我國數字化礦山建設的現狀及發展趨勢

楊義維 趙昕楠

摘 要：在以數字礦山建設為目標分析的基礎上，本文結合中國大型礦山數字化建設實例，從安全生產和生產技術兩方面闡述了我國數字化礦山建設的實際狀態以及建設中存在的問題，最后從平臺架構和系統集成兩方面論述了數字化礦山建設的發展趨勢。本文所述內容對國內數字化礦山的建設具有一定指導意義。

關鍵詞：數字化礦山；現狀；發展趨勢

煤炭是我國能源的支柱產業，但是作為煤炭生產和需求大國，在采煤技術方面和煤礦安全方面較德、英、美、澳等發達國家還有很大的差距。如去年美國煤炭開采的百萬噸死亡率是0.03、澳大利亞是0.05，而中國是0.293，超出以上國家10倍多。

如今，我國也非常重視煤礦開采生產建設，在出臺的一系列政策文件中，多次提到將“信息化建設”“兩化融合”等政策作為今后煤炭信息化的發展目標和任務。

數字化礦山建設目標

隨著計算機網絡技術的發展，如軟件和硬件技術、信息處理技術、數據采集、數模轉換、系統控制及綜合自動化的廣泛應用，結合煤礦特點，將管理網絡、監測網絡和控制網絡整合統一起來，通過監、管、控一體化的思路建立統一的內部網絡和煤炭企業管理信息系統。煤礦的生產特點是既有企業管理，包括人、財、物、產、供、銷等，更重要的是采煤環境和生產控制的自動化系統，如采煤機組控制系統、運輸控制系統、供電控制系統、提升控制系統、排水控制系統以及監測系統等等。采用計算機網絡和軟件技術把管理網絡、控制網絡和監測監視網絡這三者有機地結合起來，使采煤、安全、機電，以及企業管理集成的管、控、監等信息系統一體化，實現管理現代化、生產自動化，最終達到減人提效、提高效率、增加企業競爭力的目的。

我國數字化礦山建設現狀

在煤礦安全生產方面，由于我國井下地質條件復雜，環境惡劣，受粉塵、瓦斯、頂板、透水等多方面因素影響，煤礦作業生產和人身安全受到嚴重影響。尤其是在近幾年煤礦安全特大事故頻發的環境背景下，安全管理工作在煤炭行業良性發展過程中的作用也越發明顯。通過對事故縱向和橫向的比對分析，發現我國煤礦安全管理落后于生產的主要原因有兩點：一是安全生產意識不高；二是安全管控的技術水平落后。這些情況和我們國家的煤炭行業信息化發展水平相對較低、井下作業環境相對較差有關。

目前，雖然有些礦山實施了自動化生產控制和監控的子系統，安全形勢有所改善，但是礦山建設的數字化程度依舊參差不齊，并且部分子系統都是相互獨立的，沒有進行深度融合和數據挖掘、利用，形成了“信息孤島”。所以，在整個過程中，作業規劃、安監管理、信息整合等方面相互共享能力較差，不能達到真正的管控一體化。以冀中股份東龐礦為例，在數字化礦山建設方面，該礦建設了生產調度綜合指揮系統，包括大型調度指揮中心顯示系統、高速穩定的工業以太網、高清晰度的工業視頻監控、兼容性強的綜合自動化平臺和應用靈活、操作便捷的調度指揮監控軟件，為決策層、管理層、執行層三個層面全盤解決規劃和解決方案。顯示系統選用Digicom Ark3000 多屏處理器，通過網絡與IDB進行連接，使用虛屏瀏覽器技術，在IDB上運行展示客戶端，在大屏幕上作相應的互動顯示。

另外，高速工業以太網在井上設置星型網絡、井下設置環網，主鏈路采用千兆光纖，核心層采用千兆工業以太網技術，通過千兆鏈路將各環網的交換設備連接到網絡系統的核心層次，實現了高冗余性能。

現代信息技術在煤礦安全生產中的應用可以有效地整合各種相關信息，并有助于系統化等環節的信息采集、處理、傳輸和應用，向調度室和上級監管部門提供有效可靠的信息來源，從而第一時間掌握作業現場狀態，及時發現危險源頭，引導正確的操作程序，這是安全生產信息化建設和數字化礦山建設的發展方向。

數字化礦山建設方向與趨勢

目前就我國現狀來看，數字化礦山的建設是一個十分巨大的系統工程，有著長期的建設目標。當今世界科技發展的水平結合我國礦山現階段技術裝備與管理水平來看，總體規劃分步實施是我國數字礦山建設的必經之路，由此可以發現我國數字礦山建設的具體目標是：

第一，利用現有成熟計算機軟件系統，將礦產資源的開采方案設計和開采環境的配套設施設計進行模型化，實現可視化操作。

第二，利用多渠道的網絡通訊手段，形成數據信號、圖像視頻信號傳播的鏈式共享平臺。

第三，利用工業以太網、高清視頻監視系統和生產管理系統，對礦井通道提升、運輸、通風、排水、安防設施等進行有效地系統的監控，并且對生產人員的位置跟蹤及生產的作業流程進行智能化調度與控制，從而全面提升礦山科學性建設。

第四，在系統集成方面，對礦井主要生產系統：提升系統、供電系統、排水系統、輸送系統、洗選系統通過各調度平臺的統一有效調度實現綜合化管理控制能夠大大提高生產效率。除此之外，在綜合調度的軟件平臺上全方位的展現人員的定位系統、井下環境安全監測系統，并實時進行分析處理，使生產設備控制系統和檢測系統的預警形成聯動機制，并與上級公司調度中心進行無縫對接，實現本礦數字化建設和公司級數字化建設。

結語

通過現有的實例來看，我國煤礦行業結構的合理規劃以及數字化的有效運用將是提高我國煤礦行業競爭力的重要一環，同時也要看到現代化數字礦山的建設是一個長期的發展過程，需要結合礦山所在環境的條件，開采作業的可行性等等因素進行整體規劃考量，逐步實施數字化礦山的建設。

（作者單位：煤炭科學技術研究院有限公司北京分公司油品分院）