智慧礦山特征及其實現(xiàn)途徑研究

黃海余

（鑲黃旗應急管理局，內蒙古 錫林郭勒盟鑲黃旗 013250）

引言

我國許多礦山企業(yè)為了更好地應對國際競爭發(fā)展壓力，從智能化的角度入手，創(chuàng)新發(fā)展企業(yè)轉型，不僅從某種程度上提升了采礦生產的有效性和高質性，為人工智能技術的發(fā)展奠定了基礎；還從某種程度上，節(jié)省了礦山資源，使其更具備生態(tài)和經濟發(fā)展效益。綜合來看，通過智能化的手段開采礦山，不僅能夠建設出智慧礦山，更能符合國家經濟、環(huán)保策略的發(fā)展，也是煤炭工業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢[1-2]。

1 智慧礦山的特征

1）智慧化礦山技術水平先進，已經達到了國內的先進水平。不僅在智能化礦井建設方面廣泛使用，在數(shù)據(jù)集成平臺上也得到了推廣，能夠有效保證多個系統(tǒng)的可視化、智能化的綜合信息處理。通過大數(shù)據(jù)、云平臺等技術對整個煤礦的生產的安全穩(wěn)定提供保證，是新時代實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動的煤礦安全生產管控與監(jiān)測新形式。

2）融合了信息物理系統(tǒng)（CPS）理念、物聯(lián)網(wǎng)技術等手段，通過計算能力、通訊手段、自動化控制等信息技術手段，構建了一個通過人控制機器將現(xiàn)實中的自然環(huán)境等信息完全結合交融的信息互通平臺，讓計算機通過虛擬信息計算實現(xiàn)現(xiàn)有資源有效配比的情況，讓資源能夠實現(xiàn)最大化利用[3]。

3）通過使用計算機技術技術將信息物理融入到計算機平臺中，通過實時監(jiān)控等手段達成技術與礦山開采建設流程相結合的工作體系，實現(xiàn)形成一種現(xiàn)實與信息結合反饋的有效交互平臺，通過數(shù)據(jù)表現(xiàn)現(xiàn)實世界，使得驅動數(shù)據(jù)能夠自由流動，進而實現(xiàn)資源合理化配置智能系統(tǒng)。與此同時，在此項系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分析監(jiān)測問題所在，及時反饋給施工和工作人員，確保能夠將問題在蘊養(yǎng)階段或初步發(fā)生階段就采取有效措施，避免進一步形成較為嚴重的礦山事故，這種數(shù)據(jù)流動在實際物理空間的現(xiàn)象就讓實體內容能夠被很好地“賦能”，確保礦山發(fā)展和資源配比能夠得到最優(yōu)配置發(fā)展。

4）智慧礦山是一種新型的發(fā)展理念，它符合我國現(xiàn)階段制定的發(fā)展戰(zhàn)略，并且智慧礦上是一種結合綠色發(fā)展觀和科學強國戰(zhàn)略等多種深度思想后發(fā)展出來的產物，可以讓我國在礦業(yè)上面更進一步，讓我國的第二產業(yè)得到重新復蘇和進一步發(fā)展[4-5]。

5）由于我國是礦山資源十分豐富，種類十分多樣性的國家，礦產行業(yè)十分發(fā)達，在疆域遼闊的國家上十分有利于煤礦事業(yè)的發(fā)展，礦物地質優(yōu)越，作為我國一大經濟命脈，它不僅為我國提供主要能源，而且能夠為人民帶來發(fā)展。作為一項十分繁榮的產業(yè)，智慧礦山發(fā)展也由此可見十分重要，它是人民賴以生存的保障，其工程工作崗位也養(yǎng)活不少家庭?；诖?，為了迎接新時代的良好機遇，礦山安全技術生產及其測量精度的提高勢在必行，并且由于開采面積過大，地勢復雜等原因，需要提前消除井下危險因素，降低生產風險，通過合理開采方案才能減少實踐操作中的風險。只有不斷提升測量精度和導線優(yōu)化，才能夠促使我國礦山開采任務安全完成[6-7]。

2 智慧礦山實現(xiàn)途徑之智能化管理平臺的建設

2.1 構建安全生產管控一體化平臺

利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術，建設全礦井生產管控一體化平臺，深入挖掘煤礦安全、生產、調度數(shù)據(jù)之間的關系，進一步實現(xiàn)礦井充分整合、捕獲各種生產、安全、調度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，促進數(shù)據(jù)之間驅動的煤礦安全生產調度指揮從而創(chuàng)建出一種新模式。

重新設計展示界面、統(tǒng)一展示風格，采用統(tǒng)一的展示軟件，并將統(tǒng)一的平臺展示、管理界面設計展現(xiàn)在生產管控一體化操作平臺上，一個軟件包含傳統(tǒng)上多套管理軟件功能，能夠為煤礦節(jié)省大量不同軟件的購置費用、預留功能開發(fā)接口，有效形成全礦子系統(tǒng)及管理系統(tǒng)的風格統(tǒng)一及業(yè)務集成，并根據(jù)礦方需求定制擴展后續(xù)平臺功能。

2.2 人工智能音視頻分析平臺

視頻AI可以針對視頻圖像中的設備、人員、環(huán)境的各種變化，進而識別出相關人員的不規(guī)范、不安全行為以及設備的不安全狀態(tài)。把環(huán)境的變化情況、煤礦的各種安全隱患等情況進行監(jiān)測，對對比分析出現(xiàn)的事件進行預警，對煤礦安全考核提供依據(jù)，提高員工的安全意識，減少三違事件，保障員工的安全生產流程規(guī)范、合理。

2.3 建立完善工作制度保障效率

大數(shù)據(jù)平臺的建立和使用讓礦山中的資源都能夠被以數(shù)據(jù)的方式記錄，這樣在出現(xiàn)資源配置不均的情況時就能夠及時調整，也能夠進一步評估設備狀況、人員狀況、安全狀況，并迅速由后臺分析處理所得的數(shù)據(jù)，做到保障生產的同時還能不浪費生產資源，最大化節(jié)省生產材料。

2.4 提高企業(yè)的管理水平

通過管控一體化平臺的數(shù)據(jù)積累、共享、大數(shù)據(jù)分析，使員工接觸到新知識和新領域，使管理層可以快速、準確地獲得各專業(yè)的基本數(shù)據(jù)。不僅能夠使員工強化自身的專業(yè)能力，促進學習專業(yè)技能和基本素質的提升，還能夠加快經營管理者的決算速度，進一步提高企業(yè)的整體運行效率。

2.5 加強礦山井下導線測量功能

由于地下測量環(huán)境較差，并且受坑道的限制，常常會出現(xiàn)地下導線布置無法及時跟進。那么應當在地下導線測量過程中，隨時注意施工導線的掘進，并在后期完成后需要及時校正，通過全站儀按兩側回測角，依據(jù)智慧礦山的數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)來控制系統(tǒng)來進行隧道位置確認，方能減少工作進程中的干擾，在后期進行礦山井下開采作業(yè)。

2.6 通過數(shù)據(jù)信息應用分析以及增加設備設施優(yōu)化

由于礦山作業(yè)所需要的技術難度是系數(shù)較大，不斷需要通過多角度分析促進生產效率，首先在導線測量過程中，可以發(fā)現(xiàn)它有幾個導線點，根據(jù)導線點的位置要調整其中的后視、前視、側站點的位置情況并對準，盡管此種測量方法能夠有效提高其準確度，但是可以借此設備的改革進行測量?；诳梢圆捎脭?shù)據(jù)結合現(xiàn)實的方式進行，能夠極大提升作業(yè)精度。通過此種改進方法不僅優(yōu)化了礦井下導線測量的精準度，也相對減少礦山運輸路線所占用時間。如此創(chuàng)新方法能夠有效減少測量失誤并提高效率，減少人工成本。

3 智慧礦山實現(xiàn)途徑之智能化預警及應急技術的建設

3.1 事故預警

礦井事故的發(fā)生都是一個聯(lián)合事件，每個事故都不是獨立存在的，當系統(tǒng)中出現(xiàn)多種數(shù)據(jù)預警時，設置一定的預警模型，將事故最大可能的消滅在觸發(fā)條件前，為煤礦安全生產提供預警分析。除此之外，還能夠通過分析事故的前提條件，對各種地質災害特殊情況進行事故預警。

3.2 應急指揮管理煤礦

應急救援指揮管理系統(tǒng)應該具備礦山應急救援的應急資源保障管理、應急救援預案管理、監(jiān)測監(jiān)控預警和災害報警聯(lián)動、應急救援值守和指揮、培訓與演練、專家和事故案例庫等功能。不僅能夠有效整合各種救援人力、物資、設施、裝備，還需要促進技術和管理形式的高效化、科學化和智能化，從而能夠完善礦山救援的指揮管理體系，保障整個體系的統(tǒng)籌管理、職責明確、功能齊全、關鍵技術完整、協(xié)調靈活。在這其中，系統(tǒng)的關鍵技術應該是能夠實現(xiàn)救援程序的自動化、救援過程的可視化，以及救災、避災路線的可變化。

3.3 系統(tǒng)運維報表

對礦企工作區(qū)域各個工藝環(huán)節(jié)的能耗情況進行分析，自動統(tǒng)計能源消耗成本，給能源的優(yōu)化控制提供依據(jù)。結合產量、規(guī)模、能源消耗量，對能源使用情況進行綜合分析，進一步實現(xiàn)報警、產能、故障和效率等相關參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的分析和關聯(lián)性分析；針對電、水、汽自動計算能源實時消耗量、針對單工序進行能耗核算，自動生成臺賬?；诖?，可實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)與往年全年數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律和連帶影響參數(shù)，進一步為生產工藝、設備、能源的優(yōu)化尋求改進的策略和方法。

4 智慧礦山實現(xiàn)途徑之智能化工作系統(tǒng)的建設

4.1 智能綜采工作面系統(tǒng)建設

1）在礦山上建設智能綜采工作面，不僅能夠對整個工作面的煤礦建模、直線度、預煤開采和高開采等環(huán)節(jié)進行管控，還能夠為煤電在綜采工作面的智能化發(fā)展奠定一條切實有效的途徑。

2）結合我國的煤礦層賦存特征，再結合一流的煤礦設備生產廠家，針對在工作面上的煤體建模、地理信息系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、液壓架控制和人員安全識別等全方位技術和工藝進行綜合研究。

3）采用重點關鍵技術創(chuàng)新、靈活發(fā)展，進而完善綜采工作面的智能化設計方案，對相關的成熟技術進行集合和研究，能夠有效解決特殊礦質下的地質條件復雜、大采高工作面等技術難題。

4.2 智能排水系統(tǒng)

1）智能排水系統(tǒng)就是在建立礦井排水網(wǎng)絡的基礎上，建設三維的智能管控平臺，進而能夠對各個排水點進行三維坐標圖的標繪。

2）可以在各個排水點安裝攝像頭以及水位、水量的監(jiān)測控制器，進而能夠對各排水點進行實時監(jiān)測。

3）在整個建設系統(tǒng)過程中，值得注意的是，假如水位、水量已經達到了預設值，就應該自動開啟一個新的水泵或者多臺水泵參與工作；假如水位、水量超出了警戒值，需要及時自動預警并啟動應急處理設備；假如水泵的工作參數(shù)出現(xiàn)誤差或異常，也要及時進行報警；當水災、水害發(fā)生時，需要啟動報警及應急設備，并針對排水量、水倉剩余容量等問題進行智能化的分析與處理，最終提出保障生產過程的應急救災方案。

4.3 智能供電系統(tǒng)

1）智能供電系統(tǒng)就是將智能配電網(wǎng)、變電站的電力系統(tǒng)等可能涉及到智能化經驗的產品和技術引進到實際的煤礦生產過程中，進而提升煤礦供電的可能性。

2）對整體礦區(qū)的供電網(wǎng)絡一體化進行實時監(jiān)測與管控，并不斷完善技術任務，促進事故判斷和應急處理方案的及時有效，進而提升整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能性。

5 智慧礦山實現(xiàn)途徑之智能化的發(fā)展趨勢

5.1 極致高速的網(wǎng)絡體驗全網(wǎng)設計

未來可能會采用10 GB以上的核心數(shù)據(jù)進行工作傳輸，桌面的速度也可能會達到1 GB，在整個網(wǎng)絡得結構設計上，不僅會采取無阻塞的節(jié)點接入設計，還會不受任何的訪問速度限制，不論從什么角度進入網(wǎng)絡，都能夠快速敏捷，并且對信息的處理和收獲都能夠達到理想的訪問效果。

5.2 建設節(jié)能綠色開采系統(tǒng)

優(yōu)化制度，加強管理人員培訓，提高節(jié)能能力和專業(yè)能力，建立節(jié)能激勵機制，提高職工積極性，建立維護保養(yǎng)機制，定時清灰，對工業(yè)鍋爐從業(yè)人員不負責任的管理和操作行為進行處罰，對違法操作的從業(yè)人員予以開除；在使用方面，需要制定規(guī)范化的管理措施，對于礦山大型開采設備需要保證燃燒裝置完全燃燒，燃煤鍋爐的廢氣溫度可以進一步減產，最終實現(xiàn)能源的充分利用，減少污染物排放；燃煤鍋爐使采煤機前后適應，提高自動化程度，提高鍋爐效率，引進工業(yè)鍋爐新技術，對舊工業(yè)鍋爐進拆除改造，并不斷研究最高效環(huán)保的鍋爐燃燒技術。

6 結語

智慧礦山是新時代科學系統(tǒng)發(fā)展的背景下，基于數(shù)字化礦山的基礎上，將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算儲備和大數(shù)據(jù)等科技化工具與礦山的開發(fā)、挖掘、利用再次進行某種程度上的融合。對礦山的實時監(jiān)測、分析故障、全面感知和協(xié)調發(fā)展等全方面、多維度進行的智能化管理，也為無人礦山的實現(xiàn)奠定了基礎，可以進一步保障了礦山資源、采礦的全階段的計劃、生產、管理和決策等過程的數(shù)字化、智能化。