由數字礦山向智慧礦山轉變的途徑分析

何沛鋒

（蘭州資源環境職院技術學院，甘肅 蘭州 730021）

2018年5月1日起，《智慧礦山信息系統通用技術規范》（GB/T34679-2017）在我國開始實施。其提出了向智慧礦山轉變的大量信息系統通用技術要求，涉及系統構架、基礎網絡、數據倉庫、地理信息、傳感感知、工業自動化、平臺軟件、地質保障軟件、安全保障軟件、生產管理軟件、礦山ERP軟件、大數據分析軟件、綜合調度軟件和應急指揮軟件等，可用于指導礦山企業如何快速地加強智慧化信息系統的設計與建設[1]。實際上，智慧礦山理念其實也是智慧城市、大數據、人工智能等理念在礦山的延伸和具體體現。目前，我國礦山企業數字化建設程度參差不齊，智慧化程度還遠遠不夠。本文從數字礦山和智慧礦山的概念出發，深度剖析了向智慧礦山轉變的必要性和意義，分析了向智慧礦山轉變的基本途徑，旨在為礦山企業的建設提供參考[2]。

1 數字礦山的基本內涵

數字礦山是一個在某個特定框架內獲取的信息的總稱，具體來講就是在整個礦山范圍內以一個三維坐標為主線，建立一個礦山信息模型，用于獲取和存儲礦山每處的全部信息，使信息能被直觀的呈現[3]。有關人員可以在這個模型中對所需要的信息進行檢索，從而能更為完整、準確、快速地了解及利用礦山各個方面的有用信息。也就是說，數字礦山其實就是基于礦山范圍內以一個三維坐標信息及與之有聯系的信息集成所構架的一個信息框架，從而將我們所獲得的信息進行嵌入的總稱。

按照數字礦山的基本概念，數字礦山其實是一個很復雜的大系統，其包括兩個層次。一個層次是要將一個礦山中與空間位置有直接關系的相對固定的信息按照三維坐標進行數字化，將這些信息有效地組織起來；另一個層次則是在此基礎上，對礦山中的信息進行嵌入，主要是嵌入一些與空間位置有簡介關系的信息，例如儲量管理、機電管理、人事管理等，從而組成一個多維的數字礦山。

2 智慧礦山的基本內涵

近年來隨著互聯網技術的發展，極大地推動了礦山物聯網的進步。同時由于政策導向，在“綠水青山就是金山銀山”理念的指導下，礦山企業需要更加高效、智能及清潔地完成相關的生產任務[4]。在這個背景下，智慧智能礦山的理念應用而生。智慧智能礦山其實就是建設一個安全、高效、清潔的礦山，是將不同技術科學如信息科學、采礦科學、大數據、人工智能、計算機技術與3S技術高度結合后的產物。

將礦山中的礦井原始基礎數據和礦床、圍巖等地地質信息進行三維實景融合，然后在這個三維實景中嵌入各類生產系統信息，如采掘、運輸、通風、供電與給排水等，同時嵌入生產過程中的動態信息，例如設備狀態、環境變化、人員信息和生產經營管理等信息，以實現全過程可以主動感知、自動分析和快速處理，進而達到安全生產過程中基礎信息實現數字化、管理控制實現一體化和決策處理實現集成化的目的，這便是建設智慧礦山的基本要求。也就是說，智慧礦山建設是推動礦山高效、安全以及清潔環保生產的新手段，其可以被理解為是采礦工業進步發展的高階形態，是未來礦山企業建設的發展方向，是一個意義更加廣泛的多元的礦山發展階段。

3 向智慧礦山轉變的深遠意義

相較于數字礦山，智慧礦山具有更為敏感快速的感知與反應能力，同時在互聯網設備互通方面更加強大、更加信息智能化。礦山企業要想可持續發展，就必須要向智慧智能型礦山轉變，其具有以下幾點意義：

3.1 智慧礦山的經濟效益

智慧礦山可為礦山企業帶來顯著的經濟效益。山東棗礦集團是最早建設“數字礦山”的企業之一，實現了三網融合。通過建設數字礦山，棗礦集團蔣莊煤礦有58個崗點實現了無人值守，減少用工240余人，工效比改造前提高了22%，各類費用也同比減少了2000余萬元。以煤炭礦山為例，全國按照年產煤炭40億噸計算，煤炭成本200元/噸計算，生產效率提高30%，在不增加礦井的情況下每年增加煤炭產量12億噸，增加產值3600億元，按降低成本20%計算，可節省280億元。產生綜合經濟效益3880億元。

3.2 智慧礦山的社會效益

這里仍以山東棗礦集團為例。該集團自主研發了數字化智能應急救援系統，具有井下發生災害時一鍵啟動救援系統的功能。

在收到救援信號后，該系統10秒鐘內就可以以預定的應急救援模式啟動應急救援預案，分區域通知受災地點的相應信息和并通知救護大隊、安監處、醫療救護機構、物資供應等部門。

同時，還能根據事故地點和類型、分析地測導點，監測監控風門閉鎖聯動等數據，自動進行最佳撤離路線計算，在地理信息系統（GIS）地圖中生成相應的應急撤離路線，并發布導航廣播，給井下人員提示可以緊急避險的路徑，從而將事故可能帶來的危害降到最低。

可見，實現了礦山智慧化，將使礦山安全環境產生了根本性的改變，死亡人數將降低90%以上。同時可實現礦山生產效率的很大提高，實施“機械化換人、自動化減人”，使我們的采礦技術躋身發達國家行列，成為本領域的領頭雁。可向全世界輸出自主知識產權的智慧礦山技術，賺全世界的錢，幫助世界發展采礦技術。

4 向智慧礦山轉變的途徑分析

我國礦山地質條件復雜，各個礦山的采礦現狀和環境參數差別較大，礦井分布又比較廣泛，建設一個龐大的智慧礦山系統工程需要按照不同標準和層次進行。礦山企業在向智慧礦山轉變的過程中，可以分布分期次的進行。例如先期的智慧礦山建設可以選取那些綜合采礦條件好、自動化程度相對高的礦井進行，將這些礦井建設成示范工程、項目及系統，進而對剩余礦井進行建設。建設智慧礦山需要對礦山的不同方面進行轉變，主要包括以下幾個方面：

4.1 實現礦山生產信息化、安全信息化及管理信息化

建設礦山的信息化就是要在物聯網、大數據、互聯網+等信息技術方面有所體現。需要參照統一的空間框架與時間，在礦井地質、生產、安全、機電運輸與經營管理方面做到信息的數字化，并且使礦山的基礎信息數據可采集、可傳輸、可存儲及可分析。

4.2 實現礦山生產機械智能化

該方面主要針對采掘設備，對其進行智能化升級，結合相應的采礦技術和自動化過程等，開發機械自動化采礦技術，逐漸取代人工采礦，使礦山采礦機械設備向著智能化以及機器人化的方向發展過渡。

4.3 實現“一網一站”的綜合智慧通信系統

其中“一網”承載著相應的互聯網系統，例如無線通訊、人員與車輛定位、監視監控和語音廣播、調度指揮及安全監控等系統；“一站”則為一體化綜合分站，包括5G無線通信、定位、IP電話、語音廣播以及Wi-Fi等業務分站。

4.4 三維實景智慧管理平臺

利用三維實景模型將礦區地形地貌、地表設備設施、地下巷道以及整個礦山的基礎地質信息實現三維可視化，同時接入各類專業子系統，如采礦工作面、生產自動化等，并植入相應的生產過程信息，例如監測、設備、人員等變化信息，以構建成三維實景平臺。

4.5 挖掘和增值利用礦山關鍵數據

對智慧礦山數據庫中的海量業務數據信息通過抽取、轉換、分析以及模型化處理等手段，提取其中與安全生產輔助決策相關的關鍵性數據信息，然后利用相關算法及規則查明和提取既定數據之間相互關聯的有用信息。

4.6 人工智能

近年來人工智能（AI）技術水平迅速發展，將人工智能方法引入礦山工作作業中具有很重要的意義，可以極好的符合“以人為本”的生產理念。目前它正處于蓬勃發展及應用階段，其在礦山智慧化的過程中一定能夠挖掘出重要的功能和空間。

5 結語

本文從數字礦山和智慧礦山的基本概念出發，分析了向智慧礦山轉變的重要意義，礦山向智慧礦山轉變的過程實際涉及到礦山的方方面面，這是一個復雜龐大的工程。加快推進智慧、智能礦山的建設，對實現礦山安全有效的生產模式、加強礦山人人、人和物、物和物之間信息三維信息集成和響應能力具有重要影響。人為的因素將降到最低程度，礦山企業的生產運營能自動協同運作，實現礦山企業的可持續發展。伴隨著5G技術、人工智能技術的強勁發展勢頭，智慧、智能礦山一定會有更加光明的前景。