国内智慧矿山建设的六大内容

 

　　智慧矿山的建设是一个庞大的系统工程，并且因为国内煤矿分布广泛，每个矿山地质条件、采矿现状、环境参数区别很大，因此智慧矿山建设需遵循不同层次和不同标准，先期智慧矿山的建设主要选择各种采矿条件好、自动化程度高的矿井建设示范系统、示范项目、示范工程。

 

　　智慧矿山建设包括了矿山的各个方面，最主要的是指生产、安全、管理的信息化和矿山机械的智能化，矿山生产、安全、管理的信息化主要体现在物联网、大数据、“互联网+”等信息技术的应用;矿山机械智能化主要体现在采掘设备智能化的升级换代。

 

　　建立统一规范及标准

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　　智慧矿山建设的第一步是煤矿信息及设备管控的数字化，现有井下网络通信方式及协议种类繁多、兼容性差，系统各类设备信息缺乏统一规范，统一标准。采集煤矿在生产、运营、管理过程中现有设备基础信息，根据设备类别、设备型号、生产厂家、设备特征及生产批次，建立易于理解、变动灵活、便于扩展的唯一编码标识体系，构建数据编码管理平台，实现对矿用设备的信息编码、信息采集、信息处理标准的统一管理，并形成规范的行业标准统一执行，为智慧矿山数据融合提供前提。

 

　　总结煤矿现有井下主流通信方式的各类装备之间数据交换类型、协议链路结构、寻址方式、传输模式、工作过程、差错检验的模式，规范煤矿信息数据采集，制定出适合现有煤矿所有系统的统一协议及标准，实现井下现场各种设备统一协议、统一标准接入。该规范要具有通用性、差异性处理方法。统一规范及标准需要定义煤矿基础信息、数字化设备管控术语定义、适用范围、一般要求、数据元素组成及文件规则等;规定数据采集中的数据校验、数据缓存、断网续传模式、软件数据接口、数据采集频率等，实现煤矿所有数据融合到同一数据仓库，打通各系统之间的数据流，实现了多系统数据融合。

 

　　智慧矿山统一技术规范及标准的制定是推进煤矿“互联网+”技术应用的基础，可避免各煤矿智慧矿山建设过程中的信息孤岛、各自为政，为推进煤矿企业大数据、矿业集团大数据和国家煤矿大数据在信息共享、数据挖掘应用等方面做好准备。

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　　综采工作面智慧感知

 

　　综采工作面设备经历了机械化、自动化、数字化、智能化的发展阶段，近几年综采工作面自动化已经基本实现，部分控制技术与设备初步具备智能化，但是由于综采系统、煤机装备控制动作多，且对动作准确性、顺序性、响应速度等要求严格，且现有综采装备多为单机分散控制，不能实现快速、准确的配合，无法充分发挥智能设备的性能。

 

　　综采工作面智能化控制围绕综采设备姿态定位、综采设备安全感知、工作面直线度控制、视频图像处理等关键问题，采用传感、通信、自动化、信息化等一系列技术高度集成，实现具有主动感知、自主决策、自动执行、三机联动、环境实时监测与控制等功能，满足就地、集中、远程三级网络管理控制、设备故障自诊断系统，逐步实现综采工作面的自动化、少人化、无人化的智能开采。

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　　综采工作面的智慧感知融合人、机、环、管等过程数据的控制，将工人从工作面回撤到工作面巷道监控中心，尽量减少工作面工人数量。在地质条件较好的矿井，试点工作面巷道控制中心的控制人员通过实时监视、自动控制主要采掘设备，完成遥控式无人智能开采，工作面采场内没有人员，只设置巡检人员，特殊情况下做少量干预。

 

　　煤矿智慧开采推进煤炭行业技术创新发展，实现劳动密集型向人才技术密集型转变，智慧化高端综采装备必然是未来工作面的主流设备。

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　　“一网一站”综合智慧通信

 

　　智慧矿山的建设需要在煤矿应用并推广“一网一站”综合智慧通信系统，将煤矿采掘生产、安全监控、信息管理等多个通信系统扁平化，实现对井下各个分系统的统一接入、统一传输、统一承载、统一管控、统一联动的一体化管理体系，解决过去煤矿“六大系统”多系统独立并存部署，带来传输接口及通道不统一、设备及线缆多、管理分散、维护困难等问题，“一网一站”紧凑的综合智能信息系统为安全生产提供更有效力的决策手段。

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　　现有井下异构系统网络通信方式及协议种类繁多、兼容性差，建立可靠、实用的数据链路层统一协议传输，井下各种设备的一站式接入，为矿井的安全生产信息提供高速、可靠传输保障。“一网一站”系统中“一网”是矿井有线/无线无缝对接覆盖的可靠网络，实现统一传输的功能，有线网部分具有独立模块快速故障检验和传输倒换功能，接口类型丰富，业务扩展满足综采工作面智慧感知设备接入、安全监测监控系统接入、远程控制系统接入，包括矿井视频联动的实时接入，“一站”内包括无线3G/4G通信模块(含WiFi)、数字式安全监控(含各类传感器)、人车精确定位、视频联动、语音扩播、程控调度、IP电话调度、顶板监测等系统，该多功能基站实现统一数据接入、统一共网回传、联动调度管理，以及共网管控和共同维护平台，实现一体化通信、远程指挥调度。与现有的业务支撑系统实现无缝对接，为现有的决策分析和流程改进提供支撑。

 

　　三维实景智慧综合管理平台

 

　　数字煤矿三维实景可视化平台是一种全新的矿山管理手段，将矿山地形地貌、地表设施、井巷工程、矿山地质等空间构造在三维实景平台中真实再现，同时接入矿山采掘工作面、监测监控、生产自动化、风险预控、经营管理等各类专业子系统，并在该平台植入实时动态监测监控数据、生产数据、设备信息、人员信息、管理信息，从而构建成能真实反映煤矿复杂生产环境状态的三维实景智慧煤矿;实现安全监测数据预警分析和风险信息跟踪，对矿山企业危险源、隐患、事故等信息的定位记录和管理;并在突发事件时为决策者提供全面的应急决策信息支持，最大程度降低发生事故的概率和减少事故所造成的损失。

 

　　三维实景煤矿综合管理平台如图3所示，通过该平台完成对煤矿各生产自动化系统动态实时数据的采集，同时构架数据存储与支撑平台，挖掘实时/历史数据库存储各生产系统过程数据，将零散数据信息系统有效共享综合利用，实现矿区地理信息、井下地质体、井上下空间、井下安全监控、人员定位、瓦斯抽放、综采、煤流运输、选煤等信息监测监控，生产自动化系统的动态监测与三维可视化展示，数据与场景融合，多系统联动，避灾路线动态规划等，实时数据自动汇总处理、实时报警提示等。实现对煤矿宏观与微观信息的直观反映，缩短认知与决策时间，是矿山安全生产管理与应急指挥的新手段。

 

　　智慧矿山数据挖掘及增值利用

 

　　数据挖掘是对实时数据库中的大量业务数据进行抽取、转换、分析和其他模型化处理，从中提取安全生产辅助决策的关键性数据。通过相关算法及关联规则提取给定数据之间的有价值信息。智慧矿山构建自己的数据仓库，将不同系统平台之间的大量数据信息集成到一起，进行合理的组织管理，并为联机分析处理和数据挖掘提供数据基础，矿山数据仓库面向矿山生产、经营和管理等主题的大型数据管理信息系统，集成矿山地质、环境、管理、市场和企业资源等多源信息，为矿山经营和管理提供科学依据和决策支持。

 

　　数据挖掘是利用各种分析工具在海量数据中发现模型和数据间关系，使用这些模型和关系可以实时预测，并利用大数据技术对传统系统的不足之处加以修正，寻找数据间潜在关联，发现被忽略的因素。将数据挖掘分析结果加载到三维实景综合管理平台，在三维实景中实时显示对参数重组和计算得出的评价结果，结合现有其他系统(如采掘设备传感系统、通风系统、瓦斯监控系统、安全风险预控系统、人员定位系统等)区域状态的综合评定，实时准确地判断井下系统运行状态及事故隐患，起到对矿井安全多层防护的作用。传统的煤矿安全监测系统只是在检测量超出标准水平后发出故障报警，并不能在出现危险趋势时发出预报，智慧矿山数据挖掘可以加快安全事故隐患排查效率，达到事前预警，从而提高矿井灾害预防能力。

 

　　互联网+智慧矿山

 

　　“互联网+”时代的智慧矿山是指将互联网技术和互联网思维应用到煤矿领域，使得煤矿安全生产及管理运作与互联网结合起来，与“互联网+”的加值形成聚合效应。互联网+智慧煤矿将重点促进以云计算、大数据为代表的新一代信息技术与煤矿安全生产经营的融合发展。互联网+智慧矿山的建设先期选择具备智慧矿山建设条件好的煤矿进行，至少需要完成以下4个方面的内容。

 

　　1)建立煤矿安全生产和经营管理实时基础数据中心库，利用云计算、大数据并结合专家预测模型进行集中分析，实现煤矿安全生产环境全过程透明展示。

 

　　2)建立实时判断煤矿井下安全生产状况、灾害早期发现与预警、专家远程事故诊断、区域安全形势专项预测评估等的功能平台。

 

　　3)建立不同层级、不同区域的煤矿安全生产技术远程服务平台，形成煤矿企业、煤矿集团、全国煤矿的时空多维数据共享机制，实现煤矿安全生产信息的跨区域、实时远程监测及诊断的共享服务。

 

　　4)建立煤矿安全产业链协同数据交换服务中心，实现监察、执法、隐患排查治理及应急救援等政府监管工作，促进传统煤炭工业向智慧能源的转型升级。

 

　　煤矿企业在经营状况困难的现状下，需要重新挖掘过去长期积累的海量数据，采用综合的可视化分析工具，从时空多维度挖掘大数据中隐含的知识、规律、价值，指导煤矿安全生产决策，将煤矿安全生产提升到精细化管理的新层面。

（来源：霍中刚，武先利.互联网+智慧矿山发展方向［J］.煤炭科学技术,2016,44（7）：28-33,63. 转载请标明出处）