礦井?dāng)?shù)字化及自動化的建設(shè)

【摘 要】數(shù)字化礦山是我國煤礦繼綜采機(jī)械化之后又一次重大革命。數(shù)字化礦山建設(shè)是一個龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因此，信息化的礦井在實(shí)施之前，應(yīng)做一個整體規(guī)劃和設(shè)計，然后再分步按設(shè)計要求實(shí)施。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；信息化；自動化；煤礦

1.數(shù)字礦山的內(nèi)容

“數(shù)字化礦山”最近成了采礦行業(yè)的一個熱門話題，并引起了國家科技部門和許多企業(yè)的重視，是采礦業(yè)以后的發(fā)展方向。

所謂“數(shù)字化”是指利用計算機(jī)技術(shù)把電類或語音、文字或圖像等非電類的信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，按一定規(guī)律編碼，用于信息的處理傳輸與應(yīng)用過程。“數(shù)字化技術(shù)”是指以處理“O”、“1”為基本邏輯單元，經(jīng)過數(shù)字編碼、數(shù)字壓縮、數(shù)字傳輸?shù)刃畔⑻幚砑夹g(shù)。數(shù)字礦山提法源自“數(shù)字地球”，20世紀(jì)90年代美國首先提出“數(shù)字地球”的概念，隨后便有了“數(shù)字中國”、“數(shù)字城市”、“數(shù)字政府”等等。我國煤礦地理信息系統(tǒng)的科技工作者提出“數(shù)字化礦井”及“數(shù)字化礦山”的概念。

數(shù)字礦山的兩個層次：一是將數(shù)字礦山中的固有信息（即與空間位置直接有關(guān)的相固定的信息，如地面地形，井下地質(zhì)、開采方案、已完成的井下工程等）數(shù)字化，按三維坐標(biāo)組織起來一個數(shù)字礦山，全面、詳盡地刻畫礦山及礦體；二是在此基礎(chǔ)上再動態(tài)嵌入所有相關(guān)信息（即空間位置有關(guān)的相對變動的信息，如儲量、安全、機(jī)電、人員、生產(chǎn)、技術(shù)、營銷等等），并找出這些信息內(nèi)在的聯(lián)系，組成一個意義更加廣泛的多維的數(shù)字礦山。

我們認(rèn)為第二層次才是完整的“數(shù)字礦山”，而“數(shù)字礦山”是需要多個學(xué)科、多個專業(yè)、高校、科研院所和煤炭企業(yè)的科技人員協(xié)同作戰(zhàn)、長期奮斗才能實(shí)現(xiàn)的。

數(shù)字礦山≠礦山數(shù)字化

2.煤礦數(shù)字化、信息化和自動化

“信息化”是實(shí)質(zhì)、“數(shù)字化”是表達(dá)形式、“自動化”是目的和基礎(chǔ)。

2.1“信息化”是現(xiàn)代化礦井的實(shí)質(zhì)

（1）現(xiàn)代化礦井實(shí)質(zhì)上依賴對礦井地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理和市場等方面的信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、應(yīng)用和提升，達(dá)到信息增值的目的。

（2）主要內(nèi)容包括信息的采集、傳輸、處理、信息的應(yīng)用與集成（自動化）等。

（3）信息是未來煤礦企業(yè)的重要戰(zhàn)略資源，是企業(yè)提高生產(chǎn)能力，保證安全，提高管理水平、市場應(yīng)變能力和競爭能力的重要保障。

（4）生產(chǎn)、安全、地理和設(shè)備的信息通過網(wǎng)絡(luò)（通信線路）實(shí)時傳送到地面調(diào)度中心，使得煤礦的安全、生產(chǎn)管理決策優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了電子化生產(chǎn)。

（5）減少設(shè)備及其零配件的庫存量，進(jìn)一步降低噸煤成本，注重供應(yīng)鏈的管理，大力推進(jìn)以計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的電子供應(yīng)鏈。

（6）以市場客戶為中心，重視客戶關(guān)系管理，實(shí)現(xiàn)自動配煤，滿足用戶對各種不同煤質(zhì)的需要，推動電子商務(wù)。

（7）先進(jìn)采煤國的煤炭企業(yè)正向管控一體化和產(chǎn)供銷一條龍發(fā)展，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化。

2.2“數(shù)字化”是信息的表達(dá)形式

（1）“數(shù)字化”是信息的表達(dá)形式，而且是信息最高、最先進(jìn)的表達(dá)形式。

（2）計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多煤礦的地理信息、生產(chǎn)信息、安全信息、設(shè)備工況信息從采集（傳感器）開始，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

（3）傳感器在采集信息的同時，它可以對信息進(jìn)行處理、自校正等等，不僅使被采集的信息更準(zhǔn)確，而且可以在一根總線上掛許多個傳感器，使信息傳輸系統(tǒng)更簡便。被采集的信息不會因傳輸距離和環(huán)境使精度受到影響。

（4）由于信息是以數(shù)字的形式進(jìn)行采集、處理、傳輸和應(yīng)用，因此，生產(chǎn)、安全、管理、市場等等信息可以在一個統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行傳輸和交流，使所有的信息能得到更充分的應(yīng)用，使所采集到的信息得到更大的增值。

2.3“自動化”（管控一體化）是基礎(chǔ)與目的

基礎(chǔ)：

（1）信息化（數(shù)字化）的信息絕大部分來自于各種生產(chǎn)、工況、安全綜合自動化系統(tǒng)的自動檢測裝置（傳感器），這些是信息化（數(shù)字化）的基礎(chǔ)。

（2）綜合自動化的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫是信息化礦山的主要組成部分。

目的：

（1）利用先進(jìn)的控制理論（如人工智能、專家分析等）建立煤礦安全生產(chǎn)所需的決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井安全、生產(chǎn)和效益的多目標(biāo)優(yōu)化。

（2）自動化是指機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程（煤礦包括環(huán)境安全）、管理過程（DA、BA）在沒有人的直接參與，經(jīng)過自動檢測、信息傳輸、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的目標(biāo)。信息化（數(shù)字化）的目的是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化、安全監(jiān)測自動化、管理自動化、辦公自動化，最終實(shí)現(xiàn)無人化礦山。

3.數(shù)字礦山信息集成的內(nèi)容

（1）礦產(chǎn)資源信息和礦山設(shè)計、礦井建設(shè)及開采過程的數(shù)字化、可視化。

（2）煤礦生產(chǎn)過程監(jiān)控、全礦井生產(chǎn)安全環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)過程信息綜合利用等方面的網(wǎng)絡(luò)化、自動化和智能化。

（3）各種檢測儀器儀表、自動化設(shè)備在惡劣生產(chǎn)環(huán)境中的安全可靠應(yīng)用與設(shè)備間的關(guān)聯(lián)聯(lián)動信息共享。

（4）圖像監(jiān)視和傳輸?shù)臄?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)。

（5）煤炭企業(yè)管理信息化及電子商務(wù)系統(tǒng)。

（6）基于信息融合技術(shù)滲透到生產(chǎn)、安全與經(jīng)營各個層面的決策支持系統(tǒng)。

4.煤礦綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺

統(tǒng)一傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺和統(tǒng)一軟件及數(shù)據(jù)倉庫平臺是從硬件結(jié)構(gòu)和軟件配置上保證信息化礦山中的各子系統(tǒng)模塊具有統(tǒng)一的傳輸模式、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表達(dá)形式、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理方式。

（1）自動化礦山對傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺的要求：

1）網(wǎng)絡(luò)具有良好的可靠性。

2）網(wǎng)絡(luò)具有良好的冗余性。

3）各子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)平臺形成透明傳輸，并能方便地上，下網(wǎng)絡(luò)，相互構(gòu)成聯(lián)系。

4）各子系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)能形成各自的邏輯網(wǎng)。

5）有限制網(wǎng)絡(luò)流量的能力。

6）豐富的網(wǎng)管功能。

7）最大限度的使用網(wǎng)絡(luò)資源。

（2）工業(yè)以太網(wǎng)：

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)以太網(wǎng)是為工業(yè)應(yīng)用專門設(shè)計，是一種國際標(biāo)準(zhǔn)、開放的網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸率高，實(shí)時性好，是今后發(fā)展的方向。

1）工業(yè)以太網(wǎng)傳輸平臺的特點(diǎn)是能很好的滿足上述對傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺的要求，同時能實(shí)現(xiàn)數(shù)字、音頻、視頻的三網(wǎng)合一，真正實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)傳輸。同時采用高可靠性工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可滿足控制網(wǎng)實(shí)時性的要求。

2）不足是由于工業(yè)以太網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)通常是以太網(wǎng)交換機(jī)，而對煤礦生產(chǎn)設(shè)備的控制仍需要基于工業(yè)現(xiàn)場總線的控制器。1000M環(huán)形網(wǎng)交換機(jī)需要通過100M口實(shí)現(xiàn)與基于工業(yè)總線的控制器的連接，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測與控制，投資較大。另外，在協(xié)議轉(zhuǎn)換上需要在各種工業(yè)總線協(xié)議與TCP/IP協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3）我國投入運(yùn)行的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)，有100M工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和1000M工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。而真正能實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一的是1000M以太網(wǎng)。

5.結(jié)束語

“數(shù)字礦山”是一個美好的設(shè)想，“數(shù)字礦山”是礦山未來發(fā)展的方向，“數(shù)字礦山”需要經(jīng)過幾代人的努力才能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。而信息化、自動化是“數(shù)字礦山”最現(xiàn)實(shí)、最踏實(shí)的基礎(chǔ)。現(xiàn)在人類已經(jīng)進(jìn)入了信息化的時代，我國煤炭企業(yè)應(yīng)該抓住數(shù)字化帶來的礦山企業(yè)改造與發(fā)展機(jī)遇，利用信息技術(shù)，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，將數(shù)字礦山建設(shè)與整個煤炭企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、管理改革相結(jié)合。

【參考文獻(xiàn)】

[1]錢建生.淺談數(shù)字化礦山.

[2]李世銀.基于光纖傳輸和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的煤礦綜合調(diào)度通信系統(tǒng).