数字孪生技术，是指通过建立三维数字化模型，打通物理世界和数字世界，实现虚实融合的复合技术。
近年来，陕煤黄陵矿业二号煤矿大力推进“智能矿井、智慧矿区”建设，数字孪生技术的成功应用，给矿井安全管理、生产经营、规划发展带来了全新的思路和解决方案，让煤矿开采更“聪明”。
全息可视 协同管理
走进二号煤矿智能调度指挥中心，三维动画模拟的井下综采工作面作业场景出现在LED大屏幕上，随着采煤作业指令的下达，采煤机自动行走割煤、液压支架跟机移架支护、输煤皮带运输原煤升井……画面清晰、作业流畅，超强的立体直观效果，让人眼前一亮，更令人震惊地是，眼前的这一切模拟画面，正是井下作业现场的实景还原，所有涉及到的作业流程与技术数据和实际保持一致。
“数字孪生技术的应用，可以对矿井的各系统要素、数据进行模拟和仿真，在虚拟空间完成映射，从而反映煤炭开采的全过程。”二号煤矿总经理易瑞强表示，数字孪生技术作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，它与煤炭工业的深度融合，为矿井发展建设提供了全新思路。
目前，二号煤矿通过数字孪生技术，将包括“采掘机运通”在内的28个业务系统、1050个功能点、22个生产重要场景、2万多个信息点进行有机融合。通过物联网技术来采集煤炭开采过程中各类数据，再传输到云端进行处理和分析，构成了煤矿数字孪生模型的“底座”；利用智能管控技术，对采煤、掘进及生产辅助等各类生产系统数据进行处理和分析，并结合环境监测、人员定位、AI视频等监测数据，实现了矿井生产要素的全息可视，开采过程的协同控制。构建起“检测智能化、作业标准化、控制协同化、操作便捷化”的开采模式，极大地提高了煤炭开采效率。
“以井下305智能化综采工作面为例，在这个虚拟场景中，包括采煤机、液压支架、转载机、设备列车在内的综采工作面设备部署、设备运行状态数据等信息都一览无余。”该矿信息化办公室主任高小虎介绍，数字孪生技术实现了智能采煤作业的智能自适应和远程可视管控，综采作业人数减少了1倍，减员提效、安全高产效果显著。
实时感知 “云端”控制
上午10时13分，二号煤矿皮带队队长胡峰峰智能手机突然振动起来，物联网工业云APP软件提醒他井下三盘区胶带有一条设备故障缺陷，需要及时处理。
原来，智能巡检机器人在对整条运输皮带正常巡检过程中，发现120架皮带托辊磨损噪音大需要更换，胡峰峰立即安排井下设备检修人员处理故障。
与此同时，在该矿智能化调度指挥中心，输煤皮带远程操作工冯杰正在电脑上察看现场处理情况，10时26分，巡检机器人实时传回数据，设备检修人员及时对损坏皮带托辊进行了更换，随即电脑界面上推送出了一条绿色的故障消除信息。
“通过物联网、大数据、人工智能以及数字孪生技术搭建起来的智能管控云平台，可以实现全矿井实时感知、‘云端’控制。”该矿副总经理张强说。
据介绍，通过搭建的智能管控云平台对全矿井各系统数据进行采集汇聚、融合共享、分析治理，并利用大数据强大的计算能力，实现在线监测、分析预警、智能决策、联动管控，达到“全面了解过去，实时监控当前，精准预测未来”的目标。
“就拿智能通风系统来说，整套系统以‘中枢神经’软件系统为核心，具有矿井通风安全监测、风网异常智能辨识、风流按需分配与调控、二三维一体化展示等诸多功能。不仅可实现风门自动开启和关闭动作，还可以实现地面对主通风机一键式启动、反风、倒机远程控制等功能。”该矿副总工程师黄兴利说。
如今，有了以数字孪生技术为核心的智能云管控平台，一旦煤炭开采过程中某个系统出现状况，平台大数据系统将立即下达处置指令等信息至相关单位和责任人，第一时间进行处置，比传统人工处置效率提升1倍以上。智能调度指挥中心的值班人员就像在“云端”工作，整个矿井生产情况尽收眼底，随时可管理调度，提高了矿井治理效能。
加强应用 深入探索
目前，顺应数字智能技术发展浪潮，二号煤矿在大数据、物联网、人工智能、数字孪生技术方面开展了诸多探索和实践。
在智慧园区系统建设中，该矿构建了智慧园区总览、车辆管理、人员访客、综合安消、环境保护、设备智能终端六大版块，并结合数字孪生技术对智能安防、车辆管理、智能门禁闸机、智能设备及个人移动终端，进行精准点位映射，实现园区运行状态的全面感知、统一管控，形成了具备综合感知、安全管理、便捷高效、丰富应用、高效协同的智慧矿区新形态。
“我们还利用数字孪生技术搭建了一个和现实完全一致的虚拟选煤厂，全域感知、全局协同、智能决策。”在选煤厂调度指挥中心，该厂厂长张锋青介绍，基于倾斜摄影、激光点云、BIM（建筑信息模型）等尖端技术搭建的选煤厂智能管控平台，可以实现对作业人员、原煤质量、设备运行状态等进行监测，并实现智能预测、预警、联动，从而真正实现煤炭从井下开采到地面洗选运销的生产全流程的智能管控。
另外，该矿利用人工智能技术，搭建了主要解决生产现场各个区域内安全问题的AI智能安全风险管控系统和重点解决单岗作业过程中安全问题的AR智能安全风险管控系统。
“职工佩戴上AR智能眼镜，不但可以按照标准操作流程进行安全作业，还可以全方位、全流程保存操作记录。在遇到特殊情况时，能够实现地面对井下操作的全场景指导，达到远程操作、远程设备故障诊断等功能。”该矿副总工程师姚一龙介绍，AR智能眼镜结合人体指令操控、AI图像识别、远程协助、数据可视化等多项感知成像技术，可实现虚拟与现实安全生产场景的沉浸式融合。
创新引领，数智赋能。当前，数字化、智能化建设已经成为了煤矿企业转型发展的重要引擎和有力支撑。下一步，二号煤矿将全面提升数字化、智能化煤矿建设的整体性、系统性、协同性，夯实数字孪生技术基础设施，推动矿井高质量发展取得突破。
来源：黄陵矿业