在距離地面數(shù)百米深的國家能源集團國神公司三道溝煤礦綜采工作面，采煤機正有條不紊地推進，鋒利的截齒精準切割著煤層，開采出的原煤通過皮帶被源源不斷地輸送至地面。整個流程繁忙而有序。

與此同時，在地面集控大廳內(nèi)，“機電設(shè)備數(shù)字孿生系統(tǒng)”正實時還原著井下場景。大屏上，數(shù)字采煤機高效運轉(zhuǎn)，滾筒旋轉(zhuǎn)、截齒切割、煤塊傾瀉……每一個細節(jié)都栩栩如生。采煤機的切割速度、滾筒傾斜角度等各類參數(shù)信息也一目了然。

這是國家能源集團首個全礦井覆蓋的數(shù)字孿生應(yīng)用系統(tǒng)，由國神公司三道溝煤礦與數(shù)智科技公司共同研發(fā)建設(shè)。截至2025年3月1日，該系統(tǒng)在三道溝煤礦上線并穩(wěn)定運行10個月，為煤礦安全生產(chǎn)和高效運營提供有力的信息化技術(shù)保障。

“這套系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)的煤礦管理模式?！比罍厦旱V機電管理部主任張侯介紹道，“現(xiàn)在利用系統(tǒng)仿真技術(shù)，我們可以提前預(yù)判設(shè)備運行狀態(tài)，科學(xué)制定維修方案，既提升了生產(chǎn)效率，也降低了維護成本。”

有效的管理實踐，離不開其背后運用的數(shù)字孿生技術(shù)。“數(shù)字孿生是通過采集、傳輸、處理和數(shù)據(jù)分析，在虛擬空間構(gòu)建與物理世界高度一致的數(shù)字模型，實現(xiàn)全生命周期過程的動態(tài)實時映射?！睌?shù)智科技公司智能礦山事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理張正清介紹道。在煤礦領(lǐng)域，這項技術(shù)能夠?qū)Φ刭|(zhì)構(gòu)造、巷道布局、設(shè)備運行等要素進行精準建模，在數(shù)字空間打造出與現(xiàn)實煤礦完全對應(yīng)的數(shù)字孿生模型。張正清進一步補充：“數(shù)字孿生模型就像實體礦井的‘?dāng)?shù)字雙胞胎’，能夠?qū)ο锏馈⒃O(shè)備及環(huán)境進行1：1的精確還原。”在電腦屏幕上，一座數(shù)字礦井“映入眼簾”：從主運輸大巷到回風(fēng)巷，從綜采工作面到配電室，每一個角落都清晰可見。隨著鼠標(biāo)的拖拽，畫面開始“漫游”，拉近視角便能查看沿途設(shè)備的實時運行參數(shù)。

那么，這一切又是如何實現(xiàn)的呢？

據(jù)項目經(jīng)理王勝杰介紹，數(shù)字孿生煤礦結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多項前沿技術(shù)，核心在于數(shù)據(jù)管理、信息模型構(gòu)建和仿真分析。其中，數(shù)據(jù)的采集和傳輸是關(guān)鍵，也是難點。

“如果井下設(shè)備的運行數(shù)據(jù)無法實時上傳，或者上傳的數(shù)據(jù)存在誤差，那么孿生模型就無法真實反映實體煤礦的運行狀態(tài)。要實現(xiàn)數(shù)字孿生，數(shù)據(jù)傳輸速率必須達到毫秒級，這對系統(tǒng)的實時性和精準性提出了極高的要求?！?/span>

為此，國神公司三道溝煤礦和數(shù)智科技公司共同組成20余人的項目團隊，歷經(jīng)20個月的研發(fā)，團隊對設(shè)計方案進行多次優(yōu)化，完成了數(shù)十次技術(shù)迭代，最終取得突破性進展。基于以上技術(shù)成果，項目團隊成功研發(fā)出機電設(shè)備數(shù)字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)了對三道溝全煤礦作業(yè)場景及井下設(shè)備的全息映射和全生命周期管理。

談及系統(tǒng)優(yōu)勢，張正清表示，與傳統(tǒng)監(jiān)控方式相比，數(shù)字孿生系統(tǒng)不僅能實時反映采煤機、掘進機等設(shè)備的運行狀態(tài)，還能通過虛擬仿真預(yù)測設(shè)備在不同工況下的表現(xiàn)，為預(yù)防性維護提供精準決策支持。

系統(tǒng)能有效檢測出松動、磨損、轉(zhuǎn)子不平衡等潛在故障。通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的深度分析，可以在故障發(fā)生前提供智能預(yù)警，并結(jié)合實際情況給出對策建議。這種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測性維護模式，不僅大幅降低設(shè)備突發(fā)故障的風(fēng)險，還顯著提升了設(shè)備使用壽命和運行效率，真正實現(xiàn)從“故障后搶修”到“前瞻性維護”的模式變革。

2024年12月，這套系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用成果在中國煤炭工業(yè)協(xié)會舉辦的2024全國煤礦采煤工作面智能創(chuàng)新大賽中，榮獲“中厚煤層智能綜采賽道”特等級認定。

隨著系統(tǒng)的成功應(yīng)用，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成果得到充分體現(xiàn)，讓企業(yè)一線員工深切體會到轉(zhuǎn)型發(fā)展帶來的價值共享。

“過去，設(shè)備巡檢需要我們深入井下，徒步穿越十幾公里的巷道，依靠人工逐一排查故障點，僅故障定位就需要耗費半天時間?！比罍厦旱V綜采二隊副隊長蘇小剛回憶道。如今，借助該系統(tǒng)，十幾分鐘便可精準定位故障點，自動輸出診斷結(jié)論，并模擬出多種維修方案，讓現(xiàn)場人員更加高效地開展工作。

走進三道溝煤礦沉浸式虛擬空間，工作人員手持智能手柄，沉浸式培訓(xùn)在360度全息投影構(gòu)建的虛擬場景中有序展開。這種全新的方式通過動態(tài)環(huán)境建模+行為數(shù)據(jù)分析+認知科學(xué)設(shè)計，打造出高仿真的“數(shù)字孿生訓(xùn)練場”，為學(xué)員們提供從日常操作到復(fù)雜工況的全方位、多場景培訓(xùn)體驗。

未來，國神公司將與數(shù)智科技公司深化合作，進一步拓展數(shù)字孿生等先進技術(shù)的多場景應(yīng)用，努力提高設(shè)備安全運行水平和生產(chǎn)運維效率，逐步實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場少人無人、設(shè)備遠程操作、智慧監(jiān)控，為實現(xiàn)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻國神力量。（張正清 郭 垣 陳馨釅）