關(guān)于井下礦山建設(shè)智慧礦山的思考

牛世剛

（新疆鋼鐵雅滿蘇礦業(yè)有限責(zé)任公司）

1 前言

隨著智慧制造的推進(jìn)，礦山企業(yè)也迎來(lái)了智慧礦山建設(shè)的一次好機(jī)遇。但是由于礦山企業(yè)性質(zhì)、礦山規(guī)模、礦山服務(wù)年限及礦山盈利狀況等差異較大，礦山企業(yè)對(duì)如何建設(shè)智慧礦山各持己見(jiàn)。筆者通過(guò)對(duì)礦山行業(yè)的特點(diǎn)、礦山發(fā)展歷程進(jìn)行分析，對(duì)在當(dāng)前情況下礦山企業(yè)如何基于自身的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行智慧礦山建進(jìn)行了分析思考。

2 對(duì)智慧礦山的理解

近兩年一些礦山企業(yè)為尋求自身的發(fā)展也在積極探索并進(jìn)行智慧礦山建設(shè)，礦山發(fā)展是工業(yè)化、信息化及礦山自身技術(shù)發(fā)展的綜合體現(xiàn)，一般認(rèn)為礦山的發(fā)展要經(jīng)歷幾個(gè)階段：傳統(tǒng)礦山、規(guī)模礦山、數(shù)字礦山、感知礦山和智慧礦山[3]。

在規(guī)模礦山階段礦山主要系統(tǒng)及作業(yè)活動(dòng)全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，隨著機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)小礦山已經(jīng)不適應(yīng)市場(chǎng)，被關(guān)?；虮淮笮偷V山企業(yè)整合；在數(shù)字礦山階段，礦山企業(yè)將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、礦山安全、運(yùn)輸?shù)染C合信息全面數(shù)字化，基本完成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的完善與集成，并利用管理信息化與工程數(shù)字化的建設(shè)成果來(lái)管理礦山；在感知礦山階段[3]，礦山企業(yè)以綜合自動(dòng)化信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步深入建設(shè)與推進(jìn)管理信息化與工程數(shù)字化的構(gòu)建與實(shí)施，擴(kuò)大泛在感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，達(dá)到信息系統(tǒng)與礦井開(kāi)采的各項(xiàng)生產(chǎn)流程、業(yè)務(wù)的充分銜接，并以此對(duì)生產(chǎn)管理、安全管理、經(jīng)營(yíng)管理提供計(jì)算機(jī)輔助決策來(lái)管理礦山。

根據(jù)礦山在各發(fā)展階段工業(yè)化發(fā)展、礦山地測(cè)采技術(shù)發(fā)展及通信發(fā)展情況，將礦山各發(fā)展階段特征列入表1。

表1 礦山各發(fā)展階段特征

2.1 關(guān)于信息共享

在數(shù)字礦山和感知礦山建設(shè)階段[3]，一些礦山為確保各系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院捅Ｗo(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采用的開(kāi)發(fā)技術(shù)、編碼規(guī)則、數(shù)據(jù)命名和數(shù)據(jù)描述各不相同，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)各自為政，這導(dǎo)致建設(shè)的各礦山子系統(tǒng)無(wú)法互聯(lián)互通，更無(wú)法對(duì)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，隨著系統(tǒng)建設(shè)越多信息越難以融合。礦山各系統(tǒng)建設(shè)成的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，還會(huì)出現(xiàn)井下系統(tǒng)之間、井上系統(tǒng)之間及井上和井下系統(tǒng)之間都無(wú)法互聯(lián)互通的現(xiàn)象?！皵?shù)字鴻溝”[3]和“信息孤島”[3]現(xiàn)象的凸顯,使得數(shù)據(jù)無(wú)法共享，信息無(wú)法共享，各系統(tǒng)產(chǎn)生的珍貴數(shù)據(jù)無(wú)法發(fā)揮作用。這不僅難以對(duì)礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者提供生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理方面的決策支持，而且還不利于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理類(lèi)數(shù)據(jù)的管控，嚴(yán)重阻礙了整個(gè)礦山信息化的發(fā)展。因此，這也是礦山企業(yè)急需要智慧礦山建設(shè)解決的一難題。

智慧礦山階段就需要礦山企業(yè)通過(guò)綜合自動(dòng)化、管理信息化和工程數(shù)字化“三化”的融會(huì)貫通，從根本上解決生產(chǎn)過(guò)程中不斷移動(dòng)的人員設(shè)備管控及管理信息無(wú)阻礙傳輸這些問(wèn)題，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、虛擬仿真、可視化等先進(jìn)信息技術(shù)，通過(guò)這些技術(shù)的應(yīng)用在礦山人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷(xiāo)、存、采、掘、機(jī)、運(yùn)、通、安全監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)礦山人員、設(shè)備、環(huán)境、災(zāi)害等的主動(dòng)全面感知，實(shí)現(xiàn)礦山人與人、人與物、物與物的互聯(lián)互通，以及礦山開(kāi)采、礦山生態(tài)、礦山安全預(yù)警、礦山運(yùn)輸與銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)的智能化管理。最后以高效、安全、綠色開(kāi)采為目標(biāo)，建設(shè)高度智能化、自動(dòng)化、人性化的智慧礦山，以創(chuàng)建“無(wú)人開(kāi)采”生產(chǎn)模式為最終目標(biāo)。

2.2 關(guān)于信息溝通

在礦山生產(chǎn)組織過(guò)程中為生產(chǎn)礦石服務(wù)的人員及設(shè)備隨著時(shí)間的推移，作業(yè)空間位置也在不停的變化，這就導(dǎo)致在生產(chǎn)組織時(shí)如何進(jìn)行信息傳遞、任務(wù)跟蹤及數(shù)據(jù)采集反饋成為了一個(gè)難題。

為了減少基建投入，目前一些礦山企業(yè)采用生產(chǎn)外包的經(jīng)營(yíng)方式。例如一些井下礦山在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中將全部施工工作承包給了多個(gè)單位，承包單位性質(zhì)的不同也決定了其組織結(jié)構(gòu)及管理方式各不相同，這種組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，更加導(dǎo)致了信息溝通的不暢，工作協(xié)調(diào)困難，影響到礦山管理人員的管理及決策。因此，通過(guò)智慧礦山建設(shè)可以解決信息溝通不暢的問(wèn)題。

3 實(shí)例分析及建議

礦山企業(yè)相對(duì)于其他制造企業(yè)而言并不屬于高精尖行業(yè)，但為了保證礦石能夠順利的開(kāi)采出來(lái)，不但要求為礦山服務(wù)的礦山傳統(tǒng)八大輔助系統(tǒng)及安全六大系統(tǒng)的配合和協(xié)調(diào)是最佳的，而且還要求礦山各系統(tǒng)相互之間在信息、能量和物質(zhì)的交換中，保持有機(jī)的聯(lián)系，這樣才能安全有效的保證礦石的正常生產(chǎn)。因此，為能合理判斷礦山處于礦山那個(gè)發(fā)展階段以及能在后續(xù)建設(shè)時(shí)確定最終建設(shè)的內(nèi)容，以某金屬礦山井下礦為例，對(duì)該井下礦各系統(tǒng)當(dāng)前建設(shè)情況進(jìn)行對(duì)比分析，如表2所示。

表2 某金屬礦山井下礦各系統(tǒng)機(jī)械化自動(dòng)化信息化程度建設(shè)情況表

通過(guò)表2井下礦中各系統(tǒng)建設(shè)情況的分析可以看出，為保證礦石生產(chǎn)的整體系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中一些子系統(tǒng)按照礦山發(fā)展的階段是處于高層次的，另一些是低層次的；一些系統(tǒng)處于支配地位，另一些處于從屬地位。正因?yàn)楦髯酉到y(tǒng)任務(wù)不同，這就要求礦山在建設(shè)過(guò)程中要基于對(duì)礦石生產(chǎn)過(guò)程的追蹤確定出哪個(gè)系統(tǒng)最為重要。才能確保在礦井總系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，生產(chǎn)管理可劃分為礦、區(qū)、隊(duì)、班、組實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)行。技術(shù)管理劃分為地質(zhì)、回采、掘進(jìn)、設(shè)備、運(yùn)輸、安全、財(cái)務(wù)等有效運(yùn)行。如此，從上到下命令有序傳達(dá)，從下到上生產(chǎn)情況逐級(jí)上報(bào)，礦山生產(chǎn)得以有序協(xié)調(diào)地進(jìn)行。

因此，通過(guò)現(xiàn)狀分析并結(jié)合智慧礦山建設(shè)的最終目標(biāo)，該礦山在確定建設(shè)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)將礦山各系統(tǒng)建設(shè)的最高標(biāo)準(zhǔn)確定為無(wú)人化；如果不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，應(yīng)該盡可能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度并能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)程管控。

基于這一思路對(duì)該礦山智慧礦山建設(shè)提出建議：

（1）為實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)位置不斷變化的人員設(shè)備的管控及生產(chǎn)過(guò)程的管控優(yōu)先建設(shè)高質(zhì)量通信網(wǎng)絡(luò)及高精度定位技術(shù)，并對(duì)工作設(shè)備架設(shè)隨車(chē)無(wú)線視頻監(jiān)控與定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程的管控及信息的網(wǎng)絡(luò)傳遞；

（2）利用高精度定位技術(shù)建設(shè)電機(jī)車(chē)運(yùn)輸無(wú)人駕駛系統(tǒng)；

（3）同時(shí)建設(shè)礦山三維綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)傳遞及工作情況的及時(shí)反饋與動(dòng)態(tài)可視化虛擬顯示；

（4）推行爆破作業(yè)機(jī)械化裝藥；對(duì)處于三維空間中的設(shè)備加快自動(dòng)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，集中控制開(kāi)停機(jī)及運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和異常報(bào)警。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析，筆者認(rèn)為無(wú)論采取何種方式建設(shè)智慧礦山，智慧礦山建設(shè)的最終目標(biāo)是解放人的勞動(dòng)、提高效率減少人員或?qū)崿F(xiàn)無(wú)人化。但智慧礦山建設(shè)需要大的資金投入，同時(shí)要求礦山改變各系統(tǒng)均有維護(hù)隊(duì)伍的運(yùn)營(yíng)模式向綜合性維修隊(duì)伍發(fā)展并加強(qiáng)維護(hù)隊(duì)伍的能力，維修人員也需要向高技能專(zhuān)業(yè)化且一專(zhuān)多能的方向去發(fā)展。因此，智慧礦山建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，應(yīng)采取總體規(guī)劃分步實(shí)施的策略，首先應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，同時(shí)應(yīng)通過(guò)信息化及礦山數(shù)字化建設(shè)解決好生產(chǎn)中人員及設(shè)備的過(guò)程管控、信息傳遞等最基本的問(wèn)題。