第四节 神华集团数字矿山工程实践

神华集团是国内较早进行矿山数字化工程实践的煤炭能源企业，已经取得了显著的建设成果。其中，比较突出的是锦界示范工程和神东的区域自动化建设。

一、锦界数字矿山示范工程

锦界煤矿作为国家“西电东送”一体化建设的配套项目，是一座年产2000万吨的高产高效现代化矿井。矿井开采设备先进，自动化程度较高，具备较好的智能矿山实施条件和基础，2012年作为国家863计划“数字矿山关键技术研究与示范”项目的子项目，开展了智能矿山示范工程的建设。

锦界煤矿数字矿山示范工程建设完成生产管理系统和生产控制系统的部署实施，配套进行了综采、掘进、供电、运输、通风、排水等9个自动化子系统改造以及数据中心、精确人员定位、无线通信等7项IT基础设施建设。其主要建设内容如下。

（一）矿井IT基础设施改造

锦界煤矿数字矿山示范工程在IT基础设施建设方面，进行了地面数据中心、智能集中控制中心、井下3G无线通信系统、精确人员定位、万兆工业环网和IP广播等子系统建设和改造，为生产管理系统和生产控制系统提供可靠的数据传输通道和数据集中处理环境。

IT基础设施主要建设内容包括：

1．工业电视系统

将锦界煤矿现有工业电视从模拟摄像机更换为数字摄像机，并接入调度中心大屏。主要建设内容和实现功能如下：

（1）采用IP网络摄像头，接入以太环网；

（2）提供基于Modbus Tcp协议的接口与综合监控系统交互信息，将设备信息发送给综合监控，同时能接收生产控制系统下发的控制命令；

（3）视频信号存储时间不少于30天。

2．调度中心智能化系统

按照专业化分工，对锦界煤矿调度中心进行设计。主要建设内容和实现功能如下：

（1）DLP大屏采用拼接墙系统，操作台符合人机工程学原理，按照五工位布局，分别为机电、生产、安全、综合调度岗位和调度长岗位；

（2）调度中心智能化建设，包括视频显示系统、音频扩声系统、集中控制系统、机房系统、机房环境监控系统、移动指挥终端。

3．数据中心

锦界矿数据中心主要建设内容和实现功能如下：

（1）网络系统中的交换设备主要用于和神东中心传输通信用，方式为主备；

（2）防火墙主要用于工业以太环网和生产管理网络的隔离；

（3）主机存储用于生产控制层的应用系统访问，实时、历史数据存储利用SAN存储进行数据的高速有效存储；

（4）软件包含相应的操作系统、数据库以及ArcGIS平台所用软件。

4．工业环网系统

部署锦界煤矿工业环网，使其满足监测监控子系统接入的要求，主要建设内容和实现功能如下。

（1）以太环网由两个带宽不小于1000M的骨干环形网络组成：地面光纤环网和井下光纤环网。

（2）环网中某个交换设备或链路发生故障，环网传输路径将选择反方向传输，保证主传输通道信号不间断；传输路径倒换时间设计小于50ms。

（3）在环网交换模块上提供支持各接入子系统的传输和不同VLAN的传输，可根据接入子系统的实际需求，参与VLAN的划分和跨VLAN间的路由交换。

5.IP广播系统

提供锦界矿井下IP广播系统覆盖，能够实现区域喊话、终端对讲、广播录音等功能，主要建设内容和实现功能如下。

（1）具有系统集成功能，可与其他厂家皮带集控系统扩音电话的对接；

（2）终端频响范围为100Hz-10kHz，功效不失真输出功率为8W，响度不低于105dB；

（3）每个终端的音响覆盖半径不小于200米。

6．井下3G无线通信系统

提供锦界矿井下3G无线通信系统覆盖，主要建设内容和实现功能如下。

（1）采用CDMA2000移动通讯标准；

（2）矿端3G设备接入神东公司已有CDMA核心网；

（3）采用神东公司时钟服务器进行授时；

（4）统一调度平台支持对现有C&C08-B固定电话调度互通。

7．人员定位系统

提供锦界矿井下精确人员定位系统覆盖，主要建设内容和实现功能如下。

（1）采用ZigBee定位技术，并发识别数量≥100个、位移速度≤60km/h时，识别卡能被系统正确识别，漏读率≤10-4；

（2）定位精度：采掘工作面＜10m，其他区域＜5m。

（二）矿井自动化和综合智能一体化生产监控平台实施

为实现远程的集中监测与控制，先后对矿井原有综采工作面、连采工作面、给煤机、主排水泵房、分散水泵、井下加压泵房、中转水仓、主通风机、局扇通风、顺槽胶带机、皮带、煤仓煤位监测、移动变压器、井下运输车辆等进行了改造，按需增加传感器、设备控制单元等装置，提高装备的自动化控制水平。

针对锦界煤矿原有监测、监控系统独立分散特点，研发了综合智能一体化生产监控平台。综合智能一体化生产监控平台部署在锦界煤矿现场，共完成21个监测监控子系统的接入和调试。系统创造性地将GIS软件和工业控制SCADA软件进行融合，做到实时信息与地理信息的互通互连，非常切合煤矿生产环境不断变化的行业特征。系统将实时数据与关系数据库有机结合，实现了大容量、多数据源的整合，保证了不同业务系统在同一平台下的实时展现和交换处理要求。通过研发，攻克了单机多屏、多鼠标单屏同时操作，鼠标在多机多屏之间无缝漫游的技术创新，给用户协同工作带来全新的体验。系统实现了智能联动、智能报警、数据分析、远程控制、诊断与辅助决策等七大业务功能，UI设计效果明显，既满足了长期使用的工业化要求，又保证了演示汇报的可视化效果。

锦界煤矿综合智能一体化生产监控平台实现的主要功能如表2-1所示。

（三）生产执行系统实施

神华集团于2012年在煤炭生产业务流程标准化建设基础上展开了生产执行系统的研发工作，并于2014年在神东公司进行了成功部署和实施。生产管理系统统一部署在神东公司，实现神东公司、煤矿（中心、厂、处）两级应用，未来将为煤矿（中心、厂、处）子公司、集团公司三级管理所用。生产执行系统共完成7大模块的研发和实施，包括生产、调度、机电、一通三防、综合分析、应急救援、集成接口。通过自主研发和集成创新，现已全部实现了业务衔接、信息共享和管理协同，并可根据不同需求进行功能扩展。研发工作经过了现场调研、需求分析、系统设计、原型验证、专家审查、新增功能开发、功能确认等环节。系统实现了与神华集团ERP、MDM和神东公司各专业化系统的集成，全面支持神东集团及下属19个煤矿（包含锦界煤矿）的日常生产管理。

生产执行系统实现的主要功能包括：

（1）生产管理：主要包括基础数据管理、计划管理、生产作业管理、地测管理和防治水管理共五个模块。

（2）调度管理：为调度人员提供功能支持，主要包括基础数据管理、综合管理、调度执行、报表分析四大模块。

（3）一通三防：主要包括矿井通风管理、瓦斯防治管理、防灭火管理、防尘管理、通风安全监控管理、统计分析六个模块。

（4）机电管理：包括机电主数据管理、计划管理、技术管理和运行管理分析等模块。

（5）综合分析：主要包括子分公司综合分析和矿级综合分析两大部分内容。

（6）应急管理：通过GIS手段（二维、三维方式），以煤矿真实的地理信息和数据为基础，把地面可视资源与地下巷道、设备状态等信息反映到统一的集成系统中，使煤矿井上下情况直观透明。应急救援信息系统以应急预案及预防计划为基础，在常态下提供应急的培训及演练，加强事前预防工作，在发生事故时，为应急响应提供及时、直观、全面的决策支持，为应急指挥的过程管理提供服务。

（四）技术创新与亮点分析

1．创新研制了综合智能一体化管控平台

本项目研发了涵盖资源勘探、矿井建设、煤炭生产、加工销售等海量数据处理技术，实现矿山综合数据数字化和生产运营全过程智能管控。主要有以下3个方面的创新。

1）系统集成和异构数据融合技术

首次将装备监控、系统监测、业务管理等45个系统，统一整合到开放的综合智能一体化管控平台，实现了关系数据、实时数据和空间数据的融合共享。

2）首次提出并实现GIS和组态技术融合

本项目创新性地将煤矿必备的采、掘、机、运、通、地质、水文等11类图纸以及其他辅助系统，结合采掘工程平面图分层展现，实现多元信息一张图管理，大大提高了数据的智能化和可视化应用价值。

·设备的位置和状态一目了然：在GIS地图上，不仅能看到设备所在的位置，还能看到该设备的当前状态信息。

·设备位置准确直观：设备的位置坐标被统一到与采掘工程图一致的地理坐标系下，设备与周围巷道、其他设备等的位置关系清晰明了。

·设备查找方便快捷：利用GIS提供的图属互查功能，系统可以很方便地找到要查找的设备所处的位置和属性，或者查看当前显示区域内各种设备的属性信息。

·专业应用前景广阔：将设备本身的状态数据与GIS强大的空间分析功能相结合，将来可以拓展出广阔的应用空间，如最佳逃生路线分析、人员轨迹回放、离事故点最近的阀门等。

3）大数据智能处理技术

本项目基于5.7万个采集点数据，通过对事件关联的多维度信息进行自动统计和数据挖掘，实现智能分析、智能联动和智能报警，为管理决策提供支撑。

2．首次研发了矿山装备系列智能化技术

包括采掘设备自动选配；带式输送机闭环智能调速和联动；主要设备远程控制。该技术主要有4个方面的创新。

1）采掘设备自动选配技术

基于煤炭生产特点，煤炭产量计划要靠落实到煤炭生产接续计划上才有保证，编制合理的煤炭生产接续计划，对于提高煤炭生产效率、产品质量、回采率等具有重要作用，否则不但产量无法保证，还可能影响到煤炭质量、回采率等指标。

随着神华集团各子分公司朝着煤炭生产专业化、规模化方向发展，生产要素关联进一步加强，资源共享程度进一步提高，使得生产接续计划、设备配置计划在煤炭生产中处于越来越重要的地位。各煤业子分公司需要根据集团下达的产量指标同步编制产量计划和生产接续计划，并以生产接续计划为核心，对设备配置计划、搬家倒面计划、人力资源计划、设备大项修计划、设备报废/购置计划、配件需求计划等统筹优化，保证计划之间顺畅衔接和配合，支撑煤炭生产的高效、稳定运行，提高资源利用率。

从集团层面来看，集团煤炭版块对各子分公司生产接续计划、设备配置计划及执行情况的及时获取、评价、掌握，是加强集团煤炭生产管控能力的重要手段，使得集团层面能及时发现问题，协调生产，制订合理规划，保证集团煤炭生产正常运行。

另外，开展中长期生产接续计划、设备配置计划的研究，对集团的未来发展具有重要意义，可以及时发现发展过程中可能存在的问题和“瓶颈”，以便事先采取措施予以消除，而不是等问题已经发生再花几倍的精力去处理。

为此通过系统，优化排程生产接续计划，自动生成设备配套计划，使数以万计的参数，快速得出选配结果，取代了人工繁重甚至无法科学编排的劳动，保障了神东矿区45个工作面的均衡生产。

2）高速大运量带式输送机闭环智能调速技术

皮带运输是煤矿生产的主要运输工具。煤矿生产工艺要求运煤皮带“逆煤流启动、顺煤流停止”，常常造成运煤皮带长时间空转，并且一经启动，皮带恒速运行，“欠载”现象时常出现，带来了不必要的带面、托辊、滚筒磨损，减少了皮带机使用寿命，增加了停机故障概率和维修时间，同时也浪费了电能。

本项目提出基于煤炭产量的带式输送机速度自动调节方法：采用激光皮带秤监测皮带煤量；根据皮带煤量自动调节皮带速度，煤量较小时自动降低皮带运行速度，煤量较大时自动提高皮带运行速度。

现场运行表明：采用基于煤炭产量的带式输送机速度自动调节方法，实现了运输系统根据载荷和煤量自动调速，降低了带面、托辊、滚筒磨损，延长了皮带机寿命，大幅降低了维修时间，减少了停机故障，实现了节能、降耗。

3）主要设备远程控制技术

依托GIS和组态的煤矿综合监控系统，将原来分立的、竖井状的控制和分散的监控监测子系统如安全监控、人员定位、水文监测、火灾监测、工业电视、调度通信、综采、供电、主运输、供排水、通风、矿灯监测等子系统全部集成在了同一平台，监测数据点57000个，对主运输10部胶带机，综采顺槽4部皮带，连采2部皮带，17个变电所及157台移动变电站，6个中央水泵房、10个中转水仓、350台分散小水泵实现了远程监视和控制功能，系统数据实现了共享后通过对数据进行融合、分析实现了智能联动、智能报警、诊断决策等功能，实现了采掘设备，通风、排水、压风、供电、运输等设备的地面远程集中控制、固定岗位无人值守。

以综采工作面为例，地面能够远程控制采煤机、液压支架、泵站、电气设备、刮板机、转载机、破碎机、顺槽胶带机、超前支架、尾排风机等，达到综采工作面少人的目标。在生产过程中，采煤机能够实现记忆加远程遥控割煤；刮板机负载自动控制，可根据刮板机负荷量的监控，自动调整采煤机的牵引速度；液压支架自动控制，液压支架采用电液控制，在割煤过程中能够随采煤机的运行自动控制液压支架，实现支架的前移，护帮板的收、伸，推移刮板机，喷雾降尘；各设备的参数自动采集功能；破碎机堵转检测与闭锁；工作面视频系统及采煤机随机视频监视；各设备间具备数据传输通信功能，各工作面设备可进行信号交换实现设备联锁控制。

4）建立了安全生产“实时生产指挥中心”

依托矿山装备系列智能化技术和信息系统，在生产指挥集控中心，可以实时监测到井下人员活动、设备运行、环境参数等关联信息，及时处置生产过程中的各类问题，将传统的“上传下达”调度室转变为煤矿安全生产“实时作战指挥中心”。

3．首次研发了两亿吨级矿区生产系统的全流程管理信息协同技术

研发了“信息采集全覆盖、数据资源全共享、统计分析全自动、业务管理全透明、人机状态全监控、生产过程全记录”的信息技术平台。

1）业务流程标准化设计

梳理、凝练、优化神华多年形成的管理思想和实践，研发了“设计、生产、机电、一通三防、调度”等十大业务模块，固化了376个业务流程。

2）形成了生产业务协同管理

将煤矿业务与管理部门之间的业务流、数据流统一规划，使零散信息变得系统、高效、有序，形成“信息高速公路”，确保煤矿业务的纵向贯通和横向协同。

4．首次构建了矿用万兆宽带信息传输网络

全面感知采、掘、机、运、通等煤炭生产环节，是数字矿山建设的前提，这将产生大量的数据，对矿用信息系统带宽提出了更高的要求。目前，煤矿井下信息传输系统主要是千兆和百兆系统，难以满足数字矿山建设的需要。

虽然地面已有万兆光纤以太网，但由于煤矿井下电气防爆等特殊要求，制约着万兆光纤以太网直接用于煤矿井下。本项目研制成功了矿用隔爆兼本安型万兆光纤交换机，首次构建了矿用万兆宽带信息传输平台，实现了多源异构海量数据的实时传输。研制成功了生产综合监控无线便携手持终端，实现了实时移动监测。

5．锦界煤矿数字矿山示范矿井的应用价值

（1）消除了信息孤岛。通过数字矿山建设，基于一体化平台将锦界煤矿多个监控系统和管理系统整合在一起，实现互联互通。平台具有良好的开放性、拓展性和兼容性，可根据需要进行功能扩展和子系统接入。

（2）多元信息“一张图”管理。将煤矿地理位置、水文地质、设备监控、人员定位、环境监测等信息集成在一个平台上，基于采掘工程平面图进行集成应用，实现了分层展现、功能联动。

（3）生产业务协同管理。通过煤矿管理系统整合，打通生产各相关业务的数据通道，明确了管理界限，理顺了部门之间的协作与配合，提高了管理效率。

（4）实时“作战”指挥。借助系统对监控数据进行智能分析和决策支持，实现了传统调度由单一的“上传下达”和部分控制，向采掘、机运、一通三防等专业分工、中央集控的生产指挥转变，将调度室变为实时“作战指挥部”。

（5）构建了矿用万兆宽带信息传输网络，搭建了“信息高速公路”，满足5.7万个测点数据，特别是高清视频海量数据接入和传输的需求，并通过移动终端可实时监测井下“人、机、环、管”等各类信息。

（6）主要固定岗位无人值守。在地面中央智能控制指挥中心对井下设备进行远程控制，减少变电所、水泵房、主运输驱动机房等固定岗位55人，实现了减人提效。

二、神东区域自动化工程

神东区域中央自动化控制系统项目是重大科研项目“建设神华数字矿山关键技术研究与示范工程”项目的第三课题，它通过引入德国PSI公司先进的管理理念和软件平台，实现各矿各系统的数据集成展示、集中控制，建立并推行专业调度体系，实现煤矿生产优化排程，构建面向区域的现代化煤矿生产运营指挥体系，引进国外先进的思想理念和管理经验。

区域中央自动化控制系统项目在大柳塔区域四矿建立一个亿吨级中央指挥中心，总体指挥四矿煤炭生产。PSI系统平台建设共分为：项目分析阶段、系统规格书阶段、数据分析和系统模型建立阶段、系统开发和功能配置阶段，调试验收五个阶段。本项目于2012年8月启动，并于2015年11月四矿全部上线试运行，2015年12月组织外聘专家与相关人员通过大柳塔矿阶段性验收。中央生产控制指挥中心建成并于2016年3月30日投入使用的PSI系统同时接入了四矿综采工作面、连采工作面、地面箱变、自动排水、摄像头、大矿人员定位、大矿GIS系统等13个系统。

神东区域自动化系统将整个生产过程作为一个整体考虑，所有相关的信息关联起来，提高运营的整体生产力，完成对生产的一体化管理。

（一）区域自动化系统实现的主要功能

1．集中显示和集中控制

通过研发区域智能控制系统，在地面区域调度指挥中心将现有安全、采掘、主运、通风、供电、给排水等子系统的数据、参数、画面与平面地图的地理位置相关联，实现数据的高度集成，集中创建一幅数字化的平面地图，分层动态展示生产监控、控制画面。实现多矿井、工作面、控制监控画面的自由灵活分层控制及展示。

集中显示：目前调用每台设备的参数的顺序为相应的电脑—相应显示系统—相关画面—相关设备后才能获得想了解的数据。如果要调用多系统的多台设备，操作过程非常复杂。开发区域智能控制系统将现有各矿调度室的各子系统集中在一个平面地图上分层显示。

供电系统、供排水系统在实时监控的同时具有拓扑结构，利用颜色变化可区分运行状态与上下级之间的连接关系。

集中控制：将区域内目前具备控制条件的子系统及设备集中分级集成在一个界面上进行集中控制，并加入相关规则进行各系统间的联动控制。

2．关联数据分析

通过多系统的融合，实现数据的集中存储和共享。按照相关事件的处理规则、规定的数据间的联系、触发规则，实现数据的关联分析、触发并完成突发事件的处理或给调度员提出处理建议，为安全生产指挥提供决策依据，提高调度执行的效率和质量。

前台调度人员或后台专家可把不同设备、不同系统的电流、功率、温度等任意实时或历史监测值拖拽到同一个数据分析窗口进行数据分析。

3．提供决策和辅助诊断功能

通过实现动态的生产人员规划和管理、材料供应、维修人员规划和管理、运输人员及车辆规划和管理等集成的基础信息，按照系统和数据间的规则，对生产数据进行关联分析，提出生产管理建议，为生产管理人员提供决策依据。

4．系统自动化

通过专业调度、整合矿井生产各环节的控制系统，将工作面自动化、主运输、风机、水泵等控制系统集成在同一平台，实现优化智能控制，促进管理的变革。

5．智能报警

新开发的区域智能控制系统在某一测点报警的同时，应能直观地显示该测点所在区域相关系统和相关设备的参数，配合数据模型，及时提供给操作员直观、准确的报警信息，便于调度员及时决策。

6．人力和物料管理

通过数据的集成显示、关联分析，生产管理人员可以直观、方便地查看当前各生产区域的生产、维修、物料、人员分布、车辆分布及各项任务的完成情况，便于生产管理者及时制订、调整生产计划及各项资源的优化排程。

将现有与生产相关的监测、控制和管理系统集成为整体的生产指挥管理系统，将生产数据和信息进行整合共享，将所有的生产、监测和控制信息以矿井采掘平面地图为载体，在平面地图上分层集中显示，实现集中显示和集中控制、数据管理分析、为生产决策提供数据依据，实现自动化控制、系统自动报警和人力物料的管理。

（二）技术创新与亮点分析

1．亿吨级生产控制指挥中心

随着煤矿生产技术自动化、智能化水平的提高，对煤矿工作人员的专业素质及技能水平提出了更高的要求，区域生产控制指挥中心实行集约化管理煤矿，将各专业专家资源整合，为矿井生产提供技术支持，同时降低对井下岗位工的技术要求和需求，探索实现矿井少人无人化之路，努力实现减员增效，安全生产。

区域中央自动化控制系统将在大柳塔区域四矿五井（大柳塔矿、上湾矿、补连塔矿、哈拉沟矿）建立中央生产控制指挥中心，总体指挥四矿亿吨煤炭的生产组织。平均日量28万吨；最远控制距离达到30公里。

2．管理范围全覆盖

区域中央自动化控制系统对四矿的10个系统达到了全范围覆盖，主要包括：

（1）综采：13个综采工作面。

（2）连采：21个连采工作面。

（3）运输系统：143部胶带运输机，总运输距离150公里。

（4）供电：55个中央变电所，191配电点。

（5）供、排水：26个中央泵房，140中转水仓，2000多个临时排水点。

（6）辅运：1200台车辆集中指挥调度。

（7）通风：9个主通风机房，45个局扇，65个风门，37个风窗。

（8）安全监测：2500个安全监测测点，1210个人员定位分站。

（9）通信系统：500余部调度电话并连接工作面语音广播、90余个工业视频摄像、400个无线通信基站。

3．云监测与远程控制

随着煤矿生产信息化、自动化水平的提高，海量的数据需要被监测，大量的设备需实现远控，区域自动化控制系统平台涵盖监控子系统15个，监测子系统有14个。

4．生产系统自动化、智能化

为保障煤矿正常安全高效运行，区域中央自动化控制系统具备设备自动化、智能化控制、海量数据智能分析及智能报警保障安全生产的能力。

（1）主运系统一键启停：现在胶带机需要由调度人员通过视频观察胶带机上的煤量，手动多次操作，逐部启停；一键启停后，调度员只要确定全系统正常即可一次操作完成全系统的启动和停机。

（2）仓上插板与煤仓料位联动：通过煤仓料位计数据分析，实现插板自动开关，准确配仓。

（3）安全监测数据智能联动分析：实现主动寻找报警源，自动判别主、从报警，如若某区域的CO浓度升高，通过CO传感器监测数据与车辆定位系统的联动智能分析、报警，并判断CO浓度升高是由车辆尾气还是其他原因导致。

（4）数据的海量分析：区域中央自动化控制系统具备对各不同专业海量数据的综合关联分析，指导矿井生产，如通过综合分析支架压力监测数据及地质数据等，分析来压周期，确定采煤工艺实现安全生产。

5.“四矿一图”实时更新

“四矿一图”将四矿的地质、测量、通风、机电等多专业图纸分层合并在统一标准的图纸平台，各专业人员可以在这张图里协同办公，实时更新。

（1）协同办公：目前各专业图纸由相关专业人员自行绘制，内容单一，格式多样，“四矿一图”实现了不同专业人员在同一地图上同时绘制。

（2）实时更新：目前不同生产技术部门间图纸“人为”拷贝交互，经常出现信息滞后，更新周期长，图纸准确性差。“四矿一图”支持监控点直接标注功能，可以从“计算机终端”“移动终端”“Web在线”等多种方式实现井下动态数据的随时随地录入，大大缩短矿井图纸和生产数据的更新周期。

6.“自媒体”生产指挥

管理人员能够通过移动终端随时随地，下达多媒体工单指令，群组式共同处理故障，全天候地监测运行情况，紧急情况时停机。

（1）“多媒体”工单的调度指令，可随时随地下发指令，并保证了命令传达的准确性；

（2）故障处理信息的“微信”化，通过实时的图片、语音、群组讨论等让相关人员清楚知道井下情况并参与故障处理，提高排除故障的速度；

（3）监测信息实现“自媒体”，管理人员在移动终端上可随时随地，甚至在家里了解生产的细节信息；

（4）紧急停机及时化，当发现紧急情况时，可通过移动终端及时停机。

7．探索少人新模式

安全永远是煤矿生产的重中之重，效率是煤矿发展的根本，“无人则安”的新模式通过指令下达扁平化，井下现场区域负责制和多级技术保障体系，实现矿井“少人化”。

指令下达扁平化：减少矿井机关层级，矿井领导负责生产指挥决策，中央生产控制指挥中心负责排程、应急指挥、集中控制、智能关联分析等工作安排，区队执行。

现场区域责任制：现在在同一工作区域同时有多人进行各自专业作业，有一定的人力资源浪费，也增加了安全风险，新模式下可以由一人负责一个区域的多工种作业。

专家团队两级技术保障：现在矿井生产需要技术支持时主要由矿内技术人员保障，力量较薄弱，在新模式下，通过集中大专业化服务的优势，由公司级和区域两级专家团队，在对PSI系统监测的海量数据资源共享利用、关联分析和基础上进行生产优化排程。在故障处理，应急救援、综合分析等方面提供专业的指导，从而保障专业调度的决策、指挥。

四矿整合管理的优势：四矿专业人员优化配置，分析处理故障能力达到较高水平；统一安排上产计划、协调指挥，生产资源也能达到优化配置，保障四矿安全生产的平稳运行。

三、数字矿山系统运行状况

（一）锦界示范矿井项目

锦界示范矿井运行半年多以来取得了良好的安全效益、经济效益和社会效益，受到了有关领导及专家的高度评价，被中国煤炭工业协会鉴定为国际领先水平。本项目成果解决了GIS平台开发组态软件，统一地理信息、生产综合监控、生产执行、经营管理、决策支持等系统平台，带式输送机自动调节，采煤工作面远程控制等技术难题，显著促进了数字矿山技术发展和行业技术进步。

通过在地面集中监测监控、数据共享、报警联动、精确人员定位等手段使得安全管理更加透明化，井下部分岗位实现了无人值守或少人在岗，减少井下人员伤亡的可能性，降低由于矿井灾难所造成的损伤。随着安全管理水平的提高，应急救援及灾害预控能力的加强，延长了矿井的安全周期。

锦界示范矿井的建设，实现了智能化开采和自动化生产，有效提高生产效率和经济效益。综采面设备由3套生产、1套配采变为2套生产、1套配采，相当于2.5个生产工作面，矿井实现了全过程的智能化控制，提供了固定岗位无人值守的条件，减员增效，与传统煤矿的生产组织相比，单产提高10%，单进提高12%，井下作业人员减少6%，全员工效提高16%，设备利用效能提高5%，产能增加8%。

通过锦界示范矿井建设，推动了煤炭行业工业化进程，为煤矿推进两化深度融合起到示范作用，促进了煤炭产业由劳动密集型向人才密集型转变，实现了煤矿“安全、高效、绿色、智能”开采，为煤炭工业技术发展和进步做出了贡献。

（二）神东区域自动化示范项目

神东区域自动化项目将现有与生产相关的监测、控制和管理系统集成为整体的生产指挥管理系统，将生产数据和信息进行整合共享，将所有的生产、监测和控制信息以矿井采掘平面地图为载体，在平面地图上分层集中显示，实现集中显示和集中控制、数据管理分析、为生产决策提供数据依据，实现自动化控制、系统自动报警和人力物料的管理。

1．提高设备有效开机率（OEE）

主要通过综采设备远程监测与启停、运输系统全环节远程控制、变配电硐室远程控制、供排水系统远程监测和控制、通风设施远程监测和控制、群呼式的通讯方式等升级改造内容，按照每天增加生产时间30分钟，可提高井下机电设备有效开机率2%。

以一键启停机为例，按照长为3000米、速度为4米/秒、6部胶带机的一个主运输系统计算，每部胶带机在检修时拉空煤需要12.5分钟，6部胶带机在检修时需要75分钟才能把煤拉空，如果实现一键顺煤流停机，后部胶带机每部可延长检修时间12.5分钟；如实现一键逆煤溜启车，每部胶带机在速度达到一半后上一部搭接胶带机启车，6部胶带机可以节省3～6分钟，缩短主运输系统的启动时间。

以通过群呼式的通信方式为例，及时通知每个人的预计的检修停机时间，延长有效生产和检修时间5～10分钟。

2．减员增效

通过提高井下设备自动化水平和远程控制技术，由专业调度直接对井下设备进行远程操作，供电、供排水系统把岗位工变为巡视工或延长巡视范围，由被动巡视变为主动处理故障，达到减人提效的目标。本次改造后项目可减员188人，平均每个矿井可以减47人。后继的改造项目减人情况结合投资综合考虑。

胶带机自动调速，以一部3000米3×1000kW/1.8米胶带机计算，一年能节约电费120万元以上，带面能延长5%的寿命，四矿120多部胶带机每年可以节省运行成本在2000万元以上。辅助车辆提高使用率，四矿每年可以少购置60台，每辆车按照50万元计算，每年节省购置资金3000万元以上。

3．提高管理水平

实现区域调度后，进行统一生产排程，可以有效避免某个矿出现故障后对外运的影响。通过一张图管理，8小时更新井下各系统图，提高生产指挥和应急救援。

集中各专业优势人才负责管理本专业相关业务，实现区域内多矿间生产计划协同和资源共享。

（1）改革煤矿生产运营管理模式，建立专业调度体系。

按安全、采掘、机电、主运四个职能设置专业调度；实现区域内多矿间生产计划协同和资源共享，选拔相关专业经验丰富的技术人员担任专业调度员，负责生产指挥、决策、排程、应急指挥、集中控制、智能关联分析等主要工作，集中优势的技术专家团队进行技术支持，在故障处理、应急救援、综合分析等方面提供专业的指导，从而保障专业调度的决策、指挥，提高日常生产运营的管理效率和质量，达到更广泛的资源共享和精兵简政目的。

（2）整体布局。

采掘专业调度管理4矿17个综采工作面，21个连采工作面，计划设置2个工位，配置一组大屏。

主运输专业调度负责4矿143部胶带机的集中控制，计划设置2个工位，配置一组大屏。

机电专业调度负责4矿55个变电所，191个配电点，26个中央水泵房，140个中转水仓，2000多台小水泵监测，计划设置2个工位，配置一组大屏。

安全专业调度负责4矿9个主通风机房，45个局扇，65个风门，2500个安全监测点，1210个人员定位分站，1200台车辆的集中监测及控制，计划设置2个工位，配置一组大屏。

四、数字矿山应用成效

神华集团利用三年多的时间，系统总结多年煤矿信息化、自动化应用实践经验和成果，有机融合国内外前沿信息技术，探索建设神华数字矿山，先后完成规划设计、业务流程标准化、关键技术研究、一体化平台研发，并于去年底成功建成首个示范矿井。自主研发的煤矿综合智能一体化生产控制系统和生产管理系统，打破了长期以来国外软件在中国煤炭行业的垄断地位，关键技术研究及示范项目被行业专家组鉴定为达到“国际领先水平”，为构建现代煤炭生产体系、打造世界一流煤矿奠定了坚实的基础。

通过数字矿山建设，神华集团凭借先进的技术应用和管理手段，减少了作业人员，提高了产能，降低了运营成本，实现了逆势增长，经营业绩始终保持中央企业前列。突出体现了五个方面的应用成效。

一是提供科学手段，切实保障安全。示范矿井信息采集点达到5.7万个，是传统煤矿的三倍以上，涵盖井下所有安全生产系统、环境信息和设备信息，实现数据的全面、完整、准确、实时、自动采集，并通过井下万兆网信息高速公路可靠传输，将数字化体现在煤矿各个角落和安全生产各个环节。自主研发高度集成、互联共享的一体化平台，对“人、机、环、管”等海量信息进行自动分析和判断，实现分级、分区域、分专业智能报警以及多系统智能联动，为事故风险预控提供了有效手段。同时，开发三维应急救援模块，通过流程引导、现场环境模拟、智能灾害分析，提高灾害处置能力和指挥效率。神华集团百万吨死亡率分别是美国、澳大利亚等先进采矿国家的1/5和1/3。

二是实现远程控制，减少作业人员。通过综合智能一体化生产控制系统应用和自动化子系统改造，将煤矿采煤、掘进、机电、运输、通风、洗选、装车等19个安全生产控制系统以及水文地质、安全监控、工业电视、人员与车辆定位等14个安全生产监测系统整合到同一平台，在地面中央智能控制指挥中心进行远程集控，实现由现场就地控制向远程控制、由多系统分散控制向统一平台集中控制的转变，示范矿井变电所、水泵房、主运输驱动机房等主要固定岗位无人值守，井下作业人员减少6%，践行了“无人则安、人少则安”的安全生产理念。此外，借助系统对海量监测、监控数据进行智能分析和决策支持，变革了煤矿的生产组织模式，实现了传统调度由单一的“上传下达”和部分控制，向采掘、机运、一通三防等专业分工、中央集控的生产指挥转变，将调度室变为24小时“作战指挥部”，减少了生产组织人员。年产2000万吨的示范矿井，用人仅为传统煤矿的5%，全员工效是全国平均水平的8倍。

三是立足技术创新，提高生产效率。数字矿山示范矿井的成功建成，攻克了地理信息GIS与控制组态融合、综采工作面自动化采煤、带式输送机基于煤量自动闭环调速控制、万兆井下高速传输网络、手持终端移动监控等一系列技术难题，进一步提升了煤矿的自动化、信息化和智能化水平，大幅提高了生产效率。以示范矿井为例，通过数字矿山建设，单产提高10%，单进提高12%，全员工效提高16%，远高于中国安全高效矿井的特级标准。此外，通过信息技术和创新成果应用，减少了设备磨损、能源消耗和人工成本，吨煤成本降低2元。

四是业务协同运作，强化精益管理。综合智能一体化生产管理系统对煤矿376条四级流程进行优化、固化，纵向贯通了资源勘探、规划设计、基本建设、生产运营以及销售的完整流程，打通数据通道，将原有的分段、条块式管理变为高度集中、一体化管理；横向明确了管理界限，理顺了部门之间的协作与配合，实现了生产相关业务的无缝衔接、协同运作，提高了管理效率和质量。此外，搭建了煤矿管理驾驶舱，通过系统对产量、进尺、工效、能耗、设备效能等119项关键生产运营指标和海量监测监控信息进行自动统计、图形展示、趋势分析，为决策提供数据支撑，实现由传统的粗放管理向精益管理转变。

五是关注节能环保，推动绿色开采。系统集成污染防治、节能管理等环保功能应用，并利用卫星影像监控开采区域的地表生态变化，及时进行治理和绿化。此外，通过系统优化关联设备的启停顺序，减少空载运行，在保证生产效能最大化的同时，节约了能耗。示范矿井设备利用率提高5%，每天增加1.5个小时的有效生产时间，吨煤电耗仅为全国平均水平的1/4。

五、神华数字矿山的推广价值

神华数字矿山建设在提升企业经济效益的同时，也带动了行业的发展，为煤矿推进两化深度融合起到示范作用，为煤炭工业技术发展和进步做出了贡献。

一是形成数字矿山分类建设的指导标准，促进煤炭行业由劳动密集型向技术密集型转变，为传统产业转型升级、保障国民经济和社会持续稳定协调发展做出积极的贡献。

二是采用先进的技术与装备实现智能化开采和自动化生产，推动煤炭生产组织方式和业务流程的变革，极大地提高自动化、数字化和信息化水平，实现安全、高产、高效。

三是注重节能与环保，实现生产过程的低消耗和低排放，实现以最小资源扰动获得最大资源收益的目标。

四是将不断探索创新出新的技术、产品、装备、业务模式、理念和产业形态，带动了相关产业发展。中国煤炭工业协会在全国煤炭行业两化深度融合型数字矿山现场会上，对神华数字矿山建设经验进行了交流和推广，为提升行业整体建设水平起到了示范作用。