煤矿智能化建设指南

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煤矿智能化建设指南 目 录 一、总体要求.........................................................................................1 （一）指导思想........................................................................................1 （二）基本原则........................................................................................1 （三）建设目标........................................................................................2 二、煤矿智能化总体设计.....................................................................4 （一）井工煤矿智能化总体设计............................................................5 （二）露天煤矿智能化总体设计............................................................6 （三）选煤厂智能化总体设计................................................................7 （四）井工煤矿、露天煤矿和选煤厂建设要求....................................9 三、煤矿智能化建设内容...................................................................10 （一）井工煤矿智能化建设内容..........................................................10 （二）露天煤矿智能化建设内容..........................................................27 （三）选煤厂智能化建设内容..............................................................37 四、保障措施.......................................................................................39 （一）组织保障......................................................................................39 （二）制度保障......................................................................................39 （三）技术保障......................................................................................40 （四）资金保障......................................................................................40 （五）人才保障......................................................................................41 为贯彻落实《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（发改 能源﹝2020﹞283 号，以下简称《指导意见》），科学规范有序开 展煤矿智能化建设，加快建成一批多种类型、不同模式的智能化 煤矿，制定本指南。 一、总体要求 （一）指导思想 以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，认真贯彻党 的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，深入落实 “四个革命，一个合作”能源安全新战略，坚持新发展理念，加快新 一代信息技术与煤炭产业深度融合，推进煤炭产业高端化、智能 化、绿色化转型升级，实现煤炭开采利用方式的变革，提升煤矿 智能化和安全水平，促进煤炭行业高质量发展。 （二）基本原则 ——分类建设，分级达标。针对我国煤矿智能化建设基础与 生产条件复杂多样、发展不平衡不充分等现状，坚持分类建设和 分级达标相结合，建立健全智能化煤矿建设、评价、验收与奖惩 机制，全面推进煤矿智能化建设。 ——因矿施策，培育典型。创新智能化煤矿建设与管理模式 重点突破适用于不同条件的智能化技术与装备，培育建设一批智 能化示范煤矿，形成可复制、可推广的建设模式和经验，发挥智 1 能化示范煤矿的带动作用。 ——系统规划，全面推进。加强煤矿智能化顶层设计，科学 制定实施煤矿智能化建设与升级改造方案，加大煤矿智能化技术 资金投入、人才投入和政策支持力度，提升煤矿智能化技术装备 的成熟度与可靠性，全面提升煤矿智能化水平。 ——以人为本，安全高效。坚持把煤矿减人、增安、提效和 提高职工的幸福感与获得感作为智能化煤矿建设的根本目标，通 过实施新一代信息技术提高煤矿智能化水平，促进煤矿安全、质 量、效率与效益的稳步提升。 （三）建设目标 按照《指导意见》提出的三阶段目标，重点突破智能化煤矿 综合管控平台、智能综采（放）、智能快速掘进、智能主辅运输、 智能安全监控、智能选煤厂、智能机器人等系列关键技术与装备， 形成智能化煤矿设计、建设、评价、验收等系列技术规范与标准 体系，建成一批多种类型、不同模式的智能化煤矿，提升煤矿安 全水平。 1.井工煤矿智能化建设目标 对于晋陕蒙等大型煤炭基地的生产煤矿，应全面进行智能化 升级改造，重点提高采煤工作面智能化水平、掘进工作面减人提 效和远程控制、智能安全生产水平，井下水泵房、变电所等固定 2 岗位全部实现无人值守作业，形成基于综合管控平台的智能一体 化管控；对于中东部矿区等建设基础较薄弱的生产煤矿，重点进 行基础信息系统、机械化+智能化的采掘系统、重大安全隐患的智 能预警系统、智能安全监测系统等建设，实现减人、增安、提效； 对于云贵基地的煤矿，应尽快实施智能化改造，重点进行危险、 繁重岗位机器人替代，提升矿井本质安全水平。新建煤矿应先行 开展煤矿智能化顶层设计，采用先进生产工艺、技术与装备，全 面建设信息基础设施、智能化生产系统、智能化综合管控平台等， 形成完整的智能化煤矿安全高效运维体系。 2.露天煤矿智能化建设目标 生产煤矿重点提升基础网络、数据中心、感知系统、智能装 备、机器人等建设，重点建设远程操控系统、无人驾驶系统、远 程运维系统、综合管控系统等，实现开采环境数字化、剥采装备 智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化。 新建露天矿应高起点建设信息基础设施，构建露天矿信息传输、 处理、存储平台和集中管控体系，开采过程实现远程智能控制， 建设露天煤矿智能化综合管控平台，实现基于大数据分析、云计 算、数字孪生为基础的智能开采。 3.选煤厂智能化建设目标 已建选煤厂应进行基础设施升级，以主要工艺环节、重要装备、 3 安全防控智能化为建设重点，开展无人操作设备、无人值守系统的 研发与应用，提高洗选工艺过程的智能化水平。鼓励新建选煤厂开 展基于 BIM 技术的数字化设计与施工管理，建设选煤专家知识库， 开展重点生产单元、管理过程的智能化，形成完善的洗选过程智能 感知、智能控制、智能管理与智能决策，主要工艺环节、主要操作 岗位及重要设备实现智能无人操控，建成安全、节能、环保的智能 化选煤厂。 二、煤矿智能化总体设计 智能化煤矿将人工智能、工业互联网、云计算、大数据、机 器人、智能装备等与现代煤炭开发技术进行深入融合，形成全面 感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的 智能系统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安 全保障、经营管理等全过程的智能化运行。新建煤矿及生产煤矿 应根据矿井建设基础，制定科学合理的煤矿智能化建设与升级改 造方案，明确智能化煤矿建设的总体架构、技术路径、主要任务 与目标。 智能化煤矿应基于工业互联网平台的建设思路，采用一套标 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，面向不同业务部门实现按需服务。井 工煤矿、露天煤矿开展智能化建设可参考图 1 所示技术架构。 4 图 1 智能化建设参考技术架构 （一）井工煤矿智能化总体设计 1.总体技术要求 井工煤矿应建设智能化综合管控平台，围绕监测实时化、控 制自动化、安全本质化、管理信息化、业务协同化、知识模型化、 决策智能化的目标进行相应的业务模块应用设计，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、经营管理等各业务系统的数据融合与智能联动控 制。 2.生产煤矿智能化建设技术路径 生产煤矿应根据矿井的地质条件、建设基础、建设目标制定 科学合理的智能化升级改造方案，可以按照“基础系统高容量—采 5 掘系统高可靠—感知系统全覆盖—保障系统高适应”的思路，自下 而上逐步实现智能化改造。 生产煤矿进行智能化升级改造可以分为三步进行：首先，根据 煤矿实际情况与建设需求，对具体业务系统进行技术与装备升级， 提高单个设备、系统的自动化、智能化水平，并逐步实现核心装备 控制系统国产化安全可信、自主可控；其次，开展网络平台、数据 中心等升级改造，汇聚生产工艺、环境过程信息等；最后，通过大 数据、人工智能等建立相关业务智能工作流，再进行系统的整体集 成，实现基于智能化综合管控平台的一体化智能协同管控。 3.新建煤矿智能化建设技术路径 根据矿井的地质条件与建设目标，按照“基础系统全兼容—业 务系统全关联—装备系统高可靠—数据应用多场景”的思路，在矿 井设计中对煤矿智能化进行专题设计，按照高起点、高标准、高 水平进行智能化煤矿建设，应涵盖信息基础设施、智能化生产系 统、智能化安全管控系统、智能化综合管理系统等，明确阶段任 务目标及验收指标，分步分阶段开展智能化煤矿建设。 （二）露天煤矿智能化总体设计 1.总体技术要求 智能化露天煤矿是将信息化技术与露天煤矿开采工艺进行深 度融合，建设智能化露天矿综合管控平台，将露天矿生产系统、 6 安全系统、管理系统等相关数据作为基础数据源，进行露天矿生 产、经营、管理全链数据集成；逐步推进露天矿智能化应用系统 的建设，实现露天矿全流程的少人化、无人化生产；逐步推进核 心装备控制系统国产化安全可信、自主可控。 2.生产露天煤矿智能化建设技术路径 根据露天煤矿实际业务特点和支撑配套条件，结合矿山智能 化现状、实际需求、基础条件等因素制定煤矿智能化建设方案， 明确任务目标、预期成果及详细规划内容，分期、分批开展建设。 开展露天煤矿信息化标准化建设工作，制定数据标准、流程 标准、操作标准；对设备、系统进行升级改造，实现全矿区网络 覆盖；开展露天煤矿智能生产系统建设，实现现场集中操控、固 定岗位无人值守、远程监控运维、生产过程自动控制等；建设露 天煤矿智能综合管控平台，进行系统整体集成，实现基于智能综 合管控平台的一体化智能协同管控。 3.新建露天煤矿智能化建设技术路径 根据新建煤矿建设条件，编制露天煤矿智能化建设总体规划， 优先采用先进工艺、装备、信息技术，制定高标准、高起点、高 水平的智能化建设方案。 （1）基建阶段完成网络、信息化基础设施等建设，构建露天 矿信息传输、处理、存储平台和集中管控体系。 7 （2）基建后期到投产期内，同步开展露天矿智能生产系统建 设，实现露天矿资源数字化、采选生产过程智能控制、智能生产 管理与执行等，实现矿山全流程的少人化、无人化生产。 （3）投产后，逐步建设工业大数据分析平台，充分挖掘数据 潜在价值，实现过程参数优化、生产流程优化、数字仿真优化、 设备故障智能诊断、经营决策优化等。 （三）选煤厂智能化总体设计 1.总体技术要求 智能化选煤厂可参考图 2 所示技术架构，划分为设备层、控制 层、执行层、决策层四层。设备层主要包括机电设备及检测仪表、 保护装置等；控制层主要包括生产集中控制系统、设备状态监测 系统、视频监控系统、调度通讯系统、安全监测系统等；执行层 主要包括生产管理、机电管理、安全管理、经营管理、节能与环 保管理、安全与职业健康管理等；决策层主要包括：智能控制、 智能管理、智能分析、辅助决策等。 8 图 2 选煤厂智能化建设参考技术架构 2.选煤厂智能化建设技术路径 第一阶段：重点开展智能化选煤厂标准建设、关键技术攻关、 基础装备完善工作，适时进行成熟技术推广，开展示范工程建设。 第二阶段：强化大数据技术与选煤专业知识的深度结合与应 用，建设选煤专家知识库，推进重点单元的智能化研究，建成完 善的选煤厂生产执行系统，实现生产过程控制和管理智能化。 第三阶段：全面实现智能化，对主要工艺环节、主要管理岗 位及重要设备实现智能感知、智能决策、自动执行的智能化体系； 全面建成安全、高效、节能、环保的智能化选煤厂。 （1）新建选煤厂智能化建设 新建选煤厂的智能化建设应与选煤厂主体工程同时策划、同 9 时设计、同时施工。对于条件成熟度不足的新建选煤厂，可先行 策划，分期实施，预留后期建设接口。 鼓励采用 BIM 等先进的数字化设计、施工管理技术，资料交 付形式逐步由二维图纸向数字信息模型转变。鼓励数字孪生技术 在项目策划、设计、施工、运维、改造、拆除的全生命周期管理 中发挥作用，鼓励大数据、物联网、云平台、5G、机器人等技术 与选煤厂生产、运维的深度融合，为选煤厂的建设与管理增值。 （2）已建选煤厂智能化改造 已建选煤厂应完善智能化改造基础，通过分选工艺及装备技 术调研，制定合理的工艺改造实施方案，确保分选工艺及技术装 备先进合理。优先以主要工艺环节、重要装备、安全防护为升级 改造对象。鼓励数字孪生、大数据、物联网、云平台、5G 等技术 与现有选煤厂生产、运维的逐步融合，实现节能降耗、生产过程 优化、作业条件改善等。 （四）井工煤矿、露天煤矿和选煤厂建设要求 1.数据规范 鼓励建立统一标准规范的数据体系，规范主数据、数据索引 格式、元数据格式、数据表结构、布局方式、存放格式、精度要 求、时效设置和编码方案等，其中元数据和数据索引主要包括各 类数据概述、用途、存放路由、数据库、访问引擎和索引结构等， 10 体现数据的层次结构。鼓励建立完善的数据质量管理组织架构， 明确数据权属、管理者、使用者等，制定规范的数据质量改善流 程，形成面向多样化煤矿数据应用场景的数据质量管理闭环。 2.通讯接口 能够支持多种数据服务、通讯协议和接口，能够从各类仪表、 模块等多种软件、硬件中获取数据，并能够通过开放接口向各种 应用提供数据。能够从各种服务系统、应用系统和控制端获取命 令，并能自动转发和执行命令，保证命令的可靠性与时效性。 3.信息安全性 智能化煤矿应开展网络、信息和系统等安全建设，可参照 GB/T 22080—2016 、 GB/T 22239—2019 、 GB/T 30976.1— 2014、GB/T 30976.2—2014 等标准，能够实现从角色到用户、从 系统到功能模块等访问权限的统一认证，对于监测监控系统、传 感系统、工业自动化系统、软件系统等应用平台，各业务系统之 间既要满足按需访问、又实现安全隔离，满足信息安全要求。 4.系统灵活性和可扩展性 鼓励采用微服务架构，将复杂的应用拆分为多个共享服务和 独立业务服务，做到各个服务资源的合理分配，采用先进的技术 或者工具不断优化架构，实现系统升级，使企业平台不断演进、 优化。 11 三、煤矿智能化建设内容 （一）井工煤矿智能化建设内容 1.智能化系统基本建设内容 （1）信息基础设施 统筹建设网络系统和数据中心，打通数据传输和利用通道， 统一规划网络和数据安全系统，保障信息内外传输利用的安全冗 余，同时强化网络和数据安全意识。 网络基础设施建设包括但不限于办公区网络、生活福利区网 络、工业控制网络、视频监控网络、安全监控网络、无线网络和 融合调度通信系统，鼓励逐步开展 5G+矿山物联网系统建设，建 设多系统融合的无线接入网关，提升矿山无线基础设施兼容水平， 提升煤矿各系统的综合感知能力、融合交互能力，满足煤矿智能 化全面感知、自主决策和敏捷响应的需求。 智能化煤矿应建设大数据服务中心，统一数据采集、传输、存 储和访问接口标准。大型煤业集团可分级建设多个数据服务中心， 构建煤矿数据治理体系，并在平台沉淀矿山行业模型和知识，包括 设备、工艺、安全等信息模型和行业专家知识，形成模型库和知识 库。上级中心可偏向计算能力及多业务数据融合分析，底层中心偏 向存储、小规模计算和快速响应。 智能化煤矿应建设智能综合管控平台，进行多部门、多专业、 12 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”的一体化及智能联动控制。 （2）智能地质保障系统 基于“数据驱动”“数字采矿”的理念，将地质数据与工程数据进 行深度融合，采用地质数据推演、地质数据多元复用、地质数据 智能更新等方法，研究建立实时更新的地质与工程数据高精度融 合模型，实现矿井地质信息的透明化。推广智能采掘工作面的随 采智能探测、随掘智能探测与监测的技术装备，鼓励积极研发应 用智能钻探、智能物探、智能探测机器人等新技术与新装备，形 成以静态为基础，融入自动更新的高精度动态地质模型。 专栏 1：透明地质 地质数据管理系统：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 ， 构 建 统 一 的 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。 高精度地质模型：以三维地质静态模型为基础，不断融入煤矿生产 过程中的实时、动态、高精度地质信息，实现三维地质模型的自动更 13 新、规划切割、交互漫游、属性查询等。 地质大数据云平台：鼓励建设地质大数据云平台，具备数据分类、 分析、挖掘、融合处理等功能，实现各系统之间数据的互联互通、融合 共享和时空分析。 （3）智能掘进系统 根据矿井掘进地质条件与工艺要求，因地制宜确定合理的掘 进技术与装备，配套高效的辅助作业系统，逐步实现掘支平行作 业；鼓励应用智能探测、自动定向及导航、巷道断面自动截割