智慧矿山物联网技术发展现状及展望

智慧矿山物联网技术发展现状及展望

张于水

内蒙古昊盛煤业有限公司内蒙古自治区鄂尔多斯市017212

摘要：矿山资源在在国民生产生活中占据重要地位，然而由于安全管理技术不完善，安全问题频出。物联网技术为矿山及人员安全管理提供了新的技术手段，“智慧矿山”正是在成熟的物联网技术和大量的信息技术的支持下建立的精准信息采集、网络传输和智能化应用系统，矿山井下定位技术是智慧矿山中重要的一项关键技术。矿山与物联网技术结合使矿山安全管理手段更加制度化、智能化、科学化，可有效降低矿山安全事故的发生率，智慧矿山必将成为煤矿等矿山安全管理新的发展方向。

关键词：智慧矿山；物联网；井下定位

一、矿山发展现状及形势

在我国绝大多数的矿业企业表现为地理条件较差，生产过程复杂，工作场地黑暗艰苦，开采地面随时会发生移动，由于地质条件的不断变化，开采过程中会发生新的情况和问题，若不能及时采取合理的措施，就可能会导致重大事故，为了改善这一问题，许多大型的国有矿业企业不断加大技术改革，利用先进的信息化和自动化代替原有的传统落后的技术，全面改变煤炭生产面貌，塑造现代化、集成化、精细化的煤炭企业新形象。在过去的几十年里，我国矿业企业的信息建设逐渐转变为初步自动化，从过去到未来的发展趋势大致可以分为下面4种阶段：①信息电子化。利用单一的电子部件进行收集数据资料，通常以文本、电子表格等样式记录统计，使生产信息迈向电子化阶段。②矿山数字化。将矿井的日常安排、生产设备的管理、运营等信息通过矿山数字化信息系统进行入库统计，利用数据库储存大批量的业务数据资料，形成生产信息的数据库化，以系统的方式呈现和掌握整个矿山的生产和发展状况。③虚拟矿山。把整个真实矿山和和它有关的东西都联合起来，连接视频监控系统、安全生产监测系统等达到井下真实场景虚拟重现和视频可见，与模拟仿真的矿区场景结合在一起，完成辅助分析功能。④智慧矿山。在虚拟矿山的基础上，通过物联网技术手段系统地融合信息形成管理、监测、监控三者的一体化，使用人工智能实现科学的和智能的决策，并采用跟踪和导航定位技术实现生产的远程操控和无人化。近年来，我国对于矿业企业安全生产和信息自动程度的要求不断提高，矿业企业自身对安全生产、生产效率及管理标准的需求也越来越高，已有的落后的发展模式很难前进，一定会被先进科学的矿山物联网技术所代替，基于物联网的数字化智慧矿山建设会去的巨大的成功，确保安全、可靠、智能、的煤炭生产管理。

二、矿山现有技术和模式难以解决的问题

2.1影响安全生产的主要因素

从技术角度来说，影响矿山安全生产的最主要因素是什么呢？主要是矿山生产过程中存在许多未知因素，即矿山涉及对象的不确定性。比如矿山灾害源的成因及迁徙的随机性，如瓦斯的集聚与迁徙等；设备运行环境及工况的不确定性，如采煤机切割顶底板的情况等；人员行为的不规范性等等。从目前现有的技术来说，对这些随机性强的灾害源的监测手段单一、缺乏泛在感知、可靠性差、数据不够开放、不利于信息的共享等一系列问题。而要解决这些问题，远不是一个专业所能达到的。而目前的技术形成不了一个多专业协同工作的平台，很难解决长期困扰矿山的不确定性因素问题。而矿山物联网的目标是实现矿山物与物相连，各个系统通过网络实现了信息共享，减少甚至消除监测盲区。云计算和大数据的使用有利于从大量低价值信息中提取有用信息，使得矿山物理世界逐步从不透明向透明过渡。

2.2影响矿山安全问题解决的运行模式

从矿山现有运行模式来说，几乎所有矿山综合自动化系统建设都是沿袭传统的理念与思路，即矿山自己建设、自己使用、自己维护这样一种模式。这种自建、自用、自维的“三自模式”一切均是自己来做，基本是一个封闭的系统，不具备将第三方的应用服务纳入到网络里来的能力。也就是说，目前技术构建的系统没有能为专业化的服务提供平台。而矿山物联网顶层设计中明确指出“矿山物联网是一个承载服务的平台。矿山的各种应用，矿山各专业均可在物联网平台上提供应用服务”。

2.3矿山对人才的需求

高技术的应用本应该是将人解放出来，让人更为专注于自己擅长的工作。然而，不管是从技术还是从矿山运行模式，现有的方式都难以形成一个多专业协同工作的平台，不能有效的应用第三方的服务，反而越来越依靠矿山自己的力量来应对难以解决的问题。即使系统建设初期，让其他公司来实现，但最终还是要矿山自己接手，去做自己根本不熟悉、甚至不了解的工作。这又带来了矿山技术人材的严重缺乏，并且形成了恶性循环，建设的系统越多，人反而越不够用，而不是将人解放出来。

三、智慧矿山系统建设展望

智慧矿山在保证人员安全的基础上，另一个重点目标是对矿山生产成本进行有效管理，实现矿山的优化控制、优化运行和优化管理，减少人力成本，提高矿井和支撑部门的运行效率，这是一个系统性的工程，而不仅仅是对矿井人员和设备的简单监控。因此，在构建基于物联网的“智慧矿山”时应做好以下几方面工作。

3.1在规划和设计统一的基础上进行逐步实施

由于不同类型矿山有着自己本身的特点，这就需要基于物联网的矿井生产智能管理技术根据不同矿山特点，如规模、现代化水品、开采方式等进行灵活的调整。同时，在重视程度上，各级领导和技术人员应当要对数据、网络和应用平台的建设在思想上和行动上高度重视。对于系统中各个子系统的接入方式，可以采取承包方式，把协调各子系统厂商的接入方式问题交给承包商来解决。

3.2重视矿山建设的同时也要重视应用

物联网的价值在于应用。这里面的含义就是要避免只重视矿山物联网建设而忽略了应用。因为迫于政策而建设物联网，建设完之后没有发挥其价值，这种情况应该避免。应用基于物联网的矿山智能化管理可以实现高效、安全、绿色开采目标，通过物联网动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程，保证矿山经济可持续增长。

3.3应对标准建设引起重视

统一的标准是规范化实时的首要步骤，作为一个开放性的物联网应用平台，现有的“智慧矿山”系统应构建统一的接入端口，便于第三方和用户增加、删除和接入现有平台。需要针对现有“智慧矿山”的关键技术、协议、接口、应用平台和中间件等方面构建标准，打通产业链上下游。

3.4物联网系统的运行与管理

如果实施基于物联网的生产型智慧矿山管理技术，那么将从组织向具体运作模式发生重大变化，并将打破目前矿山运营管理模式。各个子系统的操作由最初不同地点的各个团队实施，例如，水泵的运行由机电队处理，胶带的操作由胶带队负责，到基于物联网的生产智能化管理后基本集中在监控中心运行。如何管理属于各地区团队的这些职能和工作，是简单的集中各个区队的人员，成立相对独立的综合自动化科室还是将两种方式综合，这些问题都要提前考虑到，并且召开会议对基于物联网系统的管理运行方式进行讨论和论证。物联网的矿井生产智能化管理系统是一个系统工程，其中感知层和控制层所连接的底层子系统是系统的关键，为此需要在技术上提前做好准备。技术准备包括进行各个子系统的自动化集成等工作，如胶带控制系统是否具备联网接口、各种供电系统是否具备微机综合保险装置，以有效避免系统改造的重复投资和设备浪费。

四、结束语

总之，数字矿山建设中必然要应用信息化的监测和测绘技术，对矿山地质结构和井下生产进行实时监测可以提升矿山生产安全管理的效率，同时在数字化技术的帮助下，矿山管理者还可以对矿山相应的信息数据进行分库管理，保证数据信息的采集和分析效率，对矿山发展决策提供数据和信息依据。

参考文献

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[2]僧德文，李仲学，张顺堂，马斌，赵怡晴.数字矿山系统框架与关键技术研究[J].金属矿山，2005（12）：47~50.

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