大数据下智能矿山的关键技术与发展现状探析

摘 要 智能矿山是煤矿生产管理的更高阶段，对实现矿山机械化、信息化、自动化、智能化建设与发展起着重要作用。本文分析了大数据下智能矿山的关键技术，总结了当前智能矿山的发展现状，期望对助力煤矿工业转型发展有所帮助。

关键词 大数据;智能矿山;关键技术

1大数据下智能矿山的关键技术

1.1 矿井运输系统自动控制技术

智能矿山可建设井下运输集中控制系统，以PLC控制为中心，集成对各个采区运输系统的集中化控制。具体包括：①在矿井设备上装置传感器和变频调速器，使带式输送机可根据输送量的变化自动控制输出频率;②在综采顺槽胶带输送机上安装煤量监测系统，对接现场总线接口，监测系统将监测数据传输至井下环网，经过算法运算，向输送系统发送调速控制指令;③采用四象限高压变频调速控制系统作为主提升电控系统，由中央集控室远程操作主提升系统的启停动作，实现24h不间断监视;④安装智能巡检机器人，可视化巡检运输系统运行情况，采集声音、图像、气体、温度、烟雾等数据信息，自动识别是否存在设备故障隐患[1];⑤采用防爆蓄电池单轨吊车，实现对吊车的自动化远程控制，可在发生紧急情况下急停;⑥辅助运输系统采用轨道绞车电控系统和防爆巡检机器人，降低人工巡检的安全风险。

1.2 掘进工作面智能化控制技术

掘进工作面装备具有远程控制、视频监控、程序化设定功能的掘进机，建设智能化开采系统，以提高掘进工作面的智能化水平。具体包括：①位姿检测技术，通过在掘进机机身安装传感器，以自动测定掘进机位置、方向、姿态，判断掘进机与掘进巷道的位置关系;②远程监控技术，在掘进机上安装摄像仪、防爆监视器和视频光端机，向地面监控主机实时传输掘进工作面的作业情况;③无线遥控技术，根据远程监控信息进行远程遥控操作，通过总线向掘进机控制系统发出信号指令，驱动掘进机完成动作。

1.3 采煤工作面智能集控技术

智能矿山建设采煤工作面智能集控系统，由巷道监控中心远程操作综采设备，智能监控综采设备的运行，实现无人化开采。具体包括：①采煤机自动化控制技术，在采煤机上安装远程控制系统，通过系统实时采集采煤机工况参数，为智能化割煤提供数据支持;②液压支架电液控技术，具备自动补压、自动升降功能，可接受并执行CAN数据命令，并向集控主机发送数据;③视频监控技术，在采煤设备上安装摄像仪，实现对工作面的全视野监控，将监控信息传输到集中控制台;④远程集中控制技术，建设地面集中控制平台，以大数据采集、分析和挖掘技术为依托，及时处理视频监控系统、电液控制系统、设备自控系统传输的数据信息，远程调度工作面上的设备[2]。

1.4 生产保障智能化控制技术

①通风监控技术，在矿井风机安装智能传感器、变频控制器，对风机运行参数进行自动检测，实时将数据传输到监控平台，由监控平台生成数据曲线图，智能监控风机运行，无须配置值班人员;②供电自动化技术，建设变电站综合自动化系统，主要由智能协议转换器、交换机、开关保护器构成，实现闭锁式远程遥控操作;③排水远程控制技术，依托矿井工业以太网传输、存储泵房运行数据，实现对泵房排水设备的有效控制，根据水泵运行时长、水仓水位等实际参数变化，自动启停水泵。

1.5 矿井5G无线通信技术

智能矿山可建设矿井5G无线通信系统，系统由地面基站、中心控制平台、井下基站、井下集线器构成。井上通过有源天线单元连接室内基带处理单位，井下通过射频拉远单元覆盖各个作业控制系统。具体包括：①远程透明监控系统，基于VR/AR技术模拟矿山井下作业环境，借助大量传感器获取环境参数，建立起3D模型模仿数据动态变化过程，满足透明化、可视化监控需求;②远程故障诊断，以5G无线通信系统为依托，对接专家数据库、云端AI平台，自动监测设备运行参数，出具诊断方案。同时，可借助AR/VR技术传输井下设备高清视频，指导维修人员对故障设备进行维修;③云端控制机器人，借助5G无线通信系统及时传输机器人获取的信息，由云端控制中心对信息进行计算，向机器人反馈计算结果，便于机器人执行操作指令。

2大数据下智能矿山的发展现状

在大数据背景下，迎来了智能矿山建设的高速发展时期，使煤矿企业取了显而易见的发展成效[3]。具体体现在以下方面：

2.1 提升经济效益

智能矿山通过对原有的技术装备进行智能化改造，可大幅度减少井下作业人员，基本实现井下无人驾驶、无人巡检、无人值班，如智能化运输系统可达到无人作业要求，智能化采煤作业面、掘进工作面、通风监控区域可缩减60%以上的人员配置，有助于降低人工成本，提高矿山生产的经济效益。

2.2 实现安全生產目标

智能矿山能够实现可视化、自动化、远程化操控多种类型矿山设备，智能优化截割线路，提高30%以上的掘进作业效率。同时，智能矿山可实现对井下作业的智能监控，自动检测瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体，提前发出预警信息，引导井下作业人员快速撤离，能够有效规避安全事故的发生，提高生产安全性。

2.3 提高企业综合实力

智能矿山集矿井采掘系统、运输系统、排水系统、通风系统、供电系统于一体，可实现信息集成化管理和高度共享，达到设备运行、诊断预警、生产调度自动化控制的要求，形成高效开采、绿色开采的井下作业模式，提高资源利用效率，从而提高矿山企业的生产能力和综合实力，助力矿山企业向智能制造领域迈进。

3结束语

综上所述，智能矿山在大数据环境下综合采用网络通信技术、传感器技术、大数据挖掘技术、云平台、现场控制技术、机电一体化技术等，实现了矿山井下作业的全过程智能化管控，可达到安全生产、全程监控、减员提效、绿色开采的管理目标，进而推进矿山生产步入高质量、高效率的发展阶段，实现煤矿行业的转型升级。

参考文献

[1] 朱兢.矿山信息化与智能化的要求与关键技术分析[J].科学与信息化，2019（3）：92-94.

[2] 谭章禄，吴琦.智慧矿山理论与关键技术探析[J].中国煤炭，2019 （10）：104-106.

[3] 马小平，杨雪苗，胡延军，等.大数据下智能矿山的关键技术与发展现状[J]. 工矿自动化，2020（5）：8-14.

作者简介

李朝辉（1975-），男，重庆渝北人;学历：本科，职称：工程师，现就职单位：中煤科工集团重庆研究院有限公司，研究方向：矿井瓦斯治理研究及推广。