智慧矿山系统工程与关键技术研究

刘柯　张鹏　谢亚波

摘 要：为了研究智慧矿山系统工程特点与发展趋势，归纳关键技术要点。通过对行业发展前提下的矿山工程工作基础为研究对象，说明相关信息化发展历程。并提出智慧矿山系统工程构架。最终得出智慧矿山物联化、互联化、智能化的关键技术及实现路径。

关键词：智慧矿山;系统工程;发展;技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.030

1 引言

隨着社会的进步与计算机物联网等信息技术的发展，地球科学领域的新技术与新方法正在被行业变革所推动。智慧化工作已经成为矿山系统工程下一步发展目标，基于数据透彻感知和信息深度互联的信息化工业运行构架能规避地质采矿条件复杂，过程管控部严密和实际采掘工作中突变干扰性等多方面生产影响因素。

2 矿山工程及其信息化发展历程

矿山矿产资源开采与利用是矿山工程的基础，其中相关作业的井塔、卷扬机和压风机属于地面工程范畴，管理落实程度较强。而地下工程的井巷、硐室等管理程度较弱。安装行业细分领域又可在技术范畴进行矿山地质系统、矿山规划与设计系统、矿山生产工艺系统、矿山管理系统等环节的区分。当前随着信息化社会的进步，人工智能和3S技术开始融入到生产一线，基于神经网络算法和感知矿山智能找矿模式的智慧矿山系统开始大规模发展，当前极大的提高了工效，在环保和安全上达到了双赢。

3 智慧矿山系统工程

智慧矿山是基于数学算法、物理建模和信息遥感多重技术为一体的技术类生产管理模式。它可以基于成熟的互联网、物联网技术通过光纤网络传输相关数据并基于硬件载体进行云计算和实时命令的下达。在使用范畴极具经济、高效、安全、环保的可持续发展优势。

该系统的建立是依靠现代管理方法和新一代信息技术通过物质流、信息流、控制流、知识流、价值流等多种载体进行全生产过程覆盖和全经验成本监管的最终体现。在框架构建上涵盖物联感知层、深度互联层和智能应用层，具体应用系统结构（图1）。

（1）物联感知层。该层为智慧系统实现的基础，其中相关物体和数据的采集与识别是该层的主要工作任务。通过感知设备运用自动化技术进行相关设备、使用环境、机电数据和人为操作数据进行感知化互为联动。例如油温、振动、电压、功率、转速、风量等数据进行多重甲烷、二氧化碳、锚杆压力和钻孔围岩应力等相关数据，全面保障生产过程中的安全性和时效性。在工艺优化上能进行设备的跑偏和输送最佳量等。运用相关系统建立大数据原则框架下的数学建模协议。通过感知层获取一手数据。指引生产。

（2）深度互联层。网络互联层负责将来自物联感知层的各类信息通过基础承载网络传输到应用层。

（3）智能应用层。该层主要是提供相应的智能化服务和应用。主要表现在多重接口下的单元互助层和友好菜单界面。例如应急救援框架下属的视频监控和无线信息调度功能。全面监控风、压风机、中央泵房、工业电视等。真正实现矿井“采、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节的信息化、自动化和智能化，从而优化生产和经营管理。

4 智慧矿山关键技术及实现路径

4.1 物联化

物联化即为设备与设备之间的信息共享性传递，其中由于地质条件的复杂性，需要在庞大生产体系下实时掌握不同工序的不同设备运行参数就需要物联网进行实现。其中在透彻感知功能任务下可以在多重环境进行设备、仪表、过程的感知器植入并获取相关数据信息。从而进行动/静态多重属性分析。根据现场需求，在该环节需要进行数据捕获和控制并在分布式逻辑前提下进行本地命令的多线程传输。最终实现分布式设备和传感器的管理。实现全过程监控。

4.2 互联化

基于多重感知与数据共享的互联化运行也是智慧矿山系统的保证之一。运用该技术进行数据的实时映射并在事件服务中提供相关便利，形成任意用户调用的数据源决策系统，执行多个任务共助式的工作，提高工效。当前以矿山基本工作形式为代表的监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等子系统已经建立并运用，下步应进行互联化层执行优化任务发展。

4.3 智能化

智能化主要应体现在数学模拟和统计分析方面，针对多重数据进行预测、聚类、差分和迭代等多重数据处理，并形成智慧应用软件和相应工具。最终完成预设场景建模和模拟辅助决策分析。在业务开展领域，首先要让计算机合理交互理解相关任务需求，在多重任务接口（访问应用程序和数据）下进行随需性、普适性、敏捷性和综合性的任务处理和展示化互动。在智慧矿山的应用端上应逐步建立计算机终端、电话、移动手机、智能终端、IPTV、电视、移动视频、三维图形终端、自然界模型等终端群，提高工作效率，增强安全生产协同性。

5 结语

综上所述，随着物联网、云计算等新一代信息技术的发展及其在地球科学领域的应用，以透彻感知、深度互联、智能应用为特征的智慧地球理念应运而生，智慧化将成为继工业化、电气化、信息化之后世界科技革命又一次新的突破。而智慧矿山发展还需基于工作一线需求调查和相应行业实际发展经验而稳步推进。

参考文献：

[1]徐静，谭章禄.智慧矿山系统工程与关键技术探讨[J].煤炭科学技术，2014，42（04）：79-82.

[2]麦才海.智慧矿山系统工程与关键技术探讨[J].城市建筑，2016（23）.