智能示范礦井┃可可蓋煤礦智能化建設(shè)總體應(yīng)用架構(gòu)

智能示范礦井

“智能示范礦井“欄目 重點推送《智能礦山》“智能示范礦井”專欄刊載的論文，邀請全國各礦井分享最新智能化建設(shè)成果、亮點與經(jīng)驗，旨在發(fā)揮典型智能示范礦井引領(lǐng)作用，促進(jìn)我國礦山智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載65家礦井智能化建設(shè)成果論文117篇。 ? 點擊訂閱

文章來源：《智能礦山》2025年第4期“智能示范礦井”欄目

第一作者：趙毛，主要從事煤礦智能化及輸變電的相關(guān)設(shè)計工作。E-mail：824361531@qq.com

作者單位：中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司

引用格式：趙毛，田明，張光磊.可可蓋煤礦智能化建設(shè)總體應(yīng)用架構(gòu)[J].智能礦山，2025，6(4)：21-27.

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陜西延長石油榆林可可蓋煤業(yè)有限公司（簡稱可可蓋煤礦）井田可采儲量1 196.12 Mt，礦井服務(wù)年限為85.4年，其中2號煤層可采儲量646.95 Mt，服務(wù)年限為46.2年。煤層采用走向長壁采煤方法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理工作面頂板，移交工作面面長350 m，為保證工作面正常接續(xù)，全礦井共配備4個智能快掘工作面和2個綜掘工作面。

智能化設(shè)計總體建設(shè)思路

智能化設(shè)計按照服務(wù)安全、服務(wù)生產(chǎn)、超前實用、成本意識、融合互通，智能協(xié)同、總體設(shè)計、分步實施的原則，分步實施總體思路、頂層設(shè)計的統(tǒng)一建設(shè)方案，提出建設(shè)思路和方向?；谙冗M(jìn)、智能、可靠的生產(chǎn)裝備，融合云計算、物聯(lián)網(wǎng)、4DGIS、虛擬現(xiàn)實、5G通信、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，充分結(jié)合可可蓋煤礦資源賦存條件和安全生產(chǎn)管理需求，以智能化建井，建智能礦井為設(shè)計目標(biāo)，在礦井建設(shè)、生產(chǎn)、運營的全生命周期植入智能化基因。

建設(shè)智能礦山一體化綜合管控平臺，實現(xiàn)礦山多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實時、穩(wěn)定、可靠地采集、處理和分類存儲，建立集成采、掘、機(jī)、運、通各專業(yè)子系統(tǒng)的全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制、設(shè)備可靠的智能礦山調(diào)度決策指揮智能管控中心、“5G+”工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺、智能礦山云平臺、礦井GIS三維地理信息平臺，實現(xiàn)可可蓋煤礦開拓、采掘、運輸、通風(fēng)、安全保障、設(shè)備維護(hù)、經(jīng)營管理全過程安全、高效、綠色、智能運行模式。

可可蓋煤礦智能化建設(shè)總體設(shè)計

2.1 總體應(yīng)用設(shè)計架構(gòu)

根據(jù)《陜西省煤礦智能化建設(shè)實施方案》的總體部署和要求，智能化建設(shè)總體應(yīng)用架構(gòu)包括經(jīng)營管理決策層、安全生產(chǎn)管控層、智能化生產(chǎn)設(shè)備層、基礎(chǔ)設(shè)施，可可蓋煤礦智能化建設(shè)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 可可蓋煤礦智能化建設(shè)總體架構(gòu)

（1）經(jīng)營管理決策層

以綜合分析與決策支持、企業(yè)資源計劃、資金管理為核心，覆蓋企業(yè)經(jīng)營管理核心業(yè)務(wù)，功能涵蓋礦井級。

（2）安全生產(chǎn)管控層

以智能礦山安全生產(chǎn)管控一體化平臺為基礎(chǔ)，以安全、生產(chǎn)、調(diào)度管控為主要內(nèi)容，用于礦井安全生產(chǎn)具體工作的安排管理、指揮調(diào)度、考核改進(jìn)等，選用模塊化設(shè)計，提高系統(tǒng)的實用性，適應(yīng)業(yè)務(wù)模型的變化。

（3）智能化生產(chǎn)設(shè)備層

主要是從生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)和智慧園區(qū)的監(jiān)控、監(jiān)測建設(shè)，對監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為安全生產(chǎn)管控層提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)集中管控，以及各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換、關(guān)聯(lián)分析、聯(lián)動功能。

（4）基礎(chǔ)設(shè)施

基礎(chǔ)設(shè)施包括數(shù)字化礦井中綜合監(jiān)控集成平臺、生產(chǎn)執(zhí)行平臺以及其他各業(yè)務(wù)模塊運行的環(huán)境基礎(chǔ)，是遠(yuǎn)程監(jiān)控、調(diào)度指揮、安全生產(chǎn)管理、綜合分析、決策支持的設(shè)備保障。

2.2 經(jīng)營管理決策層平臺設(shè)計

經(jīng)營管理決策平臺建設(shè)包含企業(yè)應(yīng)用門戶網(wǎng)站、綜合分析與決策支持系統(tǒng)、經(jīng)營管理決策層、基于大數(shù)據(jù)決策分析系統(tǒng)等。

（1）企業(yè)門戶應(yīng)用網(wǎng)站

企業(yè)門戶應(yīng)用網(wǎng)站提供個性化應(yīng)用服務(wù)和個性化定制功能，實現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源和業(yè)務(wù)資源統(tǒng)一集成和展示，企業(yè)門戶網(wǎng)站主要內(nèi)容如圖2所示。

圖2 企業(yè)門戶網(wǎng)站主要內(nèi)容

（2）綜合分析與決策支持系統(tǒng)

綜合分析與決策支持系統(tǒng)核心目標(biāo)是通過信息深度加工與量身定做的信息展現(xiàn)與傳遞模式，提高領(lǐng)導(dǎo)層決策者對信息的利用效率與利用度，為管理部門建立高效、實用的綜合分析與決策支持系統(tǒng)，為決策者和決策部門提供強(qiáng)有力的工具和平臺，綜合分析與決策支持系統(tǒng)主要內(nèi)容如圖3所示。

圖3 綜合分析與決策支持系統(tǒng)主要內(nèi)容

（3）經(jīng)營管理決策層

經(jīng)營管理決策層由集團(tuán)和公司兩級上級單位統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一部署，覆蓋企業(yè)經(jīng)營管理核心業(yè)務(wù)，支持業(yè)務(wù)功能的靈活重組與更新，并對外提供接口并支持二次開發(fā)，經(jīng)營管理決策層主要內(nèi)容如圖4所示。

圖4 經(jīng)營管理決策層主要內(nèi)容

（4）基于大數(shù)據(jù)決策分析系統(tǒng)

基于大數(shù)據(jù)的分析決策系統(tǒng)協(xié)助礦企建設(shè)大數(shù)據(jù)信息服務(wù)平臺，提供礦山安全生產(chǎn)整體解決方案，統(tǒng)一處理和分析不同系統(tǒng)的生產(chǎn)信息，采用直觀、多維、實時方式展示分析數(shù)據(jù)，保障礦山安全生產(chǎn)經(jīng)營，基于大數(shù)據(jù)的分析決策系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 基于大數(shù)據(jù)的分析決策系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 安全生產(chǎn)管控層設(shè)計

安全生產(chǎn)管控層構(gòu)建一體化管控平臺，以煤炭工業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺為支撐，基于統(tǒng)一的智能礦山基礎(chǔ)信息平臺，以微服務(wù)技術(shù)應(yīng)用組件編排與調(diào)度技術(shù)，研發(fā)形成統(tǒng)一部署、統(tǒng)一授權(quán)、統(tǒng)一運行管理與統(tǒng)一應(yīng)用模式的系列煤礦智能化綜合管控業(yè)務(wù)應(yīng)用。

（1）5個業(yè)務(wù)應(yīng)用中心

研發(fā)出安全風(fēng)險綜合防控、生產(chǎn)調(diào)度協(xié)同管控、行業(yè)專業(yè)業(yè)務(wù)、決策分析綜合管控、IT精準(zhǔn)運維管控等5個業(yè)務(wù)應(yīng)用中心，構(gòu)建煤礦智能綜掘、智能綜采、智能主運輸、智能輔運、生產(chǎn)保障、供配電、災(zāi)害防控、智能調(diào)度、精準(zhǔn)運維等系列智能化協(xié)同管控應(yīng)用，形成“1+1+5+N”的智能礦山一體化綜合管控平臺應(yīng)用架構(gòu)，一體化綜合管控平臺應(yīng)用架構(gòu)如圖6所示。

圖6 一體化綜合管控平臺應(yīng)用架構(gòu)

（2）“1+1+5+N”應(yīng)用架構(gòu)

通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，建立煤礦三維地質(zhì)屬性模型，構(gòu)建包括地質(zhì)、測量、水文、儲量等專業(yè)應(yīng)用在內(nèi)的智能地質(zhì)保障系統(tǒng)，實現(xiàn)全礦井地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報，地測數(shù)據(jù)與模型聯(lián)動、信息共享與業(yè)務(wù)協(xié)同、大數(shù)據(jù)決策分析與預(yù)測預(yù)警。智能地質(zhì)保障系統(tǒng)主要包含地質(zhì)數(shù)據(jù)資源中心、三維地質(zhì)建模、地測動態(tài)信息管理、地質(zhì)預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)、水害預(yù)測預(yù)備系統(tǒng)、水害應(yīng)急管理、透明礦井生產(chǎn)場景系統(tǒng)等，智能地質(zhì)保障系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 智能地質(zhì)保障系統(tǒng)架構(gòu)

2.4 智能化生產(chǎn)設(shè)備層設(shè)計

智能化生產(chǎn)設(shè)備層主要由生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)和智慧園區(qū)4部分構(gòu)成，采集各類系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)桨踩a(chǎn)管控層，接收安全生產(chǎn)管控層的控制數(shù)據(jù)對各系統(tǒng)進(jìn)行控制。智能化生產(chǎn)設(shè)備層的安全、生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)分為生產(chǎn)監(jiān)控類子系統(tǒng)、安全監(jiān)測類子系統(tǒng)和生產(chǎn)輔助類子系統(tǒng)3類，智能化生產(chǎn)設(shè)備層的3類子系統(tǒng)框架如圖8所示。

圖8 智能化生產(chǎn)設(shè)備層的3類子系統(tǒng)框架

2.5 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計

基礎(chǔ)設(shè)施包括數(shù)據(jù)中心、調(diào)度指揮控制中心、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息安全系統(tǒng)，是數(shù)字化礦井中綜合監(jiān)控集成平臺、生產(chǎn)執(zhí)行平臺以及其他各業(yè)務(wù)模塊運行的環(huán)境基礎(chǔ)，也是遠(yuǎn)程監(jiān)控、調(diào)度指揮、安全生產(chǎn)管理、綜合分析、決策支持的設(shè)備保障，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)框架如圖9所示。

圖9 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)框架

（1）通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)主要包括礦井行政通信、礦井調(diào)度通信、5G無線融合通信、地面應(yīng)急移動通信和井下應(yīng)急廣播系統(tǒng)。礦井行政通信根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力和在籍工人數(shù)，提供終端接入、媒體處理、呼叫管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用等多種功能；礦井調(diào)度通信根據(jù)礦井生產(chǎn)調(diào)度需求，實現(xiàn)各作業(yè)點與調(diào)度員無阻塞通信聯(lián)絡(luò)；5G通信構(gòu)建高可靠無線融合網(wǎng)絡(luò)，保障全礦井高速率、低延時的數(shù)據(jù)傳輸；地面應(yīng)急移動通信系統(tǒng)作為有線通信網(wǎng)的補(bǔ)充，在主信道故障，通信中斷情況下，提供備用信道；井下應(yīng)急廣播系統(tǒng)作為緊急呼叫系統(tǒng)，在緊急突發(fā)事件發(fā)生時，通知區(qū)域或井下人員進(jìn)行撤離，為礦井提供安全保障。

（2）調(diào)度指揮中心

調(diào)度指揮中心主要包括調(diào)度大屏、操控中心和調(diào)度會議中心，實現(xiàn)生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)部門內(nèi)部及相關(guān)業(yè)務(wù)部門間的資源統(tǒng)一調(diào)配、信息共享、集中監(jiān)控指揮等功能。調(diào)度大屏是由拼接墻系統(tǒng)、圖像傳輸系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)等設(shè)備組成的集信息采集、傳輸、存儲和分析處理功能為一體的監(jiān)控管理控制系統(tǒng)，滿足實時調(diào)度指揮、決策信息反饋等不間斷運行。操控中心包括綜合調(diào)度指揮單元和分控操作單元。綜合調(diào)度指揮單元實現(xiàn)礦井調(diào)度指揮人員的日常辦公、調(diào)度指揮；分控操作單元包括：綜采（放）工作面、主運輸、生產(chǎn)輔助、供配電系統(tǒng)、安全保障等分控單。各分控中心以安全保障信息為輔，根據(jù)各環(huán)節(jié)生產(chǎn)工藝要求，實現(xiàn)管-控-監(jiān)一體化協(xié)同工作，保證生產(chǎn)過程有人巡視、無人值守。

（3）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案規(guī)劃設(shè)計采用分區(qū)架構(gòu)，包括生活區(qū)網(wǎng)絡(luò)、辦公區(qū)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)生產(chǎn)控制網(wǎng)、安防及工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)。生活區(qū)網(wǎng)絡(luò)和辦公區(qū)網(wǎng)絡(luò)分別滿足礦井員工的生活和辦公需求；工業(yè)生產(chǎn)控制網(wǎng)采用FlexE分片技術(shù)為井上和井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)、5G基站設(shè)備獨立分片，保障業(yè)務(wù)高帶寬、低時延業(yè)務(wù)的智能運維；安防及工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)分為地面安防監(jiān)控及井下工業(yè)監(jiān)控2部分，采用F5G組網(wǎng)方案實時直觀顯示各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)、安全管理重點部位的現(xiàn)場情況和關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的運行工況。

（4）信息安全系統(tǒng)

建立符合國家信息安全等級保護(hù)2.0三級要求的總體安全策略，實現(xiàn)信息安全的機(jī)密性、完整性、可用性、可控性和不可否認(rèn)性的安全目標(biāo)。建設(shè)1個安全管理中心的通信網(wǎng)絡(luò)防護(hù)、安全邊界防護(hù)、計算環(huán)境防護(hù)；提出基于白名單機(jī)制的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全方案，建立工控系統(tǒng)正常工作環(huán)境下的安全狀態(tài)基線和模型，構(gòu)筑工控安全環(huán)境。

（5）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心包括機(jī)房和云平臺設(shè)計2部分。機(jī)房采用模塊化設(shè)計方案，主機(jī)房采用模塊化封閉冷通道設(shè)計，配置2套微模塊封閉冷通道系統(tǒng)并采用列間精密空調(diào)就近制冷，提高制冷效率。配電管理采用高效模塊化UPS系統(tǒng)，提高系統(tǒng)支持單機(jī)柜功率密度。云平臺用于支撐智能化及信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署，及云化資源池的運營運維，實現(xiàn)基于云計算的高彈性、高可靠性、高冗余的特點云平臺建設(shè)，為各子系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)、計算資源服務(wù)、存儲資源服務(wù)和備份服務(wù)，提高資源利用率，簡化系統(tǒng)管理，建立時鐘同步系統(tǒng)實現(xiàn)所有軟硬件的時鐘同步。

（6）智慧工廠區(qū)

園區(qū)智能化系統(tǒng)實現(xiàn)智慧物聯(lián)綜合管理，實時掌握可可蓋煤礦工業(yè)場區(qū)及行政區(qū)運行情況，建立了高集成、高智能化的管理機(jī)制，滿足統(tǒng)一配置管理、數(shù)據(jù)共享、功能聯(lián)動和業(yè)務(wù)優(yōu)化等系統(tǒng)需求，形成有企業(yè)智慧園區(qū)特色的場景應(yīng)用，各子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)看板、安全防范、人臉布控、車輛管理、安消一體管理、智能巡查、能耗管理、智慧路燈等。

結(jié) 語

可可蓋煤礦智能化建設(shè)構(gòu)建了經(jīng)營管理決策層、安全生產(chǎn)管控層、智能化生產(chǎn)設(shè)備層和基礎(chǔ)設(shè)施的4層架構(gòu)，經(jīng)營管理決策層聚焦綜合分析與決策支持，安全生產(chǎn)管控層借助一體化平臺強(qiáng)化生產(chǎn)安全管理，智能化生產(chǎn)設(shè)備層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與交互，基礎(chǔ)設(shè)施則為整個智能化系統(tǒng)提供穩(wěn)定的運行環(huán)境保障，為可可蓋煤礦智能化建設(shè)提供全面規(guī)劃，助力實現(xiàn)安全、高效、綠色、智能發(fā)展，后續(xù)可進(jìn)一步優(yōu)化各系統(tǒng)集成度，持續(xù)完善智能化建設(shè)體系。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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