智慧礦山系統工程關鍵技術分析

（山西煤炭運銷集團掌石溝煤業有限公司 山西 048404）

隨著時代的進步，計算機信息技術的高速發展，促使智慧地球理念應運而生，并逐漸出現在大眾的視野中。在煤礦開采行業，智慧礦山系統工程建設成為了重要的研究課題，并且也是采礦行業未來發展的主要趨勢之一。因此，積極探索智慧礦山系統工程與關鍵技術具有重要的理論意義和現實意義，應該給予其足夠的重視。

1.智慧礦山的相關概述

2009年，智慧礦山這一詞語應運而生，其主要是對職業健康與安全、生產、后勤保障、技術等進行高速處理、自動分析和主動感知的無人礦山。智慧礦山系統主要有四大部分構成，一是智慧職業健康與安全系統；二是后勤保障系統；三是智慧生產系統；四是智慧技術。不同系統所發揮的作用也具有差異性。在智慧礦山系統中，智慧職業健康和智慧生產系統屬于最基本的框架。

相對數字化礦山、自動化礦山而言，智慧礦山更加先進，是新時代的產物，也是煤礦開采行業日后發展的主要方向之一。智慧礦山涉及到了多個學科，不僅有著超高的技術性，而且呈現了較強的實踐性。

2.智慧礦山系統工程

(1)傳輸與匯接層

借助系統設備可獲取原始數據。但是要想實現數據的有效傳輸，還需要依靠智慧礦山系統工程的傳輸與匯接層，在其支持下，可通過工業以太網、無線、有線網絡進行原始數據的傳輸，將其傳送到相關的機房。為了達到此目的，應該加強對網絡傳輸層的設計，始終堅持一體化設計原則，在確保其設計水平達到有關標準的基礎上，還應該確保其能夠覆蓋整個礦山。在此方面，若是機房或者主機接到數據之后，還需要強化對不同的接入協議與接入方式進行科學的處理。例如，針對于傳統工業自動化設備的數據而言，其可借助Modbus開展相關的數據處理工作。對于物聯網數據，在開展數據處理時，需要充分發揮消息隊列遙測傳輸處理設備的作用。針對于傳統關系型數據，開源工具Sqoop是主要處理設備之一。

(2)系統設備層

感知、采集數據是智慧礦山工程中首要的任務。所以，對此系統最底層的構成有著高要求，其主要包括以下幾方面：一是監測音頻。如，煙霧監測設備、粉塵監測設備、水監測設備等；二是監控視頻。三是各種傳感器。在這些設備的良好運行下，可為智慧礦山提供相應的數據，且這些數據都是原始的，可供有效的參考。此外，在智慧礦山工程中，系統設備也是執行各類操作的場所，因此其屬于一項綜合自動化系統，包括探測設備、挖掘設備等自動化。從中可知，系統設備層在智慧礦山的系統工程中占有舉足輕重的地位，與礦山人員安全是息息相關的。

(3)數據分析層

數據量大、數據類型多樣是智慧礦山工程較為顯著的特點，在一定程度上加大了數據分析難度。所以，要想實現對數據的有效分析，需要以多元化數據分析方法為依托。一般情況下，會增加基于Docker技術的容器層，以便為多種異構業務的良好運用奠定基礎。在高密度價值的結構化數據處理過程中，由于其處理工作較為復雜，所以需要對數據分析工具進行科學的選擇，例如可使用Greenplum、Teradata等，有助于促使數據分析效果提升。在進行非結構化處理工作中，應加強對實時流計算工具進行運用。如，Spark Streaming。在處理海量結構化數據或者半結構化數據環節，需要注重對Hadoop框架的上層組件進行運用，其中較為常見的有兩種，一是Impala，二是Hive。

(4)數據可視層

在智慧礦山系統工程中，數據可視層是重要的組成部分。與傳統礦山系統不同，智慧礦山系統在數據呈現方式要求方面是比較高的，需要能夠以統計圖、表格的形式進行展示，同時還應該保證當有異常數據出現時，及時進行警報。因此，數據可視層也是不可忽視的。另外，在數據查詢與提取方面應盡可能促使其簡單化，以便降低礦山管理人員工作難度。在數據可視層，為更好的展示相關數據，應該注重對三維技術、虛擬現實技術的應用，以強化數據呈現效果。

(5)決策控制層

決策控制層屬于智慧礦山的最后一層，也是核心部分。為了促使智慧礦山工程順利開展，需要確保決策控制層能夠控制智慧礦山生產的各個環節，以便提升生產效率與質量。這就要求決策控制層功能多元化，如調度指揮通信功能、應急救援功能等。在科技環境下，人工智能技術水平不斷提升，因此可將其應用在決策控制層，以將其作用最大化。在大數據技術、云計算技術等支持下，有助于提升對礦山安全生產控制的實效性，實現控制命令的自動實行。為了促使決策控制層作用最大化，還應該確保其具備系統自學功能，以在整體上完善智慧礦山系統，為其穩定、高效運行打造良好的環境。

3.智慧礦山關鍵技術

(1)建筑信息模型技術

建筑信息模型技術即BIM技術。BIM是Building Information Modelin的縮寫。在2002年，建筑信息模型技術被提出，隨著其不斷發展和應用，也日趨成熟和完善，具有協調性、可視化、模擬性等眾多優勢，屬于智慧礦山關鍵技術之一。將BIM技術合理的應用在智慧礦山生產中，能夠對相關產生人員產生指導作用，合理安排設備，并有針對性的調整開采方案。同時，還可借助其建模功能，結合礦山的具體情況，建立與之相適應的模型，進行災害預演，以提前制定相應對策，降低地下災害發生的事故。

例如，在某工程中，其礦井北部與井田相連接，西部以礦區總體規劃的井田邊界（杜窯溝斷層）為界，主要可采煤層18煤、3煤、2煤、4煤。此礦山工程地質環境較為復雜，存在多種危險因素，不僅開采難度比較大，而且對作業人員生命安全造成了威脅。若是運用傳統礦山采礦技術很難及時發現開采中的不穩定性因素，尤其是在生產運維管理中，以傳統采礦技術為支撐，將會消耗大量的人力，而且難以實現全方位的監管，容易引發安全事故。但是在BIM技術的應用下，可構建相關的安全生產監控場景，及時排除惡劣生產環境中的不良因素，有助于優化生產環境，進而進行動態控制，可將危險事件扼殺在萌芽中，實現智慧礦山建設工作的有序進行。

此外，將BIM技術融入到智慧礦山中，還可構建信息網絡模型，進一步加強工業設備管網建設，進而有效展示設備維護信息，以科學調整和優化相關方案，推動礦井智能生產工作順利開展。

(2)三維激光掃描技術

在智慧礦山建設中，融入三維技術，能夠建立相應的三維礦山模型，為其實際生產提供可靠參考。主要是因為三維激光掃描技術又被成為實景復制技術，可實現對實物的高精度、非接觸、完整地、自動化掃描。因此，比較適合運用在礦山開采工作中，以對昏暗、狹小的礦井巷道進行觀察和分析，精準掌握礦山工程進度，實現三維立體化的地下管理，為智能無人開采奠定基礎。

另外，由于三維激光掃描技術呈現了簡便、高效、精確、快捷的獨特優勢，所以將其應用在礦山工程還有利于精確地監測礦山變形，為工作人員的生命安全保駕護航。

三維激光掃描技術也為智慧礦山建設提供了有利條件，對其進行充分的運用，可獲得全面且精準的礦山信息。與此同時，還可建立三維礦山模型，能夠促使有關人員對礦山的具體情況進行深入的了解。在智慧礦山工程中，三維激光掃描技術可對不同類型的信息進行掃描，如礦山的地形情況、采礦巷道、尾礦庫、采場情況等，在將其輸送到相應的計算機之后，通過數據的合理轉化，可促進數據統計與分析工作順利進行，對礦山精心化管理的實現具有重要意義。此外，在三維激光掃描技術的支持下，可有效建立礦山模型，重現虛擬礦山，可呈現理想的三維立體效果，能夠為實際礦山采礦工作開展提供可靠依據，確保其開采的針對性、科學性，減少安全問題出現，優化開采質量。例如，由于三維激光掃描技術可將巷道中的各種信息全面的、準確的記錄下來，改變了以往手工素描記錄的形式，在降低有關人員工作強度的同時，也可建立巷道相關設備模型，實現地下三維立體化管理，加快智慧礦山建設步伐。

(3)異構業務承載技術

異構業務承載技術在智慧礦山數據分析與處理中發揮著至關重要的作用。其實際上屬于一個承載容器，如現階段較為常見的Docker就屬于最主要的一種。異構業務承載技術可將各種處理功能打包起來，為避免其之間產生干擾，還可促使其相互隔離，在智慧礦山中獲取了良好的應用效果。

4.結束語

總而言之，在新時期，煤礦開采行業雖然獲得了新發展，但由于地質條件復雜，開采環境惡劣，所以開采成效并不理想。在此情況下，智慧礦山受到了關注，并且其對智慧化的要求十分迫切。因此，應該加強智慧礦山工程建設，深入挖掘相關關鍵技術優勢，以建設可持續發展的智慧礦山。