智慧礦山的特征分析與建設路徑探索

付合英，江新奇，呂雙，李健，代紅春

（扎魯特旗扎哈淖爾煤業有限公司，內蒙古 霍林郭勒 029200）

隨著我國社會市場經濟的快速發展，各個領域已經著手智慧化建設，取得相應的效果。礦山的智慧化建設是在城市智慧發展的前提下建立的，因此，想在礦山領域中建立智慧系統，需要對城市智慧化建設中的信息技術、自動化技術進行嚴密的分析[1]。從我國目前階段的礦山信息化發展的實際情況來看，整體的智慧礦山建設目前沒有可以作為參考依據的建設經驗和成熟的技術[2]。鑒于我國礦山智慧發展建設的空白，從綜合的角度對其進行探究，以礦山領域中已經達到信息化標準的環節為前提，強化智慧礦山的顯著特征，以此對智慧礦山的整體建設的路徑進行分析，從而推動礦山行業的持久地、穩定地發展。

1 智慧礦山的特征分析

由于智慧礦山是建立在礦山已有的數字信息化的基礎上，因此，除了具有數字信息化的特點和優勢外，還有其它的優勢特征，主要從以下三個方面進行闡述：

1.1 更深切的感知

更深切的感知指的是最大限度地使用可以不受時間、地點限制的傳遞、捕獲、測量、感知信息的流程、系統或者設備[3]。其首先指的是礦山本身存在的多樣的感知方式，比如GPS實時定位、手持移動終端、無線射頻識別標記（RFID）、監控視頻以及傳統方式的傳感器等；其次指的是感知的對象更加廣泛、多元，既有技術設備、工作人員，又有地壓、水流、風流風速、采場、巷道的實時信息反饋等。其均屬于感知設備的范圍，通過其對礦井下的實時信息進行最大限度的、全面地收集，并將收集到的信息及時地反饋給礦山的管理里系統或者負責管理的工作人員。

1.2 更全方位的相互聯系

更全方位的相互聯系是智慧的礦山系統能夠進行協同作業的主要環節。在礦山開采的現場中，地面與礦井下或者與不同節點之間的溝通聯系的實際情況直接反映出礦山企業的整體管理的效能[4]。傳統的礦山連接設備包括監控設備，其通常布置在礦井下重點關注的部位；對講機在礦井以下的部位無法應用；有線電話只在少數中斷節點的馬頭門的部位有布置。由于這些設備功能的單一性，使其在礦井中無法對各個作業環節進行合理的協調。而先進的智慧礦山則在物聯網的作用下，構建高效的、即時的信息化、智能化的共享信息的網絡平臺。通過這平臺的運行使礦山管理人員對礦井下的機械設備的運行的情況以及作業的具體環境實施監管，并對接收到的反饋信息進行高效整合，從而及時地發現異常、分析異常、排除異常，既有利于礦山開采質量和開采效率的提高，又能有效地規避事故的發生。

1.3 更深入的智能化

更深入的智能化指的是充分的應用現代化的科技、信息自動化技術對礦井內的真實情況進行智能化的掌握，既能提高開采的效率和質量，同時極大地增強對工作人員的人身安全保障的力度。在人們的印象中，礦井出現的安全事故大都發生在礦井中，由于礦井環境具有不穩定性，并且存在安全隱患的節點十分地零散，因此，導致難以明確的對礦井的動態規律進行有效捕捉[5]。為了提高以工作人生安全得到保障的前提下的礦井的生產效率和質量，既要加強對礦井中隱藏的安全隱患進行實時的監測，建立完善的智能化和信息化的管理系統，而后通過智能化管理系統當中的分析功能對數據進行風險系數分析，最后將風險的分析結果傳輸至工作人員，對于有問題的環節，立即采取解除措施。現階段礦井中使用的監控系統缺乏多樣性，沒有統一的數據格式，更沒有完整的、全面的監控系統。想建立智能化的礦山質量管理控制體系，要將礦井中的監控系統進行不斷的整合優化和集成，統籌分析、綜合考慮，為礦井采礦作業的施工和人員安全提供有力的保障。

2 智慧礦山的實現路徑探析

2.1 實現覆蓋式信息數字化

全面地覆蓋式的信息數據是保障礦山智慧化的最基本的保障條件，因此在智慧礦山的建設中是非常急需解決的問題。智慧礦山從設計之初到投入使用，需要在全面的、整體的環境的基礎上，對運輸、機電、生產、測量、以及礦井地質的實際情況通過數據進行具體的呈現，與此同時實現分析、存儲、傳輸、采集數據的目的，從而在智慧礦山的建設中為其提供準確的、真實的數據參考。

2.2 創新智能化技術與設備

智能化機械設備由于具有較高的信息化技術，因此，其成為保障智慧礦山正常運行的核心力量[6]。隨著我國安監局對能源支柱和經濟支柱產業實行智能的、全面的機械化的建設的措施，其主要目的是大范圍的應用智能化機械設備操作難度大、危險高的工作施工，通過智能化、自動化的操作技術有效減少人工控制。從多角度、多方面地提高智慧礦山建設的進程，需要改革和創新礦山本身原有的發展策略和開采技術，加強對智能技術和信息自動化機械設備的研究和開發的力度，同時增強設計的有效性和宣傳的力度，有利于將礦山向著自動化、智能化、機械化的方向推進，從整體上提高礦山行業的生產效率和速度，使其朝著精準作業的趨勢發展。礦山在智慧開采作業后，相關技術人員對開采過程中使用的自動化設備和智慧技術進行深度剖析。比如在提高礦山工作人員的開發能力和技術能力的同時，加強對煤礦地質構造高效辨別的三維地震勘探、智能識別界面技術、記憶分割技術等。針對煤礦行業開采的安全問題，通過對其中的有效的、準確的信息進行及時的提取，最大限度的檢測和識別安全風險源頭。比如對溫度遠程監測傳感器、煤礦火災氣體遠程監測傳感器、更加深入的探測儀器與技術、專用于地表塌陷開發的遙感動態監測技術、瓦斯災害源高辨別探測技術等的開發和研究，從而對煤礦開采的環境做到了如指掌，有效規避隱藏的安全風險。除此之外，為了發揮智能化的最大作用，對傳感器的震動、聽覺以及視覺的效能進行進一步開發的力度，達到智慧礦山的目標。

由于目前礦山已有的礦井機械設備比較落后，其精準度不高，因此在利用監控系統監測礦井運輸情況的時候，受到不良影響，導致監控的調速產生異常。以膠帶稱重的機械設備為例，由于其沒有高效的精確度，交標程序駁雜，導致其在正常運輸的過程中產生突發的異常情況。所以在建設智慧礦山的過程中要著重對礦山稱重技術和機械裝備的精確度性能進行研究和開發。

2.3 搭建智慧決策平臺和研發電鏟智能引導系統

通過各項智慧型的發展決策的質地和實施來達到構建智慧礦山的目的，以便對礦山實行更智能的、更全面的控制和管理，從而保障礦山生產中各個環節的正常運轉。在充分的落實各項智慧決策的同時，對以往礦山各個部門、系統之間獨自處理的方式進行優化，從而實現智慧化的統籌管理和控制[7]。除此之外，在礦山企業研發出電鏟智能引導系統之后，通過對物料信息、狀態信息以及采礦施工的具體信息進行收集和記錄，以此來實現信息傳輸和智慧管理的成效的提升，能夠為礦山指揮系統的統籌管理提供有力的保障。

首先搭建智慧決策云平臺。該平臺受到礦山智慧系統控制和管理，但同時具有獨立運行和一定權限內的信心數據處理職權，且可以承載多個用戶同時登錄的云平臺。智慧決策平臺在進行搭建時，兼具以下性能：第一是構建技術架構。架構的構建是保證決策的精準性，同時承載模型，有利于大量的決策和信息數據的無縫銜接；第二是整體描述信息數據，礦山企業在對生產的各項數據信息進行收集、分析和整合時，在傳輸信息數據標準格式下嚴格按照信息數據整體的描述標準對數據進行全面的、高效的處理，比如抽取處理、轉換處理、清洗處理和加載處理等；第三是具備高效的功能，利用數據信息的處理模式對海量數據進行轉換、分析以及處理，有利于實現對數據進行高效處理的目的；第四是自動化服務的效能，通過進一步對前端應用、抽取、加載、轉換等探究，達到自動化、智能化的服務效能，在探究、處理相關的信息的過程中，利用迭代加速實現。與此同時，加強知識數據庫建設的力度；以智慧決策云平臺為基礎，構建經營管理、維修保養機械設備、安全生產等方面的知識信息數據庫，從而使礦山企業領導層制定的生產和發展決策得到安全和準確的保障。同時知識庫要具有彈性的擴展和優化的性能，滿足隨時對礦山運行的信息數據進行及時的傳輸和處理。

其次研發電鏟智能引導系統。智能引導系統是在先進的GNSS技術和三維立體模型的技術的基礎上，研發出來的一種可以在智能手機上使用的引導系統，同時，將埋填信息、挖掘信息以及設計信息等向智能管理系統進行傳輸，以數值和圖表的方式進行同步顯現，利用智能手機對開采作業進行準確的處理，有利于縮短開采作業的周期，提高開采的效率。通過手機端引導系統的應用，即便毫無經驗的工作人員，也可以精準的操作。同時電鏟智能引導系統在出現異常時，及時地報警，通過該方法在保障工作人員的人身安全的前提下提高生產作業的效能。除此之外在該系統的操作中，工作人員可以通過監控屏幕直接遠程創建基礎的三維立體模型，也可運用到水下或其他惡劣環境的工作中，繼而使礦山開采施工提高其有效性和穩定性。

3 結語

在智慧礦山的建設中，隨著物聯網技術、互聯網、人工智能技術、 云計算、大數據等現代化先進的信息技術先后在礦山行業的應用，推動著礦山行業向著智慧化的趨勢發展更進一步。智慧礦山的實現，既有利于提高礦山開采生產的高效性和安全性，又有利于達到綠色、環保、持續的發展的目的。因此本文從智慧礦山的特征出發，對實現智慧礦山的途徑進行探討，希望為國家礦山的持續發展提供助力。