建成后的晋煤控股集团塔山矿8222特厚矿体智能化综放工作面年产值突破1500万吨、顶煤回收率达90%、混矸率高于10%，实现了特厚矿体安全、高效、智能化开采
手持一部矿用本安型5G手机，点开应用程序，手指打动屏幕的顿时，晋能控股煤业集团塔山矿8303智能化工作面的实时画面就出现在手机屏幕中。无论在那个角落，只需在5G环境下，利用自由交互式技术可实时提供井下生产的画面，并实现任意视角的自由监控。
这只是塔山矿智能化建设的一个写照。一大平台、十大系统、27个子系统，3个智能化采煤工作面和1个智能化采煤工作面，12个无人值守场所，塔山矿初步建立了全面感知、5G 传输、自主决策、协同控制的智能开采新模式。
工作面有了指挥“大脑”
没有飞扬的粉尘，也没有机械的嘶鸣，更没有太多的掘进工人，监控屏幕上各种数据的跳动间，滚滚乌金便离开地底，不断驶向地面。这是笔者在塔山矿听到的特厚矿体工作面——8222工作面智能化开采的场景。
作为国家“十三五”资源领域重点研制计划重点专项“千万吨级特厚矿体智能化综放开采关键技术研究及示范”项目工程，塔山矿8222工作面配套的智能化综放开采成套武器由29家高等院校、科研院所、国内外先进煤矿武器研制和制造厂商共同完成整体设计、选型配套以及生产制造，广泛应用了远距离集中供液、液压自移式设备火车等一系列科技含量高、安全系数高的新技术、新武器。
走进塔山煤矿下500多米深的巷道和工作面，只见这儿遍布了LED灯，亮如白昼。“这样既便捷职工行走，又提升了摄像仪器的清晰度。”塔山矿综采三队党支部书记李珂指着支架顶梁上安装的摄像仪说，“这是我们在井下的‘眼睛’，是视频通讯系统的重要组成部份，能够清晰捕捉设备的每位细微动作，观察采煤机的运行位置，并通过网路传输给‘大脑’——监控指挥中心。”
“这些就是系统的‘神经’，通过压力、倾角等多种传感，实现液压支架防倾倒、防片帮、防冒落等，可以手动完成工作面跟机作业，精确控制推移油缸，减小了工作面推动的偏差。”该矿监控指挥中心校长张慧指着支架上的传感说。每个支架控制器和摄像仪都是信息网路的节点，它们手动采集、统计、分析和反馈设备当时运行的数据，通过光纤传输至监控指挥中心，增强了采煤的可靠性。
“现在开启智能化掘进远控模式。”在塔山矿调度指挥中心，操控人员通过5G可视通讯设备发出指令，没过几秒，通信设备发出“嘀嘀”的响应声，各部位巡视人员相继通过井下5G通讯电话向监控指挥中心确认后，只见操控人员轻点键盘，大屏幕上立即出现了采煤机、运输机、转载机等井下采煤设备陆续开始联动运转的画面。
“数字化、信息化、自动化和智能化，是这个工作面的安全生产核心。”塔山矿生产副总经理王宁说，“该项目通过构建工作面实时工业以太网与无线网路覆盖，将各相关设备联系在一起，实现了设备数据高速上传和控制信息实时下达，控制延时不超过500毫秒，将人的视听感官延展到工作面，降低了劳动强度，提高了安全系数。”
监控指挥中心具有智能采集剖析信息、智能指挥机械掘进、智能修正操作等功能。王宁告诉笔者，采煤机除了能根据预先设定的牵引速率和参数要求手动割煤，还可根据示范刀记录的工作参数、滚筒高度轨迹进行智能化预算，形成记忆截割模板，在手动截割过程中不断修正偏差。
在不断推动特厚矿体智能化开采的同时，塔山矿山还在采煤工作面集成应用了诸多理论、装备和检测等软硬件研制技术。“我们研制了基于视频辨识的采煤设备防碰撞预警系统，运用顶煤轨迹追踪仪，准确描画顶煤放出轨迹，揭示了特厚矿体大尺度顶煤体运移规律，建立了群组放煤理论。”塔山矿山总工程师张学峰介绍，“应用三维激光扫描仪，实现了顶煤放出量在线检测，结合基于冲击震动与高波谱融合的煤矸辨识装置，实现了混矸率精准控制，为智能放煤提供有效支撑。”
集成先进理论、技术与武器，建成后的8222特厚矿体智能化综放工作面年产值突破1500万吨、顶煤回收率达90%、混矸率高于10%，实现了我国特厚矿体安全、高效、智能化开采。
解决问题更方便更精准
如果说智能化开采是实现煤焦安全与高效生产的必由之路，那么利用大数据建成智能化煤矿则是蕴育智能化新动能的又一要素。为此，塔山矿建设了煤矿云图智能决策大数据平台，解决阻碍智能化煤矿建设的关键问题。
走进塔山矿调度指挥中心，涵盖全煤矿除生产以外的各种安全实时数据一目了然，采煤、掘进、机电、运输、通风、地测预防水、安全预控、应急救援、地面生产环节、综合调度等27个底层子系统多维关联。在煤矿云图智能决策大数据平台的协助下，塔山矿构建了安全生产管理等重要环节“监、管、控一体化”的全流程数字化运行模式。
这27个子系统都很实用，矿上网约车是其中之一。基于UWB的高精度定位技术，将定位精度由原先的200米提高至30厘米，实现井下无轨胶轮车日常运行网上及移动端申请、车辆运行无人化手动调配、车辆数据统计剖析、人员乘用及物料运输汽车全面数字化、智能化管控。“我们还配置了全手动重型胶轮车运行性能在线检测系统，在线监测汽车动力、制动、侧滑等，由目测和经验检测弄成了笔记本检查，大大提升无轨胶轮车辅助运输效能。”塔山矿车队队长李俊杰说。
矿山云图智能决策大数据平台除了服务于井上辅助运输系统，还在井下大放异彩。
当井下作业人员须要用车时，员工可以通过候车点联通终端的汽车调度程序发出用车申请，矿山云图智能决策大数据平台就按照用车申请及申请用车人员的位置给离该位置较近的汽车发出用车指令。
“基于UWB的矿山高精度定位技术，将定位精度增强了，可以更高效迅速地处理井下用车需求和突发状况。”塔山矿研发中心校长刘宏杰说。精确的人车位置实时数据，确保了井下运力资源的就近自动化调配，发挥了运输资源的最大效能。“24小时‘白+黑’作业，搭建了智慧井下交通网路，不仅运输效率比过去提升了20%以上，还降低了煤耗和对环境的污染。”刘宏杰说。
特厚矿体智能化开采，产量平衡时空预警系统和智能巡检机器人……智能化在塔山矿的覆盖面越来越广。“矿山云图智能决策大数据平台集中了矿山开采的各项数据，实现了数据、网络平台与应用系统的融合；精准侦测地质信息系统相当于给煤矿安全生产提供了一张高清的电子地质地图，一分钟就可以把握井上井下煤矿地质情况，实现地质资料的计算机处理和动态管理；通过煤矿地质保障信息技术平台，智能工作面三维地质数据全部都能实时调阅下来。问题一目了然，解决问题更方便、更精准。”张慧说。
5G技术大幅度提升了数据传输速率，也为智能化煤矿建设添砖加瓦。据了解，塔山矿在千兆环网的基础上，率先实现了地面井下5G无线网路的全覆盖。“目前，我们实现了高清工业视频、智能视频剖析平台、巡检机器人、NB无线传感器等5G+应用，5G+智慧矿山建设走在了行业前列。”塔山矿机电副总经理张兴说。
打造一支智能化人才队伍
“我明天要给你们讲的是新改建成功的控制系统PLC冗余技术，2个CPU模块插在不同的2个机架上……”刘宏杰介绍说。
华灯初上，虽已是上班时间，塔山矿好多大学生围在刘宏杰身边。当天，刘宏杰在工作面现场为你们讲授智能化设备的运行和维护等知识，大家不时展开热烈讨论。这是该矿智能化专业培训上生动的一幕。
为不断推动智慧矿山建设，塔山矿加强技能人才培养力度，让从事智能化技术工作的行家里手、机电大咖化身“客座教授”，围绕智能化设备快速判定和处理故障、井巷采煤新技术等相关课题精准讲课，努力构建一支智慧矿山的信息化人才队伍。
“即使工业机器人大规模应用，人的作用仍然无可替代。无论是在智能化生产的两头，还是对整个生产过程的控制，目前还是须要由人来完成。”刘宏杰说，“就拿我们矿来说，虽已成功采煤2个智能化工作面，但也曝露出了技术弱项。智能化工作面的系统组成复杂，涉及的网路技术、自动化控制技术、通信技术、计算机技术、视频技术等都属于矿山新兴技术，很多技术我们还吃不透、消化不了。”
员工安装调试、维护检修水平怎样同步升级，人才培养形式及人才培养体系怎样满足智能化工作模式的要求，成为智能化继续高速发展的枷锁。为了使智能化人才队伍与高效的智能化生产需求相匹配，塔山矿不断探求，制定了《智能化采煤人员培训的计划》，通过丰富培训内容方式、健全考评机制，不断推动智能化人才队伍发展。
“我们请专业中学的老师进行智能化专题理论培训，包括智能化操作系统的构成、逻辑电路、主要程序编撰、部分参数以及工作原理。结束理论系统学习后，再由矿上的技能大师针对矿上智能化设备每位分系统进行逐一讲解，边教、边学、边做，最终实现个人独立故障判定、检修。”塔山矿培训中心校长王维东说，“每个人都要独立动手对设备和零部件进行拆除安装，明白设备、传感器和零部件的原理及作用，理论专攻后还有现场指导，涉及全矿采煤、机电、电气等各系统。”
“我们还开发了由自动化和电液控试验区、智能化开采成果展示区、智能化配件展示区组成的实验台，专门用于智能化培训。”王维东说，“监控指挥中心区具备了对工作面所有系统和设备的实时检测、采煤机和支架视频画面实时监控、远程操控等功能，可与井下监控中心联网互通同步对接，方便采煤一线职工进行模拟学习和实操。同时，我们还将井下顺槽监控中心的交换机、综合接入器、信号转换器等工业以太网集成系统和工作面的电液控系统、摄像仪可视系统等‘复制’到培训现场，方便职工把握智能化开采各系统组成、设备插口、通信联络、控制方法、故障排查、设备操作等常用知识。”
“在8222智能化工作面稳装前期，我遇见了智能化集控操作台显示器死机未能正常显示的问题。之前自己想不明白，参加培训班时，我提了这个问题，通过反复商议多次试验，最终判定故障是由光纤转换模块受损造成的，更换新的光纤转换模块后解决了这一问题。”综采二队技术员孙健追忆说。
今后，塔山矿将继续建立特厚矿体智能化综放开采相关技术，逐步产生智能化综放工作面群组放煤理论，依托5G网路高速率、低信噪比、广联接等优势，解决智能化工作面网路信噪比问题，全面提高矿山智能化水平，为我国特厚矿体的智能化开采提供可靠的技术支撑。（文/吴玲 洪浪 刘洋 责编/孔宪楠）
