視角·觀點┃國能準能集團宋程鵬：露天煤礦智慧生產與安全管理平臺建設構想

2025年10月09日 15:33 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

露天煤礦是我國煤炭工業(yè)的重要組成部分，具有生產能力大、開采成本低、安全條件好等優(yōu)勢，近幾年在建設規(guī)模、生產總量、開采工藝及技術裝備等多方面均取得了跨越式發(fā)展。露天煤礦智慧生產與安全管理平臺引入物聯網、大數據、人工智能等先進技術，解決已有生產與安全管控系統(tǒng)之間的信息孤島問題，減少人員干預，提升生產和安全管控水平，降低事故風險，減少資源浪費與環(huán)境污染，實現減人增安、協(xié)同調度和高效生產，提升其智能化程度。

文章來源：《智能礦山》2025年第9期“視角·觀點”欄目

第一作者：宋程鵬，高級經濟師，現任國能準能集團有限責任公司企業(yè)管理部主任，主要從事人力資源管理、企業(yè)管理工作。E-mail：zngsscp@163.com

作者單位：國能準能集團有限責任公司；中國礦業(yè)大學（北京）

引用格式：宋程鵬，魏弘，邢慧茹，等.露天煤礦智慧生產與安全管理平臺建設構想[J].智能礦山，2025，6(9)：14-18.

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生產與安全管理平臺建設現狀

1.1 黑岱溝露天煤礦和哈爾烏素露天煤礦

國能準能集團有限責任公司黑岱溝露天煤礦和哈爾烏素露天煤礦建成了以生產管理和安全管理為主體的信息管理體系，主要包括以下2個方面的內容。

（1）在生產智能化方面，2個礦區(qū)均建立了智能測采保障系統(tǒng)，準確快速測量采場、排土場，精準完成采礦設計；智能穿爆系統(tǒng)，通過三維設計軟件、北斗定位系統(tǒng)、智能布孔系統(tǒng)、炸藥混裝車智能裝藥、智能爆破系統(tǒng)，應用炮孔智能測量機器人，實現穿孔、爆破全過程智能化；數字孿生仿真系統(tǒng)，對無人駕駛運行作業(yè)進行模擬仿真，實現了首批國內載重最大的300 t級無人駕駛礦用卡車常態(tài)化運行。

（2）在安全智能化方面，建成了以安全風險預控、崗位標準作業(yè)流程、應急管理、安全積分考核為主要內容的“四位一體”安全管理系統(tǒng)。在生產現場安裝多臺高清攝像機，實現了生產現場全流程可視化、可追溯監(jiān)控；建立智能安全監(jiān)控系統(tǒng)，24 h實時監(jiān)測邊坡，實現了“地表位移+深層位移”的邊坡監(jiān)測預警，提高安全效益；改進生產運營協(xié)同調度系統(tǒng)，新增接收3級響應信息、應急值守、一鍵群呼、數據分析和管理調度應急資源等功能；在無人駕駛卡車上安裝多個傳感器，構建健康管理系統(tǒng)，實現了車輛的全方位狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、健康評估和自動滅火等功能；研發(fā)應用集卡車防撞預警系統(tǒng)、毫米波雷達防碰撞系統(tǒng)、超速管理系統(tǒng)、司機疲勞預警系統(tǒng)于一體的卡車安全保障系統(tǒng)，實現了卡車運輸的自動預警及應急處突。

1.2 中煤平朔集團東露天礦

中煤平朔集團有限公司東露天礦已建設鉆機無人值守系統(tǒng)，以自動導航、環(huán)境感知技術遠程操作鉆機運行，實現了無人值守布孔；建立爆破遠程監(jiān)控及預警系統(tǒng)，實時監(jiān)控爆破區(qū)域，通過人形偵測和移動算法判定是否有人進入危險爆破區(qū)；建立智能調度管理系統(tǒng)，實現了卡車智能調度、卡車、電鏟、推土機等設備精準定位及參數監(jiān)測；建立車輛防撞預警功能，實現了防疲勞駕駛、違章監(jiān)測等功能。

1.3 國能新疆準東能源準東露天煤礦

國能新疆準東能源有限責任公司準東露天煤礦建設了完整的工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和全區(qū)域覆蓋的有線、無線語音通信設施，可對日常生產進行全面監(jiān)控與調度；基于全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)、采場紅外熱像火災監(jiān)測系統(tǒng)、采礦作業(yè)區(qū)安全行車預警系統(tǒng)，保障人員和設備安全；設備管控方面已建成智慧安全用電系統(tǒng)與設備健康管理平臺，能夠高效監(jiān)測和管理電氣線路參數、用電狀態(tài)及設備運行狀況。

綜上，露天煤礦智慧生產與安全管理平臺還存在以下2個方面的難點問題。

（1）生產與安全管理平臺通常獨立建設，形成了生產數據與安全數據孤島，數據融合度低，缺少數據相對應的工藝流程聯動，忽略了生產和安全之間的強耦合性。

（2）各安全生產監(jiān)控子系統(tǒng)中的數據集成與應用是海量數據的堆積，缺少業(yè)務層面的數據價值挖掘及綜合應用，制約了安全生產調度指揮工作的高效開展。

因此，構建全方位、高效能的露天煤礦智慧生產與安全管理平臺，實現高效生產與安全管理機制的協(xié)同完善。

智慧生產和安全管理平臺架構

露天煤礦智慧生產與安全管理平臺建設目標包含以下4個方面。

（1）建立智能化、立體化的生產計劃編制、調度和決策系統(tǒng)，實現精準生產計劃和作業(yè)調度方案，最大程度利用生產資源，提高生產效率。

（2）完善智能安全監(jiān)管與預警、風險應急響應系統(tǒng)，高效監(jiān)測工藝生產過程和預測潛在風險，降低事故發(fā)生概率。

（3）高效管理露天煤礦生產資源（人力、設備、原材料等），避免資源浪費，提高資源利用率。

（4）充分挖掘智慧生產和安全管理平臺中的海量數據信息，為管理和調度人員提供決策支撐，制定更加合理的管理機制。

綜上，智慧生產與安全管理平臺建設引入先進的智能技術和設備，深度融合安全生產與智能科技，推動露天煤礦開采過程向智能化、高效化、綠色化方向發(fā)展，促進資源有效利用，推進露天煤礦的可持續(xù)發(fā)展，形成煤礦新質生產力。

1.4 智慧生產和安全管理平臺總體框架

（1）生產管理模塊

生產管理包含3個模塊，模塊間形成閉環(huán)的管理體系。生產計劃智能編制模塊根據市場需求、資源情況等制訂生產計劃；編制完成生產計劃后，生產智能調度決策模塊根據接收到的計劃，兼顧生產資源、設備狀態(tài)、人員安排等，對實際生產加以調度和設備安排，對生產計劃編制模塊反饋生產狀態(tài)；生產遞階協(xié)同管理模塊監(jiān)控生產過程的各項指標、生產線運行狀態(tài)，跟蹤和反饋生產計劃的執(zhí)行情況，并與生產智能調度決策模塊進行信息交互，及時調整生產策略，以適應生產中的動態(tài)變化情況。

（2）安全管理模塊

安全管理包含3個模塊。安全生產智能監(jiān)管模塊監(jiān)測生產環(huán)境中的安全態(tài)勢，分析多種來源的安全數據，識別存在的安全隱患或異常情況。出現安全隱患或異常，觸發(fā)風險智能聯動預警模塊，及時發(fā)出預警信號，并通知風險應急處理智能管理模塊，快速響應并執(zhí)行相應的應急方案，最大程度減少事故損失并保障人員安全，智慧生產與安全管理平臺框架如圖1所示。

圖1 智慧生產與安全管理平臺框架

（3）生產管理與安全管理彼此協(xié)同交互

生產管理將生產信息傳遞給安全管理部門，安全管理通過實時監(jiān)控數據檢測風險。若檢測到安全風險，立即將風險信息發(fā)送給生產管理部門，并停止相應的生產流程；生產管理根據接收到的風險信息，重新制訂生產計劃，確保生產過程的安全和高效。生產管理與安全管理交互方式，使整個生產過程快速響應和適應各種風險情況，形成生產與安全的閉環(huán)協(xié)同管理。

1.5 生產計劃智能化編制模塊

生產計劃智能化編制模塊智能化編制和優(yōu)化礦山企業(yè)生產計劃，實現生產計劃的智能生成。預處理和整合各生產單位環(huán)節(jié)的年度生產需求、開采設備狀態(tài)、天氣情況等數據，通過機器學習方法，預測生產能力。根據生產過程的實時監(jiān)測數據，包括開采速率、運輸速率、環(huán)境狀態(tài)等，動態(tài)調整生產計劃和資源分配，以適應露天煤礦地質條件和設備狀態(tài)變化。

基于生產能力和工作需求，規(guī)劃各崗位所需工作人員數量、設備數量、原材料數量；綜合考慮生產計劃及設備狀態(tài)，制定詳細的生產方案，包括確定最佳穿孔、爆破作業(yè)區(qū)，確定采裝、運輸、排棄、道路維護、復墾等。

1.6 生產智能調度決策模塊

生產智能調度決策模塊利用各類生產信息系統(tǒng)中的實時生產數據，根據生產計劃與實際生產能力，為露天煤礦生產過程中爆破、采掘、運輸、排卸、洗選等部分提供科學、合理的調度決策。爆破環(huán)節(jié)建立爆破數字化綜合處理系統(tǒng)、智能鉆機系統(tǒng)、炸藥混裝車監(jiān)控系統(tǒng)，打造爆破作業(yè)設計、測量、穿孔、裝藥全信息化協(xié)同管控平臺。

采掘環(huán)節(jié)建立礦山三維地質模型，基于云端技術和地理信息系統(tǒng)技術建立測繪管理系統(tǒng)，確定最佳采掘點、排土點和運輸路線。運輸、排卸環(huán)節(jié)建立智能卡車調度系統(tǒng)，實時監(jiān)測車輛位置、運載量、路況等數據，全面了解露天煤礦內各運輸路徑的車流規(guī)劃，并結合生產計劃與實際生產能力，確定最優(yōu)調度方案。

1.7 生產遞階協(xié)同管理模塊

生產遞階協(xié)同管理模塊用于實現各級部門間的智能協(xié)同合作，建立集團公司、二級公司和生產現場及各生產環(huán)節(jié)的信息交換、協(xié)作與管控機制?？偛空{度中心和各礦方均可訪問智慧生產安全管理平臺，確保平臺接入不同設備和管理系統(tǒng)，同步生產數據、設備狀態(tài)、人員調配等信息，確保各方及時獲取最新數據，保證不同部門和崗位間信息共享和協(xié)作。

生產環(huán)節(jié)的遞階協(xié)同管理主要體現在露天煤礦各生產環(huán)節(jié)，涉及的關鍵技術包括開采規(guī)劃、物料流規(guī)劃、邊坡監(jiān)測設計、生產規(guī)劃等。該模塊根據生產計劃和需求，合理安排各生產環(huán)節(jié)的人員與設備，確保每個環(huán)節(jié)都有足夠的人力和設備，滿足不同環(huán)節(jié)需求，并確保生產過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

1.8 安全生產智能監(jiān)管模塊

安全生產智能監(jiān)管模塊通過部署定位系統(tǒng)、集成傳感器和物聯網技術，實時監(jiān)督和管理人員行為、礦區(qū)設備、礦區(qū)環(huán)境，避免事故發(fā)生，提高煤礦安全管理水平。

人員行為監(jiān)管采用定位與圖像識別技術，結合高清三維地圖，實現人員精確定位，確保人員在安全區(qū)域內工作；建立駕駛員行為分析系統(tǒng)，實現對駕駛員違章行為和個人健康狀態(tài)的有效監(jiān)管。面向礦區(qū)設備監(jiān)管需求，建立車輛防碰撞系統(tǒng)，實時獲取礦用卡車位置、速度、方向等參數信息；建立胎溫胎壓監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測車輛狀態(tài)，避免發(fā)生事故；建立燃油精準計量系統(tǒng)，保證露天煤礦生產的連續(xù)性。利用傳感器網絡實時監(jiān)測礦山生產環(huán)境（廢水、廢氣以及地質構造、氣體濃度、溫度、濕度、震動等），通過歷史和實時數據分析，識別生產過程中的潛在風險。

1.9 風險智能預警模塊

風險智能預警模塊通過智能設備和控制系統(tǒng)，預警露天煤礦邊坡、火災、塌陷、透水災害，保障人員安全和煤礦生產的穩(wěn)定運行。

采用邊坡雷達、邊坡測量機器人、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)、天-空-地協(xié)同邊坡智能監(jiān)測等先進技術，對露天煤礦邊坡24 h不間斷監(jiān)測，實現邊坡災害超前預警。安裝氣體傳感器，對帶式輸送機、破碎站、煤倉等進行可燃氣體濃度監(jiān)測，并提供濃度超限預警；對易燃區(qū)域進行紅外掃描測溫，當溫度超過安全界限時，對火災預警，并通過后臺報告危險點具體位置。在地理信息系統(tǒng)地圖上識別氣候的高風險源，指示值班人員進行巡邏。建立水文數據動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實時獲取露天煤礦地下水溫度、流速、水量等信息，在地下水流入采場時及時預警，并建立三維地質水文模型，對地下水流向加以預估。

1.10 風險應急處理智能管理模塊

風險應急處理智能管理模塊采用智能決策方法，為露天煤礦事故快捷響應與高效處理提供途徑。分析邊坡坍塌、山體滑坡、水災、火災等風險事故，合理分配應急裝備、物資、人員，并確定安全可行的避難場所。

制定標準化的露天煤礦應急方案模板，收集和管理各種應對突發(fā)事件的方案和關鍵信息。當應急事件發(fā)生時，根據實際采集信息，從事先制定的應急方案中選取最匹配應急方案，并加以智能推送。接收和核實突發(fā)事件的報警信息，快速判斷事件類型、規(guī)模、影響范圍，智能調度救援隊伍，提供最優(yōu)路徑規(guī)劃。

建立聯動式通知機制，通過短信、聲音警報、電子屏幕顯示等，自動發(fā)出警報并及時通知相關人員迅速撤離危險區(qū)域，同時自動停止電鏟、帶式輸送機等關鍵生產設備的運行。建立風險溯源機制，實時記錄與歸檔現場監(jiān)測數據、采取的措施、人員動向等關鍵信息，并建立應急處理反饋機制，將事故的經驗教訓運用到預防和改進措施中。

1.11 子模塊聯動

生產計劃智能編制模塊生成詳細的生產計劃數據，包括生產目標、資源配置、任務優(yōu)先級和時間安排。數據傳輸至生產智能調度決策模塊后，基于資源可用性、設備狀態(tài)、工作環(huán)境和生產需求等因素，制定出最優(yōu)調度方案。

調整后的調度方案反饋給生產計劃智能編制模塊，并下發(fā)至生產遞階協(xié)同管理模塊，確保各部門統(tǒng)一協(xié)調操作。執(zhí)行中遇到問題和反饋信息回傳至相關模塊，以便未來的計劃編制和調度方案進行調整優(yōu)化。

雙向反饋機制確保了生產計劃與實際執(zhí)行的高度一致性和靈活性，提升了系統(tǒng)響應能力和效率。風險智能預警模塊收集邊坡、火災、氣象和水災預警信息，并將其傳遞給風險應急處理模塊。該模塊根據應急方案處理風險，將結果反饋給風險預警模塊。同時，風險信息傳遞給生產智能調度決策和安全生產智能監(jiān)管模塊，及時調整調度策略和監(jiān)管方式。處理結果發(fā)送給生產計劃智能編制模塊，更新生產計劃。風險預警模塊將風險信息傳遞至安全生產智能監(jiān)管模塊，以便于進一步安全監(jiān)管。

為提升各模塊間的協(xié)同效率，設計了實時響應、異常處理、容錯機制3部分響應機制。實時響應生產調整和安全預警等關鍵操作，設定了嚴格的響應時間要求。當某模塊發(fā)生故障或數據傳輸異常時，異常處理機制自動切換到備用措施，確保生產和安全管理不受影響，多層次容錯機制，對于關鍵數據和操作，自動進行數據備份和冗余處理，防止因單點故障導致系統(tǒng)停擺。

子模塊間的數據交互采用異步通信模式，允許各模塊獨立處理數據傳輸任務，減少系統(tǒng)整體等待時間，提高了系統(tǒng)的并行處理能力。各子模塊間的數據傳輸通過TCP/IP協(xié)議，確保數據傳輸的穩(wěn)定性和可靠性。數據格式采用標準化的JSON格式，易于解析和擴展，支持多種類型的數據交換。為保證數據安全性，在傳輸過程中數據通過TLS加密進行保護，防止數據泄露或被篡改。

智慧生產與安全管理平臺建設展望

（1）智能技術與露天煤礦生產的深度融合

露天礦智慧生產與安全管理平臺建設的本質是深度融合智能化技術與露天煤礦，面向生產、安全等環(huán)節(jié)，實現露天煤礦生產工藝、安全管理、裝備智能化。我國露天煤礦智慧生產與安全管理平臺建設仍然處于發(fā)展階段，未來將進一步推動5G技術、人工智能、大數據、云計算、物聯網等新技術與露天煤礦生產的深度融合。

（2）生產管理與安全管理的跨域協(xié)同

在露天煤礦智慧生產與安全管理平臺建設中，緊密結合生產和安全管理，實現更高效的生產和更全面的安全保障。生產管理與安全管理協(xié)同在管理層面、技術層面和文化層面實現深度的跨域協(xié)同。

（3）全生命周期管理

智慧生產與安全管理平臺的建設不限于單一礦區(qū)或單個企業(yè)管理，而是向整個礦業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的智能化管理擴展，實現全生命周期管理。具體包括礦山設計、建設、運營到閉礦后的生態(tài)恢復和環(huán)境管理等全過程的智能化和協(xié)同化管理。全生命周期管理將是智慧生產與安全管理平臺建設的重要發(fā)展方向，提升露天煤礦管理的智能化水平，為露天煤礦可持續(xù)發(fā)展提供堅實的基礎。

結語

通過分析露天煤礦生產與安全管理平臺建設現狀，提出了露天煤礦智慧生產與安全管理平臺總體框架，設計了生產計劃智能化編制、生產智能調度決策、生產遞階協(xié)同管理、安全生產智能監(jiān)管、風險智能聯動預警、風險應急處理智能管理6個子模塊，可解決生產與安全管理平臺獨立建設的問題，實現生產管理與安全管理的跨域協(xié)同。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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期刊簡介

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