国家能源集团国源电力公司（神东电力公司）准东二矿（简称准东二矿）地处准东煤田大井矿区中南部，井田面积约150.82 km2，地质储量102.16 亿t，可采储量53.2 亿t，一期工程建设规模600 万t/年，服务年限627.4 年。煤层埋深470～740 m，煤层厚度30.55～70.57 m，平均厚度53.59 m，根据煤层赋存条件，结合大巷布置形式，采用长壁垮落采煤法，分层放顶煤采煤工艺，分层厚度18 m，工作面长度为240 m。2020 年7 月，准东二矿列入国家能源集团十大重点智能化示范煤矿，同年11 月，列入国家首批智能化示范煤矿新建8 座煤矿之一。
准东二矿智能化建设经验
准东二矿为新建矿井，采用行业先进技术及创新型产品，智能化建设在建井期作为重要内容列入3 年规划中，整体智能化建设通过三步走和三保障来实施。
（1） 详细规划与设计中级至高级智能化矿井的顶层设计，智能化设计与煤矿实际深度融合，满足高起点、高标准、高质量的顶层设计。
（2） 矿井中级智能化建设在专业技术团队与各生产单的互相配合，在煤矿联合试运转前完成各平台部署，同时启动65 个子系统智能化建设，在矿井正式投产时完成全面建设。
（3） 通过一体化交付，集中展示煤矿智能化建设成果，由初期各子系统智能化到各平台融合多类业务数据，从单机智能化到整体智能化，一体化交付中包括智能化设备、智能化运维的专业人才。
三保障是指准东二矿作为国家智能化示范矿井，上级公司的资金保障、技术保障、人力保障为智能化建设提供了有力支持。基建矿井智能化建设中累计投资超过3 亿元；行业内各级专家对建设技术方案评审、指导，建设团队超100人。
准东二矿智能化建设成果
准东二矿按照国家和国家能源集团智能化建设规划和标准，全面运用“智”赋能技术，以少人、无人化安全生产为目标，高标准、高起点开展煤矿智能化总体设计、全面部署、整体实施、一体化交付。依托先进可靠的IT 基础设施和智能化监控、感知系统，着力构建智能一体化管控平台和边缘侧数据中心，全面实现系统融合、数据融合和业务融合，推进煤炭生产的数字化、智能化、绿色化转型升级。准东二矿完成云计算数据中心的2 个中心、3 个平台、4张网络，以及65 个子系统的整体布局建设。
2 个中心
（1） 云计算数据中心
数据采集服务具备多源异构数据接入能力，提供实时生产、安全监测和业务管理数据采集、转换与清洗工具，源系统接入数据应符合数据标准；数据存储服务具备矿区海量异构数据存储能力，包括关系型数据存储、空间数据存储、实时数据存储等部分；数据计算服务具备批量计算和流式计算能力，提供批流一体的数据计算引擎；数据治理服务依托国能集团数据治理平台提供服务；数据访问服务具备对用户和系统提供授权可控数据共享和访问服务功能；数据标准化后上传至国家能源集团云数据中心（数据湖）。
（2） 调度指挥控制中心
调度指挥控制中心集成矿井和选煤厂各生产类监测监控子系统，实现生产过程远程集中控制，实时数据采集和可视化；生产集中控制系统与安全集中监测系统、生产执行系统、煤矿数据中心进行数据交互，实现多系统间联动控制的协同工作能力；调度指挥控制中心内安全集中监控系统可进行统一调度、视频监控、人员监控、辅助运输、紧急通信、应急救援、异常告警、安全监测、灾害防治、设备管理、设备巡检、安全巡检和系统管理，满足矿井人员、车辆和设备管理，实现各种业务数据的监测和分析，准东二矿调度指挥控制中心如图1所示。
图1 准东二矿调度指挥控制中心
3 个平台
（1） 生产运营平台
制定统一业务数据规范，融合集团各级智能化、信息化建设成果，实现生产管理、调度管理、一通三防、班组管理、煤矿边缘侧大数据综合管理。向上与集团经营管理、决策支持系统互联互通，向下与智能装备、智能控制系统管控协同，实现煤炭各类业务信息的共享和联动分析，助力集团一体化生产运营管控。
（2） 生产集中控制平台
煤矿生产集中控制系统实现了实时监测综放工作面、掘进工作面、主运输、通风、供配电等系统电气设备的工作状态、安全、生产、计量等参数，同时进行设备远程操控，实时获取报警信息等功能，并将整理、分析后的数据信息存储到数据库中，形成统一的煤矿生产集中控制系统，具体包括7 个子控制平台。
（a） 综放工作面智能化系统
针对准东二矿煤层厚，结构简单，低瓦斯含量，矿井可采面积大的实际情况，定制化开发了完整的综放工作面智能化解决方案，子系统包括巷道集控室、自移机尾集控室、带式输送机自移机尾控制系统、供配电子系统、采煤机电控子系统、液压支架电控子系统、“三机”电控子系统、泵站电控子系统、工作面通信/闭锁子系统、视频监控子系统、无线网络与遥控子系统、巷道输送带控制子系统组成，打破综放工作面不同子系统之间的技术壁垒，实现了综放工作面采掘、支护、运输、供电、供液、视频等一体化控制，综放工作面集中监控系统界面如图2 所示。
图2 综放工作面集中监控系统界面
（b） 综掘工作面智能化系统
目前准东二矿掘进工作面掘锚机、综掘机、可伸缩带式输送机等采掘支护运输设备未实现数据上传、自动控制、遥控远控等需求功能。智能化建设将综掘工作面馈电、带式输送机、生产移变以及风机开关等设备接入智能化控制平台，实现了集中控制和联动控制，实时掌握综掘设备的运行状态、异常报警。
（c） 井下带式输送机控制系统
通过子系统之间信息交互，实现了采掘、支护、运输、供电、供液等系统一体化控制。工作面输送机实现了无级调速控制，在现有工作面输送机调速系统常态化应用基础上，结合准东二矿实际情况，升级改造了矿井输送机系统，实现了矿井主运带式输送机系统智能调速控制，满足从综采工作面到地面上仓所有带式输送机的协同控制，主运输监控界面如图3 所示。
图3 主运输监控界面
（d） 辅助运输系统
辅助运输系统由辅助运输管控一体化平台、基于UWB精确定位的红绿灯控制系统以及传输网络（利用现有环网基础设施） 3 部分组成。
辅助运输管控一体化平台实现了对各子系统统一接入、统一承载、统一管理；通过采集人员和车辆位置信息以及其他业务系统数据，将人员及车辆定位、无线通信、智能辅助运输等有机融合，实现辅助运输生产过程的车辆管控、物资管控、运输调度等管控；基于UWB精确定位的红绿灯控制系统通过控制箱就地获取车辆的定位数据，实现红绿灯逻辑控制。
（e） 智能通风系统
针对风速传感器精度不高，粉尘浓度对监测精度影响严重、单点风速不能准确计算全断面平均风速等问题，以高精度风速传感器、全自动测风系统、通风阻力在线监测、通风设施监测为基础，通过三维可视化决策平台、实时网络解算、按需智能决策、安全预测与故障诊断，实现智能局部通风机控制功能，掘进工作面按需供风，及矿井主要通风机一键式启动、反风、倒机功能，地面主通风机远程控制功能，正常状态矿井风流、风量按照安全高效原则远程调节，灾变时期按照控制灾变及救援原则的智能控风、调风，智能决策反风方案，根据井下实际情况，使反风量达到安全要求，主通风智能监控系统界如图4所示。
图4 主通风智能监控系统界面
（f） 主排水监控系统
主排水监控系统实现了压力、液位、流量、阀门状态、电机温度、电机电流电压等参数实时监测；实现了水泵根据液位自动启停，以及水泵根据均匀磨损、移峰填谷等原则自动切换；实现了液位、引水、电气、超限、缺水、预警等保护功能，中央水泵房可无人值守，主排水智能监控系统界面如图5所示。
图5 主排水智能监控系统界面
（g） 信息基础设施建设
信息基础设施建设构建了稳定、高效的网络通信系统，保障矿山内部各设备、各系统之间的信息传输畅通无阻，搭建了有线和无线通信网络，以及相应的网络安全保障措施；数据采集与监控系统实时监控矿山生产进度、设备状态、安全指标等各类数据，实现了矿山生产过程的全面掌控；应用云计算和大数据技术实现了矿山数据集中存储、分析和处理，为决策提供有力支持。
（3） 安全集中监测平台
安全集中监测系统为井下融合监控系统平台，接入矿井瓦斯、水、火、顶板、冲击地压、人员位置等各专业监测系统数据，从类型、分站、区域不同维度实时监测井下设备数据和运行状态，实时显示、提醒报警信息和故障信息；实现了分级报警，提升了报警精准度，实现了安全监控、人员定位、应急广播、顶板、水文等多系统业务联动，以及各数据信息的综合展示和融合分析。
（a） 瓦斯智能巡检系统
针对准东二矿瓦检工作繁重、瓦检人员有限且采用传统人工检测，手动填写瓦检牌板的模式，开发了瓦斯智能巡检系统，实现了瓦检工作信息化闭环管理，缩短了瓦检数据处理分析时间，有效提升了瓦检工作规范化、智能化及数据分析高效化，杜绝了瓦检工作中脱岗、空班和漏检行为，减轻了瓦检员工作负担。
（b） 光纤测温系统
井下光纤测温系统采用拉曼散射原理和光时域反射技术实现了温度和距离的测定。可显示全程分区图及其温度分布曲线、重点监测点温度随时间变化曲线；具有定温报警、差温报警、温升过快报警、光纤破坏报警、装置异常等报警功能。光纤分布式测温火灾监测预警系统可分析监测温度、温度异常定位及温度变化趋势，为煤矿火灾预警预报提供数据支撑，井下光纤测温智能控制系统界面如图6所示。
图6 井下光纤测温智能控制系统界面
（c） 智能综合防尘系统
准东二矿的智能综合防尘系统充分考虑应用场景及开闭阀时机，实现了多种传感器融合联动并满足远程监控功能，避免水资源浪费及粉尘控制滞后等问题，提升了降尘效率，系统性提高了智能粉尘监控系统的管理水平。
（d） 多源水害监测预警系统
针对准东二矿构建矿井水害监测预警系统，多元时序大数据软件系统满足统计分析微震、电法、水文监测等多源监测系统采集数据，通过数据迁移技术汇集至数据中心，形成多源时序监测大数据池。在应用端布设一套预警系统实时分析监测数据，根据工作面静态评价结果和采掘影响下的数据变化动态调整预警判据，实现水害实时动态预警，多源水害监测预警系统架构如图7 所示。
图7 多源水害监测预警系统架构
4 张网
准东二矿基础网络由5G专网及F5G环网组成，F5G环网按业务类型划分为工业控制环网、安全监控环网、视频万兆环网，共同构成了准东二矿4 张基础网络。
（1） F5G环网
F5G光网络系统干线设备无源无须供电实现了多级分光，全程预连接光纤光缆网络，井下免熔纤操作，降低了安全风险；故障诊断清晰准确，可快速定位光纤链路故障；网络布局灵活机动，采煤工作面转换时，网络可灵活转移自生长；端到端万兆高速互联，网络带宽无瓶颈，可无限拓宽采煤业务对带宽需求的空间，无源光网络环网布置界面如图8 所示。
图8 F5G无源光网络环网布置界面
（2） 5G专网
针对矿井现有的采、掘、运、排、通、机修、监测、调度、控制等各生产及附属环节针对其无线通信的痛点，提供语音、视频、数据三大智能化通信业务整体解决方案。统一规划和设计地面及井下全部区域，实现智能采掘工作面5G无线网络覆盖。
5G核心网部署1 套极简5GC核心网，实现了轻量化控制面和用户面全部下沉部署到准东二矿矿区，保证5GC专网专用、物理隔离、低时延，全面满足准东二矿5G网络独立、自主、可控的业务需求。
准东二矿智能化建设亮点
基于一张图共享平台
三维展示系统实现了三维可视化环境下的矿山生产远程指挥与控制、生产过程管理数字化与智能化；三维基础平台实现了矿井基础信息存储、组织管理、专业表现算法封装功能，为上层专家系统及专业分析提供矿用对象数据支持，一张图三维展示系统界面如图9 所示，一张图三维展示系统界面如图10 所示。
图9 一张图三维展示系统界面
图10 一张图三维展示系统界面
VR 安全培训中心
VR技术应用于煤矿安全培训，通过实景模拟和沉浸感，高互动性和参与度，为学员提供了更为生动、实际和交互性强的培训体验，在虚拟环境中模拟灾害应急避险、灾害发生预兆、发生强度和破坏程度，融入自救避险知识并引导安全逃生，提升安全培训效果，实景培训中心如图11所示。
图11 VR实景培训中心
智能工作面透明地质
煤矿地质是矿井生产的基础，与瓦斯、水害、顶板、火灾等灾害事故密切相关，是实现煤炭资源高效安全智能绿色开采的基础和前提。准东二矿透明地质保障平台以物联网、人工智能、大数据和GIS 协同技术为支撑，构建了一体化矿井地质保障系统，搭建了水文地质、火区地质、瓦斯地质、掘进工作面和回采工作面的透明化地质场景，满足各类地质信息数据化管理，实现了全生命周期地质大数据分析；应用先进建模技术，构建了精细化矿井三维地质模型，结合地质数据分析，生成采煤机规划截割曲线，并预测预报未来采掘工程地质，为煤矿智能开采及灾害预警提供了透明化地质信息基础，明地质保障系统首页界面如图12 所示，发火三带划分界面如图13所示，透明地质回采界面如图14所示。
图12 透明地质保障系统首页界面
图13 发火三带划分界面
图14 透明地质回采界面
智能化建设面临的技术难题
（1） 安全集中监测平台及生产集中控制平台接入多个子系统数据时，存在同系统厂商不同，部分协议无法通用，需根据相应厂商及各子系统定制化开发数据接入协议，为适应产品功能需和厂商多次对接、调试、数据核对。
（2） 煤矿数据各板块应用系统多、数据量大、数据实时性要求高且增长快、数据结构复杂。缺乏对数据的整体资源化管理，导致数据分析利用、深度挖掘不充分，难以发挥数据价值，严重制约了数据融合共享、挖掘应用。
（3） 受限于综放工作面工作环境、设备体积大等因素影响，实现设备高精度智能化控制存在技术难题；综掘工作面生产可见度低，难以实现高精度实时控制设备和智能AI 分析；带式输送机系统复杂，独立控制的带式输送机系统，实现协调控制整体系统，无缝衔接存在技术难点。
结 语
准东二矿已建成的智能矿山系统在实践中取得了显著的应用实效，尤其在煤层埋深较大且采用放顶煤工艺条件下，推广应用意义更为突出，证明了智能矿山建设的必要性和可行性，为未来矿山行业的转型升级提供了有益的借鉴和参考。
下一步的建设目标是实现一体化集中控制，综掘工作面通过工作面集控中心和地面集控中心可实现对工作面设备的实时监控和远程控制功能；地面集控中心实现综采和主运2 套系统深度融合，根据综放源头煤流信息及上级输送带煤量，逐级控制主运带式输送机速度， 通过主运带式输送机沿线布置视频摄像机系统，实现煤量算法调速为主、机器视觉调速辅助手。
策划：李金松 编辑：黄小雨
