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金凤煤矿智能化矿井建设

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司

案例撰写人员：刘国峰、王涛、陈自新、钮涛、刘俊良

一、金凤煤矿基本情况

金凤煤矿位于宁夏回族自治区吴忠市盐池县马家滩矿区。井田南北长11.5～12.0km，东西宽1.9～3.5km，面积35.34km2，资源储量5.04亿吨，主要可采煤层8层。低瓦斯矿井，水文地质类型中等，开采煤层均属易自燃煤层，煤尘有爆炸危险性，煤种为特低硫、特低磷，中高发热量不粘结煤，是良好的动力煤、化工煤。

矿井于2008年7月开工建设，2011年8月投产，2015年2月通过竣工验收，矿井证照齐全、合法有效。矿井原设计产能400万吨/年，2022年核增产能为440万吨/年。

金凤煤矿近几年发展建设取得显著效果，被国家自然资源部纳入“全国绿色矿山”名录，先后荣获宁夏回族自治区工业和信息化领域“智能工厂”称号、国家级智能制造工厂和优秀场景试点示范项目，国家建筑行业“优质工程奖”、国家黄河流域（片）大型生产建设项目水土保持先进单位等荣誉。

二、金凤煤矿智能化建设背景

为加快建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区，推进煤炭行业供给侧结构性改革，推动智能化技术与煤炭产业融合发展，按照国家8部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》、国家能源局《关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知》、宁夏省发布的《宁夏回族自治区煤矿智能化发展实施方案》与《国家能源集团智能化建设指南》等相关文件要求，金凤煤矿被国家能源局确立为国家级首批智能化示范煤矿且被国家能源集团确定为5个智能矿山示范标杆矿井建设试点单位之一。

2018年，金凤煤矿委托宁夏煤矿设计研究院设计完成了《金凤煤矿智能矿山示范工程初步设计（代可研）》，按照“效益、务实、可靠、先进”的原则，先后以集中管控、应急联动、数据共享、业务融合为目标，加快全矿井智能化改造，重点开展采掘智能化技术应用、固定岗位无人值守系统建设、管理体系数字化重塑、智能化关键技术突破等方面工作。通过提升矿井智能化建设水平，先后实现减员400余人，全员工效提升25%，初步形成了“自主创新、工控先行、精益运营、共享传承”的具有金凤特色的智能矿山新模式，先后建成了宁煤公司首个井下变电所、皮带巡检机器人系统，首个煤矿高精度透明工作面+“数字孪生”系统+5G无线通讯技术的无线网络应用场景，金凤煤矿长期坚持煤矿智能化建设与发展，为宁煤公司高质量发展中做了有益探索。

三、智能化矿井建设过程及效果

（一）坚持技术迭代，推进采煤智能化建设

金凤煤矿自2012开始实施自动化工作面采煤，实现了从最初探索薄煤层自动化开采到复杂地质条件下智能化开采常态化应用。

一是先后在6个薄煤层工作面成功应用采煤机惯性导航自动控制成套装备、技术。利用支架自动快速跟机移架、自动成组推移刮板运输机，自动生成矫直曲线自动找直等关键技术，实现了远程视频监控及覆盖全系统的集中联动控制。

二是在复杂地质条件下实现透明化自适应智能开采技术。2021年起，联合中煤科工集团、北京大学、北京龙软科技有限公司在011815工作面实施地质透明化智能开采技术，先期采用矿井地质勘探基础数据，进一步利用槽波勘探、地质雷达勘探、三维地震数据解释、六分量地震仪等精细物探手段，构建了011815工作面透明地质、设备模型，基于地质模型建立了井上下“1:1”实景的数字“孪生”系统，通过011815工作面透明化地质模型的数据支撑，利用高精度测量机器人实时数据提取，在割煤前，自动生成下一刀的剖切数据，并发出前后滚筒规划截割的采高及卧底调整量，实现采煤机与地质模型的高度自适应耦合。

三是推广TGIS矿井安全生产智能管控平台。全面集成工作面设备数据采集、设备综合精确定位、透明化工作面场景模型、实现“监测、控制、管理”的一体化、可视化智能管控。四是搭建5G+采煤场景应用。利用5G高速率、低时延和大连接特点，实现综采工作面摄像仪、惯导、测量机器人等设备的信息数据高速传输。

（二）坚持技术引领，探索推进智能化建设

近几年，宁夏煤业公司大力投入新型掘锚一体机配套自移机尾等成套集控先进设备。目前，金凤4个掘进工作面全部配备掘锚一体机+掘进远程集中控制+皮带运输集中控制+自移机尾，实现了视频全覆盖+集中联动控制，但综掘机自主截割、锚杆机自动支护等仍是掘进智能化的短板。我矿去年在011817机巷掘进工作面引进EBH230型悬臂快速掘进系统，常态化使用自主定位截割，根据横轴截割部的特点，每次循环截割深度200-300mm，截割4—5次，20分钟左右完成1米/次掘进循环，初步实现了掘进自主定位截割功能。

在探索智能化掘进过程中，我们积极开展煤炭高效开采技术实践。成功在多类型工作面实施“110工法”沿空留巷技术，通过实施泵注混凝土柔模墙+挡矸支架+单元格支架+巷道围岩观测，实现了采矿新工艺技术的实践应用，截至目前，累计成功留巷超过13000米，多回收煤炭138.6万吨，增加经济效益5.71亿元，凸显了矿井高质量发展的特点。

（三）坚持少人则安，推广无人值守建设

推广固定岗位无人值守+云巡检模式，实现固定岗位100%无人值守，金凤煤矿先后在矿井主运输、供电、排水、通风、压风、配水、水源热泵、注氮、选矸等10个系统32个固定岗位，实现远程视频联动集中控制。

（四）坚持创新驱动，推动辅助系统智能升级

一是引进煤矿AI智能视频分析系统，监控和识别人员、设备、环境的运行状态，实现全矿井工业广场360°全景视频自动巡检和重点场所、危险区域人员闯入、违章行为拒止等功能。在设备安全运行、人员安防等方面起到很好的效果，依靠科技力量，不断增强矿井安全管控能力。

二是联合校企成功研制巡检机器人应用于胶带输送机，实现了环境参数自动检测、移动视频图像采集、设备运行监测、诊断等功能。

三是实现智能矿灯+UWB人员精确定位+车辆精确定位+车载终端+入井唯一性检测高度融合。集成照明、通信、定位、视频、气体检测、调度通讯等功能，实现了入井人员安全监察、行为监督、巡检管控、有毒有害气体预测、S0S求救的数据共享和可视化管理，为矿井安全管理提供了可靠的技术管控手段。

四是通过“万兆工业环网+4G/5G无线宽带网络+窄带物联网”的多网融合，实现了数据在“一张网”传输，解决了“信息孤岛”现象；完成全矿井信息系统网络安全等级保护系统和数据中心建设，为公司智能化建设提供了可靠网络安全保障和数据支撑。金凤煤矿充分利用宁煤公司“安宁”管理体系，将本矿各管理系统与其统深度融合，构建了“一套体系统管，一部手机直通金凤”的智能管理格局。  讯

五是建成安全监控系统、水文监测系统、火灾束管监测系统、矿压监测系统、地质保障系统，各系统数据集成至综合管控一体化平台，实现水害、火灾、顶板、瓦斯等灾害的超前预警分析，井上下重点作业点、硐室、巷道、各转载点实现AI视频全覆盖，多措并举提升矿井灾害防治水平，增强矿井安全管控能力。

（五）坚持数据共享，实现生产经营数字化管理

一是研发应用内部市场化管理信息系统。实现产量、进尺、材料消耗、水电计量等“日清日结、班清班结”。通过对数据实施分析和考核，及时采取管控措施，达到降成本、提效率、增收入的精益管控目标。

二是创新研发目标传导式绩效管理系统。建立公司-厂矿-区队-班组的四级组织绩效和全员岗位绩效管理体系，开发了具有绩效考评、奖金兑现、督办管理、全员考勤、大数据分析等功能的一体化平台，提高了经营管控能力。

三是建立安全、生产、经营、效能分析、报表统计等矿井综合大数据分析平台，实现全矿生产系统的一张图展示。  

四、金凤煤矿智能化建设下一步规划

金凤煤矿在中级智能化矿井建设过程中还存在诸多短板，未建设智能通风及灾害预警系统，根据《国家能源集团煤矿智能化建设三年行动计划》，规划金凤煤矿2025年底前建成高级智能化煤矿，主要从灾害预警系统、智能通风系统、智能运输系统、智能辅助系统四个方面进行补充建设。重点建成以安全管理为核心的灾害预警体系建设，实现重大灾害实时监测、精准感知、异常报警及综合预警；建成矿井智能通风系统，提高矿井通风系统自动化、信息化和智能化水平，提高通风系统灾变应急控制能力。

金凤煤矿将紧紧遵循“统筹规划、试点先行、有序推进”的原则，不断通过技术创新、管理创新和体制机制创新，夯实智能化建设水平，用自动化、智能化实现少人作业，创建安全作业环境，提高员工幸福指数，提升矿井经营管理水平，实现科技成果转化为有效生产力，科技构筑牢固安全防护网、不断推动煤矿智能化稳步发展，为宁煤公司全力推广智能矿山建设树立样板及标杆。