面向服務的智慧礦井建設

劉安強，張碧川，劉 航，李 幸，邊 帥，李嫄源

（1.陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000；2.重慶梅安森科技股份有限公司，重慶 400050；3.重慶郵電大學 自動化學院，重慶400065）

隨著當前經(jīng)濟的持續(xù)增長，對礦產(chǎn)資源的需求也逐年增大。與此同時，煤炭企業(yè)的安全性問題仍然嚴峻［1］。采礦活動引起的環(huán)境問題及管理問題日益凸顯?；趯?jīng)濟高效、生態(tài)良性循環(huán)、資源利用效率提升的需求，社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展將是未來礦產(chǎn)資源開發(fā)的方向。隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，信息技術正在社會的各個領域得到廣泛應用，信息化和網(wǎng)絡化成為各行業(yè)的發(fā)展趨勢，并在具有決策能力的業(yè)務管理中發(fā)揮重要作用。采礦生產(chǎn)安全和技術管理中使用的信息應用程序主要集中在地質(zhì)、測量、通風、安全、礦山洪水和相關監(jiān)測方面［2］。近年來，眾多研究機構和企業(yè)都致力于在數(shù)字采礦系統(tǒng)中將安全生產(chǎn)管理專業(yè)化、集成化［3］。

傳統(tǒng)煤炭采礦行業(yè)在生產(chǎn)、管理等方面存在效率低、消耗高、生產(chǎn)安全性隱患大等問題。針對這種情況，從礦井機械化到自動化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變正在成為趨勢，有關未來礦井建設與實現(xiàn)方式的探索正在進行［4－5］。如何合理地開發(fā)和利用有限的資源、尋求社會的可持續(xù)發(fā)展，已成為人類社會的共同關注焦點。因此，提高礦山企業(yè)的核心競爭力，提高生產(chǎn)效率就顯得尤為重要。國內(nèi)外許多礦業(yè)公司都在進行礦井的數(shù)字化建設，例如辦公系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、3D儲量估算和生產(chǎn)自動化系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)在提高礦井的生產(chǎn)能力、運營效率、和生產(chǎn)安全等方面起著至關重要的作用［6］。伴隨著“新基建”加速，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和第五代移動通信技術（5th generation mobile networks，5G）等現(xiàn)代信息技術的應用成為礦業(yè)領域轉(zhuǎn)型升級的主要技術途徑。當前，煤炭業(yè)已進入轉(zhuǎn)型升級的新階段，建設礦業(yè)智慧區(qū)是大勢所趨，結合智能生產(chǎn)和智能管理構建綜合機械化的智慧管控平臺，形成具有融合分析的管控平臺，實現(xiàn)全方位、全感知、高效能礦區(qū)的智慧礦區(qū)［7］是發(fā)展目標。

智慧礦井的發(fā)展是一個持續(xù)改進的過程，從智能工作面和駕駛面到實現(xiàn)整個礦井管理的智能，最后到顛覆智能采礦技術的3個發(fā)展階段［8］。智慧礦井基于機械礦山和自動礦山的研究，通過集成自動化、信息管理和工程數(shù)字技術，結合人工智能、大數(shù)據(jù)、空間信息技術、三維仿真和虛擬現(xiàn)實等先進信息技術［9］，對煤礦企業(yè)進行基于認知的采礦研究，以高效、安全、綠色采礦作為目標，構建高度智能、自動化、用戶友好的智慧礦井。在過去的十年中，由于煤炭開采技術和相關設備研究的迅速發(fā)展，極大提高了機械化和自動化程度，為智能開采提供了堅實的基礎。目前，國內(nèi)有40多個礦區(qū)執(zhí)行智能礦井建設計劃，大多數(shù)礦區(qū)仍處于機械化礦井階段和自動化礦山階段。對于少數(shù)進入智慧礦井階段的煤礦公司，仍然存在許多未解決的問題［10］。

根據(jù)國家相關政策，未來將加快實現(xiàn)煤礦智能化，將智能安監(jiān)和智能生產(chǎn)整合起來構建煤炭物聯(lián)網(wǎng)。計劃到2025年，大型煤礦和災害嚴重煤礦要基本實現(xiàn)智能化［11］。本文中以陜西陜煤榆北煤業(yè)有限公司的曹家灘礦井智能化項目為例，構建以服務為導向的“智慧礦井”框架，并成功應用于采礦業(yè)。探索數(shù)字化采礦的建設過程，并重新定位“智能礦”的概念［12－13］。

1 智慧礦井內(nèi)涵及建設原則

1.1 智慧礦井內(nèi)涵

智慧礦井是通過新一代信息技術推動礦井建設轉(zhuǎn)型升級，打造集地下開采、運輸、管理等于一體的數(shù)字化、自動化生產(chǎn)體系，實現(xiàn)礦區(qū)無人化、管理智能化，極大提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，具有高速度、大容量且能覆蓋全礦范圍和各節(jié)點的特性［14］。曹家灘智慧礦井建設基于礦井信息數(shù)據(jù)庫，充分利用人工智能，大數(shù)據(jù)等技術，提供礦井智慧化生產(chǎn)管理技術平臺體系，支持生產(chǎn)運營、綜合數(shù)據(jù)管控、融合監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）仿真、安全生產(chǎn)、三維可視。目的是充分利用新型信息技術，使得礦產(chǎn)資源開發(fā)更加有效和智能化，實現(xiàn)良性循環(huán)的目標，最終提高資源利用效率［15－16］。

1.2 智慧礦井建設原則

在智慧礦井建設中堅持理念創(chuàng)新推動、技術創(chuàng)新支撐，堅持以網(wǎng)絡融合安全、信息互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享交換、功能協(xié)同聯(lián)動實現(xiàn)煤礦物聯(lián)網(wǎng)的全部功能需求。智慧礦井整體設計原則應符合前瞻性、先進性、可靠性、實用性和開放性。智慧礦井建設原則如下：

1）數(shù)據(jù)規(guī)范化原則?；诓芗覟┮延械牡V井信息資源，結合目前實際生產(chǎn)管理需要，標準化和統(tǒng)一化數(shù)據(jù)、系統(tǒng)開發(fā)流程，實現(xiàn)曹家灘智慧礦井系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享以及系統(tǒng)之間的高度集成。

2）智能化原則。建設曹家灘煤礦系統(tǒng)，在滿足企業(yè)基本設施的基礎上，借助人工智能技術，利用智能化的理論方法和技術，使礦山建設達到真正的智能化，實現(xiàn)在業(yè)務及生產(chǎn)過程中的智能化分析、管理決策：①礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，并能實現(xiàn)無人值守；②采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術手段，實現(xiàn)底層深度智能感知、信息高度融合、大數(shù)據(jù)挖掘和智能決策支持。

3）系統(tǒng)統(tǒng)一化原則。曹家灘智慧礦井系統(tǒng)綜合礦井管理、業(yè)務決策、辦公系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、三維儲量估算和生產(chǎn)自動化系統(tǒng)等，是一個多技術、多理論、多學科的交叉綜合管理系統(tǒng)。在建設過程中應統(tǒng)一各個子系統(tǒng)的系統(tǒng)框架，減少冗余功能模塊，實現(xiàn)智慧礦井系統(tǒng)“高內(nèi)聚、低耦合”的目標。綜合自動平臺建設應遵循“數(shù)字化、高速化、智能化、標準化”的原則進行設計。

4）網(wǎng)絡通信原則。煤礦企業(yè)間由于不同的網(wǎng)絡通信之間為支持兼容接口，擁有不同的網(wǎng)絡協(xié)議接口，導致通信協(xié)議之間不能很好兼容。鑒于此，曹家灘智慧礦井統(tǒng)一網(wǎng)絡協(xié)議接口，進行標準化處理，解決智慧礦井中通信兼容問題。

2 智慧礦井總體架構設計

智能礦井的實現(xiàn)與現(xiàn)代網(wǎng)絡信息技術、控制技術和挖掘技術緊密相關。在信息資源龐大且復雜的條件下，需要找到高效、安全、綠色的工作解決方案，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)調(diào)管理。通過收集實時數(shù)據(jù)，人工智能自主分析和學習以輔助智能應用程序來構建智能集成采礦平臺［17］。礦井綜合自動化建設總體架構包括4層，分別為數(shù)據(jù)采集管理層、平臺服務層、業(yè)務層以及交互層，礦井負責綜合自動化網(wǎng)絡建設、平臺建設，建立數(shù)據(jù)共享中心，對數(shù)據(jù)采集、分析、開發(fā)利用，并實現(xiàn)各子系統(tǒng)無人化、自動化。

針對曹家灘智慧礦井平臺開展面向服務的智慧礦井建設，根據(jù)監(jiān)管、運行、維護等方面的不同需求，開放設計多種窗口的交互層架構，并依次分類構建業(yè)務應用方向；針對礦井運營過程中真實存在的開采需求、設備管理和數(shù)據(jù)處理需求，配套合理的服務架構和數(shù)據(jù)中心。

如圖1所示，智慧礦井的總體架構基于云計算架構體系，該架構支持業(yè)務系統(tǒng)的智能化管理、分析、預測和決策等功能。

圖1 智慧礦井總體架構框圖

1）數(shù)據(jù)采集管理層：主要功能是進行礦山信息數(shù)據(jù)的采集以及決策信息的執(zhí)行。該系統(tǒng)主要用于采集實時測量，生產(chǎn)和管理信息。數(shù)據(jù)收集完畢后，通過企業(yè)標準協(xié)議輸入到相應的數(shù)據(jù)庫中，以標準格式進行處理。考慮到系統(tǒng)設計重點在實現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)共享，故礦井經(jīng)營管理、安全生產(chǎn)在線監(jiān)測管理、安全生產(chǎn)技術綜合管理、決策支持等將采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。智慧礦井的數(shù)據(jù)管理層中：①本層設備采集的數(shù)據(jù)主要包括礦井生產(chǎn)過程中實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)傳輸依靠高性能的工業(yè)網(wǎng)絡以及企業(yè)管理網(wǎng)絡；③構建的智慧礦井數(shù)據(jù)庫功能包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、分析等，其結果通過控制層、傳輸層到達執(zhí)行層，完成對設備的控制、礦體的空間形態(tài)和屬性的修正。

2）平臺服務層：包括阿里云物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IOT）平臺、數(shù)據(jù)及業(yè)務中心。阿里云IOT平臺為曹家灘礦井系統(tǒng)提供三方系統(tǒng)的對接服務。數(shù)據(jù)中心層對礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)提供相應服務，例如基礎數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等。業(yè)務中心層為曹家灘智慧礦井提供井下虛擬采礦、煤礦儲量估計和安全警告等服務，為礦井的業(yè)務提供統(tǒng)一的管理，并提供與業(yè)務邏輯相關的邊緣計算能力。

3）業(yè)務應用層：采用消息隊列管理、超文本傳輸協(xié)議（hypertext transfer protocol，HTTP）腳本技術和套接字Socket協(xié)議機制，通過網(wǎng)頁和移動端界面的形式展示曹家灘礦井在安全管控、生產(chǎn)運行、調(diào)度協(xié)同和經(jīng)營管理等業(yè)務下的服務功能。例如，在智慧礦井不同業(yè)務場景中展現(xiàn)不同的功能，以接口和功能模塊的形式統(tǒng)一各子系統(tǒng)，同時滿足礦井在不同場景下的不同需求，完成曹家灘礦井數(shù)字化、高速化、智能化、標準化的要求，滿足最終的智慧需求。

4）交互層：通過虛擬現(xiàn)實等技術，對經(jīng)過處理的礦山信息利用固定或移動顯示設備進行展示，最后顯示在指揮屏。

智能礦井通常由智能數(shù)據(jù)獲取、智能制造以及智能管理3個核心部分組成，由子系統(tǒng)之間以協(xié)同方式相互連接，從而有效、準確地提高礦井的生產(chǎn)管理效率［18］。智慧礦井架構如圖2所示。

圖2 智慧礦井各模塊智能方向架構框圖

1）數(shù)據(jù)智能獲取。包括2個部分：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)輸入與管理。數(shù)據(jù)采集將工人目前在礦井內(nèi)的實時位置、礦井設備運行情況、監(jiān)測和控制的詳細信息等實時數(shù)據(jù)進行快速存儲和處理。數(shù)據(jù)輸入與管理采集的實時數(shù)據(jù)包括實時的礦井位置、設備運行情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)等詳細信息等。由于數(shù)據(jù)存在多種形式，難以直接使用，因此需要在輸入前進行標準化處理，進而實現(xiàn)標準化管理，為后期數(shù)據(jù)分析做進一步鋪墊。

2）智能制造。主要包括對礦井下真實情況的仿真。優(yōu)化模擬地下礦井，分析統(tǒng)計整個煤礦的生產(chǎn)能力、安全隱患等來提高生產(chǎn)效率，同時實現(xiàn)自動調(diào)度、設備的相互獨立以及安全預警。

3）智能管理。例如礦井下生產(chǎn)自動化、運營效率、生產(chǎn)安全、成本管理。基于前2個部分所提供的各種礦山實時標準數(shù)據(jù)進行相關分析和預測，并利用決策工具為礦山工作人員提供決策信息，方便管理。

3 智慧礦井關鍵技術

針對智慧礦井的建設，提出了面向服務的四層式技術架構。為解決服務運營過程中存在的實際問題，結合相應的關鍵技術構建智能化平臺，與煤炭開發(fā)技術深度融合，開創(chuàng)綠色、安全、高效的發(fā)展新模式。

智慧礦井基于原始的數(shù)字結構，同時結合傳感技術、傳輸技術、信息處理和智能計算現(xiàn)代采礦技術實現(xiàn)對真實煤礦的全面架構［19］。例如生產(chǎn)、庫存、設備和人員的海量數(shù)據(jù)信息將在同一系統(tǒng)中進行管理，這對平臺系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是極大的挑戰(zhàn)。但結合數(shù)據(jù)挖掘和深度分析技術，可以分類聚合數(shù)據(jù)流，運用邏輯回歸技術剖析內(nèi)在規(guī)律，搭建智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，使得礦山工作人員可以從系統(tǒng)中快速檢索所需信息和分析報告。智慧礦井關鍵技術體系架構如圖3所示。

圖3 智慧礦井關鍵技術體系架構框圖

1）智慧礦井數(shù)據(jù)通信技術。由于煤礦收集的實時數(shù)據(jù)量巨大，為快速傳輸數(shù)據(jù)，需要制定統(tǒng)一的通信協(xié)議以及標準化的數(shù)據(jù)傳輸格式，并確保數(shù)據(jù)收集的準確性和可靠性。由于采礦環(huán)境的復雜性，強烈的電磁干擾和復雜的數(shù)據(jù)傳輸會導致高速光纖網(wǎng)絡無法覆蓋礦區(qū)。因此，基于異構網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信傳播技術，面向低速傳輸鏈路，高效數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度算法是對實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾芯績?nèi)容的改進。

2）智慧礦井自動化采煤技術。目前，大部分企業(yè)已實現(xiàn)機械化、自動化控制采煤技術。在智慧礦井構建的自動化控制的采煤技術中，需要控制系統(tǒng)和采煤設備進行連接，并自動下達指令，相關專業(yè)人員在操控環(huán)節(jié)把控達到智慧礦井的自動采礦服務，同時采取多種識別、記憶切割煤礦技術、遙感控制技術等。

3）智慧礦井空間信息技術。以GIS為核心的基礎空間信息技術快速實時地保證礦井下空間信息的獲取。根據(jù)空間信息技術，構建礦山地理空間的基礎框架，并建立礦產(chǎn)資源綜合信息數(shù)據(jù)庫以及用于礦下綜合管理的公共管理平臺，并三維虛擬現(xiàn)實地面、礦山、礦體和巷道等真實場景，為采礦管理和遠程礦山救援提供技術支持。

4）智慧礦井數(shù)據(jù)分析技術。采集器收集的大量實時礦山數(shù)據(jù)為信息存儲、管理和分析帶來巨大壓力。由于采礦環(huán)境的復雜性，需要充分利用大數(shù)據(jù)分析實時挖掘數(shù)據(jù)，并提供及時有效的智能管理和決策。目前，為避免礦井瓦斯、水災、火災、土壓沖擊和其他礦井事故，需要建立對礦井進行預測和預警的災難監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)全面安全監(jiān)測。

面對廣泛的數(shù)據(jù)信息，首先需要對其進行聚類，以分辨其帶來的危害類型。K-Means被用作對智慧礦井生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行挖掘分析的算法［20］。根據(jù)獲取的礦井數(shù)據(jù)樣本之間的距離將其劃分為不同的簇，劃分規(guī)則是讓群集中的點緊密相連，并使群集之間的距離盡可能大。假設簇劃分為（C1，C2，…，Ck），目標即為最小化平方誤差E：

其中μi是簇Ci的均值向量，表達式為：

通過啟發(fā)式的迭代求解方法，在無監(jiān)督情況下實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)信息的分析決策。

5）智慧礦井人工智能技術。深度學習是人工智能的核心技術，使系統(tǒng)具有獨立更新及升級的能力［21］。為使采礦系統(tǒng)成為基于信息的智能統(tǒng)一體，智能礦井必須具備深度學習能力［22］。利用深度學習、機器學習、大數(shù)據(jù)等人工智能理論方法和技術在礦區(qū)進行的生產(chǎn)、運營、安全監(jiān)控等應用已逐步啟動。其中，事故預警等功能依賴于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的模擬預測能力。神經(jīng)網(wǎng)絡具備類似大腦響應機制的拓撲網(wǎng)絡結構，通過模擬神經(jīng)沖突的過程完成網(wǎng)絡的輸出和迭代進化。

其中：θj表示神經(jīng)元的閾值；Netin為神經(jīng)元凈輸入，即對于第i個神經(jīng)元；xi為神經(jīng)元的輸入，輸入為對事故預警模型關鍵影響的自變量；wi為連接權值調(diào)節(jié)各個輸入量的占重比：

未來，可基于互聯(lián)網(wǎng)＋的云計算和大型數(shù)據(jù)平臺進行智能化的數(shù)據(jù)分析和信息挖掘，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過程中的決策制定；基于GIS的空間分析技術進行信息挖掘，實現(xiàn)智能礦井的實時動態(tài)更新。

4 智慧礦井應用

以曹家灘礦井智能化項目為例，其智能化包括與礦井安全生產(chǎn)密切相關的主要內(nèi)容。傳統(tǒng)礦區(qū)井口下采取安裝攝像頭的方式，對于實現(xiàn)實時安全、實時監(jiān)測有較大難度，井下工作有很大的安全隱患。智慧礦井系統(tǒng)基于面向服務的架構（service-oriented architecture，SOA），應用程序執(zhí)行時彼此獨立，全面利用相關先進技術實現(xiàn)礦山礦井智能化，集成采礦企業(yè)的各平臺，實現(xiàn)礦井三維可視化、生產(chǎn)運營可視化、綜合數(shù)據(jù)分析、融合監(jiān)測、安全生產(chǎn)管理等服務。曹家灘礦井智能化項目包括如下功能：

1）三維可視化。曹家灘智慧礦井對礦井下作業(yè)的設備以及人員生產(chǎn)過程的綜合信息進行綜合展示，實時監(jiān)控礦井運行情況和井下工況，平臺界面如圖4所示。

圖4 三維可視化平臺界面

運用三維建模技術，對礦區(qū)現(xiàn)場實際環(huán)境進行虛擬仿真建模，以三維模式模擬整個曹家灘礦井面貌，可放大或縮小進入指定礦井區(qū)域：①曹家灘礦井全體設備，諸如礦井生產(chǎn)、維修、主電機、液壓站等，對其進行三維虛擬展現(xiàn)；②三維應急指揮演繹系統(tǒng)能對現(xiàn)場發(fā)生災害進行模擬，對災害發(fā)生時的應急措施匯總。利用安裝的攝像監(jiān)控獲取礦區(qū)真實情況，并將各設備的詳細信息展現(xiàn)在可視化平臺上，實時提供現(xiàn)場實際情況。③通過三維監(jiān)控和礦區(qū)高清監(jiān)控攝像頭對整個礦山建立三維監(jiān)控和可視化平臺，在調(diào)度中心對整個礦山進行數(shù)字化再現(xiàn)，并實現(xiàn)整個時段對整個礦山的展示。

2）生產(chǎn)運營分析。依靠數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計整個曹家灘煤礦的生產(chǎn)能、銷售、安全隱患數(shù)據(jù)，實時更新生產(chǎn)煤礦產(chǎn)量、銷量，并在上述三維可視化圖形界面上予以標注，準確記錄礦井的生產(chǎn)運營情況。生產(chǎn)運營分析平臺界面如圖5所示。

圖5 生產(chǎn)運營分析平臺界面

3）綜合數(shù)據(jù)分析。針對前述的海量數(shù)據(jù)，結合后臺數(shù)據(jù)分析和處理的關鍵技術，對當前曹家灘的進尺量、銷量、主要設備運行情況、煤流監(jiān)測系統(tǒng)、井下區(qū)域人員分布、礦井通風、安全檢測等數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，獲取實時生產(chǎn)情況以及礦井下機器設備作業(yè)的實時信息。同時，收集、處理和分析諸如歷史設備的運行狀態(tài)、生產(chǎn)過程、產(chǎn)量和效率等數(shù)據(jù)，并將其存儲在該平臺，如圖6所示。通過綜合數(shù)據(jù)中心得到礦井人力資源、生產(chǎn)、技術等方面的綜合數(shù)據(jù)。

4）融合監(jiān)測功能。①對礦井智能化子系統(tǒng)進行全局化的集中統(tǒng)一式監(jiān)控和管理，將各集成子系統(tǒng)的信息統(tǒng)一存儲、管理、顯示在智能化集成統(tǒng)一平臺上，見圖7。②融合監(jiān)測平臺分別對主要監(jiān)測系統(tǒng)的設備、人員、車輛、環(huán)境進行實時監(jiān)測，對人員、設備、廣播等實時GIS定位，準確找到需要設備的GIS地點，掌握礦井生產(chǎn)作業(yè)的實際效率及執(zhí)行情況。③獲取礦井下設備生產(chǎn)運行情況等詳細信息，并存儲采集的礦井數(shù)據(jù)。

圖7 融合監(jiān)測界面

5）安全生產(chǎn)功能。①展示井下GIS仿真圖，同時融合和穿透各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，更加直觀地查看各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。②提供危險源智能預警與智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)危險源的智能預警以及基于風險的減災系統(tǒng)預警。通過實時在線監(jiān)測不同類型的危險源，使用危險源指數(shù)評估算法對各礦區(qū)的災害風險進行實時在線評估，確定風險的類型、等級和解決方案。③部署各種傳感器，實現(xiàn)對危險源危險指標的實時監(jiān)控、分析和上傳。通過使用危害源災難機制，對危害源風險水平進行實時智能分析，安全生產(chǎn)監(jiān)控界面如圖8所示。

圖8 安全生產(chǎn)監(jiān)控界面

5 結論

1）給出了智慧礦井的建設原則，設計具有采集管理層、平臺服務層、業(yè)務層以及交互層的智慧礦井總體架構體系，指出智慧礦井建設過程中需要解決的關鍵理論問題及系統(tǒng)設計方式。通過對智能控制、通信網(wǎng)絡、三維可視化、空間信息、大數(shù)據(jù)分析與挖掘、物聯(lián)網(wǎng)、機器學習等關鍵技術的設計集成，構建面向服務的智慧礦井，為完善智慧礦井架構提供了新的解決思路。

2）將傳感技術、傳輸技術、信息處理和智能計算現(xiàn)代采礦關鍵技術集成到礦井系統(tǒng)，完成了曹家灘礦井智能化項目，實現(xiàn)了礦井多屬性數(shù)據(jù)的數(shù)字存儲、傳輸、表達和深度處理，并將這些數(shù)字數(shù)據(jù)應用于礦井生產(chǎn)過程中的管理和決策，實現(xiàn)了煤礦的安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和利潤，為提升礦井智慧化程度提供了新的實現(xiàn)方式。