有资源特殊需求和专业性技术需求的进行单独子课题部署，通过共性技术研发减少国家能源集团科技项目资金的重复投入，并将技术成果在国家能源集团共享，解决在实施全集团煤矿智能化建设过程中的关键问题。经济效益主要从2方面说明。

（1）通过“统一数据、统一模型、统一平台、统一方案”建设原则，将研究成果在全集团进行实施，采用的技术、平台、产品和解决方案能够在统一框架下实施，避免由于技术路线、产品、平台等不兼容导致的数据无法融合、业务不能互通、智能化应用不能共享等问题，为国家能源集团煤矿智能化建设降低科技经费支出。

（2）智能化建设体系是从高效、安全、绿色智能矿区新型建设模式出发，契合保德煤矿产业从机械化、自动化到智能化发展要求，从煤矿产业链、矿井安全生产、系统智能化、边缘智能辅助等4个角度，实施关键的平台、系统和产品建设，全面提升煤矿生产组织形式和流程优化效率，大幅降低煤矿生产成本，实现煤炭产业转型升级。

煤矿智能化建设是国家推进煤矿生产力水平的重要举措，5G、工业互联网等新一代信息技术是构建煤矿智能化建设技术体系的关键技术手段。项目以5G+工业互联网技术框架，布局煤矿工业互联网平台、井下视觉智能感知与判识、设备故障诊断与远程运维、透明工作面无人化放煤、掘进平行作业与远程集控、安全保障智能监管及远控、矿井云网融合等先进科技攻关课题，构建矿山更精准、实时、高效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台，有利于实现煤矿工业技术、经验、知识模型化、软件化、复用化，以矿山APP的形式为矿山开发各类创新应用，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的产业生态体系，是产业布局的新方向、企业智慧转型升级的新引擎。

项目形成了矿区智能化全要素全流程数据认知、表达、采集、存储、处理、汇聚、分析、决策、执行、可视化的闭环管理解决方案，推动煤流、物流、风流、水流全要素打通，最终实现矿山生产工艺从事件驱动向数据驱动转变、单机自动化向系统自动化转变、资源配置从低效向高效转变，使矿区形成用人少、安全好、效率高的良好态势。

智能化系统高效运行是智能化矿山可持续发展的重要保障，在智能化项目实践应用过程中，加大智能化管理、设计人才培养计划和目标，加大智能化运维人才培养，逐步打造“专业技术人才-专业技术带头人-专业领军团队”多级发展人才体系。

团队研究了煤矿复杂环境下智能感知与险情识别技术、煤矿井下机器人集群协同控制技术，重点研发井下复杂环境高效作业类机器人，加快井下机器人集群与应用平台的研发应用；研究数字孪生技术，打造完整的煤矿井下跨系统全时空信息数字感知体系，构建集井下掘进巷道空间信息、掘进装备状态、风险信息等多参量、多尺度、全时空特性的数据感知智能化监控平台；研发井下低功耗、高精度、多功能环境监测传感器，建立完善的监测数据应用机制，实现数据的集成应用。

团队通过一系列关键技术攻关，解决煤矿智能化建设过程中的难点问题，以矿井条件现状为基础，围绕关键应用场景打造智能化示范样板，建设煤炭产业安全高效、低碳绿色发展的重大科技工程示范，形成可复制、可推广的国家能源集团智能煤矿建设科技解决方案，以点带面推动煤矿智能化发展，为煤炭行业转型发展贡献国家能源集团的工程示范。