智慧礦山系統工程與關鍵技術研究

劉柯　張鵬　謝亞波

摘 要：為了研究智慧礦山系統工程特點與發展趨勢，歸納關鍵技術要點。通過對行業發展前提下的礦山工程工作基礎為研究對象，說明相關信息化發展歷程。并提出智慧礦山系統工程構架。最終得出智慧礦山物聯化、互聯化、智能化的關鍵技術及實現路徑。

關鍵詞：智慧礦山;系統工程;發展;技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.030

1 引言

隨著社會的進步與計算機物聯網等信息技術的發展，地球科學領域的新技術與新方法正在被行業變革所推動。智慧化工作已經成為礦山系統工程下一步發展目標，基于數據透徹感知和信息深度互聯的信息化工業運行構架能規避地質采礦條件復雜，過程管控部嚴密和實際采掘工作中突變干擾性等多方面生產影響因素。

2 礦山工程及其信息化發展歷程

礦山礦產資源開采與利用是礦山工程的基礎，其中相關作業的井塔、卷揚機和壓風機屬于地面工程范疇，管理落實程度較強。而地下工程的井巷、硐室等管理程度較弱。安裝行業細分領域又可在技術范疇進行礦山地質系統、礦山規劃與設計系統、礦山生產工藝系統、礦山管理系統等環節的區分。當前隨著信息化社會的進步，人工智能和3S技術開始融入到生產一線，基于神經網絡算法和感知礦山智能找礦模式的智慧礦山系統開始大規模發展，當前極大的提高了工效，在環保和安全上達到了雙贏。

3 智慧礦山系統工程

智慧礦山是基于數學算法、物理建模和信息遙感多重技術為一體的技術類生產管理模式。它可以基于成熟的互聯網、物聯網技術通過光纖網絡傳輸相關數據并基于硬件載體進行云計算和實時命令的下達。在使用范疇極具經濟、高效、安全、環保的可持續發展優勢。

該系統的建立是依靠現代管理方法和新一代信息技術通過物質流、信息流、控制流、知識流、價值流等多種載體進行全生產過程覆蓋和全經驗成本監管的最終體現。在框架構建上涵蓋物聯感知層、深度互聯層和智能應用層，具體應用系統結構（圖1）。

（1）物聯感知層。該層為智慧系統實現的基礎，其中相關物體和數據的采集與識別是該層的主要工作任務。通過感知設備運用自動化技術進行相關設備、使用環境、機電數據和人為操作數據進行感知化互為聯動。例如油溫、振動、電壓、功率、轉速、風量等數據進行多重甲烷、二氧化碳、錨桿壓力和鉆孔圍巖應力等相關數據，全面保障生產過程中的安全性和時效性。在工藝優化上能進行設備的跑偏和輸送最佳量等。運用相關系統建立大數據原則框架下的數學建模協議。通過感知層獲取一手數據。指引生產。

（2）深度互聯層。網絡互聯層負責將來自物聯感知層的各類信息通過基礎承載網絡傳輸到應用層。

（3）智能應用層。該層主要是提供相應的智能化服務和應用。主要表現在多重接口下的單元互助層和友好菜單界面。例如應急救援框架下屬的視頻監控和無線信息調度功能。全面監控風、壓風機、中央泵房、工業電視等。真正實現礦井“采、掘、運、風、水、電、安全”等生產環節的信息化、自動化和智能化，從而優化生產和經營管理。

4 智慧礦山關鍵技術及實現路徑

4.1 物聯化

物聯化即為設備與設備之間的信息共享性傳遞，其中由于地質條件的復雜性，需要在龐大生產體系下實時掌握不同工序的不同設備運行參數就需要物聯網進行實現。其中在透徹感知功能任務下可以在多重環境進行設備、儀表、過程的感知器植入并獲取相關數據信息。從而進行動/靜態多重屬性分析。根據現場需求，在該環節需要進行數據捕獲和控制并在分布式邏輯前提下進行本地命令的多線程傳輸。最終實現分布式設備和傳感器的管理。實現全過程監控。

4.2 互聯化

基于多重感知與數據共享的互聯化運行也是智慧礦山系統的保證之一。運用該技術進行數據的實時映射并在事件服務中提供相關便利，形成任意用戶調用的數據源決策系統，執行多個任務共助式的工作，提高工效。當前以礦山基本工作形式為代表的監測監控、人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯絡等子系統已經建立并運用，下步應進行互聯化層執行優化任務發展。

4.3 智能化

智能化主要應體現在數學模擬和統計分析方面，針對多重數據進行預測、聚類、差分和迭代等多重數據處理，并形成智慧應用軟件和相應工具。最終完成預設場景建模和模擬輔助決策分析。在業務開展領域，首先要讓計算機合理交互理解相關任務需求，在多重任務接口（訪問應用程序和數據）下進行隨需性、普適性、敏捷性和綜合性的任務處理和展示化互動。在智慧礦山的應用端上應逐步建立計算機終端、電話、移動手機、智能終端、IPTV、電視、移動視頻、三維圖形終端、自然界模型等終端群，提高工作效率，增強安全生產協同性。

5 結語

綜上所述，隨著物聯網、云計算等新一代信息技術的發展及其在地球科學領域的應用，以透徹感知、深度互聯、智能應用為特征的智慧地球理念應運而生，智慧化將成為繼工業化、電氣化、信息化之后世界科技革命又一次新的突破。而智慧礦山發展還需基于工作一線需求調查和相應行業實際發展經驗而穩步推進。

參考文獻：

[1]徐靜，譚章祿.智慧礦山系統工程與關鍵技術探討[J].煤炭科學技術，2014，42（04）：79-82.

[2]麥才海.智慧礦山系統工程與關鍵技術探討[J].城市建筑，2016（23）.