陕西陕煤彬长小庄矿业公司隶属于陕煤集团，是集团“5G+智慧矿区”试点单位，设计能力600万吨/年。小庄矿业立足中标的2020年工业和信息化部工业互联网创新发展工程，通过安全风险分级分类和分析预警、井下危险区域实时监测、生产设备全生命周期管理和故障识别、矿井人员追踪管理等落地验证。提供了可靠的面向国家矿山能源多元灾害环境的工业互联网+安全生产解决方案。11月15日人民日报对陕煤彬长矿区安全生产成绩做了报道。

项目

概况

陕煤集团彬长小庄煤矿属于侏罗纪煤层，储煤环境复杂，地质条件不稳定，是全国水、火、瓦斯、煤尘、顶板、地热和矿压等灾害最严重矿区，被国家矿山安全监察局认定为全国5300所生产矿井中的“七毒俱全”矿井。

作为全国三大煤矿集团之一的陕煤集团的“5G+智慧矿区”试点矿井，小庄矿业立足于区域一体化工业互联网公共服务平台项目（2020年）《面向西部能源化工聚集区工业互联网公共服务平台》项目，旨在打造面向全国同类型复杂地质环境下工业互联网+安全生产解决方案，解决困扰国家煤炭智能化发展瓶颈。

1. 项目背景

国家八部委在2020年2月份发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知，发改能源〔2020〕283号文件，吹响了煤炭行业结构化调整的号角，伴随着煤矿开采规模的扩大以及安全生产要求的提高，矿井采掘生产、机电设备、主辅运输、人员定位、环境监控、工业视频、自动化控制、避险救灾和应急管理等系统的普及，催生了煤炭行业“智慧矿区”和“智能矿井”强大的需求。

2. 项目简介

作为2020年陕西省“5G+智慧矿山”试点示范项目，通过智慧矿山建设不仅可以促进企业内部生产关系的转型升级，完成与“互联网+”社会生产力的和谐对接，还能进一步释放企业员工的创新创效活力，为企业提供可持续发展的源动力。通过智慧矿山建设，全面提升煤矿生产、经营、管理的智能化水平。

3. 项目目标

通过智慧矿山建设，达到国家要求的智能化矿井目标：

2022年建成国家级智能化示范煤矿，基本实现掘进工作面的减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下或露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。

2025年煤矿基本实现智能化，形成技术规范与标准体系，实现主要系统的智能化决策和自动化协同运行，实现智能连续作业和无人化运输。

2035年煤矿实现智能化，多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。

项目实施概况

彬长小庄矿业积极遵循国家“十四五”规划中关于煤炭行业发展的战略规划，“推进煤炭安全智能绿色开发利用、筑牢安全生产底线。”的指导方向，积极建设“5G+智慧矿区”示范矿井，形成“1中+4全”的小庄模式。

项目总体架构和主要内容

迄今小庄矿已建成井下千兆工业环网、万兆视频环网、4G无线通信系统、UWB定位系统、标准化中心机房等信息化基础设施，实施了水文监测、瓦斯监测、顶板压力监测、主运输集控、主通风集控等系统，为本项目的实施奠定了相应的软硬件基础。

安全事件分析预警

综合管控平台

建设综合管控平台，进行多部门、多专业、多管理层面的数据集中应用、交互共享和决策支持，实现煤矿地质勘探、巷道掘进、煤炭开采、主辅运输、通风排水、供液供电、安全防控等业务系统的数据融合、分析决策与智能联动控制，井上下各系统实现“监测、控制、管理”一体化及智能联动控制。

安全监测泛在感知物联网应用

利用无线通信网络技术，研发基于5G网络、5G-IoT等无线通信技术的矿井环境下氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氢、温度、湿度、压差等信息的多参数一体化无线传感器，建设环境安全多参数无线监测系统，通过在地面应用层融合安全监测监控系统、矿用分布式光纤测温系统、矿用激光多气体束管监测系统、微震监测系统、煤矿顶板与冲击地压监测系统等监测子系统，构建矿井安全监测泛在感知物联网应用系统，实现复杂信息采样密度下传感器的实时分布式存储和数据安全智能分析，解决当前上述系统孤立、信息隔绝、无法协同分析生产环境、地质条件和水位信息背后的潜在安全风险和隐患。

40205综放工作面智能化系统功能升级

实现直线度检测、防碰撞检测控制功能；采煤机实现人员接近自动停机功能；与工作面地质保障系统联动，实现采煤机自适应割煤功能；刮板输送机实现链条自动张紧功能；胶带输送机实现异物检测和带速智能调节功能；工作面实现基于煤尘监测的智能喷雾降尘功能。

智能辅助运输系统

辅助运输系统重要运输交叉路口及运输区域实现闯红灯、超速等违章行为自动抓拍功能。

智能通风系统

建立智能通风模块，具备通风网络动态解算功能，对用风点的需风量进行预测；对通风系统进行故障诊断与预测、预警。

智能综合防尘系统

建设智能综合防尘系统，实现对井下粉尘浓度的实时监测、数据分析、上传及超限自动报警，在矿井粉尘易超限区域建设呼吸性粉尘及总尘监测设备、智能喷雾装置及智能降尘装置，实现粉尘浓度智能监测及远程降尘控制。

智能风险管控系统及“千眼”工程

利用人工智能（AI）算法、NOSA安健环管理体系，建设“千眼”规范操作视频监控系统工程，结合精确定位技术，实现采煤工作面、掘进工作面等场景作业违章视频智能识别以及人员进入危险区域监测报警（电子围栏）功能，并与刮板机、运输机、掘进机等设备联动闭锁。

多元灾害协同防治系统

建立智能灾害综合防治系统，将各灾害监测监控系统进行数据融合分析，实现灾害感知预警和灾害智能联合防治功能，具备事故风险智能模拟、应急救援辅助指挥功能，并具有对整体和主要采、掘、机、运、通系统安全状态进行实时评估的功能。

综合管控平台

包含在综合管控平台内。实现人财物、成本管理、产运销管理、内部市场化管理功能。

危险区域监测

井下火灾变量监测系统

建立井下可燃性气体监测系统和火灾预警系统。

综合地质信息数据库

以地质、物探、钻探、采掘、测量和水文监测等数字化信息为支撑，建设综合地质信息数据库，支持C/S、B/S架构的空间信息可视化，具备空间数据、属性数据以及时态数据的存储、转换、管理、查询、分析和可视化等功能，实现煤矿生产过程地质信息的高效管理和数据共享。

智慧水务

对整个矿区每个计量监测点位的自动采集终端配备无线远传设备，实现全矿水量数据的自动采集、存储及传输，构建矿区水平衡测试与计算分析模型，管网漏损定位与预警模型，工业用水考核指标分析模型，搭建小庄煤矿“智慧水务”平台，同时开发移动端应用APP。

顶板灾害监测系统

建设顶板灾害防治系统，实现顶板离层仪、锚杆测力计等装置监测数据自动上传、分析。

生产设备故障识别

5G数字孪生工作面生产系统应用

通过建设基于5G无线技术采集、数字孪生技术融合，形成物理体数据、虚拟体数据和能量信息间的动态交互，实时反映采掘工作面及设备的实时运行状况、实时性能、环境参数、突发扰动等的动态过程数据，形成物理模型相关数据，数字模型的驱动因素、环境扰动、运行机制等行为模型相关评估、分析、预测等数据和模型，最终建立工作面生产、设备、安全知识和管理数据。

井下高清视频图像5G传输应用

构建基于井下云-边-端的基于5G矿用本安可见光高清摄像仪与红外热成像摄像仪等的多场景无线视频网络系统。通过视频图像采集与AI智能识别技术，构建小庄煤矿智能化监控系统，实现对设备安全、区域安全管理等的图像数据采集与智能分析。通过对关键部位架设可见光摄像仪、红外摄像仪等设备，实时监测并上传图像数据，并利用AI视频图像识别技术，进行综合分析与预/报警管理。

护盾式快速掘进装备

护盾式快速掘进装备，实现智能化快速掘进要求的功能。具有自主定位、定向功能，具有自主感知位置、姿态、方向功能，实现自动纠偏等功能；掘进设备具备自动截割功能，实现远程遥控截割与行走；配备巷道临时支护设备，满足临时支护机械化作业；具备掘进工作面超前探测信息三维建模功能，能基于巷道掘进过程揭露信息进行模型自动更新；建设井下掘进系统集控中心或地面集控中心，实现掘、支、锚、运、破的集中控制。

“千眼”工程—智能主运输系统

实现基于AI技术的皮带空载、跑偏、大块煤、堆煤、异物、人员违规穿越皮带等监测功能，可以智能识别人员违规作业；实现主煤流运输系统环境监测预警功能（烟雾、粉尘、明火等）。

选煤厂智能化改造

按照《智能化煤矿验收办法—选煤厂智能化验收办法》中智能选煤系统考核评分表中的项目内容对原有选煤系统进行智能化改造，包括基础平台（网络平台、云平台、数据中心、专家知识库、系统安全、交互平台）建设、基础自动化（设备及仪表监测与保护、工艺生产环境自动化、辅助环节自动化）升级、生产过程智能控制（智能分选、智能浓缩、智能压滤）、智能集控、智能视频、智能管理决策、三维可视化等功能。

智慧矿区基础设施

应急管理与应急救援系统

建设应急管理与应急救援系统，建立实景三维应急管理平台，融合井下安全监测、调度通信、应急广播、人员定位、视频监控系统，实现生产事故应急预案管理、灾害预警、信息发布、应急响应一体化、应急救援指挥可视化、应急资源共享，辅助实现矿井事故应急演练等功能。

5G+智慧矿区基础设施

模块化数据机房为各类IT设备提供高质量的供电、温度和湿度环境保障，负载类型以IT服务器、交换机和磁盘阵列为主，承担机房核心的网络业务。包括供配电、温湿度控制、机柜及通道、监控管理四大核心子系统。

数据中心机房建设的目标是：适应企业信息化发展需要，满足数据中心对运行环境的高可靠性要求，有效降低机房运行维护成本，提高防灾减灾能力，为信息系统提供安全、稳定的运行支撑环境。

智慧园区

建设智能园区管控系统，实现智能安防、智能车辆管理、智能访客管理、智能信息发布管理功能，形成全面感知、实时互联、动态预测、协同控制的智能园区管控系统。

3. 网络、平台或安全互联架构（一个或多个均可）

对矿井数据中心及5G网络场景下的工业控制系统进行网络安全防护，从安全区域边界、安全通信网络及安全计算环境出发，结合智能矿井生产场景，利用“白名单”、“工控设备无损扫描”等技术实现区域隔离、网络攻击检测、业务行为模型建立、主机运行环境锁定、日志审计分析、未知漏洞挖掘、已知漏洞检测等，最终实现安全态势分析，保障数据中心及5G场景下的智能矿井生产业务正常运转。

4. 具体应用场景和应用模式

彬长小庄矿业地处水、火、瓦斯、煤尘、顶板、地热和矿压等灾害严重的多元灾害耦合叠加的黄陇彬长矿区，面对储煤环境复杂，地质条件不稳定，CO、CO2、CH4、H2S、SO2、NO2、C2H2等灾害气体种类多、组分复杂的关中矿区开展灾害风险分时、分地、分级、分类预警，基于风险预警后的隐患排查机制和失察应对机制研究，项目的实施和推广将解决制约矿山智能化发展和矿区安全生产的瓶颈。

彬长小庄矿业作为集团智能化试点矿井，拥有智慧矿山工业互联网软件平台设计开发能力，国家级重点实验室/工程中心的科研转化能力，智慧矿区和工业互联网落地验证项目（安全管理和灾害监测类），国际、国家和行业工业互联网和安全标准制定能力，在地质灾害治理和安全生产技术研究方面于2017-2019年获得国家科学技术进步奖、中国煤炭工业科学技术奖等三项大奖。

11月4日，小庄矿业“5G+智慧矿区”项目作为重点案例，由国家产业互联网专家委员会主任、应急管理部矿山智能化专家委员会专家，“国家千人计划”专家范济安教授书面汇报矿山安监局安全基础司、工业和信息化部通信管理局。接下来，项目将在陕西煤业化工集团37对生产矿井复制，进而在全国同类型矿井约1300对复制。根据国家矿山安全检查局的建议，项目还可在地面矿山和能源行业复制。

5. 其他亮点

生产环境中的采掘系统、“三机”系统、主通风系统、供配电系统等的基于数字孪生的信息采集、图像感知；

安全环境中氧气、粉尘、一氧化碳、甲烷、硫化氢、二氧化碳等信息无线采集的全方位实时监测及预控。

完善5G 数字孪生工作面生产系统应用。

利用“数字化”、“网络化”和“智能化”的智慧矿山实施路径，形成“1+1+1+1+N”模式，即1个基础、1朵云（混合云）、1个信息共享综合管控平台、1个生产一体化协同平台和N个应用（智能综合管控的生产执行系统、经营管理系统、决策支持系统、安全管理系统、远程监控及维护系统、统计分析与预测系统、移动智能终端APP）的智能矿井，实现生产智能监控、设备智能管理与监控、安全智能监控、应急智能指挥、风险分级预警与隐患排查、综合集团驾驶舱、报表统计、数字孪生与仿真等。

小庄矿业通过安全风险分级分类和分析预警、井下危险区域实时监测、生产设备全生命周期管理和故障识别、矿井人员追踪管理等落地验证。提供了可靠的面向国家矿山能源多元灾害环境的工业互联网+安全生产解决方案。11月15日人民日报对陕煤彬长矿区安全生产成绩做了报道。

项目创新点和实施效果

项目先进性及创新点

项目实现了监测实时化、控制自动化、安全本质化、管理信息化、业务协同化、专业模块化、决策智能化等“七大功能”；并完成“通过智能化建设安全水平大提升”、“通过智能化矿井建设全员工效大提升”，“通过智能化建设企业效益大提升”三个目的。项目成果在国际和国内首次实现了以下几点突破：

实施效果

项目的实施可有效降低煤炭生产成本，提升吨煤生产效率，全面打造煤炭智能化系统，最大程度地提升煤炭企业的综合效率和管理水平。

项目经济效益预测

陕西煤业化工集团2020年煤炭产量1.95亿吨基数计算，新增1.3%效益新增253.5万吨,按照中国煤炭运销协会通知2022年煤炭中长期合同的基准价为每吨1550元为参考基数，可实现销售额增加39.29亿元。

项目社会效益预测

本项目建设完成后预期目标是实现“两解放”、“两提高”和“一保障”。即将煤炭工人从艰苦危险的环境和高强度体力劳动岗位解放出来；提高企业的科技装备水平和煤矿职工的社会地位；实现煤矿井下作业“少人则安，无人则安”。

生态效益指标

本项目建设完成后预期可减少二氧化碳排放量297.2万立方米/年，粉尘排放量1593.19吨/年。

项目所获荣誉

该项目荣获工信部2021年“工业互联网试点示范项目”工业互联网+安全生产解决方案示范。