国能神东煤炭乌兰木伦煤矿（简称乌兰木伦煤矿） 隶属于国能神东煤炭集团有限公司（简称神东煤炭集团），位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东南部，归属内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇行政管辖，地处伊金霍洛旗东南部。矿井始建于1988 年11 月，1992 年12 月正式投产，井田面积44.1 km2，矿井地质总储量41 204.66 万t，主采煤层三层。煤质具有低灰、低硫、低磷和中高发热量的特点，属高挥发分的长焰煤和不黏结煤，是优质动力煤、化工和冶金用煤。矿井经过3 次改造，由最初的核定生产能力30 万t/a 提升到现在的510 万t/a。在煤炭行业智能化建设领域取得了优异成绩，获得中国煤炭工业协会“先进会员单位”“安全高效矿井”及国家能源投资集团有限责任公司（简称国家能源集团） 安全环保一级单位等荣誉称号。
乌兰木伦煤矿按照《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》《国家能源集团智能矿山建设方案》等文件，结合集团公司提出的“全面建设世界一流清洁低碳能源科技领军企业和一流国有资本投资公司”战略目标，积极响应并落实神东煤炭集团对智能化煤矿建设的重要指示，全面推进智能化矿山建设，按照“总体设计，分步实施，重点突破，谋划长远”的原则，以安全、高效、绿色、智能为导向，实施“1132+N”（1 个总目标：智能感知、智能决策、智能执行的全智能化矿井；1 个示范：矿鸿系统示范矿井；3 个突破：矿鸿系统全适配、5G级联及漏缆组网技术、基于UWB的精准定位系统；2 个建设：智能调度指挥中心建设、智能井口检身系统建设；N个系统：综采、掘进、辅助运输、供电供排水、通风与安全等子系统） 智能化建设规划，力争到2025 年形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、采掘（剥）、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业；到2035 年，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。
智能化矿山建设面临设备互联互通难、数据采集共享难、系统智能协同难等重大难题，设备的操作系统和通信协议被国外公司掌控，安全漏洞难以及时修补，易被攻击，存在不安全、不自主、不可控的巨大风险。工业控制系统信息安全是实施制造强国和网络强国战略的重要前提，关系到国家安全、经济发展和社会稳定。国家能源集团牵头研发了国产“矿鸿”操作系统和通信协议，就是要实现工控操作系统的“安全可信、自主可控”。
“矿鸿”操作系统是适合工业领域智能化场景应用需求开发的100%国产自主可控、安全可信、智能互联的工业级操作系统，弥补了国内自主可控的工业级操作系统缺失，其核心是提供自主可控的工控操作系统内核和统一数据标准（HCP）协议，可以实现数据融合、共享和智能化应用。特别是在以万物感知、万物互联、万物智能为特征的数字经济时代，进一步打牢煤矿数字化转型的底座，加速能源系统的数字化、智能化转型，推动能源行业的高质量发展，为制造强国、数字中国建设提供强有力的支撑。
“矿鸿”操作系统实施情况
2021 年11 月，国家能源集团在乌兰木伦煤矿启动了“矿鸿”操作系统全矿研发、适配、测试工作。目前全矿43 类1 808 台套设备已成功适配，覆盖井下所有电气设备和控制单元。期间共推出了适应不同设备和传感器的5 种系统版本，历经7 次迭代升级。乌兰木伦煤矿同步研发了首个工业操作系统管控平台，可对“矿鸿”操作系统运行状态实时监测、远程运维、版本在线升级。经过1 年多的井下稳定运行，未对设备及产量造成不良影响，初步验证了“矿鸿”操作系统可用、能用、适用。乌兰木伦煤矿应用“矿鸿”操作系统以来，井下设备互联互通实现了3 个转变。
（1） 转变了设备连接方式
由树状结构变为网状结构，井下设备连网即可自动识别、自动配网、智能组网，通过多通道技术实现不同连接方式的自动切换，设备接入网络更加便捷、稳定、可靠。
（2） 转变了设备交互方式
通过“矿鸿”操作系统的“一碰连”和“近场发现”功能，实现了“一机在手、万物可控”，大幅提高了员工巡检、远程监测、实时控制、参数调整等工作效率。
（3） 转变了数据访问方式
利用矿鸿分布式数据库管理技术，不同设备数据库之间可以直接访问、相互访问，实现了网络化、去中心化功能，减少了中间环节，井下设备数据采集、交互更加便捷、高效。
由乌兰木伦煤矿牵头联合行业内主要装备厂家，开展了“矿鸿”操作系统与煤矿生产控制场景的适配工程，一方面解决了生产场景统一连接、统一接口、统一协议问题，另一方面，提高了我国煤矿生产控制系统的安全可信与自主可控能力。
（1） 综采系统
通过运用“矿鸿”操作系统，对工作面采煤机、液压支架、“三机”（刮板输送机、转载机、破碎机）、组合开关、移动变电站、集控系统进行全面适配，采煤机使用“矿鸿”操作系统以后，能够通过通信互联感知到液压支架的位置和姿态，及时调整采煤机自身的动作，防止出现漏架或液压支架姿态不正确导致的生产中止情况，提高了生产稳定性；液压支架控制通过手机APP，实现了“小屏变大屏”，通过手机“一碰连”能够实时监测和控制工作面所有支架，并且能够实现人员接近闭锁功能。“矿鸿”操作系统实现了通过手机APP与液压支架控制器的网络通信，操作人员走在任何一架处，相应的液压支架控制器会自动闭锁，大幅提高了人身安全度；集控中心搭载“矿鸿”操作系统，实现了统一协议，灵活部署，统一构建，实现了不同厂商各个设备的统一管理，解决了“信息孤岛”的现象。
“矿鸿”操作系统采用统一的数据平台和登录界面，可实现各子系统间互访、井下多设备的自动化集控与远程检测；同时开发了相应的手机APP，能够在手机端查看和启停工作面设备，大幅提高了工作效率；乳化液泵站控制系统基于“矿鸿”操作系统开发了手机APP，能够在手机端远程查看泵站信息、启停泵站，并能实时监测乳化液浓度，保证液压支架各部件的润滑，为液压支架的正常运行提供了安全保障。
（2） 掘进系统
掘锚机、梭车、转载破碎机、带式输送机及各类控制开关等设备适配“矿鸿”操作系统，同时搭建完成设备集中控制中心。掘进系统加装“矿鸿”操作系统，解决了原进口设备无显示组件、数据不能上传等问题，达到实时监测设备状态信息的效果，进一步提升了掘进设备智能化水平；该系统通过高速以太网将各设备数据传输至集控中心，可实现井下设备的远程集控与视频监测，并有相应的手机APP，能够在手机端查看和启停设备，同时具备运行过程自动监测、数据上传、故障报警功能。
主运带式输送机控制器完成“矿鸿”操作系统的适配。可通过手机“一碰连”功能，远程查看带式输送机的运行状态、带式输送机保护、参数和故障记录，可实现手机端一键启停、工作模式切换等功能。
（3） 变电所适配矿鸿系统
供电系统设备应用矿鸿”操作系统后，通过“一碰连”功能，在手机端查看开关的运行状态、参数和远程停送电、电子挂牌功能。基于“矿鸿”操作系统的馈电开关，通过后台服务软件，可满足开关的“五遥”功能（遥测、遥信、遥调、遥试、遥控），可实现远程分合闸、漏电试验、定值修改、故障记录和联网一键送电功能。同时该馈电开关还具有100%低压选漏功能，防越级跳闸、电量精确计量等实用功能，真正达到智能矿山建设“少人化、无人化”的目标。
“矿鸿”操作系统优势
煤矿行业设备种类多，操作系统纷繁复杂，设备间协议“七国八制”，互通困难。“矿鸿”是统一煤矿行业设备的操作系统，通过独特的软总线技术和统一的HCP协议等关键技术，将不同厂家的设备互联互通，助力煤矿企业建设“智能感知、智能决策、自动执行”，从而逐步达成采煤、运煤、管理的自动化，最终实现无人化。
（1） 统一系统
1 套系统覆盖大大小小的设备，“矿鸿”操作系统架构支持功能解耦，可随产品自由裁剪，支持各种不同类型的设备，小到传感器大到采煤机、液压支架、煤矿机器人等设备都可以使用同一操作系统。
（2） 统一标准
打破信息孤岛现象，实现了数据共享。“矿鸿”操作系统支持煤矿行业统一协议，灵活部署，统一构建，实现了不同厂商各个设备下的统一管理，允许工业设备在对时间要求苛刻的环境中交换应用程序信息，在安全可靠的基础上有序控制、配置和收集网络中的海量数据，并且高速传输。
（3） 万物互联
人机互联，“机机”互联，万物感知，井下设备搭载“矿鸿”操作系统后，各种传感器、矿灯、控制器可以互联互通，并可和手机、穿戴设备互联，实现周边环境实时感知、更高精度的人员定位，对井下人员健康实时监测，提升井下人员作业安全。
（4） 安全可信
在“矿鸿”操作系统构建过程中，针对安全可信能力做了增强，可保障设备、应用、数据和服务安全。“矿鸿”操作系统的全栈各种关键技术均为自研，包括操作系统内核、系统调度、通信技术、文件系统、编程语言与编译器等。并针对煤矿行业定制了功能增强套件，包括面向煤矿实际生产场景的软总线通信、设备鉴权与认证、近场发现与连接等功能，根据煤矿生产实际需求，开发了适用于煤矿行业的“矿鸿”国产操作系统，实现完全安全可信。
“矿鸿”操作系统应用
利用“矿鸿”操作系统，在井下智能综采工作面，结合“矿鸿”软总线能力，通过5G通信网络，借助先进智能巡检、红外热成像、惯性导航技术，构建精确三维地质模型，实现了工作面“视频跟机、有人巡视、自主割煤和远程干预”的采煤模式。对变电所内高压开柜、馈电开关进行“矿鸿”升级建设，实现了供电保护国产化、自主可控。
通过采煤工作面“矿鸿”智能化设备赋能，采煤工作面由每班11 人减至3 人，实现了常态化3 人生产或地面1 人远程+井下2 人联动双生产模式，减少了直接参与危险作业的人员，降低了事故发生的可能性，创造了人员生产用工和产能效率的革命性改革，全年万吨工时率降低了5.8%，整体提高了全员工效水平。智能化采煤工作面设备的创新应用，实现了提前感知设备故障，月均减少生产期间故障处理时间超过20 h，延长了设备使用寿命，提高了设备开机率，降低了处理突发设备故障的安全隐患，了工作面平稳可靠运行。工作面全生命周期设备故障率同比下降了35%、支架自动化率提升了8%、支架干预率降低了13.5%、煤机自动化率提升了3.6%、煤机干预率降低了2.3%，综合自动化率维持在95%以上。
乌兰木伦煤矿作为全国首个“矿鸿”应用示范矿井，在“矿鸿”操作系统建设过程中，涌现出许多亮点和优秀工作者，共计完成技术改革20 项，获授权专利3 项，发表核心期刊论文2 篇，获煤炭行业“两化”深度融合重点推荐优秀项目1 项，成立丁明磊技能大师工作室，组建大学生智能化电工班，1人获得大国工匠荣誉称号，1 人获得陕西省五一劳动奖章。
“矿鸿”操作系统行业价值
“矿鸿”操作系统的应用实现了模块化设计，可灵活裁剪组件，适于不同类型硬件，无论设备大小，只需1 个“矿鸿”即可覆盖从KB → MB→GB级设备。搭建成为完全自主可控的智能“数据湖”，“矿鸿”将海量的矿井生产数据进行全过程采集、集中智能存储，统一生产数据存储标准，建成煤炭生产“数据池”，既保障了自有数据的绝对安全稳定，又保障了数据的高效交互与共享。同时“矿鸿”在行业开创性地探索出了多设备、多接口、多参数统一融合的新途径，随着煤矿“采、掘、机、运、通”各系统的全面应用，井下传感器、液压支架、采煤机等设备将实现网联化，最终实现基于国产芯片、操作系统、数据库、网络设备、云/AI 算法模型全套核心技术，形成国内首个“安全可信、自主可控”的工业互联网生态链体系，助力煤炭行业突破一批引领行业未来发展的前瞻性、颠覆性关键技术。
“矿鸿”操作系统具有4 个方面的价值：①有助于打造煤矿工业互联网、建设智能煤矿，有效解决“产业安全”问题；②通过制定行业接口、协议标准，有效推进行业设备的数字化适配；③有助于打造煤矿工业物联网操作系统，实现工控体系的国产化、可靠可信；④有利于促进煤矿工业互联网生态发展，推进数字经济和能源经济的融合，实现煤炭行业高质量发展。
结 语
“矿鸿”操作系统为智能化矿山的工业互联网架构打造了万物互联的底座，旨在推动煤矿产业的智能化、数字化转型。可以从4 个方面助力煤炭产业的数字化转型：①打造煤矿工业互联网、建设未来煤矿，有效解决“产业安全”问题；②通过制定煤矿行业接口、协议标准，有效推进行业适配；③打磨煤矿工业物联网操作系统，实现工业控制体系的国产、安全可信；④构建煤矿工业互联网生态体系，推进数字经济和能源经济的融合，实现煤炭行业高质量发展。
责任编辑： 李金松
