智能矿山实施计划方案.docx
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智能矿山实施计划方案
国家能源集团智能矿山建设实施方案
（征求意见稿）
煤炭产业运营管理中心
2019年9月
第一章概述
第一节背景和意义
一、国家积极推进两化融合和数字中国建设
一直以来，党和国家高度重视网络安全和信息化工作，大力推进信息化与工业化深度融合，促进传统产业转型升级。
近三年党中央、国务院和国家相关部委出台了大量政策，如《国家信息化发展战略纲要》、《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、《数字中国建设发展报告（2017年）》、《“十三五”国家信息化规划》、《促进大数据发展行动纲要》等，鼓励信息化发展，推动数字化转型。
十九大报告明确提出加快建设创新型国家，以创新为根本动力，不断提高技术水平、科研水平和信息化水平，为建设网络强国、数字强国提供有力支撑。
推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，在创新引领、绿色低碳、智能制造等领域培育新增长点、形成新动能。
二、能源结构转型推动煤炭产业绿色智能化发展
2014年6月，总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略，为我国能源行业的转型发展指明了方向。
《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》（发改能源[2016]513号）明确提出了煤炭行业重点主攻方向，要求开发智能化工作面等技术，重点煤矿区基本实现工作面无人化。
近年来，随着国家环境保护力度的加大和能源消费结构的转型，倒逼煤炭产业必须走绿色智能的清洁化生产之路，国外煤炭企业、科研院所和装备厂商不断加大煤矿智能开采的研发投入和应用力度，推动煤炭生产向少人化、无人化发展。
三、集团明确提出加快智慧企业建设的总体要求
在2019年集团年中工作会上，王祥喜董事长提出了实现“三型五化、七个一流”，加快建设具有全球竞争力的世界一流能源集团的新战略，要求抓实科技创新，健全科技创新体系，统筹实施科研项目，持续加大科技攻关，加快智慧企业建设，大力建设与推广智能矿山、智能电站、智能运输、智能化工、智能调度，加强信息系统安全防护，引领能源行业智能升级。
集团煤炭板块经过多年的数字矿山建设，取得了显著的经济和社会效益，但距离生产智能化、无人化目标尚存较大差距，需要针对集团煤矿智能开采现状及存在的问题，在充分研究新技术应用现状和行业外部先进经验基础上，进一步加大科技研发和应用投入，加快智能矿山建设。
四、新技术发展为煤矿智能化提供动力
当前，云计算、大数据、物联网、移动互联、虚拟现实、无人驾驶、人工智能等新一代信息技术发展日趋成熟，正在向更多领域渗透，不断推动传统行业的智慧化转型。
集团需要结合应用需求进一步加大新技术引入力度，在智能工作面、快速掘进、矿用卡车无人驾驶、矿用机器人、智能一体化应用平台等方面加强科技研发投入，加快产业智能化进程，全面推动集团煤炭板块产业结构的优化升级和生产力水平的整体跃升。
第二节国外现状分析
目前，国外智能矿山建设聚焦于智能开采，实现少人、无人的智能化采矿是当前国际采矿界研究的热点。
一、国外现状分析
美国和澳大利亚煤炭企业在矿山智能化建设方面走在了前面。
井工矿工作面通过采用大功率电牵引采煤机、电液控制的液压支架和具有软启动功能的刮板输送机,实现了工作面三机的自动化及井下环境安全信息实时监测；露天矿通过矿用卡车的智能化改造，实现了卡车无人驾驶。
（一）井工矿
早在2001年，澳大利亚联邦科学与工业研究组织首次提出了长壁自动化控制（LASC）技术，其后综采长壁工作面自动控制委员会（LongwallAutomationSteeringCommittee,LASC）开展了煤矿综采自动化和智能化技术的研究，采用军用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法获知采煤机的三维坐标，实现工作面自动找直等智能化控制。
国际主要煤机生产厂商美国久益公司（JOY，现属小松公司）和卡特彼勒公司（Caterpillar）融合先进技术，利用电液控制系统和工作面控制系统，实现了简单地质条件工作面的自动化开采。
小松公司提出了“520”演进思路（即综采工作面5人采煤—>2人采煤—>无人化采煤），利用成套装备高可靠性和单机设备高度自动化的优势，可做到工作面“设备自动运行、两人跟机干预”，工作面单班人员减少到3～5人。
小松公司推出的智能开采服务中心（IntelligentMiningServiceCenter,IMSC）可实时监控煤矿设备运行，提交运行分析报告，指导矿井提高运行管理水平，合理安排设备检修。
澳大利亚Anglo矿业公司采用IMSC系统，在布里斯班总部设置总调度室，对所管辖矿井进行实时监控，利用数据监测与分析系统分析生产过程设备运行参数，对矿井生产给予指导，取得了提高产能、减人提效的经济效益。
总体而言，国外先进矿山企业和主要设备制造厂商在共同推动矿山智能化开采，目前尚没有井工煤矿采煤工作面无人操作的自动化采煤应用案例，对于复杂地质条件下的井下智能开采技术，仍需进一步研究。
（二）露天矿
由设备生产厂商主导，露天矿卡车无人驾驶技术和系统已经投入实际应用。
澳大利亚所罗门（Solomon）露天铁矿利用卡特矿山之星（MineStar）系统，实现了卡车无人驾驶和矿山车辆管理、生产现场管理、安全避让、设备诊断、调度协同指挥等功能，大幅减少了现场人员，实现了安全高效生产。
小松公司与力拓公司紧密协作，研发了自动运输系统（AutonomousHaulageSystem，AHS），并应用于澳大利亚皮尔巴拉（Pilbara）地区的矿山。
系统将自动化卡车与推土机、装载机和铲有机配合，使得自卸车能在无人操作的情况下实现复杂的装载、运输和卸载循环的自动运行，有效提高了生产效率和安全性，延长了轮胎寿命，节省燃油并减少排放，降低了总体运行成本。
小松公司正在研发没有驾驶室的无人驾驶矿用卡车，使用四轮驱动和四轮转向技术，保证车辆具备更好的控制和可操作性，利用无线网络和障碍物检测技术实现无人驾驶。
二、国现状分析
我国煤炭以井工开采为主，近10年来，通过智能化开采技术与装备的创新研发，在薄和较薄煤层智能化综采，大采高和超大采高智能化综采以及特厚煤层综放开采智能化技术与装备方面实现技术突破，全部装备实现了国产化。
同时，创新开采理念和智能化生产模式，形成了“集控中心可视化远程控制割煤，工作面无人操作”、“无人跟机作业，有人安全值守”等开采理念，构建了“以工作面自动控制为主，集控中心远程干预为辅”的工作面智能化生产模式，实现了智能采煤技术的深刻变革，已建成一批现代化特大型安全高效煤矿，为全面推进智慧矿山建设和智能化开采发展奠定了基础。
在露天智能开采方面，国大型矿用卡车生产企业以及华为等IT和互联网技术公司正在开展无人驾驶技术与系统的研究，并已在露天煤矿投入现场验证，但距离商用化还尚待时日，需要多方协作，加大技术创新和研发力度，形成具有中国特色、技术自主可控的无人驾驶解决方案，实现露天煤矿的安全高效生产。
目前中煤、陕煤、同煤、兖矿、平煤、能源、冀中能源等煤炭生产企业都在积极探索智能矿山建设，建成了一批高水平的智能化矿井。
如陕煤黄陵矿业，实现“顺槽监控中心2人可视化远程干预控制，工作面1人巡视”的常态化生产，工作面生产作业人员由11人递减至3人，生产效率提高25%。
2016年9月，能源集团枣矿集团在滨湖煤矿16108工作面成功运行首套国产化薄煤层智能化采煤机组，对采高1.3米左右实现了“采高就是煤厚”，避免了割顶破底，混煤热值提高400大卡/千克以上，实现了远程控制、液压支架自动跟机移架、自动补液、采煤机记忆截割等功能。
伴随技术的进步和发展，国家能源集团一直在加速推进煤矿的自动化、信息化、数字化和智能化建设。
2013年底，锦界煤矿建成了国首个智能矿山示工程，实现了对煤炭生产“人、机、环、管”的全面监控，为煤矿安全生产及管理决策提供了强大的自动化、信息化基础保障，项目成果荣获2016年度国家科技进步二等奖。
2019年2月，神东上湾煤矿建成世界首个8.8米智能超大采高综采工作面，并创造了单个工作面最高日产5.84万吨、最高月产146万吨的世界新纪录。
2016年10月，准能智能矿山（露天）示工程正式启动，工程以降本增效为核心，立足现有基础条件，进一步深化自动化、信息化和智能化技术的应用，充分挖掘部生产和管理潜力，打造具有示效应的安全、高效、绿色、智能的智能露天煤矿。
在肯定成绩的同时，我们必须清醒地看到，国家能源集团作为全球最大的煤炭生产企业，在智能化开采方面存在建设水平参差不齐、科技创新意识不强、成果转化效率不高等问题，与国其他煤炭集团相比，原有的技术和管理优势正在缩小，需要增强忧患意识，充分调动各煤炭子分公司的创新积极性，打造具有世界领先水平的智能化矿井。
第三节总体建设目标
到2021年末，建成4个智能矿山示工程、新建20个一流煤矿智能化工作面、研发5类智能掘进成套技术装备、研发与推广10类矿用机器人、建设30个智能选煤厂、研发2类国产智能矿用卡车、自主研发与升级5大智能矿山应用平台、建设智能矿山标准体系。
智能矿山示工程建设达到世界领先水平，推动并引领行业发展。
通过技术创新、管理创新和体制机制创新全面提升煤矿智能化开采水平，有效降低矿井用人，实现无人、少人生产，为国家能源集团建设世界一流能源集团提供强有力的支持。
第二章总体规划
第一节集团网信规划要求
按照“坚持创新驱动，建设智慧企业，打造具有全球竞争力的世界一流能源集团”的工作要求，集团于2018年完成网络安全与信息化十三五规划修编工作，发布了《关于加强网络安全和信息化工作指导意见》，以推动国家能源集团数字化、智慧化转型，打造核心竞争力，全面提升集团科学决策和经营管理水平。
一、网络安全与信息化建设原则
集团信息化建设遵循“六统一、大集中”原则。
六统一是：
统一规划、统一标准、统一投资、统设、统一管理、统一运维。
大集中是：
统建系统集中部署于集团数据中心
网络安全和信息化集中管控的具体要求体现于各项集团信息部颁发的各项管理制度中。
二、总体架构规划
集团总体架构包括业务架构、应用架构、数据架构、技术架构以及一体化安全管理架构。
详细容参见《国家能源集团网络安全与信息化规划纲要》。
总体应用架构如下图所示：
图1集团总体应用架构
集团总体应用架构分为决策支持层、经营管理层、生产执行层、控制层及设备层，其中决策支持层、经营管理层属于集团规划畴，生产执行层、控制层及设备层属于板块规划畴。
决策支持层、经营管理层、生产执行层原则上为集团集中部署，控制层及设备层原则上现场部署。
三、管控体系
（一）网络安全与信息化组织结构
集团网络安全和信息化组织包括网络安全与信息化领导小组、集团信息部、总部职能部门、产业运营管理中心/服务支持中心、子分公司、部专业化公司，在集团网络安全和信息化领导小组统一领导下，各职能部门、中心和子分公司各司其职，有效推动集团智慧企业和板块智能化建设。
（二）项目实施分类
规划中将集团网络安全与信息化项目分为一、二、三类。
1、一类系统是指应用于集团战略决策、经营管理、共享服务及产业板块生产管理的应用系统和基础设施，由集团按照“六统一、大集中”管控原则进行管理。
2、二类系统是指集团公司管理子分公司自主建设类项目，支撑板块业务共性，但不适合集中部署，由子分公司根据集团公司架构与标准，上报集团公司立项审批后自主建设。
3、三类系统是指上述规定以外的系统，属于子分公司自主建设类系统，支撑子分公司个性化业务，在集团公司架构与标准围之外，由子分公司上报集团立项审批后自主建设。
第二节智能矿山总体规划
根据集团网信规划两级规划（集团总体规划和板块规划）的总体要求，在集团网信总体规划和智慧企业顶层设计指导下，开展智能矿山规划。
规划由煤炭产业中心、信息部牵头，涉煤子分公司参与，信息公司承担具体实施工作，计划于2019年12月完成。
一、规划目标
规划要立足于集团数字矿山建设现状，结合云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能、工业互联网、自动驾驶等新技术应用以及集团外部先进实践经验，科学设定智能矿山建设目标，系统设计智能矿山架构蓝图，明确煤矿智能开采的总体要求，合理设计实施路径，有效指导集团智能矿山建设和矿井智能开采实施推进。
二、工作容
（一）现状调研与分析
调研、整理各煤炭子分公司及下属煤矿生产组织、工艺、装备和自动化、信息化、智能化应用情况，全面总结当前数字矿山建设的成功经验、存在问题和应用需求。
在充分理解集团总体发展战略和智慧企业建设要求基础上，对标分析国外矿山先进实践，研究新技术发展趋势，确定集团智能矿山的提升方向。
（二）总体蓝图规划
以集团网信总体规划和智慧企业顶层设计为指导，结合煤炭板块业务和智能化应用现状、发展要求和提升方向，确定集团智能矿山建设总体目标，构建智能矿山总体架构蓝图（包括业务架构、应用架构、数据架构和技术架构等）。
探索各类新技术在井工和露天煤矿的应用场景，提出创新应用研究课题，全面支撑智能矿山应用蓝图的落地实施。
（三）标准体系架构设计
在梳理集团前期数字矿山建设成果的基础上，充分借鉴和参考国际、国及相关行业标准，编制集团智能矿山标准体系框架，按照急用先行的原则制定部分急需标准，为集团智能矿山标准化工作的有序推进提供基础和支撑。
（四）实施方案编制
基于智能矿山总体蓝图和当前应用现状，确定未来3-5年集团智能矿山建设策略、实施步骤和工作容，制定整体实施计划和投资估算。
编制智能矿山建设保障方案，明确建设组织和各参与方职责，规项目投资、建设和系统运行维护过程，确保智能矿山各项既定目标的实现。
第三章标准体系建设
标准化是增强企业软实力、实现管理能力提升的有效方法。
在深入开展智能矿山建设的同时，要坚持不懈抓好标准化建设工作，以彻底改变目前集团各单位建设水平参差不齐、信息孤岛严重、数据整合难度大等问题，通过标准的制定和执行加快推进智能矿山建设进程，提升整体建设成效。
一、标准目录
本批按照急用先行的原则，编制如下标准：
序号
标准名称
完成时间
1
智能矿山标准体系
2019年12月
2
智能工作面建设标准
2019年12月
3
智能选煤厂建设标准
2019年12月
智能矿山标准体系编制完成后，根据标准体系框架制定下一步标准编制计划。
二、建设目标
建立集团智能矿山标准体系，通过标准制定、发布和执行规智能矿山建设和运营过程，有效加快建设推进速度和质量，降低总体投资成本和实施风险，弥补行业标准缺失，推动和引领煤炭行业标准化建设。
二、工作要求
（一）智能矿山标准体系设计
此项工作纳入集团智能矿山规划中，通过形成一套完整的智能矿山标准体系框架，指导后续智能矿山各类标准的制定。
（二）智能矿山标准制定
由煤炭产业中心和信息部协调组织，结合各单位承担项目情况，明确具体标准编制牵头单位、参与单位和工作小组成员。
本期智能工作面和智能选煤厂建设标准的编制由神东煤炭、煤业公司牵头，各煤炭子分公司参与，形成标准后由煤炭产业中心、信息部组织审定与发布，以全面指导集团智能工作面、智能选煤厂的建设。
智能工作面建设标准应围绕采煤机系统、支护系统、供液系统、三机系统、集控系统、视频监控系统及通信网络系统等核心组成部分，构建智能工作面系统框架，在设备功能要求、状态监测与控制、接口协议、数据分析应用、建设保障措施等方面形成具体规和要求。
智能选煤厂建设标准应明确智能选煤系统框架规，以自动化、智能化、无人化为目标，在智能装备、智能监测监控、智能生产管理、智能分析应用、建设保障措施等方面形成具体规和要求。
在后续标准编制过程中，要将标准编制作为一项重要工作容纳入具体工程实施和项目建设中，通过对先进建设经验和成果的总结、提炼，形成可复制的技术、管理和作业标准，有效指导和规各单位的智能矿山建设与管理，缩小建设差距，推进集团智能矿山整体水平的快速提升。
（三）标准化组织建设与管理
由煤炭产业中心和信息部牵头，各煤炭子分公司和信息公司参与，成立智能矿山标准化工作组织，建立工作机制和流程，持续推动标准化建设和管理。
第四章建设项目
第一节智能矿山示工程建设
综合考虑集团各煤矿现实情况，选取地质赋存、装备条件、自动化基础较好的煤矿，以智能矿山总体设计为先导，开展智能矿山示工程建设，实现价值创造和示导向作用，切实提高煤矿安全生产保障能力，提升生产效率，减少现场作业人员，降低生产成本，提升安全生产管理水平。
示工程应于2019年12月完成总体方案设计，2021年底前建成并投入运行。
一、示矿井
本批智能矿山示工程如下表所示。
序号
示煤矿
类别
实施单位
完成时间
1
上湾煤矿
井工
神东煤炭
2021年12月
2
锦界煤矿
井工
神东煤炭
2021年12月
3
金凤煤矿
井工
煤业
2021年12月
4
西湾煤矿
露天
神延煤炭
2021年12月
二、建设目标
打造世界领先的智能矿山，为集团和整个煤炭行业的产业升级发挥引领和示作用。
井工示煤矿所有采煤工作面全部实现智能化开采，主运输、变电所、水泵房、通风机房等井下场所和设施全部实现远程监控、无人值守，井下辅助运输系统的智能化水平显著提升，建立完善配套的煤炭生产组织和管理模式，有效减少井下单班人数，实现无人、少人化生产。
总体要：
上湾煤矿单班人数少于100人，锦界煤矿单班人数少于200人，金凤煤矿单班人数少于100人。
露天示煤矿实现卡车无人驾驶，地面生产系统和生产辅助系统全部实现远程监控、无人值守。
三、工作要求
（一）示煤矿总体设计
梳理示煤矿现有安全生产痛点、难点和智能化应用需求，根据生产工艺流程的现状和特点，探索当前各类先进智能技术在现场应用的可行性，提出技术改造思路和建议，设计工艺装备改造、生产智能化和管理信息化应用方案和示工程建设推进方案，为示工程立项申报提供全面支持。
（二）示工程实施
根据集团批复的工程立项容，由子分公司和示煤矿合理组织资源成立工程领导小组和专项实施队伍，分解落实责任，明确项目考核要求。
各具体项目组结合自身项目特点制定实施策略，按照工程总体进度要求有序推进项目实施。
在示工程实施过程中，将生产系统装备改造和智能化应用有机结合，淘汰落后设备，改造完善信息网络与安全基础设施，全面提升系统可靠性，降低运行维护成本。
要加大智能机器人、智能传感器、物联网、5G通信和人工智能分析等技术的应用力度，针对井下采煤、掘进、运输、通风、供配电、排水等系统的智能化和露天无人驾驶应用，有效整合社会各方力量，开展技术合作与攻关，力求快速取得突破，达成项目预期目标和效果。
生产智能化技术改造完成后，要加大体制机制和管理创新力度，建立适应智能化生产的管理和保障机制，将煤矿减岗缩编落到实处，优化人员结构，推行“四六制”生产组织模式，进一步提升生产一线员工的获得感、幸福感。
（三）工程验收与总结推广
示工程主体任务完成并实现系统平稳运行后，由集团组织工程验收。
各示智能矿山要加强工程经验和成果总结，提炼技术和建设标准，为智能矿山的全集团推广实施提供支持，切实发挥行业示和引领作用。
第二节智能化工作面建设
总结推广现有智能化工作面建设经验，选取集团地质和装备条件较好的煤矿，结合现场实际推进技术攻关和创新应用，建设智能化采煤工作面。
此项工作由煤炭产业中心和信息部统一协调，子分公司各相关煤矿按计划牵头组织建设，信息公司提供智能矿山集成技术支持，2021年底完成20个一流煤矿智能化工作面建设，并形成国家能源集团智能采煤工作面成套标准。
鼓励有条件的其他煤矿多建设智能工作面，力争2021年底，50%的井工煤矿实现智能开采，2025年全部实现。
一、试点单位
本批智能采煤工作面建设单位及工作面清单如下表所示。
序号
子分公司
煤矿
工作面
1
神东煤炭
大柳塔煤矿
大井52604、43101工作面
活井22313、22209工作面
2
上湾煤矿
12307工作面
3
补连塔煤矿
12上504工作面
4
榆家梁煤矿
52309工作面
5
锦界煤矿
31408、31114工作面
6
哈拉沟煤矿
22411、31107工作面
7
布尔台煤矿
22207工作面
8
石圪台煤矿
22上303工作面
9
煤业
红柳煤矿
Ⅰ010403工作面
10
枣泉煤矿
220704工作面
11
羊场湾煤矿
Ⅱ020613（Ⅰ）、Ⅱ020606工作面
12
任家庄煤矿
110902工作面
13
双马煤矿
I0104106工作面
14
能源
家壕煤矿
51108工作面
15
万利一矿
31307工作面
16
国神集团
三道沟煤矿
45203、85207-2工作面
17
国电电力
察哈素煤矿
3-1煤层、2-2煤层工作面
19
能源
黄白茨煤矿
021005工作
20
榆神能源
青龙寺煤矿
工作面待
二、建设目标
以工作面无人化、少人化为目标，割煤自动化率达到85%以上，设备开机率达到85%以上，采煤机、支架实行远程干预并常态化运行，每班作业人员不超过10人。
每个煤矿至少有一个智能工作面。
鼓励有条件的其他煤矿多建设智能工作面，力争2021年底，集团50%的井工煤矿实现智能开采，2025年全部实现
三、工作要求
各建设单位要在充分调研当前智能工作面研究成果基础上，结合煤矿自身装备情况，与煤机、支架等制造厂商和相关科研院所密切合作，制定智能工作面技术改造方案，加快项目立项申报工作。
要加强集团部技术交流与合作，加大技术攻关力度，充分利用透明开采、增强现实、三维建模、支架智能感知调整、上下顺槽自动超前维护、采煤机智能煤岩识别等智能化开采技术，形成具有自主知识产权的智能工作面解决方案。
煤炭产业中心和信息部协调组织各建设单位，建立完善集团智能工作面相关技术和管理标准，指导集团部后续推广实施工作。
第三节智能掘进成套装备技术研究
研发智能快速掘进和支护成套技术与装备，全面提升掘进工作面的自动化、智能化水平。
2020年底前完成装备研究和现场验证工作，2021年实现全集团推广。
一、研发项目
本批智能掘进成套装备技术研发项目清单如下表所示。
序号
科研项目名称
实施单位
总体目标
完成时间
1
掘锚一体机快速掘进成套装备技术研究
神东煤炭
单进1500m
减人效果明显
2020年6月
2
TBM（盾构机）煤巷快速掘进成套装备技术研究
神东煤炭
单进2000m
减人效果明显
2020年6月
3
综掘机一体化半煤岩巷快速掘进成套装备技术研究
煤业
单进300m
减人效果明显
2020年6月
4
TBM（盾构机）硬岩快速掘进成套装备技术研究
煤业
单进600m
减人效果明显
2020年6月
5
综掘机一体化煤巷快速掘进成套装备技术研究
煤业
单进600m
减人效果明显
2020年6月
二、建设目标
实现掘进工艺装备的远程智能化控制，有效减少现场作业人员，降低生产劳动强度，提高单进水平，努力实现连掘、掘锚、综掘三种工艺月单进水平分别突破2000米、1000米和500米。
三、工作要求
目前国煤矿掘进的自动化水平普遍较低，试点单位要结合煤矿自身地质条件和工艺要求，与装备制造商和相关科研院所密切合作，有选择地开展智能快速掘锚一体化装备或煤矿盾构机的研究，并尽快形成科研技术方案，完成项目立项申报工作。
在装备研发过程中，要通盘分析掘进生产工艺过程，明确优化方向和目标，加强新技术的引进、消化和吸收，着力解决生产自动化、无人化面临的难点问题，将技术和工艺创新有机结合，力求取得突破性进展，使掘进生产效率和智能化水平得到大幅提升。
第四节矿用机器人研发与推广
煤矿智能机器人研究与应用目
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