华为技术—智慧矿山

微信扫码，打开到小程序

2022年第4期 面向未来煤炭精准开采的一些思考 袁亮 院士 P4 紧抓数字经济发展机遇，推动煤矿智能化向纵深发展 刘峰 理事长 P9 以工业互联网推进煤炭产业数字化转型 李新华 董事长 P12 扫描体验移动阅读 基于三个统一，实施七大转变 驶入智能矿山建设快车道 内部发行 免费赠阅 出版物准印证号 粤 B L019060003 索阅、投稿、建议和意见反馈，请联系 华为技术有限公司 ICT Marketing 部 Email HWtech@huawei.com 地址 深圳市龙岗区坂田华为基地 G1 邮编 518129 电话 ( 0755 ) 89241326 出版物准印证号 粤B L019060003 版权所有 © 2022 华为技术有限公司， 保留一切权利。 非经华为技术有限公司书面同意，任何 单位和个人不得擅自摘抄、复制本资料 内容的部分或全部，并不得以任何形式 传播。 无担保声明 本资料内容仅供参考，均“如是”提供， 除非适用法要求，华为技术有限公司对 本资料所有内容不提供任何明示或暗示 的保证，包括但不限于适销性或者适用 于某一特定目的的保证。在法律允许的 范围内，华为技术有限公司在任何情况 下都不对因使用本资料任何内容而产生 的任何特殊的、附带的、间接的、继发 性的损害进行赔偿，也不对任何利润、 数据、商誉或预期节约的损失进行赔偿。 主 办 华为技术有限公司 ICT 战略与 Marketing 联合出品人 张宏喜 郭振兴 主 编 彭裕国 特约主编 陈文丰 副 主 编 苏 瑞 潘奋图 编 辑 付栋炜 美术编辑 周书敏 本期编委 柳 沁 刘 珏 李 单 赵永涛 徐 敏 新冠肺炎疫情造成了全球范围的冲击，经济动力恢复尚不明朗，全球供应链变动复杂性加 剧。诸多不确定因素，给企业经营和管理带来了前所未有的挑战。与此同时，数字技术和实体经 济进一步融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式。 当前，数字技术已普遍进入生活、生产各个领域，5G、AI等技术正在融入各行各业。前不 久，中国信息通信研究院发布的《全球数字经济白皮书（2022年）》指出，中国数字经济同比 增长16.5%，体现了数字技术正在加速融入实体经济。从结构上看，中国数字经济占GDP的比重 约为40%，而领先的发达国家比重超过65%，可见中国数字经济的增长潜力巨大。 煤炭作为重要能源和工业原料，在全球经济中承担着重要角色。当前，行业正在加速推进 开采和利用技术的数字化、智能化进程。华为作为全球领先的信息与通信技术（ICT）解决方案 供应商，致力于把数字世界带入每个人、每个家庭、每个组织，构建万物互联的智能世界。同 时，全力将数字技术带入每一座矿山，与行业协同实现“穿西装打领带”采矿的梦想。 数字技术与实体经济的融合，关键在于如何融合。2021年初，本着为行业找技术，短链条 为客户创造价值的初心，华为成立了煤矿军团，聚焦于矿山场景，探索数字技术与矿山行业融合 的实践之路。 一是架构融合，把工业互联网架构与煤炭行业的系统架构融合。以统一架构替代烟囱式的 多系统架构，不仅做到了存储、计算资源集约化，避免重复建设，还将各系统数据集中入湖，极 大地简化了应用开发。陕煤集团红柳林煤矿实现全矿2000多套设备数据统一入湖，每天入湖数 据1.7亿条，为人工智能大规模进入矿山打下坚实基础。 二是标准融合，把ICT的技术标准与煤炭行业的安全技术规范进行融合。开发满足井下本质 安全要求的ICT产品和方案，如井下5G方案、本安路由器、本安Wi-Fi 6 AP及本安轻量化F5G方 案等，适应井下低功率、高可靠、易安装、易维护等综合需求。 三是创新融合，把不断突破的技术创新和行业痛点难点融合。矿鸿操作系统实现一套系统 覆盖大大小小的煤矿设备，一套协议统一设备间的通信协议，解决了煤矿设备间互联互通难的问 题。此外，光纤传感、惯导等新材料新技术也在煤矿进行创新试验。 四是生态融合，把数字技术生态和传统行业生态进行融合。以军团的模式，打破技术边 界，开放式创新，推动数字技术与矿企生产经验、装备技术、矿山场景深度融合；管控商业边 界，共赢式发展，加速智能矿山规模化发展。 华为将坚定在基础理论和算法领域持续突破，实现技术溢出，重定义技术、产品架构，不 断为矿山行业打造创新的解决方案。 把握数字经济发展大机遇，在构建万物互联基础上，将数据抽出矿山，把智能送下矿井， 携手行业生态伙伴创造“安全、高效、智能”的矿山智能化未来。 汪涛 华为常务董事 ICT基础设施业务管理委员会主任 把数字技术带入每一座矿山， 实现安全、高效、智能 目录 Contents 创新技术 New Solutions 趋势洞察 Industry Trends 09 紧抓数字经济发展机遇， 推动煤矿智能化向纵深发展 04 面向未来煤炭精准开采的 一些思考 18 基于三个统一， 实施七大转变， 驶入智能矿山建设快车道 12 以工业互联网推进煤炭产业 数字化转型 15 拥抱 ICT，智享矿山未来 2 2022 年第4 期 Contents 目录 24 5G 远控，开启机进人退的 “煤”好生活 ——内蒙古智能煤炭有限责任公司 采煤机 5G 远程控制商用纪实 应用实践 Use Cases 36 智能矿山创新实验室， 开启煤炭工业“山西模式” 39 山东黄金集团打造全球黄金 矿业数字化转型先锋 45 F5G 牵手中煤山不拉煤矿， 智慧转型风再起 30 华为矿鸿： 开辟煤矿智能化建设新纪元 49 一屏观矿山，晋能控股集团 寺河矿迈入智能时代 53 “一朵云”，如何打造煤矿 智能化新气象？ 42 井上井下“面对面”， 华为助力建设“智慧金川” 3 2022 年第4 期 面向未来煤炭精准开采的 一些思考 作为中国能源压舱石的煤炭行业，如何在2035年实现中国煤矿全面智能化？必 须在前期的实践基础上，围绕着面向未来的精准开采理念，即依托工业互联网 架构为基础的智能煤矿体系，从传感、通信、平台、云、应用等不同层面着眼 思考。 文 / 中国工程院院士、安徽理工大学校长 袁亮 4 2022 年第4 期 趋势洞察 Industry Trends 眼 下，新一代信息技术正不断取得突 破，新一轮科技和产业变革不断纵 深。数字技术成为传统产业转型升 级的核心力量，推动传统产业从劳动力等要 素投入转向创新驱动，为煤炭工业由传统的 定性经验向智能精准的转变带来了创新发展 的机遇，为实现智能少人（无人）的煤炭科 学开采提供了可能。 我国能源结构的基本特征是“贫油、少 气、相对富煤”，作为能源供应的压舱石， 我 国 煤 炭 资 源 禀 赋 复 杂 、 煤 矿 安 全 问 题 突 出。要从根本上破解煤矿安全高效的生产难 题，须借助物联网、大数据、云、AI等信息 科技，将煤炭工业由劳动密集型升级为技术 密集型，实现面向未来的互联网+煤炭资源 的智能精准开采。 在 信 息 科 技 的 全 面 介 入 下 ， 智 能 化 煤 矿要达到全生产要素、全生产全过程的互联 互通，完成“感知、通信、分析、预测、决 策、执行”的闭环管理，实现“智能感知、 智能决策、自动执行”的建设目标，必须在 前期的实践基础上，围绕着面向未来的精准 开采理念，即依托工业互联网架构为基础的 智能煤矿体系，从传感、通信、平台、云、 应用等不同层面着眼思考。 我国煤炭开采面临的挑战 绿色资源量是指能够满足煤矿安全、技 术、经济、环境等综合约束条件，能够支撑 煤炭科学产能和科学开发的煤炭资源量。中 国工程院重点咨询项目研究结果表明，我国 绿色煤炭资源量只有5743亿吨，按国家能源 需求，绿色煤炭资源量仅可开采40～50年。 在煤炭作为我国主要能源的地位和作用没有 发生根本改变前，大面积进入非绿色煤炭资 源赋存区开采将造成安全、技术、经济和环 境等面临巨大难题。 我国煤矿开采正在以平均10～25m/年 的速度快速向深部延伸，深部煤岩体处于高 地应力、高瓦斯、高温与高渗透压的恶劣环 境中，煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害 更严重，并且有多重灾害耦合出现的趋势。 提高煤矿安全精准开采地质保障水平、研究 应力场-裂隙场-渗流场-温度场等耦合作用下 的煤炭开采和致灾机理势在必行。 图1 煤炭精准开采的科学内涵 煤炭精准开采 无人开采 多物理场测控 智能感知 自动巡航切割 … 物联网系统构建 地球物理数据库 灾害风险判识 灾害智能防控 … 风险监控预警 智能无人安全开采 安全开采 5 2022 年第4 期 Industry Trends 趋势洞察 要 解 决 当 前 煤 炭 开 采 所 面 临 的 上 述 难 题，煤炭工业必须由劳动密集型升级为技术 密集型。煤炭精准开采将运用现代化信息技 术改造传统采矿，对于推动煤炭产业变革， 实现煤炭开采颠覆性技术创新意义重大，是 未来采矿必由之路。 煤炭精准开采的科学内涵 煤炭精准开采是针对当前煤炭生产系统的 现实难题，以及未来深部开采将面临的技术瓶 颈提出的科学构想，以最终实现“安全、少人 无人、绿色高效”的煤炭开采为目标。 煤炭精准开采的科学内涵是基于透明空 间地球物理和多物理场耦合，以智能感知、 智能控制、物联网、大数据、云、人工智能 等作支撑，具有风险判识、监控预警等处置 功能，能够实现时空上准确安全可靠的智能 少 人 （ 无 人 ） 安 全 精 准 开 采 的 新 模 式 新 方 法，其科学内涵如图1所示。精准开采支撑科 学开采，是科学开采的重中之重。 煤炭精准开采从资源评估与决策、矿山 规划和设计到煤矿生产与安全管理等全过程 都始终贯彻和融入了现代科技成果，真正实 现现代化煤炭开采，其框架如图2所示。煤 炭精准开采最终将实现地面远程控制的智能 化、自动化、信息化和可视化，实现煤炭开 采的少人（无人）、精确、智能感知和灾害 智能监控预警与防治。 煤 炭 精 准 开 采 的 主 要 研 究 方 向 包 括 以 下八个方面：创新具有透视功能的地球物理 科学；智能新型感知与多网融合传输方法与 技术装备；动态复杂多场多参量信息挖掘分 析与融合处理技术；基于大数据云技术的精 准开采理论模型；多场耦合复合灾害预警； 远程可控的少人（无人）精准开采技术与装 备；救灾通信、人员定位及灾情侦测技术与 装备；基于云技术的智能矿山建设。 煤炭精准开采的层级架构 煤炭精准开采要最大化地利用信息科技 的成果，实现对煤炭开发全过程数字化或智 能化，即通过对资源勘查与评估、矿区总体 规划、矿井设计建设、生产与管理等与现代 信息技术的深度跨界融合，实现煤炭开采由 资源评估 与决策 矿山规划 灾变控制 开拓设计 工程设计 地面远程 监控 采场控制 钻机、采煤机、运输机…… 选厂控制 洗选、加工、运输…… 瓦斯、冲击地压、水、火…… 储量计算模型 多场耦合模型 …… 开采仿真模型 监控预警模型 数据仓库 数据库 模型库 融合矿山网 5G/F5G/WiFi6+/IPv6 应用软件库 MCAD …… VR 数据采集 测量 勘探 传感 遥测遥感 …… 文档 图2 煤炭精准开采框架 6 2022 年第4 期 趋势洞察 Industry Trends 传统的高危劳动密集型向高精尖技术密集型 转变。它主要依托于工业互联网架构，并由 感知层、传输层、云（数字平台）和应用层 组成，如图3所示。 最基础的感知层，利用新型灵敏度高、 可靠性好的传感器等对“人机环”参数信息 全面采集。传统采矿多依赖经验、凭借定性 分析开采，精准开采是传统采矿与定量化智 能化的高度结合，泛在实时的传感技术和设 备是煤矿智能化的基础。通过基于统一操作 系 统 的 上 位 机 ， 为 数 据 的 交 互 、 上 传 、 入 湖，提供统一标准的接口和数据格式，避免 协议的不统一，形成信息孤岛。 在传输层，精准开采的理念是充分利用 最先进的通信技术，实现5G+工业互联网的 矿山融合网、多源信息的实时可靠流动。因 为煤炭井下开采涉及应力场、裂隙场、渗流 场等诸多问题，采场及开采扰动区地应力、 瓦斯压力、瓦斯涌出量、裂隙发育区等信息 准确获取至关重要。精准开采涉及采场及开 采扰动区多源信息采集传感、矿井复杂环境 下多源信息、多网融合传输以及人机环参数 全面采集、共网传输等关键问题的研究。 在云端和数据平台层面，精准开采意味 着将多维度、质量参差不齐、存在大量不确 定因素的海量信息入湖，利用大数据和人工 智能，对多源海量的动态感知数据和信息进 行深度挖掘分析与融合处理，在这基础上才 能实现可视化、交互式、定量化、快速化、 智能化的各种应用系统的搭建，实现远程智 数据挖掘、评价与预测分析、预防预警、决策支持、智能安监 企业信息管理 矿用产品 全生命周期信息 环境参数、 应力等信息 设备健康状态信息 安全隐患信息 安全云 5G 设备云 煤炭信息 云服务平台 … 安全闭环管理 安全教育培训 事故管理 设备全生命 周期管理 用户展示 信息云 服务 业 务 应 用 网 络 传 输 数 据 采 集 矿用产品企业 煤矿企业 检测机构 行业监督机构 服务机构 有线网络 交换、路由设备 光纤 图3 面向煤炭精准开采的物联网构架 7 2022 年第4 期 Industry Trends 趋势洞察 能采煤、灾害超前动态预警、救灾通信、井 下人员精准定位等功能。 精准开采初见成效但任重而道远 结合我国煤矿智能化的实施目标，煤矿精 准开采的物联网关键技术研究和应用应分两步 走：第一步，现在至2025年，依据工业互联 网架构，通过各种信息技术，打通各子系统信 息壁垒，实现“采-掘-运-通-排”等子系统的 互通互联，让生产物流系统智能化决策和协同 运行。第二步，即2026年至2035年，通信技 术与煤矿技术深度融合，达到煤矿生产的智能 感知、智能决策、自动执行，全面实现煤炭资 源的智能安全精准开采。 自2020年底，八部委联合发布《关于加 快煤矿智能化发展的指导意见》通知以来， 我们在煤炭智能安全精准开采方面已积累了 一定的实践经验。 2021年9月，国家能源集团与华为共同 发布了矿鸿操作系统。矿鸿物联协同感知技 术将从数据源头确保数据标准一致，并实现 多系统之间的协同，为各种矿山装备和海量 传感器提供统一的接入标准和规范。 在陕煤红柳林矿业公司，华为搭建了基 于工业互联网架构的数字平台。建成了覆盖 智能综采、智能掘进、智能辅运、智能主煤 流、智能选洗等多个场景的应用，形成了贯 穿煤矿物流全链条、全业务、全过程的工业 互联网架构体系。 在内蒙古麻地梁煤矿，安徽理工大学联 合华为等企业构建了“5G+多网融合、产销 协同、智能管控、数据驱动、绿色低碳”的 煤矿安全精准开采和智能管控系统。煤矿生 产能力由5Mt/a核准提升至8Mt/a；井下5G 网络全覆盖，实测时延小于20ms，实现了 采煤、掘进、运输等主要生产物流系统的远 程集控、有人巡视、无人值守，实现了“管 设备就是管生产、管数据就是管设备”管理 理念的变革，取消了检修班和夜班，大幅提 高了员工的安全感和幸福感。麻地梁煤矿率 先实现了国家2025年智能煤矿建设目标，被 国家能源局、国家煤矿安全监察局列入首批 新（改扩）建智能煤矿，内蒙古自治区第一 批试点示范智慧园区。 在陕煤彬长矿业公司，安徽理工大学联 合华为等企业基于工业互联网五层架构，通 过5G技术对微震动、时空强与地音等多维信 息收集，对综合指标进行大数据分析，实现 了在冲击灾害事件发生前1~3天发布危险预 警，大幅提升了井下生产的安全性。 事实证明，充分发挥海量数据和丰富应用 场景优势，促进信息技术与煤矿生产的深度融 合，能有效推动煤炭产业的持续转型升级。 智能精准开采是我国煤炭工业 的必由之路 我 国 煤 矿 智 能 化 发 展 进 程 正 在 不 断 加 速，但矿井依然缺乏整体设计方案、多源异 构数据信息孤岛突出、设备运维数据流动性 低、节能降耗高效转型困难。基于工业互联 网的煤炭精准开采是实现煤矿“安全、少人 无人、绿色高效”的必由之路，符合国家面 向2035年的煤炭战略发展目标。 从技术层面，应该继续加大力度研发矿 井智能感知技术，利用海量数据实现井下多 机智能联动与灾害预警等，开发适用于各种 场景的“人-机-环-管”多维度的系统应用， 逐步实现整个矿井、矿区的少人化乃至无人 化，提升整体的安全生产能力。 从 行 业 层 面 ， 需 对 煤 矿 的 整 体 架 构 设 计、开拓布局、工业环网、数据利用、绿色 低碳等技术难题，展开更广泛的院校、信息 科技企业、煤炭生产企业以及行业各界协同 创新，共同构建基于工业互联网架构的智能 矿山，以煤炭开采全面实现高科技产业改造 升级，点亮中国能源科技强国梦。 从技术层面，应该继 续加大力度研发矿井 智能感知技术，利用 海量数据实现井下多 机智能联动与灾害预 警等，开发适用于各 种 场 景 的 “ 人 - 机 - 环-管”多维度的系统 应用，逐步实现整个 矿井、矿区的少人化 乃至无人化，提升整 体的安全生产能力。 8 2022 年第4 期 趋势洞察 Industry Trends 习 近平总书记在2022年第2期《求是》 杂志署名文章《不断做强做优做大 我国数字经济》中强调：“面向未 来，我们要站在统筹中华民族伟大复兴战略 全局和世界百年未有之大变局的高度，统筹国 内国际两个大局、发展安全两件大事，充分发 挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技 术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升 级，催生新产业新业态新模式，不断做强做优 做大我国数字经济。” 由此可见，数字技术是传统产业转型升级 的核心力量。煤炭作为中国的基础能源和重要 工业原料，在国家能源稳定供应中发挥着兜底 保障作用。可以预见，在未来一段时期，煤炭 将成为中国能源绿色低碳转型的重要桥梁，逐 步由基础能源向保障能源、由传统能源向清洁 能源转变，为非化石能源的高质量跃升发展提 供有力支撑。面向新时代高质量发展要求，煤 炭行业更要紧紧把握住我国数字经济的发展机 遇，加快煤炭产业数字化步伐，加速煤矿智能 化建设，有力推动煤炭行业绿色低碳转型和高 质量发展。 一、煤矿智能化是煤炭产业数 字化的核心内容，有力推动行 业塑造发展新格局 当前，以互联网、大数据、云计算、人工 智能等为代表的数字技术正不断取得突破，数 字技术、材料技术、生物技术、能源技术融合 交叉，将新一轮科技革命和产业变革不断引向 深入。数字化在本质上是一场新的工业革命和 产业变革，是指在新一代信息技术驱动下，实 现生产、运营、管理、销售和服务等全面数字 化，从而推动业务模式重构、管理模式变革、 商业模式创新与核心能力提升。 数字化可有效打破时空阻隔，使得数据资 源成