陕西延长石油巴拉素煤业有限公司（简称巴拉素煤矿） 位于陕北榆横北区，隶属于陕西延长石油矿业有限责任公司，可采煤炭储量近30 亿t，矿井设计生产能力15.00 Mt/a。2020 年入选国家首批智能化示范煤矿建设名单，是7 个新建井工智能示范煤矿之一，也是陕西省唯一入选国家首批新建智能化示范煤矿名单的煤矿。

巴拉素煤矿智能化是基于5G 技术生态进行建设，以5G 网络通信技术为核心，融合“云、大、物、智、移、链”等关键技术，共同建设105 个智慧矿山子项目，建成了一个具有时空一体、万物互联、数据融合、全息感知等特点的安全生产管理全过程智能化运行的综合体。

巴拉素煤矿智能化项目共十二大系统，分别为智控中心、智能无人值守系统、智能安全监测系统、智能洗选及装车系统、智能开采系统、智能掘进系统、智能提升系统、智能运输系统、智能水管控系统、智能通风系统、智能化供电系统、智慧园区。

巴拉素煤矿智能化建设以“安全、高效、绿色”为目标，构建具备“人、机、环”信息全面感知、自主融合、动态辨识、有效预警、协同控制的智能系统，实现按需生产和“人、财、物”高效流转。通过综合运用各种感知技术，更加全面、准确、实时地感知人、物和环境的信息；运用网络、通信、集成等技术，实现人与人、人与物、物与物之间的信息交换，以及系统间的横向集成和纵向互通；运用数据挖掘、知识发现、专家系统等人工智能技术，实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持。

巴拉素煤矿智能化总体结构设计

巴拉素煤矿智能矿山总体设计由智能感知层、传输层、数据共享层、智能管控层和应用与分析层组成，具体层级架构划分及主要功能设计如下：

（1） 智能感知层

各类智能传感器和智能分站等设备，实现人员、设备、环境智能化感知、可视化监控、精准定位。通过感知矿工自身及周围安全环境，实现主动式安全保障；通过感知矿山灾害征兆，实现各种灾害事故的预警预报；通过感知矿山设备工作健康状况，实现故障预警、预知维修。

（2） 传输层

融合井上井下万兆工业控制网络、矿山5G网络等，实现井上井下视频、数据、语音的一体化传输；融合数字程控调度通信、移动通信、扩播通信及广播通信系统，实现统一调度、互联互通。

（3） 数据共享层

建立统一的数据中心，实现多源异构数据的采集、处理存储和分析，并将成果数据以接口、服务、消息等形式进行高度共享。

（4） 智能管控层

建立安全生产智能管控平台，利用先进的智能控制算法及智能控制技术，实现对矿山应用设备和感知层应用终端的自动化、智能化控制。

（5） 应用与分析层

统筹全矿数据资产，以大数据应用及分析挖掘、专家决策及移动互联网应用、数字孪生及机理研究等方式，实现数据精准应用与价值分析。

巴拉素煤矿智能化系统建设

巴拉素煤矿智能化系统建设主要包括智能化生产系统建设、智能化信息传输系统建设、智能化支撑平台建设等。

智能化生产系统建设

（1） 智能化综采工作面

巴拉素煤矿智能化综采工作面构建了一个由核心控制系统、七大子系统组成的智能化控制系统，实现了工作面液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机、乳化液泵站、电力负荷系统的协调联动控制，以及综采工作面生产过程自动化控制功能，提高了生产效率；对主要生产设备工况进行了实时在线监测，可及时发现故障隐患，提高了设备开机率；对工作面的相关信息进行了分类与整理，通过工业环网将数据上传至地面智控中心，地面调度中心可利用上传数据与基于物联网技术的综放设备智能化管理系统融合，实现了数据共享、远程管理和深度利用。综采工作面智能化系统与工作面装备故障诊断及精准维护系统架构如图1、图2所示。

（2） 智能化掘进工作面

巴拉素煤矿智能掘进系统装备实现了“三化”，即装备成套化、监测数字化和控制自动化。构建了掘进工作面成套化高效协同作业系统、掘锚一体机自主导航系统及基于GIS 的智能掘进工作面三维“全息”数字化平台。通过对“以工作面自动控制为主，集控中心远程干预为辅”的自动化掘进模式进行研究，实现了掘进工作面少人化的目标，为实现煤矿井下安全、高效、快速掘进提供基础。巴拉素煤矿智能化掘进系统如图3 所示。

（3） 智能化运输系统

智能运输系统是基于井下精准位置服务系统建立的辅助运输车辆智能管理及综合调度系统。可实时监测煤流运输设备状况、输送带温度、环境参数和人员状态，当出现输送带温度异常、输送带纵撕、人员入侵等异常状况时，自动预警并停机，实现主煤流及提升系统均衡协同联动、异常状况应急处理等功能，有效减少了井下运输系统作业人员，确保了煤炭运输的连续、安全和稳定。智能化提升运输系统架构如图4 所示。

（4） 煤矿特种机器人应用

巴拉素煤矿配置了主运输系统带式输送机巡检机器人及井下变电所、水泵房巡检机器人2 类特种机器人替代人工作业，减少了井下作业人数，提高了巡检工作的智能化水平。煤矿特种机器人应用如图5 所示。

智能化信息传输系统建设

现阶段煤矿传输网络存在易受干扰、传输数据量小、传输速率低和覆盖不全面等问题。巴拉素煤矿通过建设井上井下全覆盖的万兆高速传输骨干网络，结合井下5G无线通信网络、WiFi6、IPv6 技术，综合工业以太网、宽窄带无线通信网、物联网、专网、互联网等手段，建成井上井下一体、全域覆盖、全程贯通、韧性抗毁的通信网络，解决了所有子系统信息传输问题。

巴拉素煤矿建设了5G+F5G+WiFi6 的无线工业环网。在巴拉素煤矿井上井下分别部署了7、70 套5G基站。在园区下沉了2 套增强型用户数据管理及边缘计算（UPF-MEC），实现了数据不出园区，有线网络与无线网络的有机融合，以及井下数据超级上行。井下5G总体拓扑与5G网络视频通话如图6、图7 所示。

智能化支撑平台建设

巴拉素煤矿通过建立智能支撑平台，实现了各系统统一数据、统一接口、统一服务和统一应用，包括数据中心、综合管控平台、智能化监控平台及4D-GIS可视化系统。

（1） 数据中心

巴拉素煤矿智能化建设采用智能矿山建设先进设计理念，“云、边、端”三位一体化信息服务的架构，为煤矿智能化实现智能感知、智能交互、智能决策提供了技术保障。“云”负责全局结构化数据推理分析能力和资源管控力，实现对分支站点的管理及配置；“边”指边缘计算，可提供快速、高效、精准的实时响应，承担大量的数据处理及计算功能，可有效缓解云端计算压力；“端”指实现IoT 数据实时采集及传输。巴拉素煤矿数据中心如图8 所示。

（2） 煤矿智能化综合管控平台

巴拉素煤矿智能化综合管控平台已于2022 年5月15 日试运行，业务平台系统及手机端APP已在全矿井推广使用。

（3） 4D-GIS可视化管理系统

巴拉素煤矿建设了4D-GIS可视化管理系统，包括矿井重要场所及重要生产环境的三维展示和实时数据监测。生产、安全及经营业务数据，可通过三维图展示的内容直观地了解矿井生产状况。

（4） 智能化综合监控平台

巴拉素煤矿构建了矿山高精度地质模型、井上井下数字孪生体和智能仿真系统，随时掌握矿井安全生产动态，实现矿井生产执行系统协同控制，进行生产调度指挥。可通过图表的形式对矿井生产完成情况、安全管理状态、生产系统工况、经营管理信息的分析决策结果进行可视化展示。智能化系统还将矿井智能综采、智能综掘、主要运输、辅助运输、通风压风、供电排水等系统全面集成可视化，实现对矿井安全监测、人员定位、工业视频、安全双控等信息的集成融合，为矿井安全预警、应急救援提供决策支持。智能化综合监控平台（图9） 作为煤矿统一的组态管控平台，真正做到了协同控制、无人值守。安全生产智能化管控平台应用界面如图10所示。

巴拉素煤矿智能化建设成效与亮点

（1） 全矿井数据共享

巴拉素煤矿采煤系统基于完全国产化的先进电液控制平台进行集成建设，通过建设国内先进的基于千兆以太网络+5G无线通信覆盖的电液控制系统，将工作面所有信息数据实现一线贯穿，减少了常规自动化工作面因线缆繁多导致的安装维护困难、数据传输不统一等问题。

（2） 生产过程可视化

巴拉素煤矿建设应用了基于工作面环境自主除尘视频监控系统及喷雾系统，结合先进的视频视觉分析技术，实现了开采现场的高清可视化，同时将视频监控参与到人与设备、设备与设备的智能协同控制中，打造更加智慧化智能开采工艺；基于透明工作面三维地质模型数据，可将采煤机的跟机工艺各阶段参数和地质模型切片数据关联协同，采煤机与地面通过5G通信，实现了远程可视化采煤；基于数字孪生系统，将工作面设备姿态进行直观展示，整个工作面采取视频画面+三维数据双重可视化，开创综采工作面透明开采应用场景，打造全新“数据驱动”智能开采模式，有效地解决了传统综采一线职工作业环境恶劣、体力劳动繁重、自动化程度较低等问题，实现了减人增效的安全生产目标。

（3） 提高生产效率

巴拉素煤矿采用智能化工作面设备，能够全过程参与综采作业的各个环节，大幅降低各工艺间的间隔时间的同时，能够更加精准、及时、宏观地控制设备运行。如割煤后人员操作移动液压支架、推移刮板输送机的时间，工作面返刀作业刮板输送机找直，刮板输送机运行速度恒定、液压支架移动超前不及时等情况均可有效避免或及时发现处理。该设备不仅大幅提高了工作面采煤作业质量标准化建设程度，还增强了工作面各个工艺环节紧凑性，达到了提升生产效率的目的。

（4） 超前支护智能化

巴拉素煤矿通过巷道超前支架的投入使用，使其能够被远程控制，实现智能超前支护，可减少端头端尾支护人员的投入和作业人员的劳动强度，有效保障端头端尾支护人员的人身安全。

（5） 动态数据实时处理

巴拉素煤矿利用云计算、物联网、高精度透明化三维地质模型、5G、视频分析等前沿技术，实现了动态生产数据的实时处理；对重大危险源进行预测预警，实现了对整个采矿过程的数字化和智能化管控。

结 语

煤矿智能化建设前景广阔、意义深远。积极推进煤矿智能化建设，是促进煤炭行业高质量发展的重要举措，同时也是建设“安全、高效、绿色、可持续”发展矿山的必然选择，是提高矿企核心竞争力、实现可持续发展的必要条件。巴拉素煤矿将打造成“国际一流、国内领先”的“安全、高效、绿色、可持续发展”的新型智能化矿井。

助理编辑： 江振鹏