基于物聯網技術的智慧礦山建設研究

一、引言

礦業作為國民經濟的重要支柱產業，其生產作業效率與安全管理水平，直接關乎國家經濟的持續穩定發展。然而，傳統礦山生產管理模式存在諸多弊端，如生產效率低下、安全隱患突出等。在信息技術的發展推動下，智慧礦山應運而生。智慧礦山通過集成應用物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術，實現了礦山生產過程的智能化、自動化與信息化管理，有效提升了生產效率，保障了安全生產。

二、基于物聯網技術的智慧礦山概述

（一）智慧礦山的概念

智慧礦山指的是運用現代信息技術，涵蓋物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術，對煤礦生產、管理及安全的各個環節實施智能化改造，以保障煤礦生產管理活動的高效、安全與綠色運行。智慧礦山借助于對礦山地質、開采、運輸、通風、安全等環節的全面感知、實時互聯和智能分析，構建起覆蓋生產、安全、管理、決策的智能化體系，實現礦山資源的精準開發、生產過程的高效協同、安全風險的動態預警以及運營管理的科學決策，從而大幅提升礦山生產效率、降低安全事故風險、減少資源浪費與環境影響，推動傳統礦山向安全、高效、綠色、智能的可持續發展模式轉型升級[1

（二）礦山生產環境特點

煤礦行業是傳統能源產業的重要組成部分，其生產作業環境獨具特色。一是復雜性。礦井環境錯綜復雜，地質構造多變，煤層厚度不一，地下水文條件復雜。這就要求所應用的技術必須具備高度的適應性和靈活性，以應對各種復雜情況。二是高風險性。煤礦生產面臨著瓦斯、煤塵、水、火等多種災害因素的威脅，一旦發生事故，后果不堪設想。因此，安全生產管理至關重要，迫切需要一個更加高效、實時的監控和預警系統。三是設備密集型。煤礦生產依賴于大量機電設備，這些設備的運行狀態直接影響著生產效率和安全。對設備的有效管理和維護是保障生產順利進行的關鍵。四是環境參數變化大。井下溫度、濕度、氣體濃度等環境參數會隨著生產活動的進行而發生顯著變化。實時監測和分析這些參數，以便及時調整生產策略，是確保生產安全和高效的重要環節。

（三）物聯網技術在礦山作業中的優勢

第一，將各類傳感器與設備相連，物聯網能實時采集礦山環境與設備狀態數據。比如對礦井內溫度、濕度、有害氣體濃度等關鍵環境指標進行精準監測，一旦數據異常便及時預警，為礦工創造更安全的作業環境。在設備管理方面，可實時掌握設備運行參數，預測潛在故障，提前安排維護，減少因設備故障導致的停機時間，確保生產連續性。第二，物聯網技術實現了礦山作業的遠程控制。操作人員無需身處危險的礦井深處，在安全的遠程控制中心，借助5G等高速通信網絡，即可對礦山設備進行精準操控，如控制礦用卡車、挖掘機等設備運行，極大提高了作業安全性，同時也能讓專業人員更集中、高效地管理設備。第三，物聯網技術助力礦山企業優化資源管理。借助于對礦產資源分布數據的精確獲取與分析，合理規劃開采順序與方案，避免過度開采或資源浪費，提高資源利用率，實現可持續發展。此外，物聯網技術整合了礦山生產各環節數據，使管理者實時掌握整體生產態勢，基于數據做出科學決策，優化生產流程，降低運營成本，推動礦山作業向智能化、高效化、安全化方向大步邁進[2。

三、基于物聯網技術的智慧礦山建設實踐

（一）礦山環境監測預警

1.實時監測環境參數

智慧礦山利用物聯網技術，在礦山的關鍵區域廣泛部署各類傳感器，實現了對環境參數的實時、精準監測。這些傳感器可以連續、準確地采集數據，并通過無線通信技術將數據傳輸至數據中心或云平臺進行存儲和深入分析。具體而言，第一，溫濕度傳感器可實時監測井下的溫度和濕度變化，為礦山營造舒適的工作環境，預防因溫濕度異常引發的設備故障或安全事故。第二，氣體濃度傳感器能夠實時監測煤礦中常見的瓦斯、一氧化碳等有害氣體的濃度變化，一旦超過安全閾值，立即自動觸發報警機制，通知相關人員及時處理。第三，粉塵含量傳感器則可實時監測井下的粉塵濃度，為礦山的防塵措施提供數據支持，避免因粉塵積聚引發的爆炸或職業病。

2.災害預警系統的構建

基于物聯網技術獲取環境監測數據，可構建科學、高效的災害預警系統，實現對礦山災害的提前預警。首先，依據歷史數據和實時監測數據，運用大數據分析和機器學習技術，建立精準的災害預警模型，分析環境參數的變化趨勢，預測災害發生的概率，并設定合理的預警閾值。其次，當環境參數超過預警閾值時，災害預警系統將自動觸發報警機制，通過聲光報警、短信通知、語音播報等多種方式，及時將預警信息傳達給相關人員，提醒其采取相應的防范措施。最后，建立健全與預警系統相配套的應急響應機制，一旦發生災害，迅速啟動應急預案，組織人員進行救援及疏散，最大限度減少災害損失。

（二）礦山設備智能監控維護

1.采集分析設備運行狀態與能耗數據

利用物聯網技術在礦山設備上部署的各類傳感器和執行器，可以實現對設備運行狀態和能耗數據的實時采集。這些傳感器可以監測設備的振動、溫度、壓力、流量等重要參數，并將數據通過無線通信技術傳輸至數據中心或云平臺進行存儲和分析。通過對這些數據的實時分析，能夠全面了解設備的運行狀態與能耗情況，及時發現設備的異常和潛在故障。同時，結合歷史數據和機器學習算法，對設備的性能進行評估，提高設備的運行效率。此外，對能耗數據的分析有助于實現節能減排，降低生產成本。

2.設備遠程控制

基于物聯網技術的設備遠程控制功能，使礦山生產涉及的各類設備能夠實現遠程監控。依托物聯網平臺，工作人員可實時查看設備的運行狀態、工作參數和故障信息，并對設備進行遠程調試、配置和升級。這不僅提高了設備管理效率，還降低了工作人員進人危險區域的風險。在遠程控制技術的支持下，可對設備進行智能化調度和優化，根據生產需求和設備狀態自動調整設備的運行參數與工作模式，保障設備處于最佳運行狀態[3]。同時，遠程控制還可以實現設備的遠程故障診斷和維修指導，提高維修效率。

3.故障預測與自動維護系統

基于物聯網技術與大數據分析，設計并應用故障預測與自動維護系統。該系統借助對設備運行狀態及能耗數據的實時監測，融合歷史故障數據與機器學習算法，精準預測設備故障發生時間，并剖析可能引發故障的原因。當系統預測到設備存在發生故障的可能性時，會及時向作業人員發送故障預警信息，以提示其開展檢查維護工作。隨后，依據故障類型與嚴重程度，系統將自動制訂維護計劃與方案，并提供維修指導與支持。在這一過程中，系統還能夠對維護進度實施實時監控，以保障維護工作的順利推進。

（三）作業人員定位與安全管理

1.監控礦工實時位置信息

智慧礦山借助RFID（射頻識別）、GPS（全球定位系統）或UWB（超寬帶）等技術，對礦工實施實時位置監測。通過礦工所佩戴的定位標簽或設備，與礦山內部的定位基站直接進行通信，能夠精準獲取其位置信息。

這些信息傳輸至云平臺后，借助可視化界面進行展示，不僅有利于生產流程的優化，還能在緊急狀況下實現迅速定位，為救援工作提供堅實支撐。

2.危險區域預警與緊急撤離指導

依托實時位置信息與礦山環境監測數據，智慧礦山運用危險區域預警與緊急撤離指導系統。當該系統檢測到作業人員進人危險區域，或礦山環境參數超出安全閾值時，將自動觸發預警機制。預警信息通常會借助聲光報警、短信通知、語音播報等多元方式，及時傳達至相關作業人員及管理人員。與此同時，系統依據預設的撤離路線與方案，為礦工提供緊急撤離指引，以保障其能夠迅速且安全地撤離危險區域。

3.安全管理系統

智慧礦山的安全管理系統是一個綜合性平臺，集成了人員定位、環境監測、設備監控等多項功能。通過數據集成與共享，各子系統能夠協同運作，提升安全管理的效率和準確性。在安全管理系統優化層面，運用大數據分析與機器學習技術，對歷史數據和實時監測數據展開分析，以發現潛在安全隱患。基于分析結果調整安全管理策略，進而提高礦山安全管理水平。此外，借助移動互聯網與云計算技術對安全管理系統的遠程訪問，管理人員能夠隨時隨地查看礦山安全狀況，及時處理安全問題，提高安全管理的響應速度[4]。

（四）生產流程的智能化管理

1.生產數據的實時采集、傳輸與分析

智慧礦山借助傳感器、RFID等技術，對生產過程中的各類數據實施實時采集。這些數據涵蓋工作產量、質量、設備運行狀態、能耗、人員作業情況等多個方面。采集所得的數據借助無線通信技術，如Wi-Fi、Zigbee等，實時傳輸至數據中心或云平臺進行存儲和分析。在數據分析環節，運用大數據技術與機器學習算法，對生產數據展開深入挖掘與分析，以掌握生產過程的實時態勢，發現生產中的瓶頸與問題，為生產優化提供數據支撐。數據分析亦有助于礦山預測未來的生產趨勢，為生產計劃與決策提供依據。

2.生產流程優化

智慧礦山借助自動化與信息化的深度融合，達成生產流程的優化。具體而言，運用PLC（可編程邏輯控制器）、DCS（分布式控制系統）等自動化技術，對生產設備實施自動化控制與監控；在信息化方面，通過ERP（企業資源計劃）、MES（制造執行系統）等信息系統，實現生產數據的集成與共享。基于自動化與信息化的融合，可對礦山的整體生產流程開展更為精細化的管理，通過優化生產調度、提升設備利用率、減少生產浪費等措施，顯著提升生產效率[5]。此外，借助遠程監控與診斷系統，技術人員能夠及時發現并解決生產中的問題，避免了因設備故障導致的生產中斷，進一步降低了維護成本與安全風險。

3.智能決策支持系統

通過對礦山生產數據進行實時采集和分析，智慧礦山構建了數據驅動的智能決策支持系統。該系統利用大數據分析和人工智能技術，對相關數據進行深度挖掘和智能分析，為生產管理決策提供科學依據。在實際應用中，智能決策支持系統根據生產數據的實時變化，合理調整生產計劃和策略。例如，當礦石質量發生變化時，系統自動調整選礦工藝和參數。同時，該系統還能夠對生產過程中的異常信號進行預警，幫助管理人員及時采取防范措施。

以某大型金屬礦山為例，智能決策支持系統在一次生產過程中檢測到原礦品位出現顯著波動，通過智能分析迅速識別出這是由于某區域礦石性質變化所致，隨即自動調整了選礦工藝參數，如磨礦細度、藥劑添加量等，確保了最終精礦質量的穩定，同時系統還預見到這一變化可能對后續生產流程造成的影響，提前調整了生產計劃，避免了因原料質量波動導致的生產中斷或資源浪費。此外，智能決策支持系統具備異常信號預警功能，曾在某次設備故障前通過數據分析提前發現潛在問題，及時通知維護人員進行檢查，有效防止了重大設備事故的發生，保障了安全連續生產。

四、結束語

綜上所述，物聯網技術的應用提升了礦山生產效率與安全生產水平，為礦山行業的可持續發展注入了新的活力。但也應認識到，現階段智慧礦山建設仍面臨諸多挑戰，如技術難題、管理問題等，還需要相關研究者不斷推進技術創新，引入現代化管理理念，促進物聯網技術與礦山作業的深度融合。

作者單位：陳濤甘肅華亭煤電股份有限公司東峽煤礦王貴明華亭煤業集團有限公司

王樹濤 董昊福 甘肅華亭煤電股份有限公司東峽煤礦賀永強華亭煤業集團有限公司

參考文獻

[1]蘇布德.淺析廣電智慧礦山項目設計與實現[J].廣播電視網絡，2023，30（11）：34-36.

[2]孫凱.智慧露天礦山規劃發展分析[J].工礦自動化，2023，49（S2）：40-42+46.

[3]孫移嘉.地理信息系統在智慧礦山中的應用研究[J].世界有色金屬，2023，（16）：23-25.

[4]劉洋.數字孿生技術在智慧礦山中的應用探討[J].中國非金屬礦工業導刊，2023，（04）：73-75.

[5]武海燕，黃鐵錚，白晶晶，等.基于策略模式的物聯網業務服務質量提升方法研究[J].長江信息通信，2023，36（07）：182-185.