智能矿山大数据关键技术与发展研究

智能矿山大数据关键技术与发展研究

1曲伟霞 2崔恒嘉

1山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 , 山东省莱州市 261400

2江苏宿迁传智专修学院，江苏省宿迁市 223800

摘要：党的十九大报告提出，中国特色社会主义新时代，社会主要矛盾变化，经济发展从高增长转向高质量发展阶段。经济发展方式要从要素驱动转向创新驱动，创新是重要的新动能，成为第一动力。智慧矿山高质量发展，能够改变传统资源型企业发展过程中出现的粗放局面，加快企业主动转型，建立以“知识、信息、人才”为驱动的可持续发展模式。因此，对于矿山企业来说，开展智慧矿山建设具有重要的意义。基于此，本文对智能矿山大数据关键技术进行研究，以供参考。

关键词：智能矿山；大数据；关键技术

引言

近年来，智能矿山大数据技术在国外和国内都有较为广泛的研究及试验性应用，但总体而言，研究的广度和深度均处于初级阶段。智能矿山大数据的研究和应用是一项艰巨的工程，需要坚持不懈的工作投入。首先，大数据的理论体系还不够成熟，相关技术不断升级，未达到稳定期;其次，矿山企业现阶段的信息化水平参差不齐，即使是信息化水平较高的矿山企业也仍然存在着各大信息系统数据尚未打通，没有统一的数据标准和数据模型，系统间互操作性的问题仍然没有解决，这将使矿山企业陷入数据获取和应用无法轻易实现的困境; 矿山企业从业人员当前对大数据概念、理论、技术、实践以及潜在的价值等认识不够深入，尚未统一思想，加之，行业内大数据技术人才相对缺乏，这些因素给大数据在智能矿山中的应用造成障碍。部分大型矿山企业由于缺少战略性的顶层设计和研究，在一定程度上对智能矿山大数据研究与大规模应用的发展产生了制约。

1智能矿山研究背景

矿山自动化、信息化的突飞发展，相当多的矿井亟需将以下系统配置在大数据系统中，首先为矿井通风系统、压风系统以及排水系统；其次为皮带系统上述系统通常会作为矿井主要生产、控制系统及其主要设备子系统多源整合接入到工业大数据系统中，以实现实时监测安全、工矿、预警预控等信息，并且将历史数据保存在工业实时数据库中，从而成为安全生产调度的强有力工具。通过对主要生产系统进行研究，自动获取主要生产系统计量、运行状态、用/节电分析以及安全监测等数据，针对工业实时数据库进行处理，建立统一的数据仓库；通过深度学习加工，进而挖掘分析并最终实现大数据可视化呈现；在对生产系统研究时，应与节能型装备融合在一起，深入挖掘生产系统蕴含的节能环保潜力，既要为矿井打造安全节能生产环境，还要为机电设备的使用性能、技术发展等提供参考依据，保证矿井各级管理部门实施有效的节能生产措施，同时建立完善的节能管理制度，力求企业在降低生产成本过程中，促进矿井企业可持续发展。同时，也为矿井领导把握公司发展方向，制定决策，提供必要的技术数据信息。

2智慧矿山相关技术

2.1物联网平台

传统的井下信息传输网络将逐渐转变为更丰富的物联网平台，超宽带（UWB）技术、5G、WiFi6等技术逐渐成为井下信息传输网络的主流。建设物联网标准，建立动态耦合的网络化协同管控机制，将传统各自独立的监测控制系统进行关联和集成，对井下危险区域进行监测和控制，实现矿山危险源和空间对象状态（如水、火、瓦斯、顶板、地表沉降、人员位置等）的更多实时数据的采集和反馈控制数据的无延迟下发。

2.2智能化、无人化装备

传统的矿山自动化装备将逐渐转变为智能化、无人化装备。供电和泵房等场所均已成为无人值守，数据集中存储、综合利用、分析处理、数据融合、数据挖掘、辅助决策支撑等功能。

通过将各个系统的数据融合、集中管理、统一存储，实现集中操作、维护、检修，降低电网运行成本。井下无线智能传感器正在走向微型化、一体化、协同化、自适应等，即传感器具备微型芯片、低功耗设计、网络组织、数据处理与管理以及网络化应用，能够自动收集、数据处理以及自诊断与自适应能力并具备协同观测、服务聚焦等智能化功能。智能工作面开采技术也取得了不少突破进展。工作面设备和人员精确定位系统，实现基于工作面精确三维地质模型的数字化。智能化快速掘进装备能够实现掘支平行快速作业，实现掘、锚、运、探的自动操作，装备的精确定位导航。虚拟现实安全培训平台，采用虚拟现实头显设备、高精度视觉位置追踪系统、3DMax仿真软件建模以及三维集成开发引擎工具，把矿山生产、监测监控、安全、管理等方面的信息进行有机整合，通过对井下无轨运输信号控制、铲装运设备、破碎机等重要设备及固定设施的3D精细化模型与工作场景虚拟重建， 构建面向矿山生产的综合监控与安全培训系统，进行操作、安全、维修与维护培训，从而为矿山安全、高效开采提供有效支撑。

3智慧矿山建设存在问题

3.1对智慧矿山的概念理解不够清晰

智慧矿山并非是一个学术名词，也并非是一个标准规范，不应该是一个大干快上的信息化项目，可以看作一个国家能源战略，或者说一个美好的愿景。和数字地球、智慧城市这些概念类似，智慧矿山建设是国家推进矿山产业升级的一个战略举措，是实现矿山企业高质量发展的必由之路。智慧矿山的建设过程就是通过推广和应用信息技术和智能技术，达到全面提高企业发展与管理水平、经济效率、企业竞争力和人们生活生态环境高质量发展的过程，是工业社会向信息社会转变的过程。

3.2智慧矿山建设技术尚不成熟，建设模式较为单一

与其他行业相比，矿山行业属于传统资源型行业，人才和技术储备相对薄弱，生产环境复杂多变，因此矿山信息技术研发和服务主要受到政策和需求牵引。2019年以来，各级政府和企业对于无人化开采、智能化改造、智能化装备等异常重视，智慧矿山建设得到了迅速而强有力的推进，矿山企业对智慧矿山的需求非常旺盛，这些迫切的现场需求超过了矿山IT企业储备的技术研发服务能力，在智慧矿山项目实施过程中，存在“概念大于应用、需求倒逼技术”的现象。此外，在智慧矿山建设中多方在知识产权划分上还不够清晰。最后由于存在较高的专业壁垒，因此在吸引互联网等新兴IT企业及社会力量参与建设方面还比较缓慢。近年来，针对上述问题，矿山生产企业、科研院所、科技企业纷纷成立了战略联盟和学术团体，也积极邀请了华为、腾讯等互联网企业加入智慧矿山技术研发和应用中，取得了一定的进展。

4智慧矿山建设策略

4.1着力培养矿山高素质人才

中国经济正在从高速发展向高质量发展转变。未来智慧矿山需要一群高素质的管理者和技术开拓者。在产业结构面临转型升级的今天，人才与创新成为经济发展的重要驱动力。智慧矿山建设需要优秀的复合型人才，突破智慧矿山的核心技术，释放出技术创新的大量价值，矿山企业也能成为人人羡慕的高新技术企业。只有这样才能够激发优秀的青年人的潜力，使之成为智慧矿山长久发展的主力军。优秀人才将科学、智慧的能量注入产业发展内核，助力产业高效升级，加速智慧产业生态链的形成，为新型智慧矿山建设提供万亿级大产业支撑。

4.2建立完善的智慧矿山诊断和评估体系

智慧矿山并非是云计算、物联网、虚拟现实、大数据等技术的简单堆积，而是如何采用这些技术手段解决资源型企业、资源型区域的高质量发展问题。政策引导方面要注意不追求和炒作信息化的概念，而应该注重先进性和实用性。建立完善的信息化管理、诊断和评估体系，明确监测与评价指标，对各个企业的信息共享与应用成熟度进行客观公正的评估。

结束语

目前，矿山亟需深入的将工业物联网、大数据和云计算服务技术用于生产、安全、管理、市场等各个领域，矿山信息化正逐步向信息扩展、高度集成、综合应用、自动控制、预测预报、智能决策的方向发展，使生产系统得到优化，实现矿山安全高效、清洁智能化发展。工业物联网大数据云服务平台可以对矿井自动化系统的数据进行统一接入，并结合矿山生产管理需求进行挖掘分析，对数据进行深度加工处理，形成更为完整、全面、专业的生产信息呈现，提高工业自动化的运行效率，实现高效的生产管理、指挥调度，提供精准、及时的决策支持。

参考文献

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作者简介：曲伟霞（1973.06）女，山东莱州人，汉族，本科，电气自动化高级工程师，从事有色金属矿山电气自动化工程技术研究。