陕煤集团神木红柳林矿业有限公司（以下简称红柳林公司）位于陕西省神木市以西约15km处，是陕煤集团主力生产矿井之一，采用斜井＋立井联合开拓方式，矿井核定产能18Mt/a，配套年洗选能力18Mt的智能化选煤厂。红柳林煤矿是一座具有先进采掘设备、完备管理体系、高效生产模式、精细成本管理和优秀员工队伍的现代化井工煤矿。
在智能矿井建设方面，红柳林公司经历10余年的时间，始终坚持高标准、高要求，为行业提供可借鉴、可复制的建设经验。早在2011年，红柳林公司依托国家新兴产业发展战略专项，与天地科技股份有限公司合作开发“煤炭综采成套装备智能系统”；于2012年，在15205综采工作面建成了全国首个7m大采高智能化综采工作面。先后荣获国家科学技术进步奖的二等奖、中国煤炭工业科学技术奖的特等奖和中国煤炭工业协会科技成果奖的一等奖。
目前，红柳林公司建成了21个智能化综采工作面，单面日产达3.5万t，单面单班生产人数由14人降至最少5人。面对不同采高、不同设备型号、不同生产条件下的综采工作面实现了智能生产的常态化。同时，红柳林公司取得了多项成果，如首创了采煤机记忆割煤、液压支架自动跟机，以及人机交互界面友好的巷道可视化远程遥控技术，研制了采煤机与液压支架安全防碰撞装置等，为我国煤矿智能化发展积累了宝贵经验。
文章来源：《智能矿山》2023年第4期“智能示范矿井”专栏
作者简介：石超，中级工程师，现任陕煤集团红柳林矿业有限公司调度指挥中心副主任兼智能化部部长
作者单位：陕煤集团神木红柳林矿业有限公司
引用格式：石超.红柳林智能化示范矿井建设历程与创新发展[J].智能矿山，2023，4（4）：37-44.
01 开放思想观念 增强创新意识
“十三五”期间，红柳林公司利用技术、管理、人才和资金优势，完善了企业、高校、科研院所“三位一体”科研管理体系，红柳林公司科技创新体系、科研管理体系建设不断完善。“十四五”期间，站在煤矿智能化建设的新起点上，进一步完善科研项目、全员创客、新技术推广应用等管理考核制度，加强科研项目计划管理，责任落实到人，扎实做好项目前期调研论证工作，强化过程跟踪考核，提高项目质量管控；针对全员创客工作，优化创客导师组构成，进一步强化创客导师责任，加强对基层单位的立项指导工作，全员创客与新技术、新设备、新工艺推广紧密结合，加强重点创客项目指导计划、创客项目推广计划的考核工作，使科研项目和新技术推广项目均能按计划完成，取得预期效果。此外，继续加强与高校、科研院所的科技合作与交流，加强产学研合作和科技成果转移转化，持续提高科技创新水平，全方位解决企业高速发展中面临的难题。
自2016年起，红柳林公司成立了创客评审委员会，负责重点创客项目、劳模创新工作室专业技术研究应用项目、重大技术创新和一般创新项目的确认、评审和验收等，并在同年建立了创客创新导师制，定期提出创新工作目标任务，解决红柳林公司面临的重大科技创新领域的新问题。多项创客创新项目被陕西省总工会、陕西省人力资源和社会保障厅等联合授予“陕西省职工优秀科技创新成果”金、银、铜奖，在陕西省第四届职工科技节获得14项奖励，并被评为“陕西省职工创新型优秀企业”。
红柳林公司以“十四五”智能化矿井建设发展规划为指引，先后与蒙草集团、安徽理工大学、上海理工大学、中国煤炭科工集团、北京天地股份有限公司、西安科技大学、陕西煤业化工技术研究院、中国矿业大学等单位合作，实施了神府南区古河道沉积环境演化及开采地下水位变化规律研究、红柳林煤矿多煤层配采开采方案优化研究等7项研究项目（图1），开展矿井智能协同研究、井下空气质量革命、绿色立体生态示范等5项技术研究。先后分两批次选聘40名本科、硕士研究生为见习技术员，形成了产学研协作的“红柳林科技创新新格局”。
02 强化协作意识 加强考核激励
数据是红柳林煤矿的核心资产，数据的价值与风险应被有效管控，以实现数据清洁、可视、共享。为实现各业务数据互联，避免系统孤立、数据孤岛的现象发生，红柳林公司对各业务应用厂商提出以下4点要求，从而打通智能化建设的数据通道，实现综合管控的目的。
（1）业务应用厂商应配合数据治理厂商提供数据接口，实现统建数据平台的数据资产沉淀。
（2）业务应用厂商应配合数据治理厂商，完成源系统基本信息的调研，包括但不限于相关数据表、字段、数据字典等信息，以及数据相关业务术语及业务规则等的梳理工作。
（3）业务应用厂商提供的系统数据质量要符合客户相关数据标准，如暂时不能满足，业务系统厂商应配合修正。
（4）原则上各个业务厂商提供公开标准协议，如果提供私有协议需要进行澄清说明。
通过上述管理方式，大幅降低了红柳林公司智能化建设进程中的数据融合阻力，从而加快智能化建设步伐。
以创新薪酬载体，增强激励实效。红柳林公司制定了《创新性工作绩效工资管理办法》，通过考核兑现，每年评选创新状元和创客标兵。2022年，红柳林公司创新项目通过评审863项，推广使用78项，申报国家专利27项，授权13项。
针对智能化建设，红柳林公司明确责任部门和责任人员，并指定智能化部为智能矿山建设的牵头部门，负责智能化项目立项、推进和协调等工作，生产技术中心和机电运输中心等机构辅助，其他中心和部门应全力配合智能化部完成项目调研等推进工作。为激发各智能化专干在煤矿智能化建设中积极进取，红柳林公司编制《红柳林公司智能化建设奖励办法》，将智能化建设项目工作完成情况与各级负责人及项目专干的绩效考核挂钩，严格考核。通过建立完善的考核机制，助推智能化建设有序推进。
03 大胆开疆拓土 力争创新突破
2020年11月，红柳林公司被列为国家首批智能化示范矿井建设的示范单位，重新站在智能化建设新的起点上，从固有基础上寻找创新突破点，为行业提供智能化建设新思考。
通信网络基础要夯实
智能化建设中，网络的基础建设是必要的。因此，红柳林公司新办公网主干链路采用万兆替换原有千兆链路，终端接入侧由千兆替换百兆，大幅提升了办公网网络带宽，将网络划分为核心层、汇聚层、接入层，每层功能清晰，架构稳定，易于扩展和维护。工业网络优化升级中，井上F5G全光工业控制网面向智能矿井业务，采用F5G全光无源网方案，保证生产控制类业务高质量传输要求，且业务互不影响。
综合管控平台有特色
（1）综合管控平台基于HCSO云平台，建设以统一调度中心、综合监控中心、智能作业中心、决策支撑中心、后勤保障中心为架构的煤矿业务重构方式
（2）根据采掘情况和历史采掘速度，预测当前综采面的完成时间和接续时间。
（3）在满足各综采队最大产能约束、原煤总量及煤质热值约束的前提下，给出可行配比域，标识当前配比点，有效支撑配比切换。
（4）构建以“侦测+预警+溯源”为核心的全场景电链系统。在电链数据打通融合的基础上，实现全景视角下供电网络和关键设备运行状态可视化，通过负荷监测、有功或 无功潮流分析、节点与零序电流侦测以及谐波源检测技术，实现故障快速推演及定位，保障矿区安全生产，降低企业用电成本。
智能地质保障有创新
红柳林公司地质保障系统开发中加入了数字化平面图模块、地质评价预测及地质预警模块，数字化平面图模块对CAD图件的导入导出，以及图层提取利用方面进行了改进；预测评价从不同方法、不同指标对煤矿生产有威胁的灾害进行预测，相互印证，准确度较高，对煤矿开采安全有一定保障。
智能掘进系统有成效
（1）采用集中控制系统，实现了掘进工作面的供电、生产、运输、通风等系统的集中远程控制功能。
（2）实现了掘进工作面掘锚一体机的自动截割，具有自主定位、定姿和定向等功能，可以进行偏航报警。
（3）掘锚一体机配置的4个顶锚，具有自动定位和自动钻锚功能，钻锚控制系统在钻每一个锚孔时，都会测量顶部煤层硬度分布，构建出顶部煤层的硬度分布。
（4）实现了井下巷道设备的三维模型再现，在地面集控中心，操控人员能够根据设备三维模型了解现场设备状态，保障作业人员安全操作（图3）。
智能采煤在引领
红柳林公司“基于多维度数据模型的大数据精准控制开采技术”创新性地提出了一套基于多维度数据模型信息，融合应用惯性导航、雷达矩阵、大数据、物联网等先进技术，依托ROMA平台、云平台提供的综采系统采集数据、控制指令和高清视频数据与地面决策平台数据交互通道、综采大数据决策平台数据处理能力和综采大数据移动管控平台数据处理能力，初步建立了一套完整的、可“预测、预判、预控”的煤矿综采工作面大数据智能决策精准控制系统，为智能采煤的高级智能化奠定基础（图4）。
智能主煤流运输要攻克
（1）智能视频识别系统。通过对输送带运输过程中溜煤眼堆煤、输送带异物、输送带跑偏等输送带运行异常状态、采煤机等设备自身状态、设备间状态、人员危险行为辨识进行智能识别，实现人员与设备的智能保护。
（2）智能化轨道机器人。采用智能感知关键技术算法，可准确判断设备当前运行状态，并基于大数据分析预警技术，对带式输送机运行故障进行超前预判、预警，以减少故障停机时间（图5）。
（3）智能煤流平衡控制功能。对带式输送系统，根据流量信息，通过分析，在保证运量的前提下，查找和计算出与实际原煤输送相关联的系统实际工作点，通过系统调节，使系统运行在实际工作点上；当煤流量变小时，实时降低转速档，让系统运行在低速状态，从而实现降低能耗，减少设备磨损，延长使用寿命。
通风与压风要探索
根据矿井通风系统状态和用风点需风量预测结果，利用软件计算包括调节设施和智能动力装备的全局最优调节方案，并发布调控命令，实现矿井通风系统远程调控；不仅可以大幅度地减少瓦检、测风、方案优化、数据处理和系统调整等通风技术人员的数量，更重要的是能充分利用矿井物联网和自动化技术实现矿井通风系统的在线分析、识别、诊断和优调优控（图6）。
供电与供排水有亮点
110kV变电站智能巡检机器人采用PaticleFilter粒子滤波算法实现了位置的估计，并结合基于Kdtree检索算法，通过ICP对大规模点云集进行实时精确匹配，建立了精确的机器人运动模型，对多元定位数据进行融合，实现稳定、高精度的定位导航。该无轨导航方式具有环境适应性强、施工量少、维护方便、自主性强、任务路径变更灵活等优点。机器人对有读数的表盘（例如：温湿表，开关分合位置）进行数据读取、配准与提取，然后通过模式识别技术对仪表进行识别与读数判别，并对异常读数提出报警，读数误差小于5%。
安全监控系统有办法
（1）瓦斯灾害防治方面，瓦斯灾害预警系统可自动选择矿井瓦斯监测数据区域与监测内容，并以图元化形式呈现，实现工作人员快捷查询；自动获取矿井瓦斯监测实时数据并绘制数据曲线，可根据需求，设置不同区域、不同时段、不同内容的瓦斯信息展示内容。
（2）水害防治方面，基于水文监测及采掘地质条件，构建红柳林煤矿“点—面—矿井”一体分级分类预警模型体系，通过多因素、多维度综合分析预警判断，预警结果可视化呈现，直观有效地锁定危险点及危险区；实现矿井涌水量的智能计算，随采掘条件、范围或生产能力的变动可实现对矿井涌水量进行智能预测，提前调整完善排水能力，防患于未然。
（3）火灾防治方面，针对综采工作面，建立采空区发火监测数据特征、温升变化模型及特征图谱；实现火灾参数的趋势分析及预测预警。通过束管监测系统、分布式光纤测温系统分级预警与注氮、注浆防灭火智能联动；针对输送带，实现主斜井一部输送带温度、烟雾、火焰监测与喷淋系统的联动，支持远程操控；针对变电所硐室，实现火焰、烟雾传感器与区域自动喷气灭火装置的联动控制。
（4）顶板灾害方面，顶板灾害防治部分建成后，通过综采工作面支架矿压监测系统、工作面巷道顶板监测系统、具备矿山压力监测系统，可实现矿山压力监测数据实时自动上传功能；安装顶板离层仪、锚杆测力计等装置，实现监测数据自动上传、分析。
（5）粉尘灾害防治方面，基于井下粉尘浓度、割煤机速度、风速、风向、温度、湿度、人员位置等数据，利用流式数据处理框架，通过选择不同的数据统计算法与机器学习模型，根据监测位置、各类监测参数、不同时间窗，建立监测数据突变、缓变、波动、恒定、周期性变化等数理统计特征图谱，实现粉尘浓度的趋势分析及预测预警（图7）。
智能化园区为经营管理添活力
地面数字孪生，对园区的真实环境进行仿真构建，实时映射园区信息，呈现园区趋势。园区内各种应用和各类感知终端搭载其中，服务于园区运营管理的各个方面。整合园区安防、交通、设施管理、环境管理、物资管理等关键信息，对各类数据进行统计研判分析，实现园区运行状态的全面感知，及时洞察园区运行隐患及风险（图8）。
通过定制标准作业流程，系统精准推送任务，单兵装备反馈任务进展；基于视频协同，实现井下“疑难杂症”远程解决，所有过程可视可管，降低安全隐患。运用在线审批功能，让数据多跑路，员工少跑腿；采用巡检功能在线作业，所有数据实时采集直传系统，告别繁琐低效的纸质作业，提升作业效率，降低人员负担，升井即可下班。依托自动考核与学习培训功能，辅助区队人员管理，定制差异化培训计划，全面提升人员技能。
04 结 语
创新驱动势在必行，红柳林公司在“四化建设”方面取得较大成效，但仍需不断努力，希望通过理论创新、体制创新、制度创新、人才创新等方面，不断突破科技创新。力争从智能矿井技术架构、智能数据中心、全面感知、虚拟现实、透明矿山、灾害预警、故障诊断、智能决策、协同管控等核心技术方面，对红柳林公司的地质条件、生产工艺、信息化现状等情况进行分析，综合考虑红柳林公司未来业务发展需要，对红柳林公司智能矿山建设进行规划设计，为行业蹚出一条可借鉴、可复制的智能化建设之路。 （ 智能矿山杂志 2023-06-15 ）