智慧矿山建设的一些思考

张睿哲 牟烨

摘要：智慧矿山是建立在矿山数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础之上，结合矿山科学技术、三维可视化技术、信息科学、人工智能、大数据技术、物联网、云计算，完成矿山企业所有信息的精准适时采集、网络化传输、数据规范化集成、可视化展现、自动化操作和智能化服务。

关键词：智慧矿山；建设；策略

引言

随着“智慧矿山”概念的提出，国内众多学者和机构从不同角度对智慧矿山建设的关键技术和建设方案提出了各自的看法及思路，现代科学技术的发展对推动矿山建设向智能化方向发展具有重要的现实意义。

1智慧矿山的现状与发展趋势

由于我国大多数矿山的地质条件恶劣，生产系统复杂，安全生产条件差，所以在生产过程中引起很多问题，如果不及时采取有效措施，则可能导致重大事故。在这样的背景下，大型国有矿山行业将积极引进先进的信息和自动化技术，以信息系统为平台，以自动化管理为手段来实现远程集中自动化管理，从而减少了人员，提高了效率。但是，在现阶段，中国大多数矿山安全管理系统相对于其他系统是独立存在的，导致重复投资，浪费资源，无法实现信息共享、数据畅通。在过去20年中，在国内矿山行业的信息化建设过程中大致分为以下四个阶段：第一阶段是业务信息的电子化阶段：单独的电子设备用于收集数据，并以文本、电子报告等形式记录为电子业务信息。第二阶段是数字矿山：数字矿山信息管理系统用于矿山生产进度管理、设备设施管理、销售信息管理等各种业务，将大量的结构化的业务数据存储在数据库中，让使用人员可以实时掌握和管理矿山的运营。第三阶段是虚拟矿山或全息数字矿山：将整个矿山的真实情况以及各方面的相关数据都继承下来，做到整个矿山包括井下真实场景以虚拟现实的形式再现展示，做到辅助分析决策。第四阶段是智慧矿山：在全息数字矿山的基础上，将物联网技术使用其中，系统集成，数据融通，实现管理、控制和监督的集成，再将人工智能技术使用其中，实现科学和智能的管理决策，再利用自动定位和导航技术实现采矿的自动化和无人化。由于国家对矿山安全、信息化和自动化的要求不断提高，在国家政策、科学部署和各矿业主管人员有效实施的指导下，基于物联网、虚拟现实、AI人工智能等技术的智慧矿山平台建设无疑将带来巨大的飞跃。

2智慧矿山建设思路

2.1智能采矿技术

要实现智慧矿山的目标更重要的是矿山开采装备智能化，发展矿山智能化开采物联网技术、基于透明地质的大数据精准开采技术、采掘装备协同控制技术和基于大数据和云平台的矿山装备智能运维技术非常重要，借助5G无线网传输数据和精准定位技术，实现无人矿卡和远程挖掘的完美配合，通过自主感知技术、信息传输技术、信息处理技术、采矿技术融合，实现对矿山开采可视化、数字化、智能化，最终实现智能采矿。

2.2基于大数据分析的矿山智能预警方法研究

基于企业安全监测系统,全面梳理整合基础信息,实现大数据深度应用。(１)基于云平台的泛在连接,建设边缘云和５G＋边缘计算,采集矿压、地下水位和流量、瓦斯、温度、湿度、一氧化碳等数据,构成矿山监测大数据,针对煤矿隐患、事故、重大危险源、煤矿综合风险指标、煤矿事故风险指标、重大危险源等多维在线分析及关联关系挖掘,为煤矿决策提供支持。(２)研究矿井水害形成机理,以矿井长期水文监测数据为驱动,采用大数据与人工智能探索水害预警新途径;利用粒计算将瓦斯和矿压数据进行信息粒化,然后利用人工智能技术对瓦斯和矿压进行预测,实现精准预测、智能预警和超前预警；研究无网格SPH方法的计算效率、精度和收敛性,以及在水害预警和矿压预警中的适用性。

2.3三维模拟仿真技术

在矿山数字化的基础上，借助虚拟现实、三维模拟和人工智能技术以及各类安全监测数据对矿山生产进行监控与分析，从而为矿山的开采设计、安全管理及应急救援提供技术支撑，实现对矿山生产环境、工艺过程、运输车辆、设备运行状态等环节的实时监测与动态仿真，有效地解决了多源空间数据集成、矿山生产环境可视化与一致性表达、生产作业协同调度与管理等问题。

2.4安全监控系统

在矿山企业的整个经营中，安全生产是一个从未改变的重要课题。在生产过程中，矿山生产人员、生产设备、生产环境存在许多不确定性，经常会发生紧急情况。因此，在矿山生产期间，必须有效地监视和定位生产人员、生产设备和生产材料，并及时收集工作环境的数据。当前，大多数矿山都安装了安全监控和人员定位系统，但是该系统与其他系统不能互联互通，这使得监视系统和定位系统无法发挥重要作用。物联网技术用于矿山安全监控系统中，该系统由身份卡、读卡器、网络通讯系统、安全生产管理系统软件组成，不仅可以对生产人员和生产设备进行定位，还可以收集工作环境的数据并实时进行数据传输，安全生产管理系统软件对数据进行科学的分析和计算，对即将发生的紧急情况进行预判，及时将预警信息发送到井下。与其他行业相比，矿山行业存在许多危害，因此对采矿过程中对主要危害进行监视、预警和紧急处理有更高的要求。因此，需要以地理信息系统为基础平台，与物联网协同处理，通过有效的灾害评估，可以对灾害进行预判，实现矿山危害的动态监控和现场预警。通过基于GIS技术的物联网，将每个独立的监视对象连接起来，创建基本的空间数据库，实现危害监测、预警分析、趋势分析、应急管理等功能。

2.5设备维修管理

维修管理是设备管理的重要组成部分，以建立预防性维修为目标，通过建立维修标准知识库，确定设备的维修时间、维修种类（大、中、小修等）及维修内容，系统自动统计维修所需的人力、资金、备件、维修工具等；另外，某个维修所需的人力、资金、备件、维修工具等要同整个系统人力资源计划、资金使用计划、备件库等关联起来，以便企业从整体考虑，合理安排维修计划。

2.6智能物流系统

矿山生产中需要大量爆炸物，许多矿山事故都涉及滥用和处理爆炸物，因此，爆炸物流量控制是极其重要的控制环节。传统的管理方法难以精确控制，物联网可以通过二维码、RFID识别技术来管控爆炸物的流量。同时，它与人员定位系统和车辆管理系统结合使用，统计爆炸物的数量，识别接收爆炸物的人员和记录爆炸物的使用情况，从而杜绝因爆炸物管理不善引起的安全事故。

2.7智能化煤矿物联网技术与装备

（1）物联网位置服务。物联网位置服务是建立在超宽带定位技术的基础上，并且能够在复杂的工作面上进行操作，可以针对现场的实质情况作出进一步的分析，来精确定位数据的一种算法，并以惯导及激光雷达辅助其进行精准定位，建立一个完善的协同定位平台。该平台能够实现网络自主功能，而且还能够智能化补偿走时与晶振出现的误差现象，实现对设备及操作设备的人员及设备运转速度进行精确的定位计算，以此避免设备在运转中出现碰撞故障，保证设备及人员的安全。（2）物联网云计算服务。互联网云计算是将分布式计算作为基础，并且构建出综合采矿工作面大数据的计算构架，从而得到最标准的算法库，实现综合数据体系的实时分析、聚类，实现主流数据可视化工具的研发并与外部数据实现互交互补。

结语

智慧矿山是一个科学、系统的概念，在矿山数字化的基础上，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代矿山开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智慧化系统，实现矿山资源、采矿设计、计划、生产、调度和决策等过程的数字化、信息化、自动化、智能化，逐步走向无人矿山。

参考文献

[1]陈晓晶，何敏.智慧矿山建设架构及其关键技术[J].煤炭科学技术，2018，46(2).

[2]王向星.智慧矿山建设体系探讨[J].中国科技资讯，2014，12(20).