加強智慧礦山建設的探索與研究

摘 要：為解決煤炭企業通過儀器的人工控制，設備能夠進行自動化的運行，本文通過對目前智慧礦山發展特點進行分析、結合當前智慧礦山系統建設實際情況，對加強智慧礦山軟件系統建設內容進行詳細描述、重點闡述了智慧礦山軟件系統的基礎保障系統、安全保障預控與應急救援系統、生產調度指揮與協同集控平臺、經營績效決策平臺中的設計要點和實施方法及步驟。

關鍵詞：智慧礦山；智能；自動化；大數據；云計算

1.智慧礦山定義

主要包括礦山的安全、生產、經營、管理等各方面內容，涉及的理論廣而深，比較關鍵的研究依據包括：適用于礦山日常生產動態變化需求的三維自動建模技術，根據二維數據即可自動生成三維模型。模型快速自動更新技術，根據二維數據的更新而實現三維模型的快速自動更新。虛擬和和增強現實（VR和AR）技術，綜合利用虛擬現實、增強技術、多媒體技術與網絡通信技術等，實現采掘、運輸、提升、通風等礦井生產系統設計結果和生產狀態的虛擬仿真。

2.研究內容

以鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司為示范礦，建立鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司智慧礦山軟件系統，利用精細建模、智能傳感、智能控制、物聯網、云計算和大數據等新一代信息技術，通過龍王溝礦井四維可視化、生產管理內容的協同智能應用、生產調度指揮與集控、安全保障預控與救援、經營績效決策與管理等建設內容，實現安全生產經營的全過程智能監控、礦井信息資源的高度共享、礦井資源的優化配置等，從而提高企業核心的競爭力。

2.1四維地理信息系統

四維地理信息系統是指在統一空間（x、y、z）和時間（t）框架下，科學合理地組織礦山各類信息，將海量異質的礦山信息資源進行全面、高效和有序的管理和整合，基于勘探、地質、測量、生產、安全、監測監控等礦山數據網絡，實現管理礦山全部的圖視內容、拓撲結構和屬性信息。主要包括完備的繪圖功能、由數據庫自動成圖、由圖自動建庫、圖庫雙項查詢、能自動計算長度、面積和體積、由2GIS可以自動建立3DGIS、通過與監測系統集成可以自動變成4DGIS，可以和常用格式進行轉換、能夠進行2-3維空間的網絡分析、緩沖區分析、疊加分析、拓撲分析等空間分析功能，四維地理信息系統能夠快速查詢到任何一個時刻，礦山任何一個地點或區域的人員分布、生產進度、設備狀態、環境參數、危險源信息以及它們的關聯關系和演變態勢，為各種管理和決策提供信息支撐。

2.2智能化礦井通防系統

基于四維地理信息系統，實現礦井通防智能化管理，徹底解決依靠人工或其它軟件無法完成的按時按需供風的技術難題。主要包括自動生成通風系統圖、立體圖、通風網絡圖和壓能圖，測點布局優化計算、阻力測定數據處理、測定平差和誤差消除，通過與安全監測監控集成，可自動進行通風系統狀態估計和最優設計與改造、風機優選與優調、正常時期和災變時期的按需調風與控風、通風狀態模擬；能滿足風網管理，風機管理，以及瓦斯、防塵、防滅火等相關通風報表和臺賬管理等。一旦建立了比較完善的監測系統和自動調風設施，就可以把該系統改造成全局自動化通風系統。

2.3安全生產一張圖管控系統

提供采礦行業地上地下的二三維一體化管理平臺，建立安全生產管控一張圖系統，一張圖中可以集成地形、地質、測量、儲量、水文、采掘、運輸、提升、供電、通風、排水、壓風、瓦斯抽放等系統內容，并且系統具有分層疊加、協同刷新、屬性管理、監控系統集成以及故障診斷、安全態勢分析和三維可視化等功能，并且提供地測、機電、通防、生產設計、供排水等生產專業的高級計算功能，為相關人員提供決策支持。系統實現了所有生產系統在一張圖平臺上的集中管控和協同管理。

2.4災害預警與災害防治決策系統

通過建立煤礦全息災害預警模型和算法，充分利用四維地理信息系統管理的地形、巖層、斷層、陷落柱、褶皺、巖漿侵入、火燒等構造信息，地溫、水壓、巖移、沉陷、煤柱、井巷、硐室、工作面、采空區等空間分布信息，支護、卸壓、充填、瓦斯抽放、排水等災害防治工藝等信息，以及相關的，以及沖擊傾向性測試和相關防突測試數據和相關的微震、地音、爆破信號、電磁輻射、應力、礦壓、錨桿阻力、離層和位移、瓦斯濃度、一氧化碳、風速、溫度、束管、瓦斯抽放流量、水文等監測信息，隨著采掘工作面的不斷推進實時探測危險源，實現工作面頂板、巷道大變形、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水透水、自然發火等災害的超前預警，并結合各種災害的發生機理和演化規律對災害防治提供決策支持。

2.5礦山安全隱患閉環管理系統

系統通過建立標準化管理模型和數據庫，健全管理制度和考核辦法，分解工作流程和任務，建立層級誠信履職體系，優化檢查管理流程，促進管理重心下放，改進區隊、班組、員工傳統三級管理模式，以信息技術為支撐，避免“人情”管理，實現安全管理信息化，使員工（包括管理人員）安全意識發生本質轉變，由人管向機管轉變。通過處罰、整改、復查、評價等閉環控制，實現人員無失誤、設備無故障、系統無缺陷、管理無漏洞的人、機、環境和管理高度融合的礦井恒久性安全目標。

2.6煤礦應急指揮系統

系統實現了災變時期的應急指揮與調度。能根據事故現場情況迅速啟動應急響應；能夠通過連接先進探測手段和技術來感知事故發展的情況；能夠利用四維地理信息系統來計算和分析事故數據；能夠合理的配置各方面的人力、物力和財力，使其協同配合，聯合救災。

3.實踐成效

經濟效益：通過智慧礦山項目研究和實施，將極大提高礦井的安全生產水平，直接減少作業人員50%以上，礦井的生產效率提高30%以上，安全效率進而提升80%-90%以上，同時，由于質量的提高，將大大降低各類生產和用工成本，進一步提高企業核心競爭力。社會效益：通過智慧礦山各系統的建設，極大地改善礦山安全健康環境，降低各類安全隱患的發生，使礦山安全環境產生根本性的改變，為我國乃至世界其他采掘單位的智慧礦山建設起到了很好的示范作用，對促進智慧礦山產業更好更快的發展起到重要的推動作用。

參考文獻

[1]何敏.智慧礦山定義探討[J].工礦自動化，2017，43（9）：12-16.

[2]高文.智慧礦山智能決策支持技術架構設計[J].工礦自動化，2017，43（9）：21-25.

作者簡介

李欣然，男，本科，央企職員，主要從事大數據云計算，智能煤炭開采、運銷及智慧礦山研究工作。