锦界煤矿属于国家级工业园区-神府经济开发区国华锦能煤电一体化配套项目，由国家能源集团委托神东煤炭集团进行专业化管理，负责矿井的建设和生产。矿井位于榆神矿区东北部，地处陕西省榆林市神木市锦界镇境内。井田东西宽12 km，南北长12.5 km，面积141.8 km2 ，可采储量15.78亿 t；水文地质类型为极复杂型矿井。
锦界煤矿于2004年5月开始建设，2006年9月试生产，2015年6月国家煤矿安全监察局核定生产能力为1800万 t/a。锦界煤矿以安全、高效、绿色、智能为核心，建成了国内首座数字矿山，形成了煤矿“一个平台、两个系统”的智能化建设体系，以5层应用架构为支撑，不断开展煤矿智能化建设；通过控制层实现设备信息展示与控制，完成了示范矿井从点到面的全覆盖智能化建设；应用执行层逐步打通各生产环节，实现数据与管理的横向协同，至此揭开了矿井安全、高效、绿色、智能生产的新篇章。
1 “两化”深度融合，奠定智能矿山坚实基础
2013年，锦界煤矿建成了国内首座数字矿山，其核心成果为“一个平台，两个系统”，消除了纵向的信息孤岛与烟囱效应，实现了横向的信息采集全覆盖、数据资源全共享、统计分析全自动，业务管理全透明、人机状态全监控、生产过程全记录。2014年5月23日，由中国煤炭工业协会组织，在陕西神木召开了“全国煤炭行业两化深度融合型智能矿山现场会议”，这标志着国内首个数字矿山示范矿井在国家大力支持以及工业化与信息化深度融合的基础上迈出了重要一步，为推动全国煤矿智能化发展奠定了坚实基础。
1.1 开启“一网一站”数据传输新模式
锦界煤矿创新应用具有多业务接入、多功能扩展性、传输能力强和安全性能高的矿井“一网一站”系统，建成了井下以“万兆传输、千兆汇聚、百兆采集”的新型网络架构，同时将网络与业务相融合，集成人员定位、4G通信、矿井应急广播、WiFi等功能，实现“多网合一、多站集成”，扩大了数据采集范围和传输能力，提高了网络可靠性，降低了运维难度。
1.2 形成“一平台、两系统”智能矿山建设体系
1）锦界煤矿创新应用智能一体化平台，依托其具有良好开放性、拓展性和兼容性的特点，作为煤矿智能化系统建设的基础，搭建了综合智能一体化生产控制系统与生产执行系统。
2）综合智能一体化生产控制系统将井下采掘、机运、一通三防、分选、装车等21个子系统进行整合，实现了基础功能、数据集成、远程监控、数据分析、智能联动、辅助决策、智能报警和诊断7大功能，远程监控设备3 471台，环境监测传感器520个，数据采集点达7.2万个。
3）综合智能一体化生产执行系统，基于统一平台，对采集的数据进行整合分析，具有生产、调度、机电、煤质、环保等业务模块，融合固化各管理流程与标准体系，从产量计划、接续计划、作业计划到计划执行等进行全过程管理，实现生产管理相关业务与控制系统业务有效衔接、信息共享，提升矿井综合管控能力；同时大数据的存储分析，也为矿井安全管理的决策提供了保障。
2 巩固成果，智能化取得显著成效
2.1 AI自主预测割煤
锦界煤矿生产管控一体化平台
应用AI算法，通过分析历史截割数据，结合定位、采高、姿态等数据与人工操作经验，实时分析煤层地质数据及断面数据，建立工作面顶底板及煤层的三维模型，计算出最优截割曲线，并以数据形式反馈到煤机自动割煤程序中，实现了“自主预测、局部干预、远程控制”的自主预测智能割煤；同时实现了采煤机与带式输送机的双闭环调速联动控制功能，避免设备超负荷运转，有效降低设备磨损，实现节能降耗。
2.2 掘进运输系统智能化
首次投用5 400 m单点驱动带式输送机，采用永磁同步电机、变频一体驱动控制技术，传动效率较传统带式输送机提高15%左右。锦界煤矿通过对驱动能力、张紧、带面强度等进行综合验算，采用带式输送机机尾加固、运行数据实时监测和报警等手段，将输送带长度延伸至6 530 m，超出原设计运距1 130 m，创国内连掘单条带式输送机运距最长记录；通过红外控制技术，实现破碎机与梭车的联动启停；建设地面连掘带式输送机集中控制中心，实现所有连掘带式输送机远程集中控制；局部通风机具备远程切换与启停功能，减少了固定岗位人员，提高连掘通风可靠性。
2.3 主运系统无人值守主运系统
在实现地面远程集中控制、可视化操作的基础上，应用在线点检、无损监测、防纵向撕裂、带式输送机防灭火以及智能视频分析等技术，创新应用基于煤量的闭环调速控制功能，提高了带式输送机的自主监控能力，同时通过建立主运输系统实时监控中心，变岗位工为巡检工，实现主运系统“有人巡检，无人值守”新模式。
2.4 供电系统智能化
锦界煤矿智能综采工作面、锦界煤矿变电所轨道巡检机器人
变电所实现高压配电柜的状态远程监测、数据远程测量、设备远程控制、参数远程调节、画面远程监视的“五遥”功能；同时配备变电所巡检机器人，形成变电所无人值守、机器人定期巡检、远程在线监控的工作方式。
2.5 矿井智能均衡排水
建立矿井智能均衡排水模型，自主采集流量、浊度、压力等数据，自动分析矿井排水变化趋势，实现了井下泵房与地面污水处理厂的联动控制，排水管路自动切换，提高矿井排水能力。
2.6 践行绿色开采
1）全国首套纯水介质液压系统，创造性地将综采液压系统乳化液用纯水替代，彻底避免乳化液的使用，成功解决了井下开采污染难题，填补了国内外综采工作面液压支架使用纯水介质的空白，提高煤矿清锦界煤矿纯水介质液压系统纯水制备站锦界煤矿巷道巡检机器人锦界煤矿掏槽机器人洁生产水平，为“绿色矿山”建设提供了技术支撑。
2）新型热管系统，利用低温热管技术回收回风流中低温显热及潜热，为矿井新风加热，取代燃煤热风炉，每年节省原煤消耗3 654 t，减排二氧化碳6 786 t、二氧化硫22.18 t、氮氧化物19.32 t、粉尘颗粒物28.7 t，具有显著的节能减排效果，践行了“绿水青山就是金山银山”的生态环保理念。
锦界煤矿纯水介质液压系统纯水制备站、锦界煤矿巷道巡检机器人
锦界煤矿掏槽机器人
2.7 辅助装备智能提升
1）巷道巡检机器人搭载云台摄像仪、烟雾传感器、高灵敏度拾音传感器、测温单元及环境检测单元等多种传感器，模拟巡检工井下巷道巡视，实时采集巡检现场的图像、声音、红外热像及温度数据、烟雾及多种气体浓度参数等信息，发现异常及时发出报警信号。巡检机器人的投入使用代替了人工巡检，实现了矿井的“少人化、无人化”。
2）创新应用掏槽机器人与履带式全液压自动钻机。掏槽机器人具备遥控与自动控制功能，并配有降尘系统，在降低劳动强度、提高工作效率的同时改善作业环境；履带式全液压自动钻机，具有自主钻进、自动拆装钻杆以及运行数据监测等功能，不需人工操作即可完成钻探任务，改变员工作业方式，提高辅助装备安全运行能力。
3）建设智能车辆管理系统，将矿井车辆的信息管理、智能调度、运行管理、费用核算、实时监测进行集中管控，提高了对车辆辅助运输的科学管理水平。
4）“单兵作战”装备智能化，应用智能矿灯、智能防爆终端、无线对讲终端，建立多种信息传输渠道和沟通机制，改变了传统生产组织方式。
3 再升级，打造示范智能矿山
3.1 建设规划
围绕集团“一个目标、三型五化、七个一流”的企业总体发展战略，汲取国内外智能矿山建设成功经验，结合矿井智能化发展需要，制定锦界煤矿智能矿山升级示范工程中长期建设规划：
1）建成智能综采工作面，实现“设备自动作业、有人监控巡视”的智能割煤模式。
2）建成智能连掘工作面，以实现自动掘进、梭车自动运行及连掘设备集中控制为主的智能掘进。
3）进一步扩大固定场所的无人值守范围，探索应用集智能通风、压风、注浆等系统融合的前端监控中心。
4）涵盖安全、环保、生产等系统，实现辅助系统的智能化提升。
5）应用机器人技术，提高工作效率，降低员工劳动强度。
6）利用大数据、物联网等技术，实现设备的智能感知，构建智能分析和管控一体化平台。
3.2 建设任务
1）完善信息化平台。
充分利用现有成果，结合示范煤矿建设需求，开发智能综合管控平台，实时监测作业人员、设备环境等关联信息；通过对煤矿海量多源异构数据融合、分析、利用，实现煤矿各系统远程操作、智能联动、业务协同、决策管控等智能化应用；智能矿山平台具有数据分析、智能诊断、智能报警、即插即用、在线维护、移动终端应用等功能；系统将采用标准、通用的开放服务，构建系统架构，实现与外部系统、设备、生产控制平台内各组件之间，都可以通过标准接口进行数据交换，得到授权的系统和用户都可以从本系统获取需要的数据，信息化平台更加可靠、更具重用性和开放性。
2）关键技术应用。
（1）矿井5G技术。
随着智能采煤、智能掘进、辅助运输无人驾驶、矿井物联网、煤矿机器人等技术在煤矿井下不断推广应用，数据传输与控制对网络质量要求不断提高，要求具备高速率、低延时、大连接、大宽带、高可靠性等特点，矿井5G技术是解决煤矿数据采集与传输的重要途径。符合煤矿使用要求的5G基站已陆续投入使用，解决系统数据传输和实时性问题，但具备5G功能的装备和传感器还需不断完善，距离推广应用还存在一定差距。
（2）惯性导航技术。
煤矿井下受光照不足、粉尘大、空间有限等复杂环境限制，使得现有的采掘工作面调直系统及方法局限性较大，测量精度差，导致图像处理技术很难在采掘工作面应用，难以满足矿井自动化、智能化的要求。为解决这一问题，引进惯性导航技术，可有效解决综采工作面采煤机自动割煤、支架自动调直等问题；同时惯导技术和激光雷达技术，为实现连续采煤机的自主割煤提供了突破方向。
（3）智能视频分析技术。
随着智能视频分析技术的不断成熟，已在煤量检测、异物识别、输送带跑偏、堆煤、不安全状态识别等方面成功应用，集成控制与报警功能，计划应用于带式输送机的智能视频调速系统和无人值守管理系统等。
（4）定位技术。
煤矿井下人员定位技术是近年来煤矿安全领域的研究重点，对井下人员安全保障具有重要作用。目前锦界煤矿已将人员接近防护系统应用于采掘工作面，实现人员与设备、设备与设备之间的位置检测和异常报警，有效避免移动设备造成的人员伤害；同时应用于物品定位，对实现设备全生命周期管理具有重要意义。
（5）其他技术。
智能润滑、油质检测等技术解决油质检测不及时和润滑不到位等问题，对降低设备故障率具有积极效果，同时应用设备状态在线点检，可全面提升设备检修质量，降低生产运营成本。
3.3 保障措施
智能矿山建设是复杂、多变、不断完善的系统性工程，涉及多学科、多领域，需要根据技术水平不断提升和完善，需要在组织管理、资金保障、人才培养、健全考核认证体系等方面制定保障措施，最终确保智能矿山各系统稳定运行，为煤矿带来真正的智能化变革。
1）强化组织管理。责任与落实是保障智能矿山建设的重要管理手段，明确组织机构和管理职责，确保智能矿山各项任务稳步推进。根据公司整体战略部署，优化整合资源，按照公司统建和矿内自主建设2个主体进行智能矿山推进，矿井成立专职的建设规划部门，一是可以不断了解新技术，有利于对智能矿山建设项目进行系统研究和推进；二是明确主体，专职管理，更加有利于推进智能矿山建设。
2）明确资金保障。智能矿山建设项目仍在起步阶段，需要针对现场制定解决方案，寻求解决措施，更需要不断以创新作为技术保障，通过矿井专项资金和科研费用，来保障智能矿山的技术升级和运行维护，建立资金保障措施是推进智能矿山建设的重要手段。
3）制定人才培养计划。生产组织方式逐步由劳动密集型向技术密集型转变，对员工的操作技能要求逐步提高，为适应智能化发展，需要从员工思想、技能水平、创新能力等多方面进行提升，完善人才晋升通道，激励员工自主提升热情，转变传统运行维护方式，由故障抢修转变为预防性检修，对不断提升矿井智能化水平具有重要意义。
4）健全考核认证体系。建立科学规范、系统精准的考核认证评价指标体系，提高矿井智能化建设考核权重。建立健全考核、认证和制度体系，兑现奖罚，通过制度提高员工智能化意识，督促并推进智能化建设进程。
4 存在困难与探索
1）人员素质方面。
员工文化程度、技能水平以及认识程度参差不齐，对煤矿智能化发展认识的高度和深度还存在较大差距，同时智能化人才队伍技术力量薄弱，整体理论水平不高，缺少完善的培训体系等问题，很大程度上阻碍了煤矿的智能化发展；在智能矿山建设过程中，不断完善体制机制，利用奖罚、鼓励、监督、引导等多种方式，不断提高员工整体素质，推进智能化建设。
2）制造企业与设备方面。
煤矿智能化装备种类不全，定制化需求较多，成本较高，而研发制造企业相对较少，矿用产品选择范围小，且存在比较严重的重硬件、轻软件现象，导致技术与服务发展不平衡，阻碍了煤矿智能化发展；需要国家政策激励，制度约束，同时鼓励民用产品煤矿化转型，逐步改善现状。
3）矿井灾害方面。
瓦斯防治、火灾防治、粉尘防治、顶板管理、水灾防治等系统，基本可以实现数据的自动采集与实时监测，但各个子系统分散孤立，且自动化程度较低；未来将着重实现数据统一、系统融合、灾害系统精准预测、超前报警和智能决策等目标。
4）协同控制方面。
智能化系统缺乏全面感知、实时互联、自主学习与分析决策模型，协同控制智能化水平不高，需进一步研究应用人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等技术与现代煤炭系统进行深度融合，全面提高煤矿系统的智能化水平。
