物聯網在智能礦山建設中的應用研究

丁鵬

安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司 安徽 馬鞍山 243000

1 物聯網關鍵技術及應用架構

1.1 關于物聯網應用關鍵技術

開展物聯網技術應用，特別是鐵礦、煤礦等特殊行業中，首先要全面了解物聯網應用技術。其涵蓋的基本技術類型有：傳感器技術，它對實際場景的研發及精度有明確的需求。通常是應用具有較高穩健性的特種傳感器設備。標簽技術，如RFID標簽或二維碼檢測，已有效用于物體的識別。無線網絡技術，它用于在物聯網上傳輸信息。傳輸系統對物聯網使用至關重要。內部系統技術，用于數據的分析和處理，是綜合了計算機與軟件設備、傳感器、集成電路等的復雜技術。如把物聯網比喻為人體，那智能傳感器就如同人類的感官一樣，對傳遞信息的各路神經系統進行綜合處理。云計算技術，它用于處理物聯網，有提高資源利用率，降低成本的作用。

1.2 智慧礦山建設的應用架構

智慧礦山是采礦業在大數據等技術基礎上，為提高礦山信息化和自動化水平而提出的新概念和應用。智慧礦山建設是技術、制度和管理綜合創新的有機結合，也是采礦生產和管理模式的重大轉變。它基于一個綜合平臺，通過智能化控制生產和管理兩大系統，并對整個生產、經營進行數字化描述，優化業務流程。通過數據采集，對數據源進行共享、統計和自動分析，使業務管理實現透明化，實時掌控相關機器設備的運行狀態。

代表性智慧礦山框架分為基礎層、控制層、執行層、經營層和決策層?；A層是基礎數據的來源?？刂茖邮钱a控一體化集成系統，完成對各子系統數據的集成和控制，提供相關數據的分析和可視化。生產層服務于生產經營單位，分為業務和技術功能。經營層是為業務管理提供數據，實現管理通道的模塊化管理。

2 物聯網在智能礦山體系的重要作用

為加快物聯網在礦石開采過程中的應用，礦山企業努力探索其開采方式的新模式。無論是普通采礦機械數字化改造、聯網化還是綜合機械化應用，都進行了數字信息化的改革。目前在智能應用方面已取得較大進步。如電力集控、無人采掘、無人抓斗、電機車無人駕駛、智能充填等已經取得成功應用，針對礦山突出的“3D”問題（Dangerous 風險大、Dusty 環境臟、Duplicate 重復勞動），不斷提升安全水平，實現了安全管理模式的創新。在礦石開采中提高礦產品位、優化運營管理、降低生產成本方面，對機械設備的應用需求非常高。而以前對設備使用的效率一直存在較大問題。因此，采礦企業通過升級改造，提高了裝備精度，促進了產業發展。同時市場因素對企業生產成本控制造成一定壓力，所以采礦企業要緊跟市場步伐，把握智能升級、機械化更換的時機。不斷學習和改進，逐漸向智能化方向發展。通過有效控制產品質量，以及減少安全風險因素，提高生產效率。在科學技術快速發展的背景下，各種技術、材料的應用持續更新，企業要將重點放在滿足當前需求和長遠發展上。全面進行智能化更新升級，完善物聯網等相關技術，優化管理模式。提升企業長期規劃中存在的問題，對于促進物聯網智能化管理采礦，提升企業生產經營效率具有重要意義。

3 物聯網采礦生產經營過程中的規劃原則

在數字化生產中使用物聯網技術要進行綜合規劃，并全面堅持發展、可靠和便利的基本原則，適當地對采礦設備存儲、使用、加工、維護等環節進行全面管理。如從購買設備開始就充分利用物聯網技術，將設備創建唯一的“識別碼”，而該“識別碼”將伴隨于設備后續全部的使用周期。通過智能化物聯網系統，在能源、材料消耗、配件設置、尺寸等方面進行優化選擇。在設備整個生命周期中，時刻保持與無線采礦系統進行通信。通過控制系統實現對設備的實時監控，以及運行數據分析。通過對智能測控平臺的數據提取，合理滿載、提高效率，降低運維成本。

4 智慧采礦企業生產經營要點

4.1 要根據地區生產情況，嚴格按有關規定執行

在建設智慧礦山時，要嚴格按照部門的具體要求，在保證生產效率的基礎上，避免建設中的失誤，滿足地區的管理需求，促進地區經濟發展。如在智慧礦山建設過程中，企業要嚴格按照設計標準開采。同時應積極鼓勵企業實施地質環境動態監測，提供全面可靠的技術支持，不斷完善企業開采計劃編制，為智慧礦山的建設提供支撐。

4.2 全面推廣和使用先進的自動化采掘技術

在礦山行業，通過對自動化設備加大投入，許多企業逐步實現了對開采、運輸、選別生產進行自動控制，還有的企業已經完成了自動采掘。自動采掘與生產計劃自動對接?？刂葡到y根據現場工況提供指令，監控設備的運行。礦山企業應積極推廣自動化采、運、選技術，完善地質層識別技術，以及遙感技術等。

4.3 提高信息化技術在采、運、選生產中的應用

智慧礦山建設中，以信息化技術、地理信息系統、遙感技術為基礎，對各項指標和數據進行分析，確保生產系統在運行中的順利開展，確保礦石生產中各項指標分析和提取，并實現快速分揀，以及分析完整的信息化管理系統，并從多個維度進行監控和管理。信息化技術在智慧采礦中的應用，體現在遠程控制、地理信息系統、設備維護、礦石加工等。

4.4 做好決策管理工作，確保其執行的科學性

礦業企業要做好智慧礦山的管理工作，就要對礦產開采以及建設中的相關數據進行綜合分析，規劃好下一步建設工作，確保礦山生產工作穩定順利進行。智慧礦山以決策系統為基礎，將規劃和管理系統結合起來，全面促進了智慧礦山建設工程的順利完成。

5 物聯網在智慧礦山建設中的具體運用

5.1 建設礦山無線網絡

使用物聯網技術，提供可靠的信息非常重要。傳統有線傳輸方式已完全不符合物聯網在礦建生產中的要求。在物聯網中，企業要建設和完善以無線方式為傳輸的信息化系統，以實現高速度、低延遲的服務管理。隨著無線通信的發展，5G技術得到了全面提升。在智慧礦山建設中，可以在礦山建設5G私有網絡，全面覆蓋和形成完整的地下信息化系統，以及高速Wi-Fi網絡系統，以有效實現實時的數據采集，接入、處理、分析以及二次分發等，實現控制設備使用效率和延長服務的目的。并通過設備周期管理，利用無線網絡實現不同場所間的實時通信，從現場操作員的終端設備收集操作數據，以為管理控制平臺提供支持。

5.2 基于5G技術的智能礦建巷道掘進

巷道施工約占井下礦采掘總工程量的70%，在工作面掘進過程中，對設備標準要求高，要多臺設備協同作業。由于工作面空間狹小，環境復雜，嚴重影響操作人員的視線。如果操作人員沒有準確觀察工作面情況，易發生人身傷害事故。為打造極具競爭力的井下開采方式，采礦企業要以物聯網的應用為基礎，以5G技術作為支撐，加快智能化礦建工程的應用實施，并全面啟動智能礦業建設規劃，同時開發和組建智能化井巷工程施工團隊。

5.3 5G通信系統的應用

巷道掘進工作要基于5G通信技術進行升級，以滿足掘進頭設備的通信要求。整個操作系統要加載導航系統、可變光學技術、熱成像技術、巷道掘進技術，同時還要配備先進的運輸設備改造、連續自動切割技術，以實現對智能礦建工程視覺控制和自動轉向功能。 5G系統由地面5G設備、5G礦用基帶控制單元（BU）、遠程數據采集、礦用無線基站，實現各種安全信息及數據的傳輸和管理，促進智能掘進的有效進行。物聯網技術在智能礦建中的應用，其目的是要滿足采礦、數字生產、機電管理、安全生產，以及傳感器技術、數據傳輸和處理技術管理的需求。并結合實際生產，形成貫穿礦建過程的人與設備間的網絡連接，實現生產的智能化和數字化管理。能根據建設過程的情況分析做出輔助決策，提升礦山企業的管理水平，提高采礦生產效率，支持采掘行業健康發展[1]。

5.4 智能運輸與保障系統

采掘企業要全面應用全自動雙臂組合智能錨桿施工臺車，它具有智能化支撐、自動設置排間距等功能，實現了全自動的錨桿支撐裝置。它主要由實驗室網絡、伸縮架、鉆機、控制臺、舷梯、電纜架以及智能控制系統組成。另外，輸送機負載通過集中控制，也實現了可視化操作。它可在掘進系統的控制平臺上，合理計算電流、負載狀態。系統能自動啟動并識別輸送機實時的負載運行，并自動計算負載的運行時間。礦渣從輸送帶上卸下，都是通過目視控制有效進行的。經過智能測試，連續巷道掘進過程中，還有一些需要改進的地方。如通常情況下，激光導向裝置的延伸方向通常在40m左右，在生產中設備每次移動過程都非常頻繁。因此要進一步研究和增加應用指數的范圍。同時視頻設備只實現監測電纜的轉移，但沒有實現電纜回縮裝置，須技術人員通過用手動操控連切電纜。當倒車時，由相機無線傳輸。雙臂組合智能鉆機有待完善[2]。

6 ICT站建設

6.1 基礎信息網絡

基礎信息網絡通過系統的信息交換，能全面支持ICT、智慧礦山和相關子系統的綜合控制。包括網絡5G寬帶、拓撲以太網以及現場共信息收集點。能擬在距礦區5公里范圍內建設局域網絡系統。提供集群通信、視頻監控、移動辦公等功能。能過穩定的無線傳輸通道，實現對礦建設備的管理和控制[3]。

6.2 數字化

管理平臺數字化，讓智能礦山數據庫從掘進過程的數據中整合基礎數據，同時轉換和整合數據語言。同時將數據整合到組件中，形成集成接口，并將整體系統和信息轉換為管理結構。信息存儲在數據組件的查詢庫中，以有效提供和實現信息數據服務，以及準確計算能力接口的智能系統。

6.3 智能運營中心

采礦智能運營中心，它是全面應用物聯網、大數據、工業智能、互聯網和地理信息系統的數字化信息應用技術。使用GIS、2D/3D等技術，可以實現全面有效監控智能礦山設備運行、故障監測和預警跟蹤等功能，同時也實現了對智能礦區階段數據及現場的可視化管理，全面提升了礦山智能化管理水平，實現整合數據，礦建設計修正，完善了礦區掘進的整合。

7 結束語

總體來說，現有基礎設施及智能化網絡水平較低，在礦山生產中，難以近期實現物聯網應用改造。技術裝備水平有待提高。同時，物聯網技術不斷完善。因此要加大力度研究開發專用的技術裝備，提高智能化水平，以有效降低技術裝備成本。另外，物聯網在智慧礦山的應用，無論是使用維修、設備的研發制造，都要不斷提升其專業性，加強對企業員工和技術人員的培訓。