王琰涛 张 帅

（兖矿能源集团股份有限公司，山东 邹城 273500）

兖矿能源集团济宁三号煤矿坐落在济宁市郊区微山湖畔，井田位于济宁东部煤田南部，井田南北走向长10 km，东西倾斜宽10～13 km，面积大约110 km2。矿井地质储量8.8 亿t，工业储量8 亿t，可采储量5.3 亿t，设计生产能力500 万t/a。矿井属低瓦斯矿井，各煤层均有煤尘爆炸危险性，均有自然发火倾向。井田平均地温梯度为2.44 ℃/100 m，属地温正常区。

根据济宁三号煤矿综合自动化系统现状，通过信息化升级融合，以“安全监控实时化，过程控制自动化”为目标，构建全矿井统一、稳定、共享、高效的智慧管控平台，以原煤生产为主线，对“采、掘、机、运、通、人、财、物、产、供、销、地测、瓦斯、防治水”等主要安全生产、经营环节，进行多因素全流程的集中、协同，优化控制与智能运行，以GIS“一张图”为依托，以大屏、PC 和移动终端为载体，服务于煤矿安全生产，具有立体化展示、协同办公、超前预测、智能报警与联动、应急救援与指挥、智能决策与分析功能，构成面向矿井安全、生产、经营及调度指挥的综合性智慧管控平台。

主要从智能采煤工作面的构建、智能化掘进工作面的构建、工业控制安全系统的构建、安全生产智慧管控平台的构建四个方面进行阐述[1-2]。

3.1 智能化采煤工作面的构建

济宁三号煤矿智能化采煤工作面由井下井上集控中心、工作面视频监控系统、智能乳化液泵站、支架电液控制系统、三机设备集中控制系统、工作面及地面语音通信系统、人员定位系统、采煤机控制及惯性导航系统组成。通过由以太网液压支架控制器组成的工作面以太网数据传输平台，将各子系统集成到工控自动化平台上。

（1）MG500/1130-MD3 型采煤机配有DSP 电控系统实现自动化控制，装配有18 种精确传感器，实现姿态感知、采高、位置数据等采集功能，实现截割电机、牵引电机的远程启停及牵引电机换向、加减速、摇臂升降调节等功能。安装的高精度惯性导航装置可实现采煤机三维定位及工作面自动找直功能。

（2）ZY6800-16/35D 型电液控型液压支架及ZE0704 型电液控制系统，支架配备有控制器、电磁换向阀组、人员精确定位器、报警三色灯和7 个监测传感器等辅助设备，能实现人员精确定位、声光报警以及支架姿态感知功能。每6 台支架配置1个云台摄像仪，实现工作面视频自动跟机监视、人员动态捕捉、语音实时通信和视频图像采集功能。电液控制系统可根据采煤机位置自动完成支架伸收护帮、移架等操作，能够实现自动补压。支架安装有自动喷雾装置，可实现自动降尘作业。

（3）SGZ800/2×700 型 刮 板 输 送 机 配 有37DCD 型工况监测系统，由KXJ127 型控制器构成的监测主站和监测分站、液控系统及各传感器等组成，能够实现刮板输送机关键零部件运行参数的在线监测，实现刮板输送机机尾伸缩的手动和自动控制功能。

（4）BRW500/31.5 型变频一体机乳化泵，实现终采线外远距高供液布置。乳化泵保障系统采用净化水装置、乳化液自动配比装置、自动高压反冲洗过滤装置以及回液过滤站，设备状态能够实时监控，实现自动化操作。

（5）地面集控中心配备2 台主机、2 台Web服务器、4 台32 英寸显示器，显示采煤机、液压支架等运行工况。装配采煤机、支架和三机泵站操纵台，通过主机软件实施对井下采煤机、液压支架和三机泵站的启停、监控等操作。井下顺槽集控中心配备2 台控制器、6 台21.5 英寸显示器，与地面集控中心同步显示运行工况，实施启停、监控与操作功能。建立可语音通信的视频监控，实现对工作面设备全覆盖以及固定转载点视频监控功能，并能根据采煤机运动实现视频自动跟机功能。支持Web 访问功能，通过智能矿山手机app 软件实时查询信息。

整套设备实现采煤机和液压支架远程操作，整个工作面设备实现顺序启动、一健启停，具备运输转载机、机组电缆、输送带尾自移集控，煤流铁器清理集中控制，煤仓煤位连锁控制等多项自动化拉制功能。

3.2 智能化掘进工作面的构建

济宁三号煤矿211 采区轨道下山智能化掘进工作面构建以掘进机自主截割、带式输送机机尾自移、远程可视化监控为基础，以机械化支护及辅助运输为助力的整套智能化综掘系统，具有以下功能及优势。

（1）智能化掘进机及自移式带式输送机机尾均具备本机操作、离机视距操作、离机超视距操作及地面集控操作功能，可通过遥控器一键启停掘进机、带式输送机自移机尾。

（2）实现四种模式截割及机尾一健自移。掘进机装备惯性导航及三维扫描成像系统，根据不同的工况，选择不同的截割模式，实现机器决策为主、人工干预为辅的远程可视化断面成形控制。通过设定循环进尺和步距，实现带式输送机机尾一键自移。

（3）做到人员本安生产及闯入预警停机。专用操作硐室及地面集控中心均可远程遥控操作工作面设备，体现了无人则安的理念，实现了本质安全型生产。同时，设备安装人员安全管控系统，做到人员误入、闯入预警及停机，切实保证人员安全。

（4）利用输助运输及机械化支护提高工效。顺槽安装蓄电池单轨吊及液压锚杆钻车，解决工作面机械化支护及后配套辅助运输问题，减轻职工劳动强度，降低噪声危害，提高支护效率及物料运输效率。

（5）通过多数据实时监测传输预测指导生产。实时监测掘进机的工况性能，可提供故障预警、原因查找、解决方案。

互联网出口安全域具备外网攻击防护、互联网审计等整体安全防护模块，包括从L2～L7 的整体安全防护、互联网访问日志审计，解决了业务系统将来面临的安全防护困扰、违法违规等问题。

部署1 台第二代防火墙，满足安全控制要求。针对边界进行隔离和访问控制，保护内部网络，从L2～L7 层对攻击进行防护，实现对入侵事件的监控、阻断，保护整体网络各个安全域免受外网恶意攻击。部署1 台上网行为管理设备，用来合规审计、流量管控和应用管控，保障业务带宽和业务正常访问。

在核心业务区边界网桥部署1 台第二代防火墙，做边界隔离防御和访问控制，同时开启IPS 和WAF模块，实现流量双向防护，检测内网僵尸主机，抵御病毒、木马、DDOS 等攻击行为，针对黑客攻击链所有环节均可持续检测，实现L2～L7 安全检测与防护。部署数据库审计系统和终端安全检测与响应软件，能够提供虚拟机的东西向防护、主机访问控制、主机入侵防范、主机杀毒等功能。

针对办公网和工控网之间设置数据交换区，分别部署1 台工业防火墙和1 台工业网闸，边界安全隔离设备功能包括应用代理、文件交换、数据库同步、视频交换、视频点播、Web 代理等，使用户可以在网络隔离的同时做适度的数据交换，解决网络隔离与数据交换的问题，部署于办公网与工业网路边界。

济宁三号煤矿采用最新空间信息、大数据、计算机网络、分布式协同“一张图”等技术，构建了煤矿一体化管控的新型安全生产智慧管控平台。平台通过将煤炭业务基础数据标准化、业务流程标准化，实现煤矿业务数据在矿井内部以及矿井到集团公司的横向、纵向流通，形成安全生产信息共享平台。建立基于大数据的煤矿安全生产智能诊断模型，实现安全生产管理的协同调度、集中管控及科学决策。

（1）通过“图形+生产过程+环境+感知+业务+视频”数据的有效关联挖掘和处理，图文并茂地展现安全生产状况和综合生产态势，实时掌握矿井安全、生产、管理等多方面的整体态势，实现对矿井安全生产的智能辅助决策、调度指挥、即时管控。

（2）GIS 平面“一张图”以地理空间数据库为基础，实现一张图的矿区导航、跨平台看图，协同在线更新等功能，将图形、感知、生产过程、视频、业务等各类安全生产信息高度集成、集中展示、统一管控，从而可以做到以图管量、以图管矿、以图救灾。

（3）采用组件式开发技术和统一的GIS 平台，实现了地测、采矿、机电、通风、安全、监测、调度管理等专业功能的组件化管理，可依据需求进行调整。

（4）实现多部门、多专业、多层面空间业务数据、机电设备运行状态实时数据的集成与可视化展示，使远程可视化井下实时巡查成为现实，为智能工作面提供数据基底，为智能开采及智能掘进远程可视化控制系统服务。

兖矿能源集团济宁三号煤矿进行了基于信息化融合的智慧矿山建设，实现了煤矿生产过程中的智能感知、信息及数据融合分析，远程集中控制、联动预警、视频人工智能应用分析，并提供决策支持，进一步完善了过程自动化、综合调度指挥等功能，有效提升了矿井的管理水平和生产效率。

信息化智慧矿山系统的建设，实现了煤矿井下变电所、泵房、压风机房、主井提升机房、主运输带式输送机全自动、无人化运行，累计减少岗位工人112 人，每年可减少工资投入约880 万元，安全性、可靠性、经济性效果显著，实现了少人、无人的目标，达到了少人则安的效果。同时，利用手机app 软件移动办公、学习等功能，实现了无纸化办公，提升了矿井形象。

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