智能示范礦井

“智能示范礦井”欄目 重點推送《智能礦山》“智能示范礦井”專欄刊載的論文，邀請全國各礦井分享最新智能化建設(shè)成果、亮點與經(jīng)驗，旨在發(fā)揮典型智能示范礦井引領(lǐng)作用，促進我國礦山智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載74家礦井智能化建設(shè)成果論文126篇。 ? 點擊訂閱

針對煤炭礦井高能耗、低效率的管理痛點，設(shè)計了基于云邊協(xié)同架構(gòu)的能源管理平臺。平臺通過多源數(shù)據(jù)采集、分層存儲與智能分析，實現(xiàn)能耗精準(zhǔn)監(jiān)測、能效診斷與優(yōu)化調(diào)度。在梁北二井的工程應(yīng)用中，覆蓋多種能源、計量表具及高壓設(shè)備，實現(xiàn)了井上下生產(chǎn)與生活用能的多口徑在線監(jiān)測。通過實時數(shù)據(jù)可視化、能效對標(biāo)分析及動態(tài)預(yù)警機制，驗證了其在管理節(jié)能、行為節(jié)能和技術(shù)節(jié)能方面的支撐潛力，為礦井能源精細化管理和“雙碳”目標(biāo)落地提供有效路徑。

文章來源：《智能礦山》2026年第1期“智能示范礦井”欄目

第一作者：劉素華，現(xiàn)任河南中平自動化股份有限公司董事長，主要研究方向為智能礦山建設(shè)及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研究與實踐。E-mail：Liu08mba@163.com

作者單位：中國平煤神馬控股集團有限公司；河南中平自動化股份有限公司

引用格式：劉素華，王雨豪，高超. 梁北二井能源管理平臺設(shè)計與工程應(yīng)用[J]. 智能礦山，2026，7（1）：47-53.

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傳統(tǒng)粗放式開采和分散割裂的能源管理，依賴人工抄表、單機監(jiān)測、“煙囪式”系統(tǒng)，導(dǎo)致能效低下、數(shù)據(jù)失真、調(diào)控滯后，難以滿足能耗“雙控”與智能化閉環(huán)管理要求。建設(shè)覆蓋全礦井、貫通全流程的綜合性能源管理平臺勢在必行。

河南平煤神馬梁北二井煤業(yè)有限公司（簡稱梁北二井）能源管理平臺項目通過集成優(yōu)化平臺功能，結(jié)合先進的信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)計算處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，建立具有多源數(shù)據(jù)、實時高效的能源管理平臺，為企業(yè)管理部門提供直觀的能源數(shù)據(jù)分析展示，提升企業(yè)能源利用效率。

平臺前端聚焦用戶交互與可視化呈現(xiàn)，通過圖表、曲線等形式直觀展示實時能耗、設(shè)備狀態(tài)、峰谷趨勢及預(yù)警信息；后端承擔(dān)核心數(shù)據(jù)處理與業(yè)務(wù)邏輯支撐，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)采集、分層存儲及智能分析，運行負荷預(yù)測、能效診斷，同時提供權(quán)限管理、報警推送、系統(tǒng)集成等底層服務(wù)；系統(tǒng)整體功能覆蓋數(shù)據(jù)采集-存儲-分析-展示-決策全流程，實現(xiàn)全礦井能源精準(zhǔn)計量、實時監(jiān)測、智能診斷與優(yōu)化調(diào)度，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動提升能耗管控效率，支撐管理節(jié)能、行為節(jié)能與技術(shù)節(jié)能落地。

能源管理平臺架構(gòu)與設(shè)計

1.1 能源管理系統(tǒng)架構(gòu)

結(jié)合煤炭礦井能源管理平臺的多源數(shù)據(jù)集成需求、實時性要求及復(fù)雜業(yè)務(wù)場景特性，平臺采用分層架構(gòu)與云邊協(xié)同架構(gòu)融合的混合架構(gòu)模式。該架構(gòu)以分層架構(gòu)為邏輯基礎(chǔ)，通過清晰的職責(zé)劃分實現(xiàn)功能解耦；以云邊協(xié)同為物理部署模式，通過邊緣側(cè)與云端的協(xié)同分工，兼顧井下實時響應(yīng)與全局優(yōu)化決策需求，形成邊緣層-云端層-應(yīng)用層的3級架構(gòu)體系。

圖1 能源管理平臺總體架構(gòu)

1.2 能源管理平臺工作原理

（1）能源管理平臺通過邊緣層部署的感知設(shè)備，實時采集礦井多類能源數(shù)據(jù)及設(shè)備運行參數(shù)，經(jīng)本地邊緣網(wǎng)關(guān)完成協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)預(yù)處理后，通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端數(shù)據(jù)中心。

（2）云端層采用混合存儲架構(gòu)分類存儲數(shù)據(jù)，通過分析引擎對數(shù)據(jù)進行深度挖掘，完成能耗統(tǒng)計、能效診斷。

（3）應(yīng)用層則根據(jù)不同需求，將處理結(jié)果以可視化方式呈現(xiàn)，支持用戶進行能耗分析、設(shè)備管理與策略調(diào)整，通過云邊數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)全局決策與本地執(zhí)行的協(xié)同，實現(xiàn)礦井能源的精細化管控與高效利用。

1.3 能源管理平臺層級功能

平臺各層級按邏輯分層+物理部署的雙重維度設(shè)計，核心功能與組件包括以下3個方面。

（1）邊緣層：本地化實時感知與快速響應(yīng)

邊緣層部署于井下監(jiān)控分站等邊緣節(jié)點，按感知層-邊緣傳輸層-邊緣處理層的3級邏輯分層，實現(xiàn)本地化實時感知與快速響應(yīng)：邊緣感知層通過防爆防塵專用傳感器、智能計量儀表及狀態(tài)采集模塊，將多種能源數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；邊緣傳輸層依托工業(yè)總線、環(huán)網(wǎng)交換機及邊緣網(wǎng)關(guān)，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換與冗余鏈路設(shè)計保障底層異構(gòu)設(shè)備數(shù)據(jù)的本地匯聚與安全傳輸；邊緣處理層借助計算網(wǎng)關(guān)、緩存模塊及規(guī)則引擎完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、本地實時決策與斷網(wǎng)自治，降低云端壓力并保障實時響應(yīng)。該層通過20余種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約及多種私有協(xié)議，依托RS-485、以太網(wǎng)、4G/5G等鏈路對接主流PLC及SCADA、DCS系統(tǒng)，實時匯聚水電氣等全部運行參數(shù)，預(yù)留后續(xù)接入通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫、遠程控制與統(tǒng)一管理。

（2）云端層：全局數(shù)據(jù)存儲與深度決策

云端層部署于地面數(shù)據(jù)中心或私有云平臺，承擔(dān)全局數(shù)據(jù)存儲與深度決策功能，實現(xiàn)全礦能源數(shù)據(jù)的集中管理與全局優(yōu)化。平臺集成了數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析等核心功能。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)通過核心交換機、防火墻及加密隧道，支持多節(jié)點高并發(fā)接入，實現(xiàn)邊緣層與云端的雙向數(shù)據(jù)交互，支持協(xié)議轉(zhuǎn)換、斷點續(xù)傳與流量控制，兼容標(biāo)準(zhǔn)化接口保障數(shù)據(jù)互通；數(shù)據(jù)存儲采用時序數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)湖組成的混合存儲集群，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲與年度擴容，關(guān)鍵數(shù)據(jù)異地備份，以MySQL存儲表具臺賬、能耗定額等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并經(jīng)格式校驗與單位標(biāo)準(zhǔn)化處理確保多源數(shù)據(jù)一致性；數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)依托內(nèi)置規(guī)則引擎與分析工具，開展全量能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析，為平臺提供算法支撐，在保障數(shù)據(jù)安全的同時支持高效查詢，為實時監(jiān)測、歷史分析及報表生成奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)用層：多角色協(xié)同與可視化交互

應(yīng)用層面向各角色提供交互入口與功能支撐，實現(xiàn)技術(shù)功能向業(yè)務(wù)價值的轉(zhuǎn)化，涵蓋對外接口、數(shù)據(jù)展示、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析及擴展功能等核心模塊。對外接口支持與其他系統(tǒng)及外部數(shù)據(jù)的對接，保障跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通與集成擴展；數(shù)據(jù)展示通過首頁大屏、能流圖、設(shè)備數(shù)據(jù)頁面及其他圖標(biāo)展示，將存儲層結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀可視化內(nèi)容；實時監(jiān)控模塊聚焦能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)及報警信息的動態(tài)呈現(xiàn)，確保關(guān)鍵信息實時感知；數(shù)據(jù)分析功能涵蓋耗電趨勢、耗水趨勢、環(huán)比分析及能源績效考核等，深度挖掘數(shù)據(jù)價值；擴展功能包含報表生成與深化數(shù)據(jù)分析能力，滿足多樣化管理需求。應(yīng)用層通過身份認證、權(quán)限管理、日志審計及 API 網(wǎng)關(guān)保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行與靈活擴展，為礦領(lǐng)導(dǎo)、機電隊長、調(diào)度員等角色提供Web端、移動端、工業(yè)平板等定制化交互終端，支持界面自定義布局與指標(biāo)配置，助力用戶快速洞察用能特征，為調(diào)度決策和節(jié)能優(yōu)化提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

能源管理平臺工程應(yīng)用

梁北二井作為平臺工程應(yīng)用的目標(biāo)礦井，能源消耗主要包含生產(chǎn)用電、生活用電、生產(chǎn)用水、生活用水等，目前僅靠總表粗算水、電用量，無分項數(shù)據(jù)，也缺少節(jié)能分析與超限考核；30余塊計量表多靠人工抄錄，工作量大、周期長、誤差高，歷史數(shù)據(jù)難查，跑冒滴漏難以及時發(fā)現(xiàn)。

通過建設(shè)梁北二井能源管理平臺，新增20余塊智能表具并接入洗煤廠、充填開采和110 kV高壓開關(guān)，實現(xiàn)井上下生產(chǎn)、生活水、電全覆蓋在線監(jiān)測；能源管理系統(tǒng)把變電所高低壓、生活區(qū)設(shè)備數(shù)據(jù)分合呈現(xiàn)，實時顯示各開關(guān)及末端設(shè)備的運行狀態(tài)與時長，所有能耗以報表、圖表、曲線按日、月及峰谷平時段可視化輸出，為精準(zhǔn)節(jié)能提供數(shù)據(jù)底座。

能源管理系統(tǒng)實施范圍嚴格圍繞平臺建設(shè)目標(biāo)，聚焦能源計量覆蓋與數(shù)據(jù)管理邊界，確保精準(zhǔn)對接礦井用能場景，包含井下與地面生產(chǎn)、生活等方面能源及關(guān)鍵高壓設(shè)備，涉及20余塊用電、用水計量表具，實現(xiàn)高壓設(shè)備與常規(guī)用能設(shè)備的全口徑數(shù)據(jù)接入。

2.1 能源管理系統(tǒng)部署

能源管理系統(tǒng)通過兼容多協(xié)議的監(jiān)測儀表，實現(xiàn)井上井下電、水、壓力等能源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集，支持RS-485/232等工業(yè)接口接入，構(gòu)建多級能源介質(zhì)管理基礎(chǔ)?；诜謱蛹軜?gòu)的設(shè)計，平臺劃分為3個層級，梁北二井能源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 梁北二井能源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集層通過電能表、水表等設(shè)備實時獲取回路能耗，數(shù)據(jù)經(jīng)TCP/IP等相關(guān)協(xié)議傳輸至監(jiān)管中心。

（2）數(shù)據(jù)存儲層通過采集層獲取能耗數(shù)據(jù)，完成整合、分析與持久化存儲。

（3）數(shù)據(jù)展示層提供數(shù)據(jù)可視化發(fā)布與交互功能，覆蓋對外接口、數(shù)據(jù)展示、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、擴展功能等多個方面。

通過整合用電和用水監(jiān)管的數(shù)據(jù)采集與存儲，實現(xiàn)對能源消耗的實時監(jiān)控和深入分析，并通過多樣化的數(shù)據(jù)展示模塊如首頁大屏、能流圖、設(shè)備運行狀態(tài)等，為不同用戶角色提供定制化的信息視圖，同時系統(tǒng)具備對外接口和擴展功能，支持移動端訪問，滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，優(yōu)化能源管理流程，提高能源使用效率。

2.2 能源管理系統(tǒng)功能

圍繞梁北二井能源管理需求設(shè)計多維度頁面體系，覆蓋全局監(jiān)控、明細管理、數(shù)據(jù)分析等全場景，主要包括以下3個方面的功能。

（1）綜合展示大屏

首頁的綜合大屏是全局監(jiān)控核心界面，匯總展示井下生產(chǎn)用電、地面生產(chǎn)與生活用能的關(guān)鍵指標(biāo)，包括能源總耗實時數(shù)據(jù)、高耗能設(shè)備運行狀態(tài)、用電趨勢及異常預(yù)警信息，通過可視化圖表直觀呈現(xiàn)全礦能源宏觀態(tài)勢，首頁大屏展示界面如圖3所示。

圖3 首頁大屏展示界面

（2）設(shè)備統(tǒng)計管理模塊

設(shè)備統(tǒng)計管理模塊是系統(tǒng)設(shè)備管理與狀態(tài)監(jiān)測的核心交互模塊，具備多維度設(shè)備檢索與可視化狀態(tài)呈現(xiàn)功能，支持用戶通過設(shè)備表名稱、在線率閾值執(zhí)行設(shè)備精準(zhǔn)篩選，借助左側(cè)分組目錄實現(xiàn)設(shè)備的分類檢索與管理；以卡片化形式直觀展示礦生活區(qū)電力、地面高壓電力等多類型能源設(shè)備的數(shù)量、在線數(shù)量及100%在線率狀態(tài)，“查看設(shè)備”入口支持設(shè)備詳情的深度訪問，設(shè)備管理展示界面如圖4所示。

圖4 設(shè)備管理展示界面

設(shè)備數(shù)據(jù)展示按模塊區(qū)分，詳細展示設(shè)備能耗各類數(shù)據(jù)，設(shè)備數(shù)據(jù)展示界面如圖5所示。高壓配電室1號帶三風(fēng)機數(shù)據(jù)頁面，聚焦高壓配電室設(shè)備運行數(shù)據(jù)監(jiān)測，實時呈現(xiàn)1號至4號風(fēng)機相關(guān)的電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等多維度電參數(shù)。通過精準(zhǔn)、全面的數(shù)據(jù)采集與可視化展示，為高壓配電室風(fēng)機設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)控、能效分析及故障預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐，助力運維人員實時掌握設(shè)備能耗與運行工況，保障能源系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

圖5 設(shè)備數(shù)據(jù)展示界面

（3）能源分析類模塊

能源分析類模塊是平臺數(shù)據(jù)可視化與決策支持的核心載體，通過多樣化圖表展示與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，為管理人員提供了直觀清晰的能源監(jiān)控與分析工具。能耗統(tǒng)計聚焦設(shè)備級能耗精細化管理，按日自動匯總統(tǒng)計各關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的能源消耗數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)設(shè)備日耗能總量、時段分布特征及能耗波動情況，為設(shè)備能效評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，電能數(shù)據(jù)日報界面如圖6所示。

圖6 電能數(shù)據(jù)日報界面

能流圖采用?；鶊D的可視化形式，直觀反映能源從供應(yīng)端到消耗端的流動路徑和比例，以能源流向為主線，直觀展示礦井能源總消耗量的宏觀數(shù)據(jù)，通過分層展示各生產(chǎn)區(qū)域、各功能單元的能耗占比情況，幫助管理人員快速定位能源消耗重點環(huán)節(jié)與區(qū)域分布特征，能流圖界面如圖7所示。

圖7 能流圖界面

趨勢分析整合折線圖與柱狀圖雙重展示優(yōu)勢，動態(tài)可視化呈現(xiàn)各區(qū)域近期的耗電量數(shù)據(jù)，反映不同時段耗電量的總體變化趨勢，對比分析各區(qū)域能耗差異，為管理者識別能耗變化異常、制定節(jié)能策略提供了科學(xué)的決策依據(jù)，耗電趨勢分析界面如圖8所示。

圖8 耗電趨勢分析界面

2.3 能源管理系統(tǒng)特性

能源管理平臺通過多頁面協(xié)同展示，為用戶提供定制化視圖，快速掌握煤礦井上井下能源使用全貌：管理層借助指揮中心綜合大屏掌握全局能耗態(tài)勢；機電人員通過Web端設(shè)備數(shù)據(jù)概覽，精準(zhǔn)定位回路與開關(guān)能耗細節(jié)；調(diào)度員依據(jù)能源生產(chǎn)調(diào)度圖制定優(yōu)化方案，形成了從數(shù)據(jù)可視化→狀態(tài)感知→決策支撐的閉環(huán)管理。所有管理模塊均支持按時間、能源類型、區(qū)域靈活篩選數(shù)據(jù)，圖表可縮放，報表可一鍵導(dǎo)出多種格式，提升了數(shù)據(jù)獲取與匯報效率。高效的交互能力結(jié)合使用場景的精準(zhǔn)適配，確保了關(guān)鍵信息在生產(chǎn)一線的高效傳遞，最大化發(fā)揮了可視化數(shù)據(jù)的決策支撐價值，有效減少了溝通成本。

總 結(jié)

（1）圍繞煤炭礦井能源管理平臺的架構(gòu)設(shè)計與工程應(yīng)用展開研究，以梁北二井為試點，系統(tǒng)構(gòu)建了覆蓋采集-存儲-分析-展示的全流程能源管理平臺。平臺采用邊緣層-云端層-應(yīng)用層的3級云邊協(xié)同架構(gòu)，融合分層設(shè)計思想，有效解決了傳統(tǒng)礦井能源管理中人工抄表效率低、數(shù)據(jù)分散失真、實時性差、分項計量缺失等痛點。

（2）礦井能源管理在梁北二井投入應(yīng)用，有效改變了人工粗放管理的現(xiàn)狀，成功實現(xiàn)了井上/井下、生產(chǎn)/生活用能的全景計量、實時監(jiān)測與可視化管理，提升了能耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與透明度，為精準(zhǔn)識別能耗異常、優(yōu)化調(diào)度策略奠定了基礎(chǔ)。

（3）未來，平臺將在實際運行中持續(xù)積累數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析與能效診斷模型，推動從數(shù)據(jù)展示向智能決策的演進；拓展新能源接入、碳排放監(jiān)測等功能，推動平臺與礦井安全、生產(chǎn)系統(tǒng)深度融合，構(gòu)建能源-安全-生產(chǎn)的協(xié)同管理新模式，形成可復(fù)制、可推廣的煤炭礦井能源管理標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，助力行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型與智能化升級。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進展發(fā)布會”“煤炭清潔高效利用先進成果發(fā)布會”“《智能礦山》理事、特約編輯年會暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動20余次。組建了理事會、特約編輯團隊、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團隊，打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗。

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