“孪生兄弟” 漫游记

在距离地面数百米深的国家能源集团国神公司三道沟煤矿综采工作面，采煤机正有条不紊地推进，锋利的截齿精准切割着煤层，开采出的原煤通过皮带被源源不断地输送至地面。整个流程繁忙而有序。

与此同时，在地面集控大厅内，“机电设备数字孪生系统”正实时还原着井下场景。大屏上，数字采煤机高效运转，滚筒旋转、截齿切割、煤块倾泻……每一个细节都栩栩如生。采煤机的切割速度、滚筒倾斜角度等各类参数信息也一目了然。

这是国家能源集团首个全矿井覆盖的数字孪生应用系统，由国神公司三道沟煤矿与数智科技公司共同研发建设。截至2025年3月1日，该系统在三道沟煤矿上线并稳定运行10个月，为煤矿安全生产和高效运营提供有力的信息化技术保障。

“这套系统彻底改变了传统的煤矿管理模式。”三道沟煤矿机电管理部主任张侯介绍道，“现在利用系统仿真技术，我们可以提前预判设备运行状态，科学制定维修方案，既提升了生产效率，也降低了维护成本。”

有效的管理实践，离不开其背后运用的数字孪生技术。“数字孪生是通过采集、传输、处理和数据分析，在虚拟空间构建与物理世界高度一致的数字模型，实现全生命周期过程的动态实时映射。”数智科技公司智能矿山事业部产品经理张正清介绍道。在煤矿领域，这项技术能够对地质构造、巷道布局、设备运行等要素进行精准建模，在数字空间打造出与现实煤矿完全对应的数字孪生模型。张正清进一步补充：“数字孪生模型就像实体矿井的‘数字双胞胎’，能够对巷道、设备及环境进行1：1的精确还原。”在电脑屏幕上，一座数字矿井“映入眼帘”：从主运输大巷到回风巷，从综采工作面到配电室，每一个角落都清晰可见。随着鼠标的拖拽，画面开始“漫游”，拉近视角便能查看沿途设备的实时运行参数。

那么，这一切又是如何实现的呢？

据项目经理王胜杰介绍，数字孪生煤矿结合物联网、大数据、人工智能等多项前沿技术，核心在于数据管理、信息模型构建和仿真分析。其中，数据的采集和传输是关键，也是难点。

“如果井下设备的运行数据无法实时上传，或者上传的数据存在误差，那么孪生模型就无法真实反映实体煤矿的运行状态。要实现数字孪生，数据传输速率必须达到毫秒级，这对系统的实时性和精准性提出了极高的要求。”

为此，国神公司三道沟煤矿和数智科技公司共同组成20余人的项目团队，历经20个月的研发，团队对设计方案进行多次优化，完成了数十次技术迭代，最终取得突破性进展。基于以上技术成果，项目团队成功研发出机电设备数字孪生系统，实现了对三道沟全煤矿作业场景及井下设备的全息映射和全生命周期管理。

谈及系统优势，张正清表示，与传统监控方式相比，数字孪生系统不仅能实时反映采煤机、掘进机等设备的运行状态，还能通过虚拟仿真预测设备在不同工况下的表现，为预防性维护提供精准决策支持。

系统能有效检测出松动、磨损、转子不平衡等潜在故障。通过对设备运行数据的深度分析，可以在故障发生前提供智能预警，并结合实际情况给出对策建议。这种基于数据驱动的预测性维护模式，不仅大幅降低设备突发故障的风险，还显著提升了设备使用寿命和运行效率，真正实现从“故障后抢修”到“前瞻性维护”的模式变革。

2024年12月，这套系统的创新应用成果在中国煤炭工业协会举办的2024全国煤矿采煤工作面智能创新大赛中，荣获“中厚煤层智能综采赛道”特等级认定。

随着系统的成功应用，企业数字化转型成果得到充分体现，让企业一线员工深切体会到转型发展带来的价值共享。

“过去，设备巡检需要我们深入井下，徒步穿越十几公里的巷道，依靠人工逐一排查故障点，仅故障定位就需要耗费半天时间。”三道沟煤矿综采二队副队长苏小刚回忆道。如今，借助该系统，十几分钟便可精准定位故障点，自动输出诊断结论，并模拟出多种维修方案，让现场人员更加高效地开展工作。

走进三道沟煤矿沉浸式虚拟空间，工作人员手持智能手柄，沉浸式培训在360度全息投影构建的虚拟场景中有序展开。这种全新的方式通过动态环境建模+行为数据分析+认知科学设计，打造出高仿真的“数字孪生训练场”，为学员们提供从日常操作到复杂工况的全方位、多场景培训体验。

未来，国神公司将与数智科技公司深化合作，进一步拓展数字孪生等先进技术的多场景应用，努力提高设备安全运行水平和生产运维效率，逐步实现煤矿生产现场少人无人、设备远程操作、智慧监控，为实现煤炭行业高质量发展贡献国神力量。（张正清 郭 垣 陈馨酽）