智慧煤矿建设现状与发展方向（198页PPT-中国矿业大学）

微信扫码，打开到小程序

智慧煤矿建设现状与发展方向 中国矿业大学 华洋通信科技股份有限公司 Friday, October 31, 2 025 主 讲 人：钱建生（教授 、博导） 智慧煤矿建设专题讲座 专家简介 钱建生，教授、博士生导师，现为中国矿业大学二级教授，通信与信息工 程一级博士点学科首席教授，华洋通信科技股份有限公司董事长。长期从事矿 井通信与监控、宽带网络技术、智能矿山关键技术等学科方向的研究及应用。  第五届国家安全生产专家组成员  第三届煤炭工业技术委员会信息化专业委员会副主任  新版《煤矿总工程师手册》煤矿信息化分册的主编  中国煤炭工业协会《煤矿安全高效现代化矿井技术标准》信息化专篇技术 标准起草召集人  国家高层次人才特殊支持计划（万人计划）科技创业领军人才奖  主持国家 863 科技计划等二十多项科研项目  获国家科技进步二等奖 1 项，获省部级一等奖 4 项、二等奖 16 项、三等奖 12 项，出版专著 2 部，发表 SCI 学术论文 30 余篇，获授权国家专利 20 余 项 目 录 • 智慧煤矿建设现状 • 智慧煤矿技术架构 • 智慧煤矿关键核心技术 • 智慧煤矿建设发展目标 • 智慧煤矿建设总体路线 • 智慧煤矿建设中应解决的问题 • 智慧煤矿建设案例 • 集团级工业视频监管示范建设案例 • 飞行机器人应用案例 一、智慧煤矿建设现状  2014 年 5 月 26 日，中国煤炭工业协会在山西神木召开全国 煤炭行业两化深度融合型智能矿山现场会。王显政出席会议， 并指出两化融合与智能矿山建设代表了煤炭工业的发展方向。  2018 年 1 月 16 日，住房和城乡建设部 发布 《煤炭工业智能化矿井设计标 准》 (GB/T51272-2018) ，标准由煤炭 工业合肥设计研究院和中煤科工集团北 京华宇工程有限公司等单位完成。 二、智慧煤矿技术架构 智慧煤矿应基于一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数 据传输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云服务平台，面向不同 业务部门实现按需服务。 设计基本原则：网络融合安全、信息互联互通、数据共享交换、功能协同联动 二、智慧煤矿技术架构 智慧煤矿整体建设内容（基本）： 1. 完善矿井自动化子系统，实现地面对井下主要设备的 远程控制，达到无人值守的水平； 2. 实现矿井自动化子系统、通防监测子系统集成到统一 的工业组态软件平台； 3. 构建矿井“一张图” GIS 平台，与工业组态软件平台的 实时动态数据进行融合处理，实现矿井一张图可视化 展示。 二、智慧煤矿技术架构 智慧煤矿整体建设内容（最终）： 1. 地下精准定位导航系统 2. 随掘随采精准探测地质信息系统 3. 智能快速掘进和采准系统，矿井通风、供排水、主副 运智能系统 4. 工作面智能开采系统 5. 危险源智能预警与灾害防控系统 6. 矿井机电设备设施全生命周期智能管理系统 7. 煤矿地面分选运销与生态建设智能系统 8. 煤矿物联网智能专家决策管理系统 三、智慧煤矿关键核心技术 智慧煤矿重点研发关键技术： 1. 精准地质信息系统及随掘随采探测技术与装备 2. 智慧煤矿物联网技术与装备 3. 巷道智能化快速掘进技术与装备 4. 智能化无人开采关键技术与装备 5. 煤矿机器人技术及产品研发 四、智慧煤矿建设发展目标 智慧煤矿的总体目标是形成煤矿完整智慧系统，全面智能运行，科学绿 色开发的全产业链运行新模式。智能化开采是煤炭综合机械化、自动化开采 技术的新发展，其总目标是实现无人化开采。 智慧煤矿建设发展规划： 近期目标：到 2020 年，在目前煤矿信息化、数字化和智能化开采技术成果基础上， 通过推广应初和技术升级，建设 100 个示范煤矿，初步构建智慧煤矿系统框架，实现 采掘运主要环节单个系统、单项技术的智能化决策和自动化运行，实现工作面内无人 操作、有人巡视，远程监控的自动化生产。 中期目标：到 2025 年，攻克一批智慧煤矿与智能化开采的短板技术，提高煤矿智能 化水平，全部大型煤矿全面实现的智能化开采，构建起多信息融合的智慧煤矿系统， 实现采掘运通多个系统的智能化决策和自动化协同运行，井下主要岗位作业、安控与 应急救援的机器人替代，工作面无人化作业。 远期目标，到 2035 年，全面突破和完善智慧煤矿与智能化开采的关键技术，全面实 现煤矿的智能化和现代化，构建起煤矿及矿区多产业链、多系统集成的智慧煤矿系 统，全面实现生产和管理信息的数字化，全部主要生产环节的智能决策和自动化运 行，达到全矿井一线作业、安控和应急救援的机器人化，无人化作业 目 录 • 智慧煤矿建设现状 • 智慧煤矿技术架构 • 智慧煤矿关键核心技术 • 智慧煤矿建设发展目标 • 智慧煤矿建设总体路线 • 智慧煤矿建设中应解决的问题 • 智慧煤矿建设案例 • 集团级工业视频监管示范建设案例 • 飞行机器人应用案例 五、智慧煤矿总体建设路线 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 5.2 网络传输与通信联络系统 5.3 一体化智能管控平台 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 5.5 数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、 安全监测中心、生产运营管理中心 智慧煤矿建设目标：  在物联网技术基础上，实现矿山“人、机、环”数据智能化精准采 集、网络化传输、规范化集成  建立统一的集成控制平台，实现生产全过程一体化智能控制、经 营全流程一体化协同管理  建设基于大数据的安全生产云服务系统  实现煤炭无人（少人）开采与灾害防控一体化的智能化采矿  实现原煤运输、供电、排水、通风、压风等环节远程智能控制、 无人值守  最终建设为安全、高效、智能、绿色的世界一流煤矿 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 智慧煤矿建设目标图 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容  基础设施  生产监控系统  安全监测系统  生产经营管理系统  智能决策系统 智慧煤矿建设主要内容包括： 将其归纳划分为：“ 3115” 建设路线。 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 内容概括 含义 建设内容 3 三个网络 企业管理网 工业网络 通信联络网 1 一个平台 统一的智能集成控制平台 1 一个系统 煤矿大数据及云服务系统 5 五个中心 统一数据中心 调度指挥中心 智能控制中心 安全监测中心 生产运营管理中心 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 含义 范围 具体建设内容 3 个网络 企业管理网 地面计算机网络 工业网络 控制环网 视频环网 安全监控环网 一体化通信网 行政通信 矿井调度通信 移动通信 广播通信 信息发布平台 一体化通信调度平台 1 个平台 智能集成控制平台 一体化生产控制系统 一体化生产管理系统 1 个系统 煤矿大数据及云服务系统 煤矿安全生产数据网络传输体系 大数据煤矿重大灾害预警与专家决策平台 基于大数据的煤矿关键设备故障诊断与远程维护平台 基于专家系统的煤矿安全专家知识库 煤矿机电设备生产企业技术服务知识库 基于云计算的煤矿安全生产信息综合数据库 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 含义 范围 具体建设内容 5 个中心 数据中心 数据中心 中心机房 调度指挥中心 调度中心 控制中心 综采工作面分控中心 主煤流运输分控中心 辅助运输分控中心 供配电分控中心 生产辅助分控中心 安全保障分控中心 会议中心 智能控制中心 综采工作面智能化采煤系统 掘进工作面自动化系统 主煤流运输智能控制系统 井下主排水自动化系统 矿井供电监控系统 主通风机监控系统 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 5 个 中 心 生 产 运 营 管 理 中 心 基于 GIS 的“一张图”生产协同管理系统 智能决策支持系统 大型机电设备故障诊断系统 智能物流管运系统 移动互联煤矿安全生产综合管理信息系统 矿井数字化三维可视化系统 矿井信息化管理软件（ ERP ） 5 个 中心 安全 监测 中心 安全监测监控系统 井下人员精确定位管理系统 顶板与矿压监测系统 井下火灾束管监测系统 矿井水文监测系统设计 矿井高清工业电视系统设计 粉尘监测与防治系统设计 矿井应急水处理系统 电源管理系统设计 矿井安防系统 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 五、智慧煤矿总体建设路线 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 5.2 网络传输与通信联络系统 5.3 一体化智能管控平台 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 5.5 数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、 安全监测中心、生产运营管理中心 5.2 网络传输与通信联络系统 5.2.1 网络传输系统 5.2.1.1 建设原则 矿井基础网络工程系统规划遵循如下原则：  万兆骨干、千兆汇聚、百兆到桌面，办公生活区 WIFI 覆盖。  采用单模光纤为基础网络系统的通讯载体，敷设地面光纤系统、井下 光纤系统，覆盖矿井地面建筑物和井下生产环节。  网络结构采用“工业以太环网 + 现场总线 +WIFI/4G” 模式，采用标准 TCP/IP 传输协议。  工业控制网络、安全监控网络、视频监控网络物理上独立成环网。  所有的环网主干传输光缆路由进出必须保证不再同一物理路径上，保 证环网光纤资源的物理资源冗余。 5.2.1.2 工业网络 （ 1 ）总体建设要求  工业网络根据业务应用不同，分别设置控制通信环网、视频环网、安 全环网  在井上和井下分别设置的独立的冗余环，其中控制环网、视频环网主 干链路采用万兆带宽，安全环网主干链路采用千兆带宽  在核心层采用万兆背板带宽的核心工业以太网聚合交换机，通过万兆 或千兆链路将各环网的交换设备连接到网络系统的核心层次，具备高 冗余和高带宽性能。 5.2.1 网络传输系统 （ 2 ）网络结构 5.2.1 网络传输系统 （ 2 ）网络结构 5.2.1 网络传输系统 综合一体化智能基站： 基站采用模块化通信组件设计，通信组件采用标准的机械尺寸和物理接口  千 / 百兆光 / 电网络模块  WiFi 通信模块  4G 通信模块  精确人员定位无线模块  模拟信号（ 4-20mA 、频率）接口模块  工业总线（ RS485 、 CAN ）接口模块  自动化控制模块等组件 （ 2 ）网络结构 5.2.1 网络传输系统 采用综合一体化智能基站的系统拓扑结构图 （ 3 ）后备电源管理 5.2.1 网络传输系统  采用后备电池远程管理模块，实时监测后备电池的电压、充放电电流、容量、 温度等主要参数  可以在地面控制井下设备的后备电源进行充放电测试，记录电池的充放电时间 和充放电次数，  能对电池的使用寿命进行智能诊断，对达到使用寿命或充放电时间不能满足要 求的电池进行预警，保证设备后备电源的可靠，提高整个系统的可靠性。 （ 3 ）后备电源管理 5.2.1 网络传输系统  图形化管理界面 可以直观地显示各电源的工作状态、通信状态，远程控制后备电源进行充放电， 并对控制参数进行配置调整  报警功能 设置好报警阈值，可对温度、电压、电流、电池容量等参数的超限进行报警 （ 4 ）安全监测环网 安全环网采用单环冗余结构，井下交换机选用千兆本安型环网节点交 换机，其网络拓扑结构如下： 5.2.1 网络传输系统 （ 5 ）企业管理网络  采用三层、星型网络扑结构， 网络核心使用万兆以太网交换 机、双电源冗余，支持万兆骨 干，百兆到桌面  配套建设 WIFI 无线宽带接入 网络  接入交换机采用光纤千兆双链 路上行连接至核心交换机 5.2.1 网络传输系统 （ 6 ）网络安全 系统安全采用 综合解决方案，即 路 由 器 + 防 火 墙 + 防病毒软件 + 网 闸 + 网络行为管理 软件 + 严格管理制 度 的 综 合 解 决 方 案。 依据《信息系统安全等级保护基本要求》 5.2.1 网络传输系统 ① 行政通信 ② 矿井调度通信 ③ 移动通信 ④ 广播通信 ⑤ 信息发布系统 ⑥ 一体化通信调度平台 矿井通信联络系统建设的内容： 5.2.2 矿井通信联络系统 5.2.2.1 行政通信、矿井调度通信、移动通信、广播通信 建设要求：  矿井有线调度通信系统和矿井行政通信系统分别设置，并应能互通；通 信线缆应分设两条，从不同的井筒或一个井筒保持一定间隔的不同位置 进入井下配线设备；交换机的处理机、电源应采用热备份结构，具有告 警、故障自动诊断、倒换等功能；具有备用电源，电网停电后，系统中 设备的备用电源连续工作时间应不小于 2h ；系统最大通信距离应不小 于 15km 。  移动通信选用 WiFi 或 4G 等技术的矿用通信系统；能自动识别手机终 端，对未经认证的手机不提供服务功能，对未经许可带入的手机，系统 应具有报警提示功能。 5.2.2 矿井通信联络系统 5.2.2.2 信息发布系统  常规信息发布：实现井下环境参数、关键设备状态、区域环境评估、人 员 分布、通知等常规信息的快速、实时发布，了解矿井作业环境、设备、人 员分布等情况  移动信息发布：可通过矿用 PDA 实现对井下环境参数、生产数据、人员信 息等实时监测及查询，便于了解煤矿的整体生产及安全状况  应急救援指挥：对煤矿已制订的救援预案进行信息化处理，通过电子牌、 声光报警、 IP 广播等多种方式及时进行井 下逃生引导  井下安全教育：通新闻、宣传报道、安全教育等信息的循环发布，安全教 育  IP 语音广播：可扩展井下 IP 语音广播、语音对讲和背景音乐播放等功能  具有联网功能：实现分析数据共享，并可实现与矿井安全监控系统联网， 且为数字化矿山决策分析提供依据 5.2.2 矿井通信联络系统 5.2.2.2 信息发布系统 5.2.2 矿井通信联络系统 5.2.2.3 一体化通信调度平台  融合程控电话网、移动通讯网、人员定位网、应急广播网、局部扩播 网等通信联络系统，实现“多网”通信的集中调度指挥和互联互通，在紧 急情况时能够实现对各系统的统一调度，一键呼叫广播，为应急救援 提供保障。  实现与安全监测及综合自动化系统的联动控制，当某一地点出现瓦斯 超限报警时，能自动通知调度员报警信息，调度员可自动或者人工通 过该区域广播系统扩音广播报警信息，通知人员撤离。  实现与人员定位系统的联动控制。可通过调度台人员紧急呼叫或者一 键呼按钮实现对井下人员定位卡的呼叫，人员定位卡接收到呼叫时报 警灯闪烁，提醒井下人员发生紧急情况，需马上撤离。 5.2.2 矿井通信联络系统 5.2.2.3 一体化通信调度平台 5.2.2 矿井通信联络系统 五、智慧煤矿总体建设路线 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 5.2 网络传输与通信联络系统 5.3 一体化智能管控平台 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 5.5 数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、 安全监测中心、生产运营管理中心 5.3.1 总体设计 一体化智能管控平台主要包括：一体化生产控制系统、 一体化经营管理系统两部分组成。如下图所示： 5.3.2 一体化生产控制系统 一体化生产控制系统由控制、调度、决策三大部分组成，以工作 面自动化、主煤流运输、辅助运输、供配电、安全保障、生产辅控、动 目标运维、调度通信等八大环节为纽带，协同控制，实现整个矿井生产 过程“有人巡视、无人值守”，完成生产调度、设备及人员等管理，提供 矿井安全的通风、防瓦斯、防火灾、防水害、防顶板灾害等决策。 一体化生产控制系统软件平台采用三层架构，信息采集及设备层， 信息集成层和应用层。系统将采集来的各子系统实时数据分类存放，生产 控制系统数、经营管理系统数据分别存储于分布式管控服务器中。各系统 采用标准通信接口和统一协议标准进行数据采集与传输。 5.3.2 一体化生产控制系统 系统实施后，能够实现矿井如生产自动化系统、安全监 测系统、人员定位管理系统等“人、机、环”各类异构系统的全 面集成；实现数据、语音、视频的一体化监控、调度、管理。 5.3.2 一体化生产控制系统 5.3.3 一体化经营管理系统 构建以经营计划为目标，以生产作业为主线，有机整合生产计划、 作业执行、成本控制、调度指挥等环节的安全生产管理模式，实现安全各 生产作业之间的有机衔接和高效协同，有效加强作业监管、安全风险管控 和生产成本控制能力，切实提高调度指挥和生产管理水平。 基本功能要求：  建立统一的软件运行框架体系，实现管理应用软件的统一数据存储 和统一认证登录。  完成统一的数据采集和信息交互。  设计相关系统数据格式的统一标准： （ 1 ）地测空间管理系统 （ 2 ）煤炭运销管理系统 （ 3 ）物资供应管理系统 （ 4 ）设备资产管理系统 （ 5 ）人力资源管理系统 （ 6 ）财务管理系统 5.3.3 一体化经营管理系统 五、智慧煤矿总体建设路线 5.1 智慧煤矿建设目标与建设内容 5.2 网络传输与通信联络系统 5.3 一体化智能管控平台 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 5.5 数据中心、调度指挥中心、智能控制中心、 安全监测中心、生产运营管理中心 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 煤矿安全生产大数据移动互联平台的建设内容： （ 1 ）安全监测大数据平台 煤矿重大灾害预警与专家决策系统 多网融合联动控制系统 （ 2 ）生产监控大数据平台 工作流 / 业务流全程分析系统 基于大数据的煤矿关键设备故障诊断与远程维护平台 （ 3 ）经营决策大数据平台 基于移动互联网的大数据主动推送平台 煤矿安全生产信息移动智能终端系统 5.4.1 煤矿重大灾害预警与专家决策系统 5.4 煤矿安全生产大数据移动互联平台 （ 1 ）基于大数据的冲击地压预警云服务平台 冲击地压事故发生前，矿山压力等会发生变化，并伴有声音、 电磁辐射和红外辐射等。因此，通过大数据研究，研究矿山压力、 微震、地音、电磁辐射、环境温度（监测环境温度、风速、地面进 风温度、设备开停等，排除风量、地面进风温度、机电设备开停等 影响）、赋存条件、地质构造、采掘位置、采煤方法及工艺等与冲 击地压事故的关系，