智慧矿山特征及其实现途径研究

智慧矿山特征及其实现途径研究

李焕忠

抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿，辽宁省抚顺市 113004

摘要：近年来，随着经济的发展，各行各业发展迅速，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。由山西维度空间信息科技有限公司自主研发的《智慧矿山综合运维管理系统平台》建立以信息平台为核心的信息共享体系，集安全生产、经营于一体的综合管理平台和办公平台，实现矿山全生命周期的智慧化管理、生产、指挥与调度，方便政府部门和企业领导能及时、全面、准确地了解和掌握相关单位的安全生产状况，实时掌握现场的生产数据，实现对生产一线的实时掌控，有效地做出决策，杜绝安全事故的发生。对智慧矿山的概念、建设构架及应用关键技术进行阐述。

关键词：智慧矿山；特征；实现途径

引言

目前在国外，由于智慧矿山的发展起步较早，其已经形成了一整套较为先进的行业标准以及智慧矿山建设体系。国内许多矿山企业在面对国际竞争压力时，致力于从智能和绿色两个方面努力寻求转型，一方面，为提质增效，人工智能等先进技术被积极开发使用；另一方面，为绿色发展，把一些废弃矿山精心改造，使之成为兼具生态效益和经济效益的“金山银山”。综合来讲，通过发展智能化开采，来建设智慧矿山，更加符合国家经济、环保战略，也是煤炭工业发展的必经之路。

1智慧矿山特征

矿山系统是一个动态的、复杂的、开放的综合集成系统，各部门之间数据信息需要互通共享。对于这个系统，只有及时、准确地集成各个系统的生产运行信息数据，并使各子系统相互协同、优化，才能科学地做出决策，发挥智慧矿山运维管理系统的最大能力和最佳效益。智慧矿山研究的首先要掌握矿山实体的基本特征，针对矿山的基本特征来设计智慧矿山总体解决方案。矿山一般具有以下特征：矿产资源的储量、分布和品位与地质环境的复杂性密切关连，在生产过程中有诸多不可控因素，同时随着市场需求和价格的波动，使得矿山的经营管理也相应变化，需要及时变更和修正。矿山生产环境恶劣、作业空间狭小。对露天矿山而言，随着开采深度不断下降，正常通讯难以保证，导致生产过程控制十分困难，时常生产滑坡、垮塌等现象。露天矿山的主要生产为穿、爆、采、运、排等，在矿山系统中，存在各部门、各系统的数据信息交换和流动。与其他企业相比，矿山企业的信息化、可视化、智能化、智慧化工作更难实现。智慧矿山建设涵盖了整个矿山企业的生产经营，全面实现数字化、可视化、信息化、智能化、自动化和决策与管理科学化。

2智慧矿山实现途径研究

2.1建筑信息模型技术

建筑信息模型技术即BIM技术。BIM是BuildingInform-ationModelin的缩写。在2002年，建筑信息模型技术被提出，随着其不断发展和应用，也日趋成熟和完善，具有协调性、可视化、模拟性等众多优势，属于智慧矿山关键技术之一。将BIM技术合理的应用在智慧矿山生产中，能够对相关产生人员产生指导作用，合理安排设备，并有针对性的调整开采方案。同时，还可借助其建模功能，结合矿山的具体情况，建立与之相适应的模型，进行灾害预演，以提前制定相应对策，降低地下灾害发生的事故。例如，在某工程中，其矿井北部与井田相连接，西部以矿区总体规划的井田边界（杜窑沟断层）为界，主要可采煤层18煤、3煤、2煤、4煤。此矿山工程地质环境较为复杂，存在多种危险因素，不仅开采难度比较大，而且对作业人员生命安全造成了威胁。若是运用传统矿山采矿技术很难及时发现开采中的不稳定性因素，尤其是在生产运维管理中，以传统采矿技术为支撑，将会消耗大量的人力，而且难以实现全方位的监管，容易引发安全事故。但是在BIM技术的应用下，可构建相关的安全生产监控场景，及时排除恶劣生产环境中的不良因素，有助于优化生产环境，进而进行动态控制，可将危险事件扼杀在萌芽中，实现智慧矿山建设工作的有序进行。此外，将BIM技术融入到智慧矿山中，还可构建信息网络模型，进一步加强工业设备管网建设，进而有效展示设备维护信息，以科学调整和优化相关方案，推动矿井智能生产工作顺利开展。

2.2远程监管

对综采工作面工况信息上传与设备效率远程监管系统的研究，不仅能全面提升煤矿安全生产要求，还能解决目前综采工作面各系统之间、设备运行参数等数据相互独立、无法实现局矿直观、有效监管的问题。在煤矿生产中，对采煤工作面设备进行工况监测是保障设备安全运行的基本条件，它能对采煤设备的运行状况时时进行监测，将信息及时传送到地面，便于生产管理部门对生产一线的安全生产情况及时掌握和全面管理。利用5G无线通信网络，实现数据的有效集成和分析利用，以图形化生产工艺的形式实现对综采工作面的人、机、环境的监测和皮带运输系统运行工况的监测，形成统一的监控软件平台在矿调度室进行监控，自动统计各主要设备的累计开机时间和开机率，提供各数据的历史数据记录和查询功能，同时以WEB的方式发布到办公网和集团公司，实现集团总调对矿及局矿领导对本矿生产工况的有效监管。

2.3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。

2.4加强顶层设计

一是投入与产出同步，推进质量变革。应该加强规划引领，进一步优化智慧矿山建设投资结构，从建设理念、系统架构、综合管理、智能技术与装备等方面出发，根据煤矿不同地质条件，建成一批具有代表性的示范煤矿，凝练出可复制的智能化开采技术装备、生产模式、管理经验等，向其他煤矿进行推广。二是坚持宏观与微观并重，推进效率变革。煤炭企业要着力补短板，研究制定煤矿智能化发展的行动方向、实施路径和政策措施，科学引导煤矿智能化发展的进度和规模，由重数量、轻效率向重结构和重效率转变。同时，提高全要素生产率，加大科技创新力度，促进成果有效转化，提高煤矿智能化装备稳定性水平。三是供给和需求并举，推进动力变革。按照国家与地方煤炭行业长短期结合、供需双侧发力的思路，加快新旧动能转换，推动物联网、AI技术、5G技术等在煤炭工业领域中的推广应用，发展智能煤矿装备制造业，努力推进动力变革。

2.5异构业务承载技术

异构业务承载技术在智慧矿山数据分析与处理中发挥着至关重要的作用。其实际上属于一个承载容器，如现阶段较为常见的Docker就属于最主要的一种。异构业务承载技术可将各种处理功能打包起来，为避免其之间产生干扰，还可促使其相互隔离，在智慧矿山中获取了良好的应用效果。

3 智慧矿山发展趋势和前景

智慧矿山是一种智能化矿山管理模式，它高度集成了互联网技术、智能信息处理技术以及传感器技术，是进行矿山科技创新的前沿方向，也是对实现矿山可持续发展的重要支撑。采用先进的网络技术、自动控制技术、通信技术，实现矿井各系统之间数据的深度融合，形成完整的生产综合体系。可以预见，未来煤炭生产企业要想实现安全、经济、高效、绿色生产等目标的可持续发展，并且提高企业的竞争力，智慧矿山的探索、发展与建设是必由之路。

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]韩茜.智慧矿山信息化标准化系统关键问题研究[J].中国矿业大学(北京)博士学位论文，2016.

[2]王莉.智慧矿山概念及关键技术探讨[J].工矿自动化，2014，40(6).

[3]吴立新，殷作如，邓智毅，等.论21世纪的矿山——数遥扫遥矿野字矿山[J].煤炭学报，2000，25(4):337-342.

[4]胡建武.智慧矿山重要特征与实现途径探究[J].西部论丛，2018(08).

[5]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).

作者简介：李焕忠  男  1968年12月—， 地质高级工程师，1990年7月毕业于原辽源煤校，现抚顺矿业集团东露天矿从事地质、边坡、防排水工作。