智能示范礦井┃神東哈拉溝煤礦綠色智能化建設實踐

2025年08月28日 16:47 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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69家礦井智能化建設成果論文120篇。 ? 點擊訂閱

文章來源：《智能礦山》2025年第8期智能示范礦井”欄目

作者簡介：代鷹，現任國能神東煤炭哈拉溝煤礦運轉隊隊長，主要從事煤礦智能化建設、智能化技術革新與煤礦數字化轉型的相關研究工作。E-mail：10041131@ceic.com

作者單位：國能神東煤炭集團哈拉溝煤礦

引用格式：代鷹.哈拉溝煤礦綠色智能化建設實踐[J].智能礦山，2025，6(8)：14-20.

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國能神東煤炭哈拉溝煤礦（簡稱哈拉溝煤礦）智能化建設圍繞“11245”的總體工作方針，采用先進的智能化技術裝備，打造智能感知、智能決策和節能高效執行的綠色智能化示范礦井，將哈拉溝煤礦打造成清潔、低碳、安全、高效的智能綠色礦井。

智能化輔助系統建設

1.1 5G網絡的建設與應用

哈拉溝煤礦在數據機房、1#變電所、三盤區一段配電硐室共安裝4臺100 G的ATN980C核心交換機，組成了5G主干網絡，井下通過BBU控制器、采掘面基站射頻匯聚單元（RHUB）、5G基站（PRRU）、礦用本安型5G網關（CPE）實現采區工作面的數據上傳，解決了采掘工作面無線網絡低帶寬、高時延的問題，實現了井下采掘工作面設備數據高速無線傳輸，哈拉溝煤礦5G網絡系統部署如圖1所示。

圖1 哈拉溝煤礦5G網絡系統部署

目前，哈拉溝煤礦2個智能綜采工作面已建成5G網絡全覆蓋，可實現采煤機數據5G高速上傳，采用網絡切片技術，將網絡基礎物理設備，根據時延、帶寬、可靠性、安全性等不同業務場景服務需求，切分出多個邏輯端到端網絡，滿足各種不同業務的信息傳輸與交換。

綜采工作面現場測試結果表明：在100 m覆蓋范圍內，基站信號強度最小值為-98 dB，滿足不低于-100 dB要求；上傳速率最大值為850 Mbit/s，最小值為520 Mbit/s，滿足基站上傳速率不低于最大上傳速率60%的要求；平均通信時延為18.56 ms，滿足智能礦山數據傳輸低延時需求；有切片資源調度情況下，用戶個數為200時用戶滿意度較無切片資源調度時提高52.8%。

1.2 綜合能耗智能分析管控系統

建立煤礦能耗管理與碳排放管理一體化管控平臺。綜合能耗智能分析管控系統集大數據、云計算、物聯網、人工智能等先進技術應用于一體，通過“1+2+”（1個數字孿生平臺，能耗管理系統與全碳鏈系統2個系統，電、熱、水、油、煤、氣等個監測單元）對能源消耗情況進行在線監測、數據統計、用能分析，并對煤炭生產鏈中碳排放進行在線監控、精細化管理，對生產和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，提高能源管理水平、優化能源介質平衡、發現能耗問題、挖掘節能潛力、促進節能降耗。

結合碳排放管理系統，能耗智能分析管控系統實時監測煤炭生產鏈中的碳排放情況，通過對各類能源、各子系統的碳排放數據分析實現碳鏈監控，提供能耗分析與碳排放管理服務，實現能耗與全碳鏈遠程管控，達到節能減排、降本增效、安全用能，煤礦能耗管理與碳排放管理一體化管控系統如圖2所示。

圖2 煤礦能耗管理與碳排放管理一體化管控系統

1.3 無源自動噴霧系統

煤礦掘進與開采過程中產生大量巖塵與煤塵，粉塵會隨回風巷進入大巷，危害工作人員的身體健康。哈拉溝煤礦在主運系統10部帶式輸送機輸送帶巷及轉載點安裝智能型無源自動噴霧降塵系統，通過粉塵濃度監測自動開啟、關閉噴霧。應用滾筒式發電機技術，為設備自主供電，解決了帶式輸送機自動噴霧裝置電源問題，且自動噴霧裝置可在帶式輸送機巷中作為供電電源補充，為其他電氣設備提供小功率電源。

通過熱釋傳感器檢測人員通過，自動啟動電動球閥，實現噴霧降塵功能。通過安裝無源自動噴霧裝置，將之前的粗放式降塵設施改變為智能無源降塵噴霧，實現了帶式輸送機啟停自動控制噴霧裝置啟停，減少工人10名，減少水資源15%。

1.4 智能配倉控制系統

哈拉溝煤礦主運輸系統包括上倉、主井、102、103、三盤區、三盤區二段的帶式輸送機。基于生產能力和輸送能力均衡，采用智能煤流均衡系統，控制分站通過controlnet與井下控制網進行數據通信，利用AI煤流動態監測、變頻調速、逆煤流啟車、一鍵智能啟停、智能配倉等技術，實現主運系統無人值守，減員智能低耗運行，2023年全年故障率較上年降低35%，哈拉溝煤礦智能配倉控制系統界面如圖3所示。

圖3 哈拉溝煤礦智能配倉控制系統界面

1.5 智能機器人巡檢

哈拉溝煤礦在上倉帶式輸送機安裝1套搭載礦鴻操作系統的巡檢機器人，主要由機器人本體、基站、防爆充電裝置、軌道系統、井下防爆計算機、地面工作站組成。巡檢機器人具有智能自主巡航、定位、避障、充電、除塵等功能，代替巡檢工定時、定點、高質量完成井下設備的日常巡檢任務。

機器人本體吊掛于軌道上，在巷道內往復運行，模擬巡檢工井下巷道行走。巡檢機器人搭載多種傳感器，實時采集巡檢現場的圖像、聲音、紅外熱像及溫度數據、煙霧、多種氣體濃度參數等信息，以數字化圖像、聲音和數據實時歸類存儲，便于故障問題的查詢復現，哈拉溝煤礦帶式輸送機巡檢機器人如圖4所示。

圖4 哈拉溝煤礦帶式輸送機巡檢機器人

1.6 風泵自動排水系統

在氣動隔膜泵上安裝自動排水裝置，裝置上引出2根氣管，通過感應氣管內部微小氣壓判斷水倉水位狀態。當水位超過高液位檢測管口時，自動排水裝置啟動氣動隔膜泵進氣閥，泵開啟；當水位降低并接近低液位檢測管口時，關閉氣動隔膜泵進氣閥，泵停止；實現自動排水功能。通過光柵壓力傳感器，檢測氣動隔膜泵自動排水裝置工作水位和報警水位壓力，實現風量用量下降10%，提高風泵檢修維護效率，保障系統穩定運行，哈拉溝煤礦風泵排水監測系統界面如圖5所示。

圖5 哈拉溝煤礦風泵排水監測系統界面

1.7 智能照明控制系統

基于“一網一站”平臺，依托人員定位系統實現井下智能照明。當人員進入作業區域時，綜合分站精確定位人員信息，并將監測信息上傳至人員定位系統服務器，智能照明系統服務器實時讀取人員定位信息后，向作業人員所在區域的照明燈控制臺發送“開啟”照明燈指令，照明燈內置的無線信號接收裝置收到基站信號后，觸發接觸器開啟作業區域的照明燈；當作業人員離開該區域后，定位信息消失，照明燈延時30 s自動關閉。在井下主運輸系統安裝了150盞燈，每盞燈功率55 W，每天節約用電時長平均約20 h，全年可節約用電60 000 kW·h，哈拉溝煤礦智能照明監控管理系統界面如圖6所示。

圖6 哈拉溝煤礦智能照明監控管理系統界面

1.8 純水制備技術

純水制備裝置由超濾系統、1級反滲透系統、2級反滲透系統、EDI（電去離子系統）、控制系統組成。礦井水進入預過濾及超濾系統，利用纖維濾芯過濾掉水中的顆粒雜質，再進入1級、2級反滲透，通過反滲透膜去除水中的有機物、礦物質、細菌微生物等物質，最后進入EDI，徹底去除水中殘留的微量鹽分，產出純水，哈拉溝煤礦純水制備系統如圖7所示。純水制備系統工藝流程主要包括預處理、超濾、反滲透、電去離子等工藝。主要參數包括：產水量≥20 m3/h，產水電阻率≥13 MΩ·cm，脫鹽率≥99%，出水壓力≥1.5 MPa，供電電壓1 140 V。

圖7 哈拉溝煤礦純水制備系統

在22411、22303、22302智能綜采工作面回采過程中，回采工作面設備使用超純水代替乳化液，濾除雜質、細菌、病毒、含氯二惡英等有機物，超純水電阻率為12 MΩ·cm（25 ℃）以上，可有效緩解水資源破壞、空氣污染和資源浪費等問題。

智能化采煤

綜采工作面智能化控制實現了破煤、落煤、運煤過程的集成智能控制、液壓支架有序控制、網絡信息傳輸等功能，完成綜采工作面設備協調、自動化運行，通過集控系統實現各設備間的信息交互，將綜采工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載機、破碎機作為集控系統的執行機組，由集控系統統籌協調，實現工作面的遠程操作和序列化控制，哈拉溝煤礦綜采自動化控制系統界面如圖8所示。

圖8 哈拉溝煤礦綜采自動化控制系統界面

2.1 五崗合一遠程集控系統

五崗合一遠程集中控制系統，將工作面所有設備監控的數據顯示、數據上傳、視頻顯示等集于一體，通過6臺集控主機顯示，內容包括不限于液壓支架信息、支架視頻、采煤機信息、采煤機視頻、“三機”信息等，實現了所有子系統的全部數據點表采集，顯示各子系統的所有本機顯示數據，哈拉溝煤礦五崗合一遠程集控系統如圖9所示。

圖9 哈拉溝煤礦五崗合一遠程集控系統

3臺遠程操作臺包括采煤機遠程操作控制、液壓支架遠程操作控制、“三機”、泵站、移變、開關等設備遠程操作控制，所有遠程控制時延<200 ms，實現了采煤機司機、支架工、控制臺電工、馬蒂兒司機、機頭看護工的五崗合一，達到減人增效的目的。

2.2 純水液壓智能系統

哈拉溝煤礦22303綜采工作面采用環形供液系統，環形供回液均采用SSKV接頭形式連接。液壓系統主控閥采用電液控制方式，升級了立柱缸底熔銅防銹防腐工藝，優化了純水制備工藝，增加預處理單元提高了水處理能力。純水介質清潔度高，減少了維護工作及配件消耗，制水過程中各項參數可遠程監控修改，實現了遠程控制設備啟停，促進了煤礦高效低耗生產。

2.3 采煤機記憶割煤

基于人工智能的預測算法，通過安裝在采煤機上的位置傳感器、采高傳感器和俯仰搖擺傳感器，以及十二工步割煤工藝邏輯控制，實現采煤機自主割煤。通過人員操作采煤機進行采煤工作，采煤機學習記錄每個時段在作業工作面的空間位置、搖臂傾斜程度和滾筒距離頂底板的位置信息、采煤機啟動開始直至采煤結束過程中各零部件狀態信息和每個位置人員對煤機的指令信息，并按照學習記錄各情況工作面狀態進行自適應自動切割煤層。如遇到無法解決的故障或者無法識別的狀態時，采煤機會自動切換控制方式為手動，并由技術人員解決后進行記錄，再由人員切換成自動記憶割煤，完成采煤任務。采煤機自適應記憶割煤提高了工作面智能化進度，減少了工作面的采煤人員，降低了人工成本。

2.4 液壓支架礦鴻操作系統

礦鴻操作系統在22522智能綜采工作面支架電液控系統成功應用，成效顯著。通過礦鴻軟總線技術，實現設備無屏變有屏、固定按鍵操作變手機移動操作，綜采隊支架工可通過手機終端對工作面電液控制系統“近場經過式”快速數據采集和互聯互通。礦鴻操作系統具備自主升級優化和迭代功能，拓展性更好、兼容性更強。

2.5 遠程控制割煤模式

建立基于5G+4K超高清無時延視頻追蹤監測系統的遠程控制割煤模式。通過在工作面安裝5G基站，實現綜采工作面5G信號無縫全覆蓋。在工作面液壓支架上，每5架安裝1臺智能云臺攝像頭，通過5G信號實現4K高清攝像頭視頻數據以及煤機數據的實時回傳，攝像頭自動識別煤機滾筒位置，實現自動跟蹤煤機位置。形成有人巡視+遠程干預的割煤模式，工作面單班作業人員由11人減少到3人。

2.6 輸送機無級變速系統

利用采煤機和輸送機自身的狀態信息進行控制，通過人工智能算法實現輸送機的調速控制。根據實際生產過程中采煤機位置、截割電流、牽引速度和刮板輸送機上煤量的關系，推算出煤流量大小，以此為依據進行分析和測算，建立相應計算函數并編入相應的調速模塊，安裝在集控系統中。集控系統獲得采煤機的速度、截割、牽引電流值等數據后，計算出輸送機的速度給定值，將該數值下發至輸送機變頻器，由變頻器控制電機實現調速，哈拉溝煤礦輸送機調速流程如圖10所示。

圖10 哈拉溝煤礦輸送機調速流程

結語

哈拉溝煤礦在智能化建設中應用了5G通信、能耗管理、全碳鏈監測、無源自動噴霧、智能煤流均衡、智能機器人巡檢、風泵自動排水、智能照明、純水液壓、記憶割煤、五崗合一、遠程割煤、視頻可視化等關鍵技術，實現了2023年噸煤能耗1.889 kg標準煤，達到能耗先進值，污水零外排，廢氣排放完成排污計量，100%實現固廢合規處置率，全年無環境事件發生，實現年度節能降耗綠色智能開采的目標。

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

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聯系人：李編輯 010-87986441

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