智能示范礦井┃可可蓋煤礦智能化建設總體應用架構

2025年05月12日 16:09 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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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成果、亮點與經驗，旨在發揮典型智能示范礦井引領作用，促進我國礦山智能化建設高質量發展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載65家礦井智能化建設成果論文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設計工作。E-mail：824361531@qq.com

作者單位：中煤西安設計工程有限責任公司

引用格式：趙毛，田明，張光磊.可可蓋煤礦智能化建設總體應用架構[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，礦井服務年限為85.4年，其中2號煤層可采儲量646.95 Mt，服務年限為46.2年。煤層采用走向長壁采煤方法，綜合機械化采煤工藝，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，全礦井共配備4個智能快掘工作面和2個綜掘工作面。

智能化設計總體建設思路

智能化設計按照服務安全、服務生產、超前實用、成本意識、融合互通，智能協同、總體設計、分步實施的原則，分步實施總體思路、頂層設計的統一建設方案，提出建設思路和方向。基于先進、智能、可靠的生產裝備，融合云計算、物聯網、4DGIS、虛擬現實、5G通信、人工智能、大數據等先進技術，充分結合可可蓋煤礦資源賦存條件和安全生產管理需求，以智能化建井，建智能礦井為設計目標，在礦井建設、生產、運營的全生命周期植入智能化基因。

建設智能礦山一體化綜合管控平臺，實現礦山多源異構數據實時、穩定、可靠地采集、處理和分類存儲，建立集成采、掘、機、運、通各專業子系統的全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制、設備可靠的智能礦山調度決策指揮智能管控中心、“5G+”工業物聯網平臺、智能礦山云平臺、礦井GIS三維地理信息平臺，實現可可蓋煤礦開拓、采掘、運輸、通風、安全保障、設備維護、經營管理全過程安全、高效、綠色、智能運行模式。

可可蓋煤礦智能化建設總體設計

2.1 總體應用設計架構

根據《陜西省煤礦智能化建設實施方案》的總體部署和要求，智能化建設總體應用架構包括經營管理決策層、安全生產管控層、智能化生產設備層、基礎設施，可可蓋煤礦智能化建設總體架構如圖1所示。

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圖1 可可蓋煤礦智能化建設總體架構

（1）經營管理決策層

以綜合分析與決策支持、企業資源計劃、資金管理為核心，覆蓋企業經營管理核心業務，功能涵蓋礦井級。

（2）安全生產管控層

以智能礦山安全生產管控一體化平臺為基礎，以安全、生產、調度管控為主要內容，用于礦井安全生產具體工作的安排管理、指揮調度、考核改進等，選用模塊化設計，提高系統的實用性，適應業務模型的變化。

（3）智能化生產設備層

主要是從生產系統、輔助系統、安全保障系統和智慧園區的監控、監測建設，對監控系統的數據進行采集，為安全生產管控層提供系統數據，實現集中管控，以及各系統間數據交換、關聯分析、聯動功能。

（4）基礎設施

基礎設施包括數字化礦井中綜合監控集成平臺、生產執行平臺以及其他各業務模塊運行的環境基礎，是遠程監控、調度指揮、安全生產管理、綜合分析、決策支持的設備保障。

2.2 經營管理決策層平臺設計

經營管理決策平臺建設包含企業應用門戶網站、綜合分析與決策支持系統、經營管理決策層、基于大數據決策分析系統等。

（1）企業門戶應用網站

企業門戶應用網站提供個性化應用服務和個性化定制功能，實現各種應用系統、數據資源和業務資源統一集成和展示，企業門戶網站主要內容如圖2所示。

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圖2 企業門戶網站主要內容

（2）綜合分析與決策支持系統

綜合分析與決策支持系統核心目標是通過信息深度加工與量身定做的信息展現與傳遞模式，提高領導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，為決策者和決策部門提供強有力的工具和平臺，綜合分析與決策支持系統主要內容如圖3所示。

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圖3 綜合分析與決策支持系統主要內容

（3）經營管理決策層

經營管理決策層由集團和公司兩級上級單位統一建設、統一部署，覆蓋企業經營管理核心業務，支持業務功能的靈活重組與更新，并對外提供接口并支持二次開發，經營管理決策層主要內容如圖4所示。

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圖4 經營管理決策層主要內容

（4）基于大數據決策分析系統

基于大數據的分析決策系統協助礦企建設大數據信息服務平臺，提供礦山安全生產整體解決方案，統一處理和分析不同系統的生產信息，采用直觀、多維、實時方式展示分析數據，保障礦山安全生產經營，基于大數據的分析決策系統架構如圖5所示。

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圖5 基于大數據的分析決策系統架構

2.3 安全生產管控層設計

安全生產管控層構建一體化管控平臺，以煤炭工業大數據管理平臺為支撐，基于統一的智能礦山基礎信息平臺，以微服務技術應用組件編排與調度技術，研發形成統一部署、統一授權、統一運行管理與統一應用模式的系列煤礦智能化綜合管控業務應用。

（1）5個業務應用中心

研發出安全風險綜合防控、生產調度協同管控、行業專業業務、決策分析綜合管控、IT精準運維管控等5個業務應用中心，構建煤礦智能綜掘、智能綜采、智能主運輸、智能輔運、生產保障、供配電、災害防控、智能調度、精準運維等系列智能化協同管控應用，形成“1+1+5+N”的智能礦山一體化綜合管控平臺應用架構，一體化綜合管控平臺應用架構如圖6所示。

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圖6 一體化綜合管控平臺應用架構

（2）“1+1+5+N”應用架構

通過多源異構數據融合技術，建立煤礦三維地質屬性模型，構建包括地質、測量、水文、儲量等專業應用在內的智能地質保障系統，實現全礦井地質災害預測預報，地測數據與模型聯動、信息共享與業務協同、大數據決策分析與預測預警。智能地質保障系統主要包含地質數據資源中心、三維地質建模、地測動態信息管理、地質預測預報系統、水害預測預備系統、水害應急管理、透明礦井生產場景系統等，智能地質保障系統架構如圖7所示。

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圖7 智能地質保障系統架構

2.4 智能化生產設備層設計

智能化生產設備層主要由生產系統、輔助生產系統、安全保障系統和智慧園區4部分構成，采集各類系統的監控數據，并傳輸到安全生產管控層，接收安全生產管控層的控制數據對各系統進行控制。智能化生產設備層的安全、生產監控子系統分為生產監控類子系統、安全監測類子系統和生產輔助類子系統3類，智能化生產設備層的3類子系統框架如圖8所示。

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圖8 智能化生產設備層的3類子系統框架

2.5 基礎設施設計

基礎設施包括數據中心、調度指揮控制中心、網絡系統和信息安全系統，是數字化礦井中綜合監控集成平臺、生產執行平臺以及其他各業務模塊運行的環境基礎，也是遠程監控、調度指揮、安全生產管理、綜合分析、決策支持的設備保障，基礎設施建設框架如圖9所示。

圖9 基礎設施建設框架

（1）通信系統

通信系統主要包括礦井行政通信、礦井調度通信、5G無線融合通信、地面應急移動通信和井下應急廣播系統。礦井行政通信根據礦井設計生產能力和在籍工人數，提供終端接入、媒體處理、呼叫管理、業務應用等多種功能；礦井調度通信根據礦井生產調度需求，實現各作業點與調度員無阻塞通信聯絡；5G通信構建高可靠無線融合網絡，保障全礦井高速率、低延時的數據傳輸；地面應急移動通信系統作為有線通信網的補充，在主信道故障，通信中斷情況下，提供備用信道；井下應急廣播系統作為緊急呼叫系統，在緊急突發事件發生時，通知區域或井下人員進行撤離，為礦井提供安全保障。

（2）調度指揮中心

調度指揮中心主要包括調度大屏、操控中心和調度會議中心，實現生產管理業務部門內部及相關業務部門間的資源統一調配、信息共享、集中監控指揮等功能。調度大屏是由拼接墻系統、圖像傳輸系統、集中控制系統等設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控管理控制系統，滿足實時調度指揮、決策信息反饋等不間斷運行。操控中心包括綜合調度指揮單元和分控操作單元。綜合調度指揮單元實現礦井調度指揮人員的日常辦公、調度指揮；分控操作單元包括：綜采（放）工作面、主運輸、生產輔助、供配電系統、安全保障等分控單。各分控中心以安全保障信息為輔，根據各環節生產工藝要求，實現管-控-監一體化協同工作，保證生產過程有人巡視、無人值守。

（3）網絡系統

網絡系統方案規劃設計采用分區架構，包括生活區網絡、辦公區網絡、工業生產控制網、安防及工業監控網。生活區網絡和辦公區網絡分別滿足礦井員工的生活和辦公需求；工業生產控制網采用FlexE分片技術為井上和井下工業環網、5G基站設備獨立分片，保障業務高帶寬、低時延業務的智能運維；安防及工業監控網分為地面安防監控及井下工業監控2部分，采用F5G組網方案實時直觀顯示各主要生產環節、安全管理重點部位的現場情況和關鍵生產設備的運行工況。

（4）信息安全系統

建立符合國家信息安全等級保護2.0三級要求的總體安全策略，實現信息安全的機密性、完整性、可用性、可控性和不可否認性的安全目標。建設1個安全管理中心的通信網絡防護、安全邊界防護、計算環境防護；提出基于白名單機制的工業控制系統網絡安全方案，建立工控系統正常工作環境下的安全狀態基線和模型，構筑工控安全環境。

（5）數據中心

數據中心包括機房和云平臺設計2部分。機房采用模塊化設計方案，主機房采用模塊化封閉冷通道設計，配置2套微模塊封閉冷通道系統并采用列間精密空調就近制冷，提高制冷效率。配電管理采用高效模塊化UPS系統，提高系統支持單機柜功率密度。云平臺用于支撐智能化及信息化業務系統的部署，及云化資源池的運營運維，實現基于云計算的高彈性、高可靠性、高冗余的特點云平臺建設，為各子系統提供網絡資源服務、計算資源服務、存儲資源服務和備份服務，提高資源利用率，簡化系統管理，建立時鐘同步系統實現所有軟硬件的時鐘同步。

（6）智慧工廠區

園區智能化系統實現智慧物聯綜合管理，實時掌握可可蓋煤礦工業場區及行政區運行情況，建立了高集成、高智能化的管理機制，滿足統一配置管理、數據共享、功能聯動和業務優化等系統需求，形成有企業智慧園區特色的場景應用，各子系統包括數據看板、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。

結語

可可蓋煤礦智能化建設構建了經營管理決策層、安全生產管控層、智能化生產設備層和基礎設施的4層架構，經營管理決策層聚焦綜合分析與決策支持，安全生產管控層借助一體化平臺強化生產安全管理，智能化生產設備層負責數據采集與交互，基礎設施則為整個智能化系統提供穩定的運行環境保障，為可可蓋煤礦智能化建設提供全面規劃，助力實現安全、高效、綠色、智能發展，后續可進一步優化各系統集成度，持續完善智能化建設體系。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學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，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯系人：李編輯 010-87986441

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