綠色智慧數字化礦山技術研究與應用

劉亮

（河南龍宇能源股份有限公司車集煤礦，河南 永城 476600）

引言

傳統的自動化礦井技術僅僅包含了個別子系統的遠程監控、操控等單項自動化技術，當監測到系統異常時不能通過人工智能決策進行其他措施子系統的有效聯動，大大降低了智能化礦井的安全水平。通過對綠色智慧數字化礦山基礎設施、大數據預警與決策支持分析、智慧化生產系統、安全監測、平臺軟件、機器人系統等進行簡要闡述，幫助技術人員進一步了解綠色智慧數字化礦山技術。

一、綠色智慧數字化礦山系統結構

綠色智慧數字化礦井總體架構依托于礦山工業互聯網體系，通過建設一體化的網絡平臺、一體化的數據中心、一體化的業務支撐平臺和一體化管控應用平臺，實現智慧化感知、協同通信、智慧控制與大數據平臺支持，綠色智慧數字化礦山系統從功能層級上主要包含智慧化感知層、智慧化管控層、決策分析層和支撐層。

（一）智慧化感知層主要是指各類智慧化傳感器和智慧化分站等設備，實現人員、設備、環境的智慧化感知、可視化監控、精準定位。通過感知礦工自身及周圍安全環境，實現主動式安全保障;通過感知礦山災害征兆，實現各種災害事故的預警預報;通過感知礦山設備工作健康狀況，實現故障預警、預知維修等功能。

（二）智慧化管控層是建立在礦山生產過程的控制平臺和礦山生產技術的管理平臺。通過建立控制模型、利用先進的智慧化控制算法及智慧化控制技術，實現對礦山應用設備和感知層應用終端的自動化、智慧化控制，從而實現智能化遠程操控、故障預警聯動等功能。

（三）決策分析層是通過對系統大數據的應用與智慧化分析，實現子系統聯動指令發送以及將智能診斷結果進行推送，幫助工作人員進行決策，從而提高工作效率，降低事故損失。

（四）智慧化礦井建設支撐層包括通信傳輸層和數據中心層。通信傳輸層是指融合井上下千兆/萬兆工業控制網絡、礦山4G/WiFi網絡等，實現井上下視頻、數據、語音的一體化傳輸，實現統一調度、互聯互通;數據中心層是指建立統一的數據中心，實現數據采集、數據管理、數據存儲、數據分發以及各類異構數據的高度共享。

二、構建礦山開采工程數字化測量體系

（一）數字化測量體系關鍵技術

礦山開采工程數字化測量體系構建所需的關鍵技術主要包括空間信息技術和三維可視化技術。空間信息技術主要是利用遙感技術、地理信息系統以及全球定位系統構成的3S技術，在礦山開采工程的測量當中應用具有良好的時效性和先進性。通過全球定位系統對開采位置進行測量可以明前提高測量的精確度和靈活性，且不需要考慮測量過程中測量點的通視問題，測量也不會產生誤差的累積。利用遙感技術對測量信息進行掃描或投影等處理，對地表地物信息進行遠距離的控制可識別，不僅可以使礦山測繪工作的精確度提高，同時還可以完成對礦山周圍環境的監測工作，實現對礦山大面積的測量。利用地理信息系統，將礦山地理空間上的結構作為基礎，并根據地理模型分析防范，以此為礦山的開采提供多種空間以及動態上的地理信息數據支撐。礦山開采工程測量中的三維可視化技術主要是用來描述與理解礦山表面及地下各種地質現象特征的技術手段，同時也是各種數據體的另一種表征形式。三維可視化技術主要分為三個步驟，首先是對測量數據的采集，通過三維激光掃描設備對礦山的地形進行掃描，可以有效獲取到礦山開采的現狀點、云影像等重要的信息。第二步對數據進行處理，通過去噪、數據拼接以及三維建模完成對數據系統性的處理工作。利用專業的處理軟件可以完成真實、準確的礦山三維模型。第三步是建立數據管理平臺，使礦山開采工程的測量和生產管理能夠在不同的環境及地點下，利用計算機網絡完成對礦山的空間位置、設備屬性等信息的查詢和管理。

（二）數字化測量數據庫設計

在構建數字化測量體系時，要利用數據庫技術，對礦山開采工程中的各類測量數據、專業庫及資料庫等進行統一的管理，方便測量人員有序的完成對相關測量資料的存儲，同時數據庫將實現多種形式的查詢方法和統計，方便測繪人員能夠更加準確。測量成果的管理是以礦山開采工程的測量路線為基礎，顯示測量結果表中的內容，管理人員可以對測量的結果進行修改或刪除等；資料的管理是對與測量結果相關的各個方面的資料信息進行管理；統計報表是根據測量結果庫中的數據信息，對數據進行統計和報表的輸出。

（三）數字化測量數據處理

結合礦山的實際生產要求，在本文的測量體系中數據處理主要包括對多元數據的采集、輸入和統一管理；對礦山測量數據的處理和分析；對測量數據的管理和維護；對圖像的生成、編輯和處理；對測量數據的輸出和應用。數據是礦山開采工程測量中的重要組成，其來源多種多樣，包括了遙感圖像數據、實地測量數據、統計資料等，因此對礦山測量數據的處理是一項具有多元、多尺度的數據處理技術。由于數據在形成的過程中，通過時間的累積，格式不統一，精確度也各不相同，因此對于數據的選取、采集和輸入都要保證數據的質量。在進行測量工作中，為了保證數據處理的精度和可靠性，需要對工程控制網進行優化設計，傳統的測量需要進行大量的數據運算，工作量相對較大，并且使用的編制軟件會涉及到更多的數值計算，同時可視化也沒有很好的體現，因此本文構建的測量體系選用一種將可視化與數值的計算融為一體的軟件，具有對數值分析、矩陣運算等數據處理功能。

三、結語

綠色智慧數字化礦山建設與安全生產自動化控制是多學科多種技術的綜合應用，以工業以太網為紐帶的數字化礦山建設與安全生產自動化控制使得煤礦安全生產、經營管理更加協調統一，在國家大力推行“兩化融合”、無人則安、少人則安的大環境下，綠色智慧數字化礦山建設勢在必行。