“5+4”智慧工程，讓開采更聰明

山西焦煤集團西山煤電馬蘭礦地處呂梁山東翼、汾河之濱，位于我國最大主焦煤生產基地——山西省古交市，是國家“七五”期間建設的國有特大型現代化礦井。馬蘭礦于1983年11月開工建設，1990年6月正式投產，設計生產能力400萬噸/年，服務年限107年。

馬蘭礦提出，以“物聯網整合，互聯網傳輸，數字化集成，可視化保障，程序化操作”為核心目標，實施“5+4”智慧工程，通過“大膽淘汰、大力升級、大方引進”，將設備、工藝與系統、平臺同步設計、同步攻關、同步發(fā)力、同步推進。

“5+4”智慧工程中的“5”是指“五個統一”，即統一的網絡平臺、統一的接口標準、統一的數據平臺、統一的編碼標準、統一的“一張圖”管控一體化平臺；“4”是指建立安全管控系統、生產調度系統、輔助生產系統以及企業(yè)資源計劃系統（ERP）四大子系統?！?+4”智慧工程，架構智能化，利用“數智化”，讓煤礦開采更聰明。

打造數字化智慧體

“五個統一”的目的是建立基于空間和時間的四維地理信息、泛在網、云計算、大數據、虛擬化、計算機軟件以及各種網絡，集成應用各類傳感感知、數據通信、自動控制、智能決策等技術，建成精準適時采集、高可靠網絡化傳輸、規(guī)范化信息集成、實時可視化展現、生產環(huán)節(jié)自動化運行，為各類決策提供智能化服務的數字化智慧體，使整個礦井具有自我學習、分析和決策的能力。

一是統一的網絡平臺。

馬蘭礦構建統一的網絡平臺，采用寬帶光纖網+4G無線寬帶網+窄帶傳輸，打造煤礦高速通信的異構網，建立數字化礦山高速信息傳輸通道（煤礦信息高速公路）。同時，建設統一的網絡平臺，增強數據的安全性和私密性，實現井下語音通話、數據通信、無線視頻、設備集控等。

馬蘭礦在升級了井下工業(yè)環(huán)網的基礎上新建了一個環(huán)網，實現了視頻信號與數據信號的分開傳輸、互不干擾；建成了覆蓋地面、井下大巷以及南五下組煤盤區(qū)的4G無線網絡，并配置部分手持終端，為多系統的無線接入奠定了網絡基礎；地面構筑了辦公網、云數據中心等。

未來，馬蘭礦將在井下主干采用24芯礦用鎧裝光纜重新布線，服務器、操作系統、交換機、網管軟件、輔材全套配備；在調度中心引進4G核心網，布置地面基站、井下基站等，配置手持終端，實現井下4G全覆蓋、人員隨時通信；不斷提高通信帶寬，將原有的人員定位系統、車輛定位系統等通過4G無線接入到數據中心，減少井下線纜鋪設和維護量，同時使礦山設備、人員、車輛、工藝在統一的寬帶網絡平臺上運行。

二是統一的接口標準。

目前，馬蘭礦各系統的開發(fā)相對獨立，對智慧礦山數據傳輸造成了障礙。根據接口系統特點，馬蘭礦擬采用分布式、模塊化、跨平臺的開放體系結構和基于標準MODBUS RTU通信協議，支持Modbus-TCP/IP通信機制，兼顧有線、無線接口的接入，并為分布式系統及終端提供多種自動化接口模式。

未來五年，馬蘭礦將統一規(guī)劃、統籌建立現有各系統的交換標準接口，將企業(yè)各種信息系統、應用資源有效整合到一起，實現信息共享。

三是統一的數據平臺。

馬蘭礦依托大數據、云計算技術，將構建集數據采集、數據整合、數據存儲、數據分析利用于一體的云數據平臺。近期，馬蘭礦將引進云數據設備，對現有機房進行升級改造和網絡優(yōu)化，通過統一的接口將現有各系統數據遷至云數據中心，利用虛擬化平臺實現眾多應用的集中部署、資源共享，從而建立智能分析與決策系統模型。

四是統一的編碼標準。

在設備、物資的管理上，馬蘭礦將創(chuàng)建統一的編碼系統，提高信息交換和數據共享能力。一方面建立點檢設備的編碼體系，另一方面建立物資管理的編碼體系，使庫存信息分享更及時，實現財務賬和實物賬的統一。

五是統一的“一張圖”管控一體化平臺。

馬蘭礦的調度中心對人員定位系統、監(jiān)測監(jiān)控系統、部分視頻監(jiān)控系統進行了集中管理，但該礦的絕大多數系統沒有數據接入，因此調度管理較為滯后。

未來五年，馬蘭礦將建立GIS的分布式協同“一張圖”信息支持系統，將調度室打造為全礦的集控中心，并開發(fā)包括安全監(jiān)測、人員定位、視頻監(jiān)控、移動指揮、應急避險等功能為一體的移動智能終端，從而實現高效、準確指揮。配套建設數據中心、云平臺配置服務器、節(jié)點交換機、可視化管理平臺等智能設備，人、機、環(huán)各因素實現全面感知。

升級現有系統和裝備

馬蘭礦的智慧礦山建設尚處于起步階段。2019年，馬蘭礦打造了一個智能化工作面，在井下部分區(qū)域配套跟進智能系統，實現了一鍵啟停、記憶割煤、自動跟機、視頻監(jiān)控的智能開采。未來，馬蘭礦將大力淘汰老舊設備，升級現有系統和裝備，引進智能設施和高精技術，建立安全管控系統、生產調度系統、輔助生產系統、企業(yè)資源計劃系統（ERP）四大應用主系統。

一是安全管控系統。

馬蘭礦的安全管控系統已完成55%。我們通過升級KJ90X監(jiān)測監(jiān)控系統，引進千米定向鉆機，完成了地面各個風機房、抽采泵站以及井下所有盤區(qū)的改造。引進履帶式全液壓坑道機，健全了礦井水文動態(tài)觀測系統，加設分站和監(jiān)測點，智能監(jiān)測礦井水文動態(tài)。安設束管防滅火監(jiān)測系統，從井下延伸至各個采區(qū)、大巷，對各種氣體含量實現連續(xù)循環(huán)監(jiān)測，對煤層自然發(fā)火進行預測預報。引進音頻服務器、調度主機等，其中井下廣播系統實現了雙向通話。

下一步，我們將進一步優(yōu)化礦井生產布局，加快構成大采區(qū)，加快盾構機、110工法等新裝備、新工藝的推廣。擬建立安全管理信息系統和重大危險源評價模型和指標體系庫，對重大危險源分類、重大危險源等級、應急預案等數據進行維護。通過更新改造高低壓開關柜及綜合保護、電力系統集中監(jiān)控后臺等，實現抽采泵站智能化管理。擬建立應急救援資源及管理信息數據庫，建成應急處置、指揮以及演練綜合性平臺。

二是生產調度系統。

生產調度系統主要分為兩方面。一方面是淘汰老舊設施、升級現有系統、引進智能裝備。另一方面是配套建立12項子系統，實現智能系統與技術的智能管控。

我們引進了多功能巖巷快速掘進復合式鑿巖鉆車與爆破技術、TBM盾構機，實現了巖巷全斷面掘進、自動化操作。推廣使用超前支架，引進井下監(jiān)控中心、采煤機控制系統等，建成了18509智能工作面及配套的工作面智能監(jiān)控系統。

同時，馬蘭礦將持續(xù)引進先進的采煤機、支架電控、刮板輸送機等，配套建立采、掘、開工作面的監(jiān)控系統，與集控中心實現無縫傳輸。

關于智慧調度方面，我們于2018年完成了地面工業(yè)區(qū)視頻監(jiān)控系統的初級升級。未來，馬蘭礦將圍繞智能監(jiān)控建設，二次升級工業(yè)視頻監(jiān)控系統，并將其并入集控中心，實現統一管理。

三是輔助生產系統。

馬蘭礦現有的輔助生產系統部分實現了智能化。井下現有2座自動化充電硐室，蓄電池電機車實現了輔助駕駛，井下12部固定帶式輸送機進行了系統改造，對變頻器、集控裝置等進行了改造。升級井下排水系統，對各變電所、配電點內設備以及保護裝備進行了智慧改造，井下8個變電所、8個排水泵房已實現無人值守。按照規(guī)劃，輔助生產系統預計2022年底投入使用。

四是企業(yè)資源計劃系統（ERP)。

馬蘭礦于2018年引進契約化管理系統平臺。該系統具備報表分析、預算管理、內部市場化管理、獎罰考核管理四大功能，數據可以通過手機APP查詢進行互通。下一步，該礦將建立企業(yè)地面單位管理系統，即企業(yè)資源計劃系統（ERP）。

（作者系山西焦煤集團西山煤電馬蘭礦礦長）