白音華三號礦智慧礦山建設(shè)體系

賈宏君

（內(nèi)蒙古白音華蒙東露天煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟 026200）

智慧礦山是以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、無人駕駛和人工智能等技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)礦山的智能管理、智能診斷、智能分析、智能決策，實(shí)現(xiàn)少人化甚至是無人化作業(yè)，達(dá)到礦山的綠色、安全、高效、智能開采的目的[1-2]。

1992 年，芬蘭首次提出了智慧礦山計(jì)劃，計(jì)劃中的智慧礦山開采要以搭建礦山信息管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和匯總以及對開采過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控為基礎(chǔ)[3]。1998 年美國副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽恕爸腔鄣厍颉崩砟睿F(xiàn)階段智慧礦山概念主要從“智慧地球”理念演化而來[4]。我國學(xué)者盧新明和王金華等認(rèn)為智慧礦山的核心是數(shù)字化，要實(shí)現(xiàn)對礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集、匯總和發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的智能服務(wù)和可視化展示[5-6]。在2020年2 月，我國發(fā)改委出臺(tái)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，《指導(dǎo)意見》中要求分3 個(gè)階段實(shí)現(xiàn)我國智慧化礦山建設(shè)。

從20 世紀(jì)開始，美國、加拿大、澳大利亞、德國等發(fā)達(dá)國家不斷加大在露天礦山開采自動(dòng)化、信息化等方面的研究和投入。先后制定了“智能化礦山”和“無人化礦山”的發(fā)展規(guī)劃。21 世紀(jì)以來，國內(nèi)露天礦在設(shè)計(jì)規(guī)劃研究、教育科技、礦山開發(fā)等方面的信息化、自動(dòng)化等也得到了一定的發(fā)展。華能伊敏露天礦、神華準(zhǔn)能集團(tuán)、中煤平朔集團(tuán)、白音華二號礦等大型礦山信息化和智能化建設(shè)提升了數(shù)字化設(shè)計(jì)工具普及率、關(guān)鍵工藝流程數(shù)控化率以及礦山生產(chǎn)運(yùn)營管理的自動(dòng)化程度[7-8]。

1 白音華三號礦生產(chǎn)及信息化現(xiàn)狀

白音華三號礦位于白音華煤田中部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1 400 萬t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為60.4 年，主要的開采工藝包括：露天礦剝離采用單斗-汽車間斷工藝及單斗-自移式破碎機(jī)-轉(zhuǎn)載機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)半連續(xù)工藝，煤炭生產(chǎn)采用單斗-汽車-半移動(dòng)破碎站半連續(xù)工藝。

白音華三號礦信息化現(xiàn)狀如下：

1）煤炭生產(chǎn)管理系統(tǒng)。主要功能是統(tǒng)計(jì)對應(yīng)標(biāo)段的設(shè)備工作量，便于從系統(tǒng)查詢、導(dǎo)出設(shè)備工作報(bào)表，此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錄入設(shè)備工作量。生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，主要功能是實(shí)時(shí)顯示、查詢設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，用4 種顏色表示設(shè)備情況，由進(jìn)度條表示設(shè)備運(yùn)行（停機(jī)）時(shí)間，并且這些都對應(yīng)到每一臺(tái)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2）地面生產(chǎn)系統(tǒng)。主要功能是對帶式輸送機(jī)連續(xù)系統(tǒng)的管理，控制帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的起停，監(jiān)測運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，煤倉儲(chǔ)量等。

3）電話及對講機(jī)系統(tǒng)。主要功能是控制現(xiàn)場設(shè)備的起停，配車，接收現(xiàn)場人員的報(bào)量以及車輛故障、了解現(xiàn)場情況等。

4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要功能是大屏幕顯示辦公區(qū)域、半連續(xù)系統(tǒng)、礦出入等的實(shí)時(shí)狀況。

5）邊坡監(jiān)測系統(tǒng)。主要功能是通過雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測邊坡實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，可以生成邊坡滑移速度影像圖，位移影像圖，據(jù)此可以進(jìn)行邊坡預(yù)警。

總的來看，白音華三號露天礦信息化建設(shè)和應(yīng)用屬于起步階段，生產(chǎn)管理主要沿用傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場指揮的方式；安全環(huán)保管理主要采用人員現(xiàn)場排查、抽查的方式，存在管理手段相對落后、管理效率較低、安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較大等問題。

2 白音華三號礦智慧礦山建設(shè)體系

2.1 白音華三號礦智慧礦山建設(shè)思路

白音華三號礦以自身數(shù)據(jù)數(shù)字化、生產(chǎn)自動(dòng)化和管理信息化建設(shè)為基礎(chǔ)，參考國內(nèi)外先進(jìn)礦山的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合自身實(shí)際發(fā)展需要，提出分3 階段建設(shè)智慧礦山得思路：

1）初級階段。為期2 年，以智慧礦山管控平臺(tái)為中心，對智慧子系統(tǒng)進(jìn)行融合，初步形成生產(chǎn)、生產(chǎn)、機(jī)電等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化傳輸和自動(dòng)化運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)安全重點(diǎn)區(qū)域的少人化和無人化作業(yè)。

2）中級階段。為期2 年，實(shí)現(xiàn)智能化，采、運(yùn)、排和地面系統(tǒng)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行。三號礦基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、安全監(jiān)控的數(shù)字化、信息管理的模型化、生產(chǎn)管理的可視化和過程管控的智慧化。

3）遠(yuǎn)期目標(biāo)。為期4 年，對所建智慧系統(tǒng)進(jìn)行再次改進(jìn)和提升，最終將建成智能感知、決策支持、自動(dòng)執(zhí)行的智慧化礦山。

2.2 白音華智慧礦山建設(shè)構(gòu)架

白音華三號礦智慧礦山建設(shè)構(gòu)架以1 個(gè)智慧管控平臺(tái)和4 個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)為總體建設(shè)構(gòu)架基礎(chǔ)。白音華三號礦智慧礦山建設(shè)構(gòu)架如圖1。

1）露天礦智慧管控平臺(tái)。將GIS 可視化集成展示平臺(tái)、智能搜索查詢統(tǒng)計(jì)平臺(tái)、安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控平臺(tái)、安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)融合平臺(tái)和可擴(kuò)展開放式操作平臺(tái)融為一體，并以專家知識庫和大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，為后期各智慧子系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)行全方位的服務(wù)。智慧管控平臺(tái)對下將各類生產(chǎn)信息進(jìn)行整合和融合，將露天礦已建和擬建的各類智慧子系統(tǒng)融入智慧平臺(tái)內(nèi)，為智慧礦山APP 軟件開發(fā)提供基礎(chǔ)。智慧化平臺(tái)是露天礦智慧礦山建設(shè)的重要基石，為后續(xù)露天礦智慧建設(shè)起到了保駕護(hù)航的關(guān)鍵作用。

2）露天礦智慧生產(chǎn)系統(tǒng)。對爆破、采掘、運(yùn)輸、排土和煤炭加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行智慧化規(guī)劃，廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和作業(yè)環(huán)節(jié)的遠(yuǎn)程控制。與智慧平臺(tái)相結(jié)合，通過對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，向各生產(chǎn)環(huán)節(jié)下達(dá)準(zhǔn)確的作業(yè)任務(wù)，將原本粗獷式的作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)式作業(yè)方式，減少無用功，提升生產(chǎn)作業(yè)的精準(zhǔn)度，同時(shí)可以減少作業(yè)人員單一重復(fù)性工作，提升作業(yè)效率，達(dá)到減少現(xiàn)場作業(yè)人員的目標(biāo)。

3）露天礦智慧機(jī)電系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、RFID 無線射頻識別技術(shù)、大數(shù)據(jù)、信息化等先進(jìn)技術(shù)提升機(jī)電設(shè)備的維護(hù)維修、使用和管理水平。實(shí)時(shí)獲得和監(jiān)控機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，捕捉作業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備從初期管理階段（規(guī)劃、調(diào)研、選型、采購、運(yùn)輸和安裝等）、運(yùn)營管理階段（維護(hù)、維修、點(diǎn)檢和使用等）和報(bào)廢階段的全生命周期管理。使露天礦設(shè)備管理真正做到科學(xué)化、合理化、信息化和扁平化。通過與智慧礦山平臺(tái)相結(jié)合，建立大型機(jī)電設(shè)備健康診斷系統(tǒng)和礦山能耗分析系統(tǒng)。前者可以實(shí)現(xiàn)大型機(jī)電設(shè)備的智能預(yù)警、智能分析和智能診斷，減少設(shè)備故障，提高設(shè)備實(shí)動(dòng)率。后者可以實(shí)現(xiàn)全礦區(qū)用電量、耗能量等數(shù)據(jù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和智能分析，實(shí)現(xiàn)用能調(diào)配、節(jié)能核算和能耗預(yù)測等功能，減少礦山的能源消耗，降低生產(chǎn)成本。

4）露天礦智慧安全系統(tǒng)。運(yùn)用AI 人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，以露天礦智能管控平臺(tái)為基礎(chǔ)，圍繞礦山安全生產(chǎn)管理建立智慧安全系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警、系統(tǒng)報(bào)警、管理預(yù)警、管理報(bào)警、生產(chǎn)過程可視化、生產(chǎn)管理協(xié)同化、安全管理智能化的建設(shè)目標(biāo)，有效支撐所有業(yè)務(wù)中心的高效運(yùn)轉(zhuǎn)與流程無縫銜接。智慧安全系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括違章行為的智能識別、安全風(fēng)險(xiǎn)的智能辨識和分析、安全隱患的智能排除和安全責(zé)任的智能追究等功能。

5）露天礦智慧管理系統(tǒng)?；谥腔酃芸仄脚_(tái)和智慧生產(chǎn)、機(jī)電和安全系統(tǒng)所產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過分析總結(jié)各作業(yè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，采用大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效能智慧化分析，生產(chǎn)成本的實(shí)時(shí)管控。對礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的各項(xiàng)決策提供支撐，提升管理水平，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)少人和無人化作業(yè)，減少甚至杜絕露天礦安全隱患，實(shí)現(xiàn)礦山的本質(zhì)安全。

3 結(jié)語

智慧礦山建設(shè)是煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的最優(yōu)途徑，是提高煤炭企業(yè)發(fā)展質(zhì)量的最有力手段，也是煤炭企業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)。白音華三號礦作為國內(nèi)露天礦智慧化建設(shè)先行者之一，首先提出了1 個(gè)智慧管控平臺(tái)和4 個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的智慧化總體構(gòu)架，其智慧化建設(shè)思想和總體建設(shè)結(jié)構(gòu)，也為推動(dòng)我國露天礦山信息化、智慧化和現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)了一份力量。