智慧礦山的特征分析與建設(shè)路徑探索

付合英，江新奇，呂雙，李健，代紅春

（扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 霍林郭勒 029200）

隨著我國社會市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，各個領(lǐng)域已經(jīng)著手智慧化建設(shè)，取得相應(yīng)的效果。礦山的智慧化建設(shè)是在城市智慧發(fā)展的前提下建立的，因此，想在礦山領(lǐng)域中建立智慧系統(tǒng)，需要對城市智慧化建設(shè)中的信息技術(shù)、自動化技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)密的分析[1]。從我國目前階段的礦山信息化發(fā)展的實際情況來看，整體的智慧礦山建設(shè)目前沒有可以作為參考依據(jù)的建設(shè)經(jīng)驗和成熟的技術(shù)[2]。鑒于我國礦山智慧發(fā)展建設(shè)的空白，從綜合的角度對其進(jìn)行探究，以礦山領(lǐng)域中已經(jīng)達(dá)到信息化標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)節(jié)為前提，強化智慧礦山的顯著特征，以此對智慧礦山的整體建設(shè)的路徑進(jìn)行分析，從而推動礦山行業(yè)的持久地、穩(wěn)定地發(fā)展。

1 智慧礦山的特征分析

由于智慧礦山是建立在礦山已有的數(shù)字信息化的基礎(chǔ)上，因此，除了具有數(shù)字信息化的特點和優(yōu)勢外，還有其它的優(yōu)勢特征，主要從以下三個方面進(jìn)行闡述：

1.1 更深切的感知

更深切的感知指的是最大限度地使用可以不受時間、地點限制的傳遞、捕獲、測量、感知信息的流程、系統(tǒng)或者設(shè)備[3]。其首先指的是礦山本身存在的多樣的感知方式，比如GPS實時定位、手持移動終端、無線射頻識別標(biāo)記（RFID）、監(jiān)控視頻以及傳統(tǒng)方式的傳感器等；其次指的是感知的對象更加廣泛、多元，既有技術(shù)設(shè)備、工作人員，又有地壓、水流、風(fēng)流風(fēng)速、采場、巷道的實時信息反饋等。其均屬于感知設(shè)備的范圍，通過其對礦井下的實時信息進(jìn)行最大限度的、全面地收集，并將收集到的信息及時地反饋給礦山的管理里系統(tǒng)或者負(fù)責(zé)管理的工作人員。

1.2 更全方位的相互聯(lián)系

更全方位的相互聯(lián)系是智慧的礦山系統(tǒng)能夠進(jìn)行協(xié)同作業(yè)的主要環(huán)節(jié)。在礦山開采的現(xiàn)場中，地面與礦井下或者與不同節(jié)點之間的溝通聯(lián)系的實際情況直接反映出礦山企業(yè)的整體管理的效能[4]。傳統(tǒng)的礦山連接設(shè)備包括監(jiān)控設(shè)備，其通常布置在礦井下重點關(guān)注的部位；對講機在礦井以下的部位無法應(yīng)用；有線電話只在少數(shù)中斷節(jié)點的馬頭門的部位有布置。由于這些設(shè)備功能的單一性，使其在礦井中無法對各個作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)。而先進(jìn)的智慧礦山則在物聯(lián)網(wǎng)的作用下，構(gòu)建高效的、即時的信息化、智能化的共享信息的網(wǎng)絡(luò)平臺。通過這平臺的運行使礦山管理人員對礦井下的機械設(shè)備的運行的情況以及作業(yè)的具體環(huán)境實施監(jiān)管，并對接收到的反饋信息進(jìn)行高效整合，從而及時地發(fā)現(xiàn)異常、分析異常、排除異常，既有利于礦山開采質(zhì)量和開采效率的提高，又能有效地規(guī)避事故的發(fā)生。

1.3 更深入的智能化

更深入的智能化指的是充分的應(yīng)用現(xiàn)代化的科技、信息自動化技術(shù)對礦井內(nèi)的真實情況進(jìn)行智能化的掌握，既能提高開采的效率和質(zhì)量，同時極大地增強對工作人員的人身安全保障的力度。在人們的印象中，礦井出現(xiàn)的安全事故大都發(fā)生在礦井中，由于礦井環(huán)境具有不穩(wěn)定性，并且存在安全隱患的節(jié)點十分地零散，因此，導(dǎo)致難以明確的對礦井的動態(tài)規(guī)律進(jìn)行有效捕捉[5]。為了提高以工作人生安全得到保障的前提下的礦井的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，既要加強對礦井中隱藏的安全隱患進(jìn)行實時的監(jiān)測，建立完善的智能化和信息化的管理系統(tǒng)，而后通過智能化管理系統(tǒng)當(dāng)中的分析功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險系數(shù)分析，最后將風(fēng)險的分析結(jié)果傳輸至工作人員，對于有問題的環(huán)節(jié)，立即采取解除措施。現(xiàn)階段礦井中使用的監(jiān)控系統(tǒng)缺乏多樣性，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，更沒有完整的、全面的監(jiān)控系統(tǒng)。想建立智能化的礦山質(zhì)量管理控制體系，要將礦井中的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行不斷的整合優(yōu)化和集成，統(tǒng)籌分析、綜合考慮，為礦井采礦作業(yè)的施工和人員安全提供有力的保障。

2 智慧礦山的實現(xiàn)路徑探析

2.1 實現(xiàn)覆蓋式信息數(shù)字化

全面地覆蓋式的信息數(shù)據(jù)是保障礦山智慧化的最基本的保障條件，因此在智慧礦山的建設(shè)中是非常急需解決的問題。智慧礦山從設(shè)計之初到投入使用，需要在全面的、整體的環(huán)境的基礎(chǔ)上，對運輸、機電、生產(chǎn)、測量、以及礦井地質(zhì)的實際情況通過數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的呈現(xiàn)，與此同時實現(xiàn)分析、存儲、傳輸、采集數(shù)據(jù)的目的，從而在智慧礦山的建設(shè)中為其提供準(zhǔn)確的、真實的數(shù)據(jù)參考。

2.2 創(chuàng)新智能化技術(shù)與設(shè)備

智能化機械設(shè)備由于具有較高的信息化技術(shù)，因此，其成為保障智慧礦山正常運行的核心力量[6]。隨著我國安監(jiān)局對能源支柱和經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)實行智能的、全面的機械化的建設(shè)的措施，其主要目的是大范圍的應(yīng)用智能化機械設(shè)備操作難度大、危險高的工作施工，通過智能化、自動化的操作技術(shù)有效減少人工控制。從多角度、多方面地提高智慧礦山建設(shè)的進(jìn)程，需要改革和創(chuàng)新礦山本身原有的發(fā)展策略和開采技術(shù)，加強對智能技術(shù)和信息自動化機械設(shè)備的研究和開發(fā)的力度，同時增強設(shè)計的有效性和宣傳的力度，有利于將礦山向著自動化、智能化、機械化的方向推進(jìn)，從整體上提高礦山行業(yè)的生產(chǎn)效率和速度，使其朝著精準(zhǔn)作業(yè)的趨勢發(fā)展。礦山在智慧開采作業(yè)后，相關(guān)技術(shù)人員對開采過程中使用的自動化設(shè)備和智慧技術(shù)進(jìn)行深度剖析。比如在提高礦山工作人員的開發(fā)能力和技術(shù)能力的同時，加強對煤礦地質(zhì)構(gòu)造高效辨別的三維地震勘探、智能識別界面技術(shù)、記憶分割技術(shù)等。針對煤礦行業(yè)開采的安全問題，通過對其中的有效的、準(zhǔn)確的信息進(jìn)行及時的提取，最大限度的檢測和識別安全風(fēng)險源頭。比如對溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測傳感器、煤礦火災(zāi)氣體遠(yuǎn)程監(jiān)測傳感器、更加深入的探測儀器與技術(shù)、專用于地表塌陷開發(fā)的遙感動態(tài)監(jiān)測技術(shù)、瓦斯災(zāi)害源高辨別探測技術(shù)等的開發(fā)和研究，從而對煤礦開采的環(huán)境做到了如指掌，有效規(guī)避隱藏的安全風(fēng)險。除此之外，為了發(fā)揮智能化的最大作用，對傳感器的震動、聽覺以及視覺的效能進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)的力度，達(dá)到智慧礦山的目標(biāo)。

由于目前礦山已有的礦井機械設(shè)備比較落后，其精準(zhǔn)度不高，因此在利用監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測礦井運輸情況的時候，受到不良影響，導(dǎo)致監(jiān)控的調(diào)速產(chǎn)生異常。以膠帶稱重的機械設(shè)備為例，由于其沒有高效的精確度，交標(biāo)程序駁雜，導(dǎo)致其在正常運輸?shù)倪^程中產(chǎn)生突發(fā)的異常情況。所以在建設(shè)智慧礦山的過程中要著重對礦山稱重技術(shù)和機械裝備的精確度性能進(jìn)行研究和開發(fā)。

2.3 搭建智慧決策平臺和研發(fā)電鏟智能引導(dǎo)系統(tǒng)

通過各項智慧型的發(fā)展決策的質(zhì)地和實施來達(dá)到構(gòu)建智慧礦山的目的，以便對礦山實行更智能的、更全面的控制和管理，從而保障礦山生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)的正常運轉(zhuǎn)。在充分的落實各項智慧決策的同時，對以往礦山各個部門、系統(tǒng)之間獨自處理的方式進(jìn)行優(yōu)化，從而實現(xiàn)智慧化的統(tǒng)籌管理和控制[7]。除此之外，在礦山企業(yè)研發(fā)出電鏟智能引導(dǎo)系統(tǒng)之后，通過對物料信息、狀態(tài)信息以及采礦施工的具體信息進(jìn)行收集和記錄，以此來實現(xiàn)信息傳輸和智慧管理的成效的提升，能夠為礦山指揮系統(tǒng)的統(tǒng)籌管理提供有力的保障。

首先搭建智慧決策云平臺。該平臺受到礦山智慧系統(tǒng)控制和管理，但同時具有獨立運行和一定權(quán)限內(nèi)的信心數(shù)據(jù)處理職權(quán)，且可以承載多個用戶同時登錄的云平臺。智慧決策平臺在進(jìn)行搭建時，兼具以下性能：第一是構(gòu)建技術(shù)架構(gòu)。架構(gòu)的構(gòu)建是保證決策的精準(zhǔn)性，同時承載模型，有利于大量的決策和信息數(shù)據(jù)的無縫銜接；第二是整體描述信息數(shù)據(jù)，礦山企業(yè)在對生產(chǎn)的各項數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、分析和整合時，在傳輸信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式下嚴(yán)格按照信息數(shù)據(jù)整體的描述標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的、高效的處理，比如抽取處理、轉(zhuǎn)換處理、清洗處理和加載處理等；第三是具備高效的功能，利用數(shù)據(jù)信息的處理模式對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分析以及處理，有利于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理的目的；第四是自動化服務(wù)的效能，通過進(jìn)一步對前端應(yīng)用、抽取、加載、轉(zhuǎn)換等探究，達(dá)到自動化、智能化的服務(wù)效能，在探究、處理相關(guān)的信息的過程中，利用迭代加速實現(xiàn)。與此同時，加強知識數(shù)據(jù)庫建設(shè)的力度；以智慧決策云平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建經(jīng)營管理、維修保養(yǎng)機械設(shè)備、安全生產(chǎn)等方面的知識信息數(shù)據(jù)庫，從而使礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層制定的生產(chǎn)和發(fā)展決策得到安全和準(zhǔn)確的保障。同時知識庫要具有彈性的擴展和優(yōu)化的性能，滿足隨時對礦山運行的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的傳輸和處理。

其次研發(fā)電鏟智能引導(dǎo)系統(tǒng)。智能引導(dǎo)系統(tǒng)是在先進(jìn)的GNSS技術(shù)和三維立體模型的技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出來的一種可以在智能手機上使用的引導(dǎo)系統(tǒng)，同時，將埋填信息、挖掘信息以及設(shè)計信息等向智能管理系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，以數(shù)值和圖表的方式進(jìn)行同步顯現(xiàn)，利用智能手機對開采作業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確的處理，有利于縮短開采作業(yè)的周期，提高開采的效率。通過手機端引導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用，即便毫無經(jīng)驗的工作人員，也可以精準(zhǔn)的操作。同時電鏟智能引導(dǎo)系統(tǒng)在出現(xiàn)異常時，及時地報警，通過該方法在保障工作人員的人身安全的前提下提高生產(chǎn)作業(yè)的效能。除此之外在該系統(tǒng)的操作中，工作人員可以通過監(jiān)控屏幕直接遠(yuǎn)程創(chuàng)建基礎(chǔ)的三維立體模型，也可運用到水下或其他惡劣環(huán)境的工作中，繼而使礦山開采施工提高其有效性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

在智慧礦山的建設(shè)中，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)、 云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代化先進(jìn)的信息技術(shù)先后在礦山行業(yè)的應(yīng)用，推動著礦山行業(yè)向著智慧化的趨勢發(fā)展更進(jìn)一步。智慧礦山的實現(xiàn)，既有利于提高礦山開采生產(chǎn)的高效性和安全性，又有利于達(dá)到綠色、環(huán)保、持續(xù)的發(fā)展的目的。因此本文從智慧礦山的特征出發(fā)，對實現(xiàn)智慧礦山的途徑進(jìn)行探討，希望為國家礦山的持續(xù)發(fā)展提供助力。