智能示范矿井┃神东哈拉沟煤矿绿色智能化建设实践

国能神东煤炭哈拉沟煤矿（简称哈拉沟煤矿）智能化建设围绕“11245”的总体工作方针，采用先进的智能化技术装备，打造智能感知、智能决策和节能高效执行的绿色智能化示范矿井，将哈拉沟煤矿打造成清洁、低碳、安全、高效的智能绿色矿井。

01、智能化辅助系统建设

1.1 5G网络的建设与应用

哈拉沟煤矿在数据机房、1#变电所、三盘区一段配电硐室共安装4台100 G的ATN980C核心交换机，组成了5G主干网络，井下通过BBU控制器、采掘面基站射频汇聚单元（RHUB）、5G基站（PRRU）、矿用本安型5G网关（CPE）实现采区工作面的数据上传，解决了采掘工作面无线网络低带宽、高时延的问题，实现了井下采掘工作面设备数据高速无线传输，哈拉沟煤矿5G网络系统部署如图1所示。

图1 哈拉沟煤矿5G网络系统部署

目前，哈拉沟煤矿2个智能综采工作面已建成5G网络全覆盖，可实现采煤机数据5G高速上传，采用网络切片技术，将网络基础物理设备，根据时延、带宽、可靠性、安全性等不同业务场景服务需求，切分出多个逻辑端到端网络，满足各种不同业务的信息传输与交换。

综采工作面现场测试结果表明：在100 m覆盖范围内，基站信号强度最小值为-98 dB，满足不低于-100 dB要求；上传速率最大值为850 Mbit/s，最小值为520 Mbit/s，满足基站上传速率不低于最大上传速率60%的要求；平均通信时延为18.56 ms，满足智能矿山数据传输低延时需求；有切片资源调度情况下，用户个数为200时用户满意度较无切片资源调度时提高52.8%。

1.2 综合能耗智能分析管控系统

建立煤矿能耗管理与碳排放管理一体化管控平台。综合能耗智能分析管控系统集大数据、云计算、物联网、人工智能等先进技术应用于一体，通过“1+2+N”（1个数字孪生平台，能耗管理系统与全碳链系统2个系统，电、热、水、油、煤、气等N个监测单元）对能源消耗情况进行在线监测、数据统计、用能分析，并对煤炭生产链中碳排放进行在线监控、精细化管理，对生产和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，提高能源管理水平、优化能源介质平衡、发现能耗问题、挖掘节能潜力、促进节能降耗。

结合碳排放管理系统，能耗智能分析管控系统实时监测煤炭生产链中的碳排放情况，通过对各类能源、各子系统的碳排放数据分析实现碳链监控，提供能耗分析与碳排放管理服务，实现能耗与全碳链远程管控，达到节能减排、降本增效、安全用能，煤矿能耗管理与碳排放管理一体化管控系统如图2所示。

图2 煤矿能耗管理与碳排放管理一体化管控系统

1.3 无源自动喷雾系统

煤矿掘进与开采过程中产生大量岩尘与煤尘，粉尘会随回风巷进入大巷，危害工作人员的身体健康。哈拉沟煤矿在主运系统10部带式输送机输送带巷及转载点安装智能型无源自动喷雾降尘系统，通过粉尘浓度监测自动开启、关闭喷雾。应用滚筒式发电机技术，为设备自主供电，解决了带式输送机自动喷雾装置电源问题，且自动喷雾装置可在带式输送机巷中作为供电电源补充，为其他电气设备提供小功率电源。

通过热释传感器检测人员通过，自动启动电动球阀，实现喷雾降尘功能。通过安装无源自动喷雾装置，将之前的粗放式降尘设施改变为智能无源降尘喷雾，实现了带式输送机启停自动控制喷雾装置启停，减少工人10名，减少水资源15%。

1.4 智能配仓控制系统

哈拉沟煤矿主运输系统包括上仓、主井、102、103、三盘区、三盘区二段的带式输送机。基于生产能力和输送能力均衡，采用智能煤流均衡系统，控制分站通过controlnet与井下控制网进行数据通信，利用AI煤流动态监测、变频调速、逆煤流启车、一键智能启停、智能配仓等技术，实现主运系统无人值守，减员智能低耗运行，2023年全年故障率较上年降低35%，哈拉沟煤矿智能配仓控制系统界面如图3所示。

图3 哈拉沟煤矿智能配仓控制系统界面

1.5 智能机器人巡检

哈拉沟煤矿在上仓带式输送机安装1套搭载矿鸿操作系统的巡检机器人，主要由机器人本体、基站、防爆充电装置、轨道系统、井下防爆计算机、地面工作站组成。巡检机器人具有智能自主巡航、定位、避障、充电、除尘等功能，代替巡检工定时、定点、高质量完成井下设备的日常巡检任务。

机器人本体吊挂于轨道上，在巷道内往复运行，模拟巡检工井下巷道行走。巡检机器人搭载多种传感器，实时采集巡检现场的图像、声音、红外热像及温度数据、烟雾、多种气体浓度参数等信息，以数字化图像、声音和数据实时归类存储，便于故障问题的查询复现，哈拉沟煤矿带式输送机巡检机器人如图4所示。

图4 哈拉沟煤矿带式输送机巡检机器人

1.6 风泵自动排水系统

在气动隔膜泵上安装自动排水装置，装置上引出2根气管，通过感应气管内部微小气压判断水仓水位状态。当水位超过高液位检测管口时，自动排水装置启动气动隔膜泵进气阀，泵开启；当水位降低并接近低液位检测管口时，关闭气动隔膜泵进气阀，泵停止；实现自动排水功能。通过光栅压力传感器，检测气动隔膜泵自动排水装置工作水位和报警水位压力，实现风量用量下降10%，提高风泵检修维护效率，保障系统稳定运行，哈拉沟煤矿风泵排水监测系统界面如图5所示。

图5 哈拉沟煤矿风泵排水监测系统界面

1.7 智能照明控制系统

基于“一网一站”平台，依托人员定位系统实现井下智能照明。当人员进入作业区域时，综合分站精确定位人员信息，并将监测信息上传至人员定位系统服务器，智能照明系统服务器实时读取人员定位信息后，向作业人员所在区域的照明灯控制台发送“开启”照明灯指令，照明灯内置的无线信号接收装置收到基站信号后，触发接触器开启作业区域的照明灯；当作业人员离开该区域后，定位信息消失，照明灯延时30 s自动关闭。在井下主运输系统安装了150盏灯，每盏灯功率55 W，每天节约用电时长平均约20 h，全年可节约用电60 000 kW·h，哈拉沟煤矿智能照明监控管理系统界面如图6所示。

图6 哈拉沟煤矿智能照明监控管理系统界面

1.8 纯水制备技术

纯水制备装置由超滤系统、1级反渗透系统、2级反渗透系统、EDI（电去离子系统）、控制系统组成。矿井水进入预过滤及超滤系统，利用纤维滤芯过滤掉水中的颗粒杂质，再进入1级、2级反渗透，通过反渗透膜去除水中的有机物、矿物质、细菌微生物等物质，最后进入EDI，彻底去除水中残留的微量盐分，产出纯水，哈拉沟煤矿纯水制备系统如图7所示。纯水制备系统工艺流程主要包括预处理、超滤、反渗透、电去离子等工艺。主要参数包括：产水量≥20 m³/h，产水电阻率≥13 MΩ·cm，脱盐率≥99%，出水压力≥1.5 MPa，供电电压1 140 V。

图7 哈拉沟煤矿纯水制备系统

在22411、22303、22302智能综采工作面回采过程中，回采工作面设备使用超纯水代替乳化液，滤除杂质、细菌、病毒、含氯二恶英等有机物，超纯水电阻率为12 MΩ·cm（25 ℃）以上，可有效缓解水资源破坏、空气污染和资源浪费等问题。

02、智能化采煤

综采工作面智能化控制实现了破煤、落煤、运煤过程的集成智能控制、液压支架有序控制、网络信息传输等功能，完成综采工作面设备协调、自动化运行，通过集控系统实现各设备间的信息交互，将综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机作为集控系统的执行机组，由集控系统统筹协调，实现工作面的远程操作和序列化控制，哈拉沟煤矿综采自动化控制系统界面如图8所示。

图8 哈拉沟煤矿综采自动化控制系统界面

2.1 五岗合一远程集控系统

五岗合一远程集中控制系统，将工作面所有设备监控的数据显示、数据上传、视频显示等集于一体，通过6台集控主机显示，内容包括不限于液压支架信息、支架视频、采煤机信息、采煤机视频、“三机”信息等，实现了所有子系统的全部数据点表采集，显示各子系统的所有本机显示数据，哈拉沟煤矿五岗合一远程集控系统如图9所示。

图9 哈拉沟煤矿五岗合一远程集控系统

3台远程操作台包括采煤机远程操作控制、液压支架远程操作控制、“三机”、泵站、移变、开关等设备远程操作控制，所有远程控制时延

2.2 纯水液压智能系统

哈拉沟煤矿22303综采工作面采用环形供液系统，环形供回液均采用SSKV接头形式连接。液压系统主控阀采用电液控制方式，升级了立柱缸底熔铜防锈防腐工艺，优化了纯水制备工艺，增加预处理单元提高了水处理能力。纯水介质清洁度高，减少了维护工作及配件消耗，制水过程中各项参数可远程监控修改，实现了远程控制设备启停，促进了煤矿高效低耗生产。

2.3 采煤机记忆割煤

基于人工智能的预测算法，通过安装在采煤机上的位置传感器、采高传感器和俯仰摇摆传感器，以及十二工步割煤工艺逻辑控制，实现采煤机自主割煤。通过人员操作采煤机进行采煤工作，采煤机学习记录每个时段在作业工作面的空间位置、摇臂倾斜程度和滚筒距离顶底板的位置信息、采煤机启动开始直至采煤结束过程中各零部件状态信息和每个位置人员对煤机的指令信息，并按照学习记录各情况工作面状态进行自适应自动切割煤层。如遇到无法解决的故障或者无法识别的状态时，采煤机会自动切换控制方式为手动，并由技术人员解决后进行记录，再由人员切换成自动记忆割煤，完成采煤任务。采煤机自适应记忆割煤提高了工作面智能化进度，减少了工作面的采煤人员，降低了人工成本。

2.4 液压支架矿鸿操作系统

矿鸿操作系统在22522智能综采工作面支架电液控系统成功应用，成效显著。通过矿鸿软总线技术，实现设备无屏变有屏、固定按键操作变手机移动操作，综采队支架工可通过手机终端对工作面电液控制系统“近场经过式”快速数据采集和互联互通。矿鸿操作系统具备自主升级优化和迭代功能，拓展性更好、兼容性更强。

2.5 远程控制割煤模式

建立基于5G+4K超高清无时延视频追踪监测系统的远程控制割煤模式。通过在工作面安装5G基站，实现综采工作面5G信号无缝全覆盖。在工作面液压支架上，每5架安装1台智能云台摄像头，通过5G信号实现4K高清摄像头视频数据以及煤机数据的实时回传，摄像头自动识别煤机滚筒位置，实现自动跟踪煤机位置。形成有人巡视+远程干预的割煤模式，工作面单班作业人员由11人减少到3人。

2.6 输送机无级变速系统

利用采煤机和输送机自身的状态信息进行控制，通过人工智能算法实现输送机的调速控制。根据实际生产过程中采煤机位置、截割电流、牵引速度和刮板输送机上煤量的关系，推算出煤流量大小，以此为依据进行分析和测算，建立相应计算函数并编入相应的调速模块，安装在集控系统中。集控系统获得采煤机的速度、截割、牵引电流值等数据后，计算出输送机的速度给定值，将该数值下发至输送机变频器，由变频器控制电机实现调速，哈拉沟煤矿输送机调速流程如图10所示。

图10 哈拉沟煤矿输送机调速流程

03、结 语

哈拉沟煤矿在智能化建设中应用了5G通信、能耗管理、全碳链监测、无源自动喷雾、智能煤流均衡、智能机器人巡检、风泵自动排水、智能照明、纯水液压、记忆割煤、五岗合一、远程割煤、视频可视化等关键技术，实现了2023年吨煤能耗1.889 kg标准煤，达到能耗先进值，污水零外排，废气排放完成排污计量，100%实现固废合规处置率，全年无环境事件发生，实现年度节能降耗绿色智能开采的目标。

智能示范矿井

“智能示范矿井”栏目 重点推送《智能矿山》“智能示范矿井”专栏刊载的论文，邀请全国各矿井分享最新智能化建设成果、亮点与经验，旨在发挥典型智能示范矿井引领作用，促进我国矿山智能化建设高质量发展。截至目前，《智能矿山》杂志已刊载69家矿井智能化建设成果论文120篇。

文章来源：《智能矿山》2025年第8期“智能示范矿井”栏目

作者简介：代鹰，现任国能神东煤炭哈拉沟煤矿运转队队长，主要从事煤矿智能化建设、智能化技术革新与煤矿数字化转型的相关研究工作。E-mail：10041131@ceic.com

作者单位：国能神东煤炭集团哈拉沟煤矿

引用格式：代鹰.哈拉沟煤矿绿色智能化建设实践[J].智能矿山，2025，6(8)：14-20.