大數(shù)據(jù)下智能礦山的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀探析

摘 要 智能礦山是煤礦生產(chǎn)管理的更高階段，對實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械化、信息化、自動化、智能化建設(shè)與發(fā)展起著重要作用。本文分析了大數(shù)據(jù)下智能礦山的關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了當(dāng)前智能礦山的發(fā)展現(xiàn)狀，期望對助力煤礦工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù);智能礦山;關(guān)鍵技術(shù)

1大數(shù)據(jù)下智能礦山的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 礦井運(yùn)輸系統(tǒng)自動控制技術(shù)

智能礦山可建設(shè)井下運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)，以PLC控制為中心，集成對各個采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)的集中化控制。具體包括：①在礦井設(shè)備上裝置傳感器和變頻調(diào)速器，使帶式輸送機(jī)可根據(jù)輸送量的變化自動控制輸出頻率;②在綜采順槽膠帶輸送機(jī)上安裝煤量監(jiān)測系統(tǒng)，對接現(xiàn)場總線接口，監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至井下環(huán)網(wǎng)，經(jīng)過算法運(yùn)算，向輸送系統(tǒng)發(fā)送調(diào)速控制指令;③采用四象限高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)作為主提升電控系統(tǒng)，由中央集控室遠(yuǎn)程操作主提升系統(tǒng)的啟停動作，實(shí)現(xiàn)24h不間斷監(jiān)視;④安裝智能巡檢機(jī)器人，可視化巡檢運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行情況，采集聲音、圖像、氣體、溫度、煙霧等數(shù)據(jù)信息，自動識別是否存在設(shè)備故障隱患[1];⑤采用防爆蓄電池單軌吊車，實(shí)現(xiàn)對吊車的自動化遠(yuǎn)程控制，可在發(fā)生緊急情況下急停;⑥輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用軌道絞車電控系統(tǒng)和防爆巡檢機(jī)器人，降低人工巡檢的安全風(fēng)險。

1.2 掘進(jìn)工作面智能化控制技術(shù)

掘進(jìn)工作面裝備具有遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控、程序化設(shè)定功能的掘進(jìn)機(jī)，建設(shè)智能化開采系統(tǒng)，以提高掘進(jìn)工作面的智能化水平。具體包括：①位姿檢測技術(shù)，通過在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身安裝傳感器，以自動測定掘進(jìn)機(jī)位置、方向、姿態(tài)，判斷掘進(jìn)機(jī)與掘進(jìn)巷道的位置關(guān)系;②遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，在掘進(jìn)機(jī)上安裝攝像儀、防爆監(jiān)視器和視頻光端機(jī)，向地面監(jiān)控主機(jī)實(shí)時傳輸掘進(jìn)工作面的作業(yè)情況;③無線遙控技術(shù)，根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控信息進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，通過總線向掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出信號指令，驅(qū)動掘進(jìn)機(jī)完成動作。

1.3 采煤工作面智能集控技術(shù)

智能礦山建設(shè)采煤工作面智能集控系統(tǒng)，由巷道監(jiān)控中心遠(yuǎn)程操作綜采設(shè)備，智能監(jiān)控綜采設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人化開采。具體包括：①采煤機(jī)自動化控制技術(shù)，在采煤機(jī)上安裝遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)實(shí)時采集采煤機(jī)工況參數(shù)，為智能化割煤提供數(shù)據(jù)支持;②液壓支架電液控技術(shù)，具備自動補(bǔ)壓、自動升降功能，可接受并執(zhí)行CAN數(shù)據(jù)命令，并向集控主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù);③視頻監(jiān)控技術(shù)，在采煤設(shè)備上安裝攝像儀，實(shí)現(xiàn)對工作面的全視野監(jiān)控，將監(jiān)控信息傳輸?shù)郊锌刂婆_;④遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)，建設(shè)地面集中控制平臺，以大數(shù)據(jù)采集、分析和挖掘技術(shù)為依托，及時處理視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、設(shè)備自控系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，遠(yuǎn)程調(diào)度工作面上的設(shè)備[2]。

1.4 生產(chǎn)保障智能化控制技術(shù)

①通風(fēng)監(jiān)控技術(shù)，在礦井風(fēng)機(jī)安裝智能傳感器、變頻控制器，對風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動檢測，實(shí)時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺，由監(jiān)控平臺生成數(shù)據(jù)曲線圖，智能監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行，無須配置值班人員;②供電自動化技術(shù)，建設(shè)變電站綜合自動化系統(tǒng)，主要由智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)、開關(guān)保護(hù)器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)閉鎖式遠(yuǎn)程遙控操作;③排水遠(yuǎn)程控制技術(shù)，依托礦井工業(yè)以太網(wǎng)傳輸、存儲泵房運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對泵房排水設(shè)備的有效控制，根據(jù)水泵運(yùn)行時長、水倉水位等實(shí)際參數(shù)變化，自動啟停水泵。

1.5 礦井5G無線通信技術(shù)

智能礦山可建設(shè)礦井5G無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)由地面基站、中心控制平臺、井下基站、井下集線器構(gòu)成。井上通過有源天線單元連接室內(nèi)基帶處理單位，井下通過射頻拉遠(yuǎn)單元覆蓋各個作業(yè)控制系統(tǒng)。具體包括：①遠(yuǎn)程透明監(jiān)控系統(tǒng)，基于VR/AR技術(shù)模擬礦山井下作業(yè)環(huán)境，借助大量傳感器獲取環(huán)境參數(shù)，建立起3D模型模仿數(shù)據(jù)動態(tài)變化過程，滿足透明化、可視化監(jiān)控需求;②遠(yuǎn)程故障診斷，以5G無線通信系統(tǒng)為依托，對接專家數(shù)據(jù)庫、云端AI平臺，自動監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，出具診斷方案。同時，可借助AR/VR技術(shù)傳輸井下設(shè)備高清視頻，指導(dǎo)維修人員對故障設(shè)備進(jìn)行維修;③云端控制機(jī)器人，借助5G無線通信系統(tǒng)及時傳輸機(jī)器人獲取的信息，由云端控制中心對信息進(jìn)行計(jì)算，向機(jī)器人反饋計(jì)算結(jié)果，便于機(jī)器人執(zhí)行操作指令。

2大數(shù)據(jù)下智能礦山的發(fā)展現(xiàn)狀

在大數(shù)據(jù)背景下，迎來了智能礦山建設(shè)的高速發(fā)展時期，使煤礦企業(yè)取了顯而易見的發(fā)展成效[3]。具體體現(xiàn)在以下方面：

2.1 提升經(jīng)濟(jì)效益

智能礦山通過對原有的技術(shù)裝備進(jìn)行智能化改造，可大幅度減少井下作業(yè)人員，基本實(shí)現(xiàn)井下無人駕駛、無人巡檢、無人值班，如智能化運(yùn)輸系統(tǒng)可達(dá)到無人作業(yè)要求，智能化采煤作業(yè)面、掘進(jìn)工作面、通風(fēng)監(jiān)控區(qū)域可縮減60%以上的人員配置，有助于降低人工成本，提高礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)

智能礦山能夠?qū)崿F(xiàn)可視化、自動化、遠(yuǎn)程化操控多種類型礦山設(shè)備，智能優(yōu)化截割線路，提高30%以上的掘進(jìn)作業(yè)效率。同時，智能礦山可實(shí)現(xiàn)對井下作業(yè)的智能監(jiān)控，自動檢測瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體，提前發(fā)出預(yù)警信息，引導(dǎo)井下作業(yè)人員快速撤離，能夠有效規(guī)避安全事故的發(fā)生，提高生產(chǎn)安全性。

2.3 提高企業(yè)綜合實(shí)力

智能礦山集礦井采掘系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)于一體，可實(shí)現(xiàn)信息集成化管理和高度共享，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行、診斷預(yù)警、生產(chǎn)調(diào)度自動化控制的要求，形成高效開采、綠色開采的井下作業(yè)模式，提高資源利用效率，從而提高礦山企業(yè)的生產(chǎn)能力和綜合實(shí)力，助力礦山企業(yè)向智能制造領(lǐng)域邁進(jìn)。

3結(jié)束語

綜上所述，智能礦山在大數(shù)據(jù)環(huán)境下綜合采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云平臺、現(xiàn)場控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了礦山井下作業(yè)的全過程智能化管控，可達(dá)到安全生產(chǎn)、全程監(jiān)控、減員提效、綠色開采的管理目標(biāo)，進(jìn)而推進(jìn)礦山生產(chǎn)步入高質(zhì)量、高效率的發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱兢.礦山信息化與智能化的要求與關(guān)鍵技術(shù)分析[J].科學(xué)與信息化，2019（3）：92-94.

[2] 譚章祿，吳琦.智慧礦山理論與關(guān)鍵技術(shù)探析[J].中國煤炭，2019 （10）：104-106.

[3] 馬小平，楊雪苗，胡延軍，等.大數(shù)據(jù)下智能礦山的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 工礦自動化，2020（5）：8-14.

作者簡介

李朝輝（1975-），男，重慶渝北人;學(xué)歷：本科，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，研究方向：礦井瓦斯治理研究及推廣。