智慧礦山系統(tǒng)工程與關(guān)鍵技術(shù)研究

劉柯　張鵬　謝亞波

摘 要：為了研究智慧礦山系統(tǒng)工程特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)，歸納關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。通過(guò)對(duì)行業(yè)發(fā)展前提下的礦山工程工作基礎(chǔ)為研究對(duì)象，說(shuō)明相關(guān)信息化發(fā)展歷程。并提出智慧礦山系統(tǒng)工程構(gòu)架。最終得出智慧礦山物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：智慧礦山;系統(tǒng)工程;發(fā)展;技術(shù)

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

1 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步與計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，地球科學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)與新方法正在被行業(yè)變革所推動(dòng)。智慧化工作已經(jīng)成為礦山系統(tǒng)工程下一步發(fā)展目標(biāo)，基于數(shù)據(jù)透徹感知和信息深度互聯(lián)的信息化工業(yè)運(yùn)行構(gòu)架能規(guī)避地質(zhì)采礦條件復(fù)雜，過(guò)程管控部嚴(yán)密和實(shí)際采掘工作中突變干擾性等多方面生產(chǎn)影響因素。

2 礦山工程及其信息化發(fā)展歷程

礦山礦產(chǎn)資源開(kāi)采與利用是礦山工程的基礎(chǔ)，其中相關(guān)作業(yè)的井塔、卷?yè)P(yáng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)屬于地面工程范疇，管理落實(shí)程度較強(qiáng)。而地下工程的井巷、硐室等管理程度較弱。安裝行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域又可在技術(shù)范疇進(jìn)行礦山地質(zhì)系統(tǒng)、礦山規(guī)劃與設(shè)計(jì)系統(tǒng)、礦山生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、礦山管理系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的區(qū)分。當(dāng)前隨著信息化社會(huì)的進(jìn)步，人工智能和3S技術(shù)開(kāi)始融入到生產(chǎn)一線，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和感知礦山智能找礦模式的智慧礦山系統(tǒng)開(kāi)始大規(guī)模發(fā)展，當(dāng)前極大的提高了工效，在環(huán)保和安全上達(dá)到了雙贏。

3 智慧礦山系統(tǒng)工程

智慧礦山是基于數(shù)學(xué)算法、物理建模和信息遙感多重技術(shù)為一體的技術(shù)類生產(chǎn)管理模式。它可以基于成熟的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)并基于硬件載體進(jìn)行云計(jì)算和實(shí)時(shí)命令的下達(dá)。在使用范疇極具經(jīng)濟(jì)、高效、安全、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

該系統(tǒng)的建立是依靠現(xiàn)代管理方法和新一代信息技術(shù)通過(guò)物質(zhì)流、信息流、控制流、知識(shí)流、價(jià)值流等多種載體進(jìn)行全生產(chǎn)過(guò)程覆蓋和全經(jīng)驗(yàn)成本監(jiān)管的最終體現(xiàn)。在框架構(gòu)建上涵蓋物聯(lián)感知層、深度互聯(lián)層和智能應(yīng)用層，具體應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖1）。

（1）物聯(lián)感知層。該層為智慧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，其中相關(guān)物體和數(shù)據(jù)的采集與識(shí)別是該層的主要工作任務(wù)。通過(guò)感知設(shè)備運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備、使用環(huán)境、機(jī)電數(shù)據(jù)和人為操作數(shù)據(jù)進(jìn)行感知化互為聯(lián)動(dòng)。例如油溫、振動(dòng)、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、風(fēng)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行多重甲烷、二氧化碳、錨桿壓力和鉆孔圍巖應(yīng)力等相關(guān)數(shù)據(jù)，全面保障生產(chǎn)過(guò)程中的安全性和時(shí)效性。在工藝優(yōu)化上能進(jìn)行設(shè)備的跑偏和輸送最佳量等。運(yùn)用相關(guān)系統(tǒng)建立大數(shù)據(jù)原則框架下的數(shù)學(xué)建模協(xié)議。通過(guò)感知層獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)。指引生產(chǎn)。

（2）深度互聯(lián)層。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層負(fù)責(zé)將來(lái)自物聯(lián)感知層的各類信息通過(guò)基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用層。

（3）智能應(yīng)用層。該層主要是提供相應(yīng)的智能化服務(wù)和應(yīng)用。主要表現(xiàn)在多重接口下的單元互助層和友好菜單界面。例如應(yīng)急救援框架下屬的視頻監(jiān)控和無(wú)線信息調(diào)度功能。全面監(jiān)控風(fēng)、壓風(fēng)機(jī)、中央泵房、工業(yè)電視等。真正實(shí)現(xiàn)礦井“采、掘、運(yùn)、風(fēng)、水、電、安全”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化、自動(dòng)化和智能化，從而優(yōu)化生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理。

4 智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)路徑

4.1 物聯(lián)化

物聯(lián)化即為設(shè)備與設(shè)備之間的信息共享性傳遞，其中由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，需要在龐大生產(chǎn)體系下實(shí)時(shí)掌握不同工序的不同設(shè)備運(yùn)行參數(shù)就需要物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其中在透徹感知功能任務(wù)下可以在多重環(huán)境進(jìn)行設(shè)備、儀表、過(guò)程的感知器植入并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。從而進(jìn)行動(dòng)/靜態(tài)多重屬性分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，在該環(huán)節(jié)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲和控制并在分布式邏輯前提下進(jìn)行本地命令的多線程傳輸。最終實(shí)現(xiàn)分布式設(shè)備和傳感器的管理。實(shí)現(xiàn)全過(guò)程監(jiān)控。

4.2 互聯(lián)化

基于多重感知與數(shù)據(jù)共享的互聯(lián)化運(yùn)行也是智慧礦山系統(tǒng)的保證之一。運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)映射并在事件服務(wù)中提供相關(guān)便利，形成任意用戶調(diào)用的數(shù)據(jù)源決策系統(tǒng)，執(zhí)行多個(gè)任務(wù)共助式的工作，提高工效。當(dāng)前以礦山基本工作形式為代表的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、緊急避險(xiǎn)、壓風(fēng)自救、供水施救和通信聯(lián)絡(luò)等子系統(tǒng)已經(jīng)建立并運(yùn)用，下步應(yīng)進(jìn)行互聯(lián)化層執(zhí)行優(yōu)化任務(wù)發(fā)展。

4.3 智能化

智能化主要應(yīng)體現(xiàn)在數(shù)學(xué)模擬和統(tǒng)計(jì)分析方面，針對(duì)多重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)、聚類、差分和迭代等多重?cái)?shù)據(jù)處理，并形成智慧應(yīng)用軟件和相應(yīng)工具。最終完成預(yù)設(shè)場(chǎng)景建模和模擬輔助決策分析。在業(yè)務(wù)開(kāi)展領(lǐng)域，首先要讓計(jì)算機(jī)合理交互理解相關(guān)任務(wù)需求，在多重任務(wù)接口（訪問(wèn)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)）下進(jìn)行隨需性、普適性、敏捷性和綜合性的任務(wù)處理和展示化互動(dòng)。在智慧礦山的應(yīng)用端上應(yīng)逐步建立計(jì)算機(jī)終端、電話、移動(dòng)手機(jī)、智能終端、IPTV、電視、移動(dòng)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(qiáng)安全生產(chǎn)協(xié)同性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展及其在地球科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，以透徹感知、深度互聯(lián)、智能應(yīng)用為特征的智慧地球理念應(yīng)運(yùn)而生，智慧化將成為繼工業(yè)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(fā)展還需基于工作一線需求調(diào)查和相應(yīng)行業(yè)實(shí)際發(fā)展經(jīng)驗(yàn)而穩(wěn)步推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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