智慧矿山建设规划及技术方案Word下载.docx

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第三节主提升运输系统 26

第四节辅助提升运输系统 27

第五节矿井通风系统 29

第六节矿井排水系统 29

第七节压风系统 30

第八节矿井供电系统 30

第九节防灭火系统 32

第十节供水防尘系统 33

第十一节地面生产系统 33

第十二节安全避险“六大系统”及信息化平台 34

第十三节其它方面存在的问题 38

第四章矿井生产系统优化方案 39

3

第一节生产系统优化方案 39

第二节采掘系统优化方案 41

第三节辅运系统优化方案 50

第四节主运输系统优化方案 58

第五节优化经济效果评价 66

第五章智慧矿山建设方案 71

第一节信息系统基础设施完善建设 71

1.基础网络 72

2.基础设备 72

3.通讯平台 73

4.矿山数据仓库 73

第二节传感感知子系统建设 74

1.安全监测系统 75

2.人员及车辆定位系统 75

3.视频监控系统 76

4.冲击地压监测系统 76

5.地应力监测系统 78

6.地质构造探测系统 78

7.水文监测系统 78

8.地表沉陷监测系统 79

9.矿区环境监测系统 79

10.放炮监测系统 79

11.语音广播监控系统 79

12.井下紧急避险与通讯系统 80

第三节工业自动化子系统建设 80

1.综掘工作面监控系统 80

2.综采面监控系统 81

3.瓦斯抽放监控系统 81

4.轨道运输监控系统 81

5.无轨运输监控系统 82

6.带式运输监控系统 82

7.矿井提升监控系统 83

8.架空乘人装置监控系统 83

9.矿山供电监控系统 83

10.矿井排水监控系统 84

11.矿井通风自动监控系统 84

12.压风监控系统 84

13.供水监控系统 85

14.注浆监控系统 85

15.消防防尘监控系统 85

16.快速装车监控系统 85

17.注氮监控系统 86

18.矿井污水处理监控系统 86

19.产量计量监控系统 86

20.洗选厂监控系统 87

第四节机器人化智能开采系统 87

1.煤流运输系统沿线巡检机器人 87

2.斜井提升运输自动摘挂钩机器人 87

3.轨道检测用的检测机器人 88

4.冲击地压智能化钻车 88

第五节智慧矿山软件系统建设 88

1.基础软件 88

2.管理平台软件 89

3.地质保障软件 92

4.安全保障软件 93

5.生产执行系统软件 97

6.矿山ERP软件 99

7.综合调度指挥软件 102

8.无人采矿系统 103

9.模拟与控制系统 104

10.系统集成和智慧矿山门户网站 104

第一章概况

第一节矿井概况

煤矿是国家“八五”、“九五”重点建设项目，位于省市县境内，是煤业集团有限责任公司的主力生产矿井，井田位于煤田中东部，东北部与地方煤矿为界，部和煤矿为界，北部与山寨煤矿为界，矿井井田面积11.79平方公里。

井田处在煤田中部，含煤地层为

中下侏罗统延安组，主采煤5层，煤层赋存较稳定，为特厚煤层，煤层真厚18.44m～60.29m，平均厚度40.83m；

井田构造主要为褶皱构造，其中东部为向斜构造，西部为背斜构造，煤层倾角5°

～50°

，矿井地质类型复杂；

井田内含水层渗透性弱、富水性差，与地表水无联系，矿井水文地质类型中等；

矿井瓦斯含量低，瓦斯涌出量小，涌出稳定，无瓦斯涌出异常和瓦斯富集区域，为低瓦斯矿井，煤层为Ⅱ类自燃煤层，煤尘具有爆炸性；

煤质为特低灰、特低硫、特低磷、高化学活性、高挥发性、中高发热量的长焰煤；

矿井累计探明储量为63441.0万吨，截止2017年底保有煤量为

50836.0万吨，可采煤量为28956.9万吨。

矿井于1996年12月18日开工建设，1998年12月31日实现带负荷联合试运转，原设计生产能力300万吨/年，2006年完成改扩建后核定生产能力600万吨/年，2018年11月27日经国

家煤矿安全监察局重新核定生产能力由600万吨核减为480万吨

/年。

2019年计划原煤产量430万吨，截止2019年3月10日，

累计生产原煤85.8万吨，矿井安全生产形势总体平稳，连续安

全生产1109天。

68

煤矿矿井开拓方式为斜井多水平上下山联合开拓，主采煤层为煤5层，布置有四条井筒和六个采区，目前生产采区为采区、

1504采区和采区，其中采区为主采区，采区和1504采区互为交替配采。

矿井通风系统采用“三进一回”中央并列式通风方式，通风方法为全负压抽出式。

2019年被定为集团公司推进智慧煤矿试点示范建设单位。

第二节智慧矿山概念

当前，在“两化（”自动化、信息化）深度融合的大形势下，工

业领域正迎来产业发展的巨大变革，互联网、人工智能技术飞速发展，给许多传统行业都带来了颠覆性变革，将高新技术与传统技术装备、管理融合，实现产业转型升级正成为越来越重要的发展趋势。

智慧矿山正是在这样的背景下提出和快速发展起来的，智慧化是矿山技术发展的最高形式，只有实现了智慧化才能从根本上实现最优的生产方式、最佳的运行效率和最安全的生产保障。

经过多年发展，煤矿生产体系先后经历了机械化、单机自动化、综合自动化、数字化等阶段，煤矿安全高效矿井系统的机械化程度已经达到90% 以上，单机自动化控制日趋完善，许多煤矿开发了初级的多系统数字矿山综合自动化系统。

然而，目前煤矿总体的信息化程度还有待进一步提高，生产过程中的各种数据和信息还无法实现有效关联，还缺乏“智慧的大脑”对所有子系统实施协调、联控，生产的过程控制、设备健康管理、安全风险防控、生态环保等都还没有实现最优化的管控。

1.智慧矿山定义及内涵

数字矿山是基于信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化为一体，将采矿科学、信息科学、计算机技术、3S（遥感技术、地理信息系统、全球定位系统）技术发展高度结合的产物。

于润沧院士将数字化矿山分为三个层次:

第一个层次是矿山数字化信息管理系统，这是初级阶段;

第二个层次是虚拟矿山，是把真实矿山的整体以及和它相关的现象整合起来，以数字的形式表现出来，从而了解整个矿山动态的运作和发展情况;

第三个层次是远程遥控和自动化采矿的阶段。

数字化矿山主要是从信息表现形式角度，强调人类从事矿产资源开采的各种动态、静态的信息都能够数字化，目前国内比较先进的矿井正走在实现第二层次虚拟矿山的路上。

智慧矿山的提出主要是从信息相互关联性的角度，强调矿山

系统自主功能的实现程度。

智慧矿山是基于空间和时间的四维地理信息、物联网、云计算、大数据、虚拟化、计算机软件及各种网络，集成应用各类传感感知、数据通信、自动控制、智能决策等技术，对矿山信息化、工业自动化深度融合，能够完成矿山企业所有信息的精准适时采集、高可靠网络化传输、规范化信息集成、实时可视化展现、生产环节自动化运行，能为各类决策提供智能化服务的数字化智慧体，并对“人、机、环”的隐患、故障和危险源提前预知和防治，使整个矿山具有自我学习、分析和决策的能力。

如图1、2所示，智慧矿山系统在基础网络平台提供的高速

可靠物联通道上，实现现场层、生产层、存储层、控制层、应用

层和展现层的透明管理，以及各层对应的状态演化、信息感知、快速交换、主动服务、智能决策和对外交流的协同运行，提现了从基础到高级应用的依赖关系，也说明了智慧矿山的建筑施工顺序、各阶段的标志成果内容和里程碑。

图1：

智慧矿山信息协同架构图

图2：

智慧矿山建筑层次架构图

智慧矿山的技术特征是建立在矿井数字化基础上，采用现代智慧理念完成矿山企业所有信息的精准适时采集、网络化传输、

规范化集成、可视化展现、自动化运行和智能化服务的智慧体。

智慧矿山的技术内涵是将现代信息、控制技术与采矿技术融合，在纷繁复杂的资源开采信息背后找出最高效、最安全、最环保的生产路径，对矿井系统进行最佳的协同运行控制，并根据地质环境及生产要求变化自动创造全新的控制流程。

与数字矿山相比，智慧矿山不仅仅是数据采集、数据处理和自动系统的集成，更多的是大数据、人工智能技术的运用，需要智能化地响应生产过程中的各种变化和需求，做到智能决策支持、安全生产和绿色开采。

智慧矿山并非是云计算、物联网、人工智能、大数据等技术的简单堆积，而是如何采用这些技术手段解决煤矿开采中的效率问题、安全问题和效益问题。

2.智慧煤矿构成

智慧矿山的理念和技术应用于煤矿，形成智慧煤矿，涉及到

90多个子系统，可以分为三部分:

智慧生产系统、智慧职业健康与安全系统、智慧技术与后勤保障系统。

智慧生产系统：

包括主要生产系统和辅助生产系统。

主要生产系统包括采煤工作面的智慧化和掘进工作面的智慧化，主要包括以无人值守为主要特征的采煤工作面和掘进工作面系统。

辅助生产系统就是以无人值守为主要特征的智慧运输系统（含胶带运输、辅助运输）、智慧提升系统、智慧供电系统、智慧排水系统、智慧压风系统、智慧通风系统、智慧调度指挥系统、智慧通讯系统等。

智慧职业健康与安全系统：

包含了环境、防火、防水等多个

方面，子系统众多，包含如下子系统:

智慧职业健康安全环境系统、智慧防灭火系统、智慧爆破监控系统、智慧洁净生产监控系统、智慧冲击地压监控系统、智慧人员监控系统、智慧通风系统、智慧水害监控系统、智慧视频监控系统，智慧应急救援系统、智慧污水处理系统等等。

智慧后勤保障系统：

保障系统分为技术保障系统、管理和后勤保障系统。

技术保障系统是指地、测、采、掘、机、运、通、调度、计划、设计等的信息化、智慧化系统等。

管理和后勤保障系统，是指针对矿山的智慧化EＲP系统、办公自动化系统、物流系统、生活管理、考勤系统等。

第三节智慧煤矿关键技术

1.物联网、大数据及人工智能、云计算技术支撑的智慧矿山如前所述，智慧煤矿是在数字化煤矿基础上提出来的，智慧

煤矿在数字化煤矿的DCS、MES和EＲP3层架构基础上，升级为基于云计算和物联网为核心的智慧决策支持平台，智慧煤矿与数字化煤矿的区别就在于它应用了物联网、大数据及人工智能、云计算三项关键技术解决系统架构和互联互通、数据处理决策及高级计算问题，三项技术的研究及应用程度直接影响智慧煤矿的发展水平。

1.1.基于互联网+的物联网平台

基于互联网+的物联网是智慧煤矿的信息高速公路，将承担大数据的稳定、可靠传输任务，起到了精确、及时上传下达的作用，决定了智慧煤矿系统整体的稳定性和可靠性。

因此，智慧煤

矿的物联网平台必须具有精确定位、协同管控、综合管控与地理信息一体化的特点。

目前的精确定位技术有ＲFID定位技术、Wifi定位技术、蓝牙定位技术、ZigBee定位技术和超宽带定位技术等，每种定位技术各有优缺点，ZigBee定位技术和超宽带定位技术以各自在定位精度和时间分辨率