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©华能庆阳煤电有限责任公司（邵常雄 高强 唐煜桂）
在煤炭行业智能化转型的浪潮中，华能庆阳煤电有限责任公司核桃峪煤矿脱颖而出，成为行业内智能矿山建设的标杆企业。自 2020 年入选全国首批智能化示范煤矿建设名单以来，核桃峪煤矿积极探索、勇于创新，针对高瓦斯赋存、水文地质条件复杂及冲击地压等多灾害耦合的安全生产挑战，构建了 “1+1+1+N” 智能化矿山建设体系，为煤炭行业的安全、高效、绿色数字化转型提供了宝贵经验。
（一）“1+1+1+N” 架构：打造智能化煤矿新生态
核桃峪煤矿的 “1+1+1+N” 智能化矿山建设体系，即一张网、一朵云、一平台、N 应用。
智能化煤矿技术架构
一张网，指的是 5 万兆 SPN 切片工业环网，它实现了全矿井高速通信，以大带宽、多业务承载、有线无线融合的特性，满足井下复杂业务场景的网络需求，并为未来网络演进留足拓展空间。一朵云，是 HCI 超融合云数据中心，基于 “集约高效、共享开放、安全可靠、按需服务” 原则构建，整合算力资源，为各生产系统提供稳定运行保障，还能支持业务快速部署，实现了基础设施共建共用、信息系统整体部署、数据资源汇聚共享、业务应用有效协同。一平台，就是基于透明地质的智能化综合管控平台，集成多种先进技术，将生产、安全、管理等多系统融合，成为煤矿智能化的 “智慧大脑”。N 应用则涵盖了数字孪生、AI 识别监测、灾害耦合治理等 26 个专业子系统，全方位支撑煤矿的智能化生产运营。
综合管控平台
（二）技术创新：攻克多项行业难题
多矿共核5G一体融合基站：考虑到核桃峪煤矿与新庄煤矿直线间距不足 20km，且都有智能化建设需求，两矿创新性地共建一套 5G 核心网，采用 “5G + 一体化融合基站” 实现井上井下三维空间网络信号全覆盖。这种融合组网模式不仅提高了网络传输速率与稳定性，还减少了信息化系统的运维和投资成本。同时，针对井下采掘装备远程控制数据传输可靠性要求，提出双发选收机制的 5G 冗余传输方案；为满足井下人员 / 车辆精准定位需求，推出 5G 700M 基站、5G 2.6G 基站与超宽带（UWB）定位系统融合的共站部署方案，构建 “通信 - 定位” 一体化基础设施，大幅提升定位精准度并降低成本。
多矿共核网络示意图
基于数字孪生的透明矿山保障系统：依托 4D 地理信息系统技术，核桃峪煤矿集成设备精细建模、实时工况监测与智能调度等功能，构建煤矿全要素数字孪生系统。该系统实现采掘、运输、通风等核心生产系统的二三维一体化管理，融合视频巡检矩阵与量子级地质镜像引擎，借助 AI 大模型实现 “监测 - 控制 - 管理” 全流程可视化管控，推动矿井各系统智能化升级与三维可视化巡检，为矿山安全生产提供有力保障。
煤矿全要素数字孪生系统
AI 皮带智能监测系统：针对长距离皮带系统特殊工况，引入线激光辅助成像技术，开发多级处理流程算法，搭建皮带状态检测系统。基于盘古大模型的场景化 AI 算法开发框架，采用 “预训练 - 微调” 迁移学习框架，提升小样本场景模型泛化能力；建立云边协同的增量学习机制，解决煤矿场景样本稀缺问题；构建智能联动控制体系，根据煤流情况控制皮带机运行，提高能源利用率，减少人工巡检成本，提升运维效率。
主运输AI智能监测业务架构设计
AI 全景工作面识别：在井下短物距大视差条件下，核桃峪煤矿将 5G+AI 智能视频拼接与行业应用深度融合，突破相机移动拼接、百路摄像机实时拼接、粉尘干扰下特征提取、重复纹理特征匹配等难题，实现 “可视 + 智能 + 联动” 的沉浸式综采面全景视频远控采煤，为采煤作业提供更直观、精准的操作视角。
工作面全景拼接技术架构
多灾害耦合治理：面对多灾害耦合的生产环境，核桃峪煤矿构建智能推理系统，开发 “时空四维” 预警模型，集成 18 类监测数据构建数据矩阵，采用网格化单元实现区域风险动态量化，建立三级预警机制，明确优化流程，构建综合防治体系，有效提升灾害防治能力。
灾害综合防治系统
（一）系统架构与标准体系完善
业务架构双视图：采用工程视图和企业视图双视图架构。工程视图关注资产全生命周期管理，涵盖从规划到退役的各个环节；企业视图围绕价值创造，聚焦各生产经营系统的互联互通、协同控制和资源配置优化，确保矿山建设运营的系统性和可持续性。
应用架构双体系：构建煤矿资产全生命周期管理体系和安全生产经营管理体系。前者保障基础设施稳定运行，后者驱动核心生产系统智能化升级，双体系协同运作，提升矿山整体运营效率。
实施框架三级划分：建立系统级、矿井级、企业级三级实施框架，明确不同层级的系统软硬件组成、系统间关系及整体部署方案，为不同规模和条件的矿山提供可参考的落地指南。
技术体系融合赋能：融合 OT 技术与 IT 技术，为业务架构、应用架构和实施框架提供技术支撑，推动工业机理模型开发，促进技术与业务深度融合。
标准体系全面覆盖：智能化矿山标准体系覆盖多个领域，分阶段推进数字化、网络化、智能化建设，并引入分级评价体系，科学评估建设成效，确保建设质量。
（二）技术架构高效协同
核桃峪煤矿的智能化煤矿技术架构分为感知层、传输层、平台层和应用层，形成 “感知 - 传输 - 处理 - 应用” 技术闭环。感知层实时采集矿井环境、设备状态等数据；传输层通过高速传输网络确保数据快速、稳定传输；平台层整合处理数据，实现井下井上系统数据共享与智能联动；应用层根据不同业务需求提供多样化应用，如采区接续智能规划、安全管理、生产调度等，各层紧密协作，保障矿山智能化运行。
（一）社会效益显著
安全生产水平大幅提升：基于大数据分析与预测的灾害耦合治理平台和智慧管控平台，实现对瓦斯突出、顶板压力等重大灾害的实时监测与超前预警，建立灾害动态诊断与安全态势预测机制，煤矿事故发生率降低 30% 以上，为煤矿安全生产提供了坚实保障。
绿色低碳发展成效斐然：云数据中心整合算力资源，构建 “煤 - 电 - 算力” 三位一体的能源管理体系。综合管控平台优化生产流程，实现设备联动控制和能效动态调节，能效提升 20% 以上，助力煤矿行业绿色低碳转型。
（二）经济效益可观
运营成本显著降低：多矿共核组网方案实现核心资源共享，单个矿井 IT 综合成本降低约 40%。SPN 切片网络优化数据传输效率，通信维护成本下降 30%，有效减轻企业运营负担。
生产效能持续改善：数字孪生驱动的开采流程模拟与设备状态预测系统优化采掘方案，产能利用率提升 15% 以上。云数据中心的弹性计算架构和存储资源池化技术，使算力资源利用率从 30% 提升至 70%，提高生产效率。
产业链协同效益增强：基于综合管控平台的生产经营协同系统打通全业务链，减少库存积压和物资中断风险，整体供应链运行效率提升 25%，增强企业市场竞争力。
