智慧礦山理論與關(guān)鍵技術(shù)探析

康勇

摘 要：智慧礦山是在智能化礦山開采和感知礦山開采的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步運用云計算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)等優(yōu)秀科研開發(fā)出來的，以深入感知、深層互連、智能化運用為主要特點的礦山開采信息化規(guī)劃新階段。依據(jù)煤炭工程自身特性和信息化建設(shè)規(guī)定，從宏觀經(jīng)濟設(shè)計視角考慮，從整體上明確提出了建設(shè)智慧礦山各階段的指導(dǎo)方針和現(xiàn)階段要提升的核心技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智慧礦山;規(guī)范性理論;核心技術(shù);信息化規(guī)劃

為融入煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢、新規(guī)定，大力推動智能化系統(tǒng)煤礦建設(shè)。智慧礦山建設(shè)必須在具體指導(dǎo)理論和核心技術(shù)上取得進(jìn)步。系統(tǒng)健全的思想體系可以為智慧礦山整體規(guī)劃、設(shè)計方案給予理論創(chuàng)新，核心技術(shù)的提升是智慧礦山落地式的基礎(chǔ)。

1智慧礦山研究

煤炭是我國最大的電力能源支撐點，對全部產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著關(guān)鍵功效。作為國家能源部基礎(chǔ)行業(yè)，煤炭工程在全球經(jīng)濟新趨勢和我國戰(zhàn)略布局的需求下，大力推動“兩化”結(jié)合?，F(xiàn)階段，因為地質(zhì)構(gòu)造繁雜，煤巷成藏標(biāo)準(zhǔn)多變，巖石結(jié)構(gòu)力學(xué)特性難解及瓦斯涌出等問題，現(xiàn)階段煤礦采掘仍無法很好地解決生產(chǎn)安全問題、職工職業(yè)壓力問題、工作面環(huán)境防護(hù)問題與成本管理問題，這些問題是全領(lǐng)域普遍遭遇的。為高效安全的完成采掘，煤炭工程通過長期性努力，已由純?nèi)斯どa(chǎn)制造逐漸向機械自動化發(fā)展。自動化技術(shù)和初步智能化采掘轉(zhuǎn)變，同時也完成了以數(shù)字礦山為基礎(chǔ)的感知礦山開采地提升。伴隨著新的需求和云計算技術(shù).互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).現(xiàn)代通信技術(shù)日趨完善和應(yīng)用，煤礦智能化將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行。

2智能化礦區(qū)的組成及特性

對智慧礦山的正確對待是科學(xué)研究與實踐活動的前提條件。以機械自動化替代人力工作的目標(biāo)是拓展人身體不同的作用，而“智慧煤礦”則拓寬了人的大腦作用。雖然迄今我們都還沒徹底揭露人類大腦智能化的產(chǎn)生體制，可是早已就記憶力、表述、邏輯推理、想到和學(xué)習(xí)培訓(xùn)等人腦智能化的基本要素達(dá)成了的共識。因此，建設(shè)智慧礦山的總體目標(biāo)便是嘗試根據(jù)機械設(shè)備以及技術(shù)性工程項目，使礦山開采系統(tǒng)可以得到對開采及使用相關(guān)專業(yè)知識的記憶力、表述、聯(lián)想、邏輯推理和學(xué)習(xí)培訓(xùn)作用。如果這一能力徹底由非人載重，那么稱作智慧礦山的完美智慧礦山，完美的智慧礦山可以當(dāng)作總體目標(biāo)來追求完美，可是實際難以做到。

3智能化礦山開采核心技術(shù)研究

3.1智能化礦山開采管理機制

智慧礦山實體模型從以上的參考模型中可以看得出，煤炭行業(yè)的組織、運營和活動應(yīng)當(dāng)依照三個層級鏈開展生產(chǎn)制造操作。在運行過程中，針對與不同組織等級有關(guān)的各項業(yè)務(wù)流程機構(gòu)，流程與系統(tǒng)均應(yīng)開展合理地控制。所以，要依據(jù)公司的實際要求，對管控過程中的每一個階段，如投資管理、人力資源、安全生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)這些，都需要創(chuàng)建相應(yīng)的管理機制。它根據(jù)具體地完成業(yè)務(wù)流程和過程的技術(shù)性方式和具體指導(dǎo)理論，創(chuàng)建了不同類別的管理機制，使各單位、管理人員都參加了責(zé)、權(quán)、利的統(tǒng)一，表明了管理方法運作中所涉及到的資源、時間、室內(nèi)空間等特點。智能化煤礦的基本特性是認(rèn)知透徹、深層互聯(lián)、智能化系統(tǒng)運用，旨在獲得更深入的感知、更深層次的互聯(lián)、更廣的智能應(yīng)用。根據(jù)智慧礦山的基本特點，需要建立可視化管理模式，對其進(jìn)行指導(dǎo)。

3.2智能礦山數(shù)據(jù)模型

物質(zhì)世界中包括了大批量的主體、機器設(shè)備、原材料等數(shù)以千計的管控和運作目標(biāo)（例如采煤機、工作臺面、液壓支架等），每一個物件都包括基礎(chǔ)特性，描述其特點（例如型號規(guī)格、輸出功率、長短、預(yù)緊力等）;物件和特性一起構(gòu)成數(shù)千個數(shù)據(jù)單位。針對繁雜、大量、異質(zhì)、異構(gòu)體、時變、隨機性、多態(tài)性數(shù)據(jù)信息，智慧礦山應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同主題歸類創(chuàng)建不同的主題數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)庫管理所應(yīng)給予的數(shù)據(jù)信息采用統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。這兩個數(shù)據(jù)信息模塊分散化地儲存在不同主題的數(shù)據(jù)庫管理中，但是，領(lǐng)域模型和專業(yè)技術(shù)性中不同數(shù)據(jù)庫查詢中的數(shù)據(jù)信息間依然存有關(guān)系。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要被用于清楚地說明對象間和特性間的關(guān)聯(lián)。如地質(zhì)環(huán)境材料、氣體資料、安全資料等，需要對資料建模分類，建立不同的資料庫，以有效地實現(xiàn)管理資料及大數(shù)據(jù)運算。

其目標(biāo)是獲取包括在物理世界中的全部目標(biāo)以及特性，創(chuàng)建特性間的邏輯順序，處理在礦山開采模型中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的問題，為數(shù)據(jù)信息的儲存和組織給予了依據(jù)。在日常生產(chǎn)中主要是根據(jù)統(tǒng)一建模語言UML對業(yè)務(wù)流程過程開展研究，隨后將所包括的全部合理特性獲取出來，依據(jù)三大范式的基本原則對特性開展歸類和系統(tǒng)開發(fā)，創(chuàng)建了數(shù)值數(shù)據(jù)之間的關(guān)系方式，產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各種各樣報表。在數(shù)據(jù)庫表間創(chuàng)建邏輯順序，以完成數(shù)據(jù)庫同步升級。資料模型就是指將各種各樣管理活動中生產(chǎn)制造活動的領(lǐng)域模型關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)信息邏輯性等的邏輯梳理，并轉(zhuǎn)換為信息管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程流和數(shù)據(jù)流分析，產(chǎn)生對應(yīng)的礦山開采管理模型和礦山開采數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以便捷迅速、合理地研究與運用數(shù)據(jù)信息。到現(xiàn)在為止，煤炭行業(yè)并未創(chuàng)建一個完全的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，導(dǎo)致煤炭行業(yè)數(shù)據(jù)信息沒法分享，信息管理系統(tǒng)的功能完成受限制。為達(dá)到智慧礦山涉及到目標(biāo)的紛繁復(fù)雜特點描述及特性關(guān)聯(lián)，對智能化系統(tǒng)處理的規(guī)定，煤礦數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的搭建是智慧礦山建設(shè)中不可或缺的前提和核心技術(shù)。

3.3建設(shè)地面環(huán)網(wǎng)終端

地面環(huán)網(wǎng)終端。對生活區(qū)和辦公區(qū)域附近分別安裝4個E3232型基站和通訊天線，每個基站可覆蓋5公里半徑，發(fā)送端和發(fā)送功率為4×20W，主要功能是對由地面基站發(fā)來的信號進(jìn)行調(diào)制，在此基礎(chǔ)上，完成了信號的駐波監(jiān)控與放大，然后分析處理數(shù)據(jù)，并與萬兆光纖環(huán)網(wǎng)與礦區(qū)地面基站相連。同時，將遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地測GIS系統(tǒng)等系統(tǒng)通過劃分虛擬化分區(qū)集成于數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器內(nèi)，從而對各個系統(tǒng)進(jìn)行集中分類管理和故障查找，每個系統(tǒng)通過劃分的IP連接到不同系統(tǒng)的終端設(shè)備，最后由綜合管控平臺完成所有系統(tǒng)的操作配置、管理、維護(hù)等。

3.4煤炭工業(yè)設(shè)備數(shù)字化、智能化系統(tǒng)更新改造

我們國家是世界最大的煤炭和消費的國家，煤設(shè)備加工制造業(yè)發(fā)展快速，機械設(shè)備的市場需求日趨激烈?？墒?，我國煤設(shè)備中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，高端、可靠性高產(chǎn)品緊缺，核心競爭力和自主創(chuàng)新能力不足，一部分重要零部件還必須依靠進(jìn)口。采煤隊工作面礦井開掘系統(tǒng)相對性繁雜，必須控制的動作許多，因此對部分動作的思維邏輯、精確性、響應(yīng)時間等規(guī)定也非常高。當(dāng)今煤設(shè)備大多數(shù)是單手模式，沒法與工作面其他機器設(shè)備開展協(xié)作操縱，沒法充分運用煤設(shè)備的特性，提升采煤隊工作面開掘效率。因此，必須建立一套集掘、支、運為一體的高效作業(yè)智能控制系統(tǒng)，完成各系統(tǒng)的協(xié)作控制，提升礦井工作面整體生產(chǎn)效率。應(yīng)讓專業(yè)技術(shù)人員、煤礦機械制造企業(yè)與煤礦業(yè)采煤機隊互相融合，實現(xiàn)智能化改造。根據(jù)煤礦企業(yè)提出的要求，提供試驗場地，由行業(yè)科研機構(gòu)有針對性地開展研究，形成包括有煤機制造企業(yè)、煤、礦、研等多方面機構(gòu)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟將促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型。

4結(jié)語

煤礦業(yè)智能化是時代趨勢，但要完成全方位智能化系統(tǒng)還普遍存在著差距，基本建設(shè)智慧礦山是一個由淺入深的過程。在信息化管理技術(shù)促進(jìn)下，以互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)智能化實體模型、管理機制、物聯(lián)網(wǎng)和傳感器設(shè)備為借助的數(shù)字化礦山開采信息化發(fā)展的新環(huán)節(jié)，是礦山開采信息化發(fā)展的新環(huán)節(jié)。建設(shè)智慧礦山是將來礦山開采實踐活動和理論基礎(chǔ)研究的前端方向，針對建設(shè)綠色礦山，完成礦山開采可持續(xù)發(fā)展具備關(guān)鍵意義。

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