智慧矿山系统工程关键技术分析

智慧矿山系统工程关键技术分析

田永亮

内蒙古北联电能源高头窑煤矿  内蒙古  鄂尔多斯市  达拉特旗  014323

摘要：随着新一代信息技术如物联网、云计算等技术的不断发展和在地球科学中的应用，“智慧地球”的产生是以“深度感知”、“深度互联”和“智能化”为主要特点的。随着工业化、电气化和信息化的发展，智能化已经成为当今世界科学技术的一大进步。煤矿地质开采条件复杂、开采体系庞大、开采环境变化多样，使煤矿企业的生产管理与其他行业有着明显的区别。在实现机械化矿井、数字化矿井的前提下，必须进行管理方式、技术方法的创新，实现绿色、智能、可持续的智能矿井建设。

关键词：智慧矿山；系统工程；关键技术

1智慧矿山的相关概念与发展历程

从2009年起，温家宝总理就提出了“智慧矿山”这个概念，并且有很多相似的例子，比如自动化矿山、数字矿山和感知矿山。实际上，这些表述的含义大致一样，但是其侧重点取决于技术发展和受欢迎程度。从一开始，这个煤矿就开始了自动化的施工。从单一的自动化，到每一个生产过程的自动化，直到把工业以太网和一体化的自动化平台建设成数字化矿井；后来，中国矿业公司发展出了一项物联网技术。煤矿具有感知灾害风险、设备健康和周边环境的能力；2018年，《智能矿山信息系统通用技术规范》将四维地理信息、普适网络与分布式感知技术、大数据、云计算、计算机软件、网络、虚拟化等技术相结合，实现了智能矿山信息系统的感知、自动控制、数据通信、智能决策等方面的应用。另外，煤矿企业也急需一套智能化的决策系统，它具备财务管理等多种经营管理功能。

2智慧矿山系统工程

2.1传输与汇接层

通过系统的辅助，可以得到原始的资料。但是，要实现高效的数据传送，必须依靠矿井智能化系统中的传输和串联层。利用该系统，可以将原始资料经由工业以太网、无线及有线网络传送至有关电脑机房。为此，必须强化网络传输层的设计，始终遵循一体化设计的原则，保证系统的设计水准达到有关的要求，并能覆盖全矿井。在此背景下，当机房或主机收到资料时，必须对各种存取方式及存取方式进行科学的处理。比如，可以利用 Modbus来处理常规的工业自动化装置的数据。为了满足物联网的需求，必须充分利用报文队列遥测和传输处理装置的功能。

2.2系统设备层

感知与采集数据是煤矿智能化工程中最重要的工作。因此，对系统的底层需求较高，其主要内容有：一是声音监测。比如烟雾监测设备，粉尘监测设备，水监测设备，以及监控录像。第三个是不同的感应器。当这些装置正常运转时，就可以为矿井的智能化生产提供相关的资料。另外，在矿井智能化工程中，系统设备也是实现多种作业的地方，所以该系统是由检测设备、采矿设备和其他自动化设备组成的集成自动化系统。从这一点可以看出，在矿井智能化系统工程中，系统设备层占有举足轻重的地位，它关系到矿井员工的人身安全。

2.3数据分析层

数据量大、类型多样是矿井智能化工程的显著特征，给数据分析带来了一定的困难。因此，要对资料进行有效的分析，就必须依赖于不同的资料分析手段。总体上，在此基础上增加了一个基于 Docker技术的容器层，为实现多个不同类型的服务提供了一个很好的基础。

2.4数据可视层

数据可视化技术是矿井智能化系统工程中的关键环节。与传统的挖掘方法相比，它需要更高的数据表达。它必须能把数据以图表和表格的形式呈现出来。同时，在发现异常数据时，要保证报警。所以，不能忽视数据可视化层。同时，为了减少矿井管理工作的困难，还应该尽量减少数据的查询和抽取。在数据可视化层面，要充分利用三维技术和虚拟技术，以提高数据的表现质量。

3探讨智慧矿山的关键技术

3.1三维激光扫描技术

利用遥感技术可以构建矿井的三维建模，是矿井智能化建设的一项关键技术。三维激光扫描能够实现高精度、高分辨率、自动化、无接触、实时、完整的扫描。在黑暗、狭窄的矿井中是很有用的。实现了矿井立体管理、矿井管理，实时掌握矿井施工进度，重现矿井工作人员的真实位置，实现矿井的智能化、无人开采；同时，也能对矿山的变形进行更加精确的监控，对灾害的预报，保证工作人员的人身安全。

3.2异构业务承载技术

在智能化矿山中，由于各种设备的数据格式不尽相同，因此必须在同一时间内进行多个数据分析。因此，就有了诸如 Docker这样的异质服务载体技术。容器层对应于各个应用软件的统一数据界面，并将不同的业务数据和操作封装在一起，并实现了对底层计算资源的统一管理。从逻辑上可以看到，这种技术将不同的运算函数进行了逻辑的封装，它们彼此独立，互不干扰，但是却可以共享计算资源。

4智慧矿山关键技术及实现路径

4.1物联化

基于传感器的物联网把可见度延伸到矿业系统，它可以提供新的实时数据来源，而这些资源之前是没有的。其中，传感器、执行器、可编程逻辑控制器以及分布的智能传感器构成了物联网系统。它是以控制引擎为基础的，有着庞大的实体结构。现代无线通信技术的运用，使传感元件和执行元件可以在不需要实际连接的情况下被安置在同一环境中。为了保证矿井的安全，从感知中获取的信息应该是：一是对矿井的危险进行感知，并对各类灾害、事故进行预警、预报；二是了解矿井周边的安全状况，做到主动的安全保护；三是了解矿山机械作业状态，进行预测维修。其中，对物联网技术的主要技术和作用有以下几点：①信息采集与控制.整合了大量的传感器和装置；具有采集和传输资料的能力；执行本地的指令和行动；运行分散的运作逻辑。②对分布装置的基本结构进行管理。具备对仪器及传感器的管理能力；提供远程配置与管理设备；有能力对这些装置和它们的资料进行监视和提供。

4.2互联化

互连的目的是把不同的输入资料与事件服务进行对应。利用该资料，可以整合煤矿其他已有的有关事故资料，从而形成一种丰富的资料来源，用以改善矿山的决策。互联层包括软件互连工具，各种互连模式，以及软件包，以支持智能应用。目前，全国煤矿已完成了监测、人员定位、紧急避险、风压自救、供水、通讯联络等工作。要对这些地区进行有效的监控，必须对各个单独的系统进行有效的集成，并在互联层次上完成工作。其中，连接技术与功能的主要需求是：①事件处理与服务。数据识别，聚合和关联。②建立和整合资料。域特有资讯模式；资讯架构互动；整合已有资料；联合资料管理。③过程整合。对已有的系统进行扩充，使新的商业过程得以实施；向系统和个人提供资料。 

4.3智能化

智能是对系统综合应用的一种新的数学方法和方法。在智能化的应用软件和工具的基础上，可以对结果进行预测、场景建模和模拟，从而提高决策的科学性。智能化的关键在于理解矿井的商业需要，为煤矿管理者提供各种工具和接口（获取应用软件和数据）。智能主要表现为：①满足用户的需要，为客户提供各种服务；②普遍，也就是在任何时间、任何地点提供服务；③灵活，即提供可视化、方便的服务；④综合是指依据复杂的数学和计算模式，为决策者提供智能化的最优化服务。智能矿井的主要应用领域有：计算机终端，电话，手机，智能终端， IPTV，电视，移动视频，3D图形终端，自然模型终端等。

4结语

综上所述，在新的历史时期，煤矿的发展虽有了新的发展，但因其复杂的地质条件和艰苦的开采环境，使其开采效益不佳。在此背景下，智能地雷引起了人们的注意，他们急需情报。因此，必须大力推进智慧矿山的建设，挖掘其关键技术优势，建立可持续发展的智慧矿井。

参考文献：

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[2]陈晓晶,何敏.智慧矿山建设架构体系及其关键技术[J].煤炭科学技术,2018,46(02):208-212+236.

[3]高文.智慧矿山智能决策支持技术架构设计[J].工矿自动化,2017,43(09):21-25.