大數據下智能礦山的關鍵技術與發展現狀探析

摘 要 智能礦山是煤礦生產管理的更高階段，對實現礦山機械化、信息化、自動化、智能化建設與發展起著重要作用。本文分析了大數據下智能礦山的關鍵技術，總結了當前智能礦山的發展現狀，期望對助力煤礦工業轉型發展有所幫助。

關鍵詞 大數據;智能礦山;關鍵技術

1大數據下智能礦山的關鍵技術

1.1 礦井運輸系統自動控制技術

智能礦山可建設井下運輸集中控制系統，以PLC控制為中心，集成對各個采區運輸系統的集中化控制。具體包括：①在礦井設備上裝置傳感器和變頻調速器，使帶式輸送機可根據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上安裝煤量監測系統，對接現場總線接口，監測系統將監測數據傳輸至井下環網，經過算法運算，向輸送系統發送調速控制指令;③采用四象限高壓變頻調速控制系統作為主提升電控系統，由中央集控室遠程操作主提升系統的啟停動作，實現24h不間斷監視;④安裝智能巡檢機器人，可視化巡檢運輸系統運行情況，采集聲音、圖像、氣體、溫度、煙霧等數據信息，自動識別是否存在設備故障隱患[1];⑤采用防爆蓄電池單軌吊車，實現對吊車的自動化遠程控制，可在發生緊急情況下急停;⑥輔助運輸系統采用軌道絞車電控系統和防爆巡檢機器人，降低人工巡檢的安全風險。

1.2 掘進工作面智能化控制技術

掘進工作面裝備具有遠程控制、視頻監控、程序化設定功能的掘進機，建設智能化開采系統，以提高掘進工作面的智能化水平。具體包括：①位姿檢測技術，通過在掘進機機身安裝傳感器，以自動測定掘進機位置、方向、姿態，判斷掘進機與掘進巷道的位置關系;②遠程監控技術，在掘進機上安裝攝像儀、防爆監視器和視頻光端機，向地面監控主機實時傳輸掘進工作面的作業情況;③無線遙控技術，根據遠程監控信息進行遠程遙控操作，通過總線向掘進機控制系統發出信號指令，驅動掘進機完成動作。

1.3 采煤工作面智能集控技術

智能礦山建設采煤工作面智能集控系統，由巷道監控中心遠程操作綜采設備，智能監控綜采設備的運行，實現無人化開采。具體包括：①采煤機自動化控制技術，在采煤機上安裝遠程控制系統，通過系統實時采集采煤機工況參數，為智能化割煤提供數據支持;②液壓支架電液控技術，具備自動補壓、自動升降功能，可接受并執行CAN數據命令，并向集控主機發送數據;③視頻監控技術，在采煤設備上安裝攝像儀，實現對工作面的全視野監控，將監控信息傳輸到集中控制臺;④遠程集中控制技術，建設地面集中控制平臺，以大數據采集、分析和挖掘技術為依托，及時處理視頻監控系統、電液控制系統、設備自控系統傳輸的數據信息，遠程調度工作面上的設備[2]。

1.4 生產保障智能化控制技術

①通風監控技術，在礦井風機安裝智能傳感器、變頻控制器，對風機運行參數進行自動檢測，實時將數據傳輸到監控平臺，由監控平臺生成數據曲線圖，智能監控風機運行，無須配置值班人員;②供電自動化技術，建設變電站綜合自動化系統，主要由智能協議轉換器、交換機、開關保護器構成，實現閉鎖式遠程遙控操作;③排水遠程控制技術，依托礦井工業以太網傳輸、存儲泵房運行數據，實現對泵房排水設備的有效控制，根據水泵運行時長、水倉水位等實際參數變化，自動啟停水泵。

1.5 礦井5G無線通信技術

智能礦山可建設礦井5G無線通信系統，系統由地面基站、中心控制平臺、井下基站、井下集線器構成。井上通過有源天線單元連接室內基帶處理單位，井下通過射頻拉遠單元覆蓋各個作業控制系統。具體包括：①遠程透明監控系統，基于VR/AR技術模擬礦山井下作業環境，借助大量傳感器獲取環境參數，建立起3D模型模仿數據動態變化過程，滿足透明化、可視化監控需求;②遠程故障診斷，以5G無線通信系統為依托，對接專家數據庫、云端AI平臺，自動監測設備運行參數，出具診斷方案。同時，可借助AR/VR技術傳輸井下設備高清視頻，指導維修人員對故障設備進行維修;③云端控制機器人，借助5G無線通信系統及時傳輸機器人獲取的信息，由云端控制中心對信息進行計算，向機器人反饋計算結果，便于機器人執行操作指令。

2大數據下智能礦山的發展現狀

在大數據背景下，迎來了智能礦山建設的高速發展時期，使煤礦企業取了顯而易見的發展成效[3]。具體體現在以下方面：

2.1 提升經濟效益

智能礦山通過對原有的技術裝備進行智能化改造，可大幅度減少井下作業人員，基本實現井下無人駕駛、無人巡檢、無人值班，如智能化運輸系統可達到無人作業要求，智能化采煤作業面、掘進工作面、通風監控區域可縮減60%以上的人員配置，有助于降低人工成本，提高礦山生產的經濟效益。

2.2 實現安全生產目標

智能礦山能夠實現可視化、自動化、遠程化操控多種類型礦山設備，智能優化截割線路，提高30%以上的掘進作業效率。同時，智能礦山可實現對井下作業的智能監控，自動檢測瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體，提前發出預警信息，引導井下作業人員快速撤離，能夠有效規避安全事故的發生，提高生產安全性。

2.3 提高企業綜合實力

智能礦山集礦井采掘系統、運輸系統、排水系統、通風系統、供電系統于一體，可實現信息集成化管理和高度共享，達到設備運行、診斷預警、生產調度自動化控制的要求，形成高效開采、綠色開采的井下作業模式，提高資源利用效率，從而提高礦山企業的生產能力和綜合實力，助力礦山企業向智能制造領域邁進。

3結束語

綜上所述，智能礦山在大數據環境下綜合采用網絡通信技術、傳感器技術、大數據挖掘技術、云平臺、現場控制技術、機電一體化技術等，實現了礦山井下作業的全過程智能化管控，可達到安全生產、全程監控、減員提效、綠色開采的管理目標，進而推進礦山生產步入高質量、高效率的發展階段，實現煤礦行業的轉型升級。

參考文獻

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

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

[3] 馬小平，楊雪苗，胡延軍，等.大數據下智能礦山的關鍵技術與發展現狀[J]. 工礦自動化，2020（5）：8-14.

作者簡介

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