智慧矿山移动信息平台的设计与实现分析

杨 帆，侯超博

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

信息化时代的来临，大数据及云计算、物联网技术与传统产业进一步融合，工业技术及企业经营管理模式发生巨大的变化。世界范围内的发达国家展开对智能化社会的探索，比如德国工业4.0战略及美国再工业化战略。德国工业4.0战略利用信息技术、大数据、云计算等技术，开发智能生产系统，实现人机交互及企业管理，生产过程及生产技术将进一步优化。在此背景下，世界先进美国国家展开对智慧煤矿的探索，实现生产流程及组织管理、生态环境的全面调整，实现智能管理。智慧煤矿在二十一世纪已经进入全新的发展阶段，开辟采矿行业的新时代。

1 智慧煤矿的概念及内涵

1.1 智慧煤矿的概念

智慧煤矿建设的基础为数字化技术、物联网技术、云计算技术等，建设过程中实现地质、煤炭开采、生产安全、生态环境信息整合及智能管理。智慧煤矿建设的目标为实现智能管控及本质安全、绿色环保等新型煤矿开发模式。智慧煤矿建设体现两方面特征，首先为技术水平先进及生产效率理想。其次为通过智能化技术实现各个组织机构的协调工作。

1.2 智慧煤矿内涵

在2008年IBM智慧地球理念提出后，我国发布智慧城市及智慧煤矿等概念，在智慧煤矿探索中，陕煤化集团提出《关于陕西小保当智慧煤矿建设的指导意见》，该意见提出对陕西小保当煤矿建设智能化提供有力支撑。在建设过程中提出“五化”目标，即生产运行智能化、安全生产本质化、运营模式科学化、生态环境友好化、社区关系和谐化。总结为在遵守产业相关发展规律及提升产业发展水平、发展先进生产力前提下，明确速度与效益的和谐及数量与质量的和谐，实现群众物质需求及文化需求的统一。

数字煤矿相比其他煤矿具有以下优势：实现数字煤矿建设，利用三维可视化技术，实现矿山数字化展现；通过感知技术结合物联网技术，实现对矿山整体开发的智能管理；通过数字化及可视化技术，实现无人开采及智能管理，通过本质安全，实现人机交互及管理安全的统一；矿山在开采过程中注重与周围环境的协调，建设绿色矿山；智慧煤矿在开发过程中注重经济与环境、社会经济效益的统一，实现和谐矿山建设。智慧煤矿建设实现全过程及全方位的智慧化建设目标，对促进采矿行业发展具有重要意义。

2 小保当智慧煤矿移动信息平台的设计

2.1 矿区介绍

小保当井田处于山西大型煤碳基地榆神矿区，该地域位于榆林市神木县大保当乡。小保当井田所占面积224平方公里，地质结构相对简单，煤层以下多为不粘煤，所开采的煤质量良好，且煤矿储存量预估为49亿吨，可被采集的煤能够达到28亿吨。小保当煤矿能被采集的煤层厚度大、煤炭资源量丰富、结构相对简单，可实现高效化生产。煤层倾斜角度在1°内，煤炭埋藏深度在320米以上，其中多为中厚及厚煤层，厚度约为3-6米。煤矿中多为长焰煤及不粘煤，煤炭灰分低及发热率高，是我国优质煤矿资源，市场前景良好。小保当地理环境中，地质结构单一，并未发现断层褶皱构造落差在30米以上，水文条件良好，并无复杂地下水系统，煤层中瓦斯含量较低。小保当综合条件适合建设智慧煤矿。

2.2 建设思路

小保当智慧煤矿在建设过程中立足科学发展观，运用创新思维实现科技创新及管理创新，将提升经济效益作为建设目标，实现社会效益及生态效益三者的统一。智慧煤矿在建设过程中融入以人为本及全面协调理念，通过“智能生产运行系统”及“智能安全预控系统”等，实现智慧煤矿建设的科学化及和谐化，为我国智慧煤矿建设及开发西部资源起到模范带头作用。在建设过程中首先需遵循整体示范及集成创新原则，智慧煤矿建设依靠整体，项目建设需要在基础上建设上进行创新性延展，在建设过程中实现安全管理及高效建设目标，从而建设新型现代化煤矿。其次，应当遵循技术先进及技术可靠原则，从而反映科学技术的领先性、技术先进性、系统安全性、可靠性，利用多种安全防范措施及技术，保障智慧煤矿安全稳定运行。

2.3 建设方法

现阶段国内综合才可工作受到刮板机传动方式落后及功率因素低、系统集成度差等因素影响，导致工作效率地下及生产人员数量多等问题涌现。煤矿系统协议差异较大，接口不同，导致信息孤岛问题明显。生产管理平台关键数据无法有效处理，数据资源利用率不高。因此，在智慧煤矿建设过程中，构架分为设备执行层及传输层、运营管理层、经营管理层几大层面，设备执行层实现矿井生产系统自动化，传输层实现子系统数据无缝衔接。①在云计算技术下，设置安全生产管理控制平台及煤矿企业经营管理平台，利用可视化技术实现人机交互。工业环网平台设置视频环网、安全环网等，视频环网主干链路利用万兆宽带、控制通信环网等使用千兆宽带。公网与企业网络间设置防火墙，控制流量输入及输出，并利用杀毒软件，保障企业信息安全。在智能生产运行系统中，实现工作面自动化及主煤流运输、辅助辅助运输等，保障智能化控制，实现生产调度及设备管理目标，并做出安全通风及防水害等决策。系统设置相关的运营平台，从而控制基础软件及公共系统等，企业经营管理平台中设置地测信息系统、机电设备管理系统、矿井设备管理系统等，实现定制与开发的协调发展，保障物尽其用。

智能生产运行过程中，在综合采集方面，实现自动运行及故障报警、视频监控，主煤流监控系统及通风机监控系统实现无人值守，设备执行层接入子系统，利用PLC技术及以太网等实现OPC数据接入。②智能安全预控系统建设中，该系统的作用是保障安全生产，防护安全隐患，利用技术及管理手段，实现智能安全管控。煤矿安全生产决策中心是管控系统的中心环节，风险预判系统通过科学及准确的方法实现量化生产。隐患防治系统实现安全隐患处理，通过技术创新等方式实现，安全预控系统，自采掘安全及煤矿防治水等方面入手，实现安全预控。③高效运营体系中，针对煤矿企业运营体系问题，建设科学运营体系，实现三项运营及八大专业模块管理目标。④智能生态防治体系，建立地表变形观测站及地下水动态监测网，建立自然保水开采区及可控保水开采区。智能生态防治系统的目标是建设生态防治体系，满足人与自然和谐相处的目标[1-3]。

3 结语

小保当煤矿利用云技术及大数据技术等建立数据中心，实现危险预警及智能管理。在控制系统及管理系统实现数据交互、挖掘、分析，保障智慧煤矿的深入融合，提升现代化企业管理水平的提升。建立煤矿地质信息系统，有效挖掘地质信息，对地质模型进行多种剖析，管理断层及陷落柱，实现采掘过程的有效预警，从而实现隐患防护及安全管理。小保当煤矿智能化建设为我国相关行业提供有力支撑。