關于數字化礦山系統分析及智能化在礦井中的應用探討

穆擎宇

摘要：二十一世紀以來，中國的經濟得到了飛速的發展，社會取得了巨大的進步，在經濟發展過程中，能源建設與開發是最為基礎性的工作內容。銅鎳資源是工業體系的基礎動力，我們必須要加強對于礦山系統的建設，有效提高工作質量和工作效率，將現代化技術和智能化手段應用到其中，從而有效提高礦井開采質量，實現減員增效化管理。

關鍵詞：數字化礦山系統、智能化技術、礦井工作、應用研究

1數字化礦山系統的重要意義

近些年來，隨著我國經濟的不斷發展，能源產業受到了社會各界的廣泛關注，能源開采質量的高低直接影響到工業發展的穩定性，其中，銅鎳是我國最重要的基礎能源之一，越來越多的新型技術手段被應用在了礦井開采之中，包括物聯網技術、自動化技術、多媒體技術以及GIS技術等[1]。礦井開采的智能化程度越來越高，有效減少了人工操作帶來的危險和失誤，提高了工作效率。在企業的日常工作開展過程中，不僅僅要加強對于生產技術的引進與革新，也要重視對于礦井的日常管理與維護，構建一支專業化的管理隊伍，提高內部結構的清晰性與透明性。我國很多礦山行業從業人員對自動化技術進行了深入的研究，并且在很多礦井之中應用了先進的自動化設備，包括井下人員定位系統、安全監測系統、通信調度系統等等，基于礦山的網絡通訊越來越完善。在新的時代背景下，我們仍然需要不斷探索數字化礦山系統的建設方法，在現有的成果基礎上更上一層樓，真正提高智能化程度，包括高度的通信融合、人機交互軟件的應用、井下人員生理信息監測等，從而實現一體化生產與管理，這是未來數字化礦山的一個重要發展趨勢[2]。

2數字化礦山整體結構

數字化礦山最核心的目的是保證安全生產同時提高生產質量和生產效率，用有限的資源發揮出更大的價值，降低企業成本支出，增加盈利，實現有效的減員增效。為了有效達到數字化礦山建設目的，必須要將硬件方面與軟件方面的工作有機結合，在硬件方面，要建立相應的物理配套設施，并且規范標準化硬件接口，實現各個部門之間的有效連接，同時，要建設高質量高速率的網絡通信平臺，平臺要有足夠的帶寬，能夠傳輸大量的數據，從而為高效的人機交互和信號反饋提供有效保障。在軟件方面，必須要實現系統的數據采集，布設相應的傳感器，并配套相應的軟件操作系統，及時將礦井中的數據進行采集，并且上傳到終端服務器上，形成大數據倉庫，以供后續的工作人員加以分析和論證，并且為決策層提供有效的數據支持。所采集到的數據和信號應當能夠被有效用于閉環反饋，從而實現對井下相關設備的有效控制，達到礦山減員增效的目的[3]。

3數字化礦山建設及智能化技術的應用

數字化礦山主要由三個部分構成，首先是物理層，其中包括各種類型的物理硬件設備;第二是數據鏈路層，能夠將各種類型的數據進行總結與合并;最后是網絡應用層，能夠構建相應的人機交互界面，并且對所采集到的前端數據進行有效應用。三者相輔相成，互為補充，共同構成一個有機整體，讓數字化礦山變的健全與完善。

首先是物理層，物理層包括數字化礦山建設中所需要的各種電子設備機械設備，傳感器等內容，也包括路由器、交換機、機房服務器以及相關的設備通道等。從我國目前的數字化礦山建設現狀看來，物理層的構建工作已經變得相當成熟，并且在很多礦井中都得到了廣泛的應用[4]。煤礦井下基礎層建設包括有線與無線兩種方式，有線鏈接能夠保障信號傳輸的穩定性和高速性，這對于那些有嚴格要求的礦井而言是非常重要的，然而，各種各樣的線路可能會對工作現場造成一定的困擾，甚至有部分突發狀況會導致線路的切斷，因此，無線操作方式應運而生，采用無線WiFi的方式構建無線平臺，能夠減少對于線材的使用，讓工作區域更加整潔，無線WiFi的工作原理要求井下每隔一定距離就要設置相應的信號傳輸與放大模塊，這些要耗費大量的財力和物力，可以通過有線和無線的混合方式進行構建，完成物理層的建設。另外，井下的數據接入方式是多種多樣的，常見的數據接入方式為RS485和TCP/IP方式，這是一種標準化的數據傳輸手段，具有較強的適應性[5]。

其次是數據鏈路層。在數字化礦山構建過程中，最為重要的過程為數據的接入，只有接收到相關的數據，才能夠進行分析與處理，并且指導相應工作的開展。因此要加強對于數據鏈路層的重視程度和資金人員投入，確保收集到真實有效的原始數據信息，從目前大部分的礦山建設現狀來看，我們仍然需要不斷引入新的數據接入設備和收集設備，定期對數據鏈路層加以更新與完善，從而讓數據員的獲取更加有效。當數據通過物理層通道到達服務器之后，就能夠安全的存儲在云端平臺之中，數據鏈路層的功能也就完成了。

第三是網絡應用層。網絡應用層包括網絡層和應用層，網絡層包括有線網絡平臺和無線網絡平臺。對于那些工作面環境非常惡劣的情況，可以采用無線網絡的方式開展工作，從而實現三維立體空間內的網絡覆蓋，對于工作環境良好的地方，可以采取有限網絡平臺，從而實現數據傳輸的高效性，保障數據傳輸質量。對于地面機房，應當采用質量過硬的硬件設備，并且構建相應的空調房環境，防止服務器過熱，要定期對機房進行檢查，及時發現硬件問題，并且更換設備。要加強硬件防火墻的建設，并且定期做好相應的數據備份工作，通過冗余設計方法，提高礦山系統的可靠性[6]。

最后是應用層及其架構實現功能。數字化礦山的應用層包括系統數據的收集、數據挖掘、數據決策、數據處理等內容，要構建一支專業化的信息技術隊伍，提高工作人員的專業化程度，使其能夠運用先進的算法和軟件技術，對數據進行有效處理，并且完成相應的工程建模。常用的系統架構有BS模式和CS模式，前者能夠有效實現數據的瀏覽和應用程序的開發，后者能夠實現對于數據庫服務器的有效鏈接，方便工作人員隨時調用相關資料。

在井下工作中，有一些作業環境具有特殊的要求，要進行相應的監測，通過各種類型的傳感器來收集相應的信息，例如人員上限、瓦斯濃度、工作人員的生理信號等，一旦超出設定的閾值，報警器將會發出報警，并將數據上傳云端和反饋，開啟自動救援模式，有效提高井下工作安全程度。

總而言之，數字化礦山系統及智能化在礦井中具有非常重要的應用，我們仍然需要不斷更新工作思路，改善工作方法，積極引入先進的生產管理經驗，加強對于技術的革新，從而有效構建數字化礦山和智慧化礦山，減員增效，提高礦山工作效率。

參考文獻：

[1]陳繼文. 基于GIS的煤礦安全管理信息系統研究[D].河北工程大學，2014.

[2]陳鵬舉. 云南省煤礦數字化礦山建設現狀分析及發展規劃研究[D].湖南科技大學，2014.

[3]趙文陽，喬茂華. 關于數字化礦山系統分析及智能化在礦井中的應用探討[J]. 智庫時代，2019（46）：285-286.

[4]王玨. 數字礦山GIS平臺的設計與實現[D].電子科技大學，2014.

[5]廖赟琳. 數字化礦山系統架構與井下人員定位算法的研究[D].西安科技大學，2012.

[6]王蕓博. 淺析數字化礦山系統[J]. 太原城市職業技術學院學報，2010（10）：168-170.