绿色智慧数字化矿山技术研究与应用

2020-12-07刘亮

魅力中国 2020年15期

刘亮

（河南龙宇能源股份有限公司车集煤矿，河南永城 476600）

引言

传统的自动化矿井技术仅仅包含了个别子系统的远程监控、操控等单项自动化技术，当监测到系统异常时不能通过人工智能决策进行其他措施子系统的有效联动，大大降低了智能化矿井的安全水平。通过对绿色智慧数字化矿山基础设施、大数据预警与决策支持分析、智慧化生产系统、安全监测、平台软件、机器人系统等进行简要阐述，帮助技术人员进一步了解绿色智慧数字化矿山技术。

一、绿色智慧数字化矿山系统结构

绿色智慧数字化矿井总体架构依托于矿山工业互联网体系，通过建设一体化的网络平台、一体化的数据中心、一体化的业务支撑平台和一体化管控应用平台，实现智慧化感知、协同通信、智慧控制与大数据平台支持，绿色智慧数字化矿山系统从功能层级上主要包含智慧化感知层、智慧化管控层、决策分析层和支撑层。

（一）智慧化感知层主要是指各类智慧化传感器和智慧化分站等设备，实现人员、设备、环境的智慧化感知、可视化监控、精准定位。通过感知矿工自身及周围安全环境，实现主动式安全保障;通过感知矿山灾害征兆，实现各种灾害事故的预警预报;通过感知矿山设备工作健康状况，实现故障预警、预知维修等功能。

（二）智慧化管控层是建立在矿山生产过程的控制平台和矿山生产技术的管理平台。通过建立控制模型、利用先进的智慧化控制算法及智慧化控制技术，实现对矿山应用设备和感知层应用终端的自动化、智慧化控制，从而实现智能化远程操控、故障预警联动等功能。

（三）决策分析层是通过对系统大数据的应用与智慧化分析，实现子系统联动指令发送以及将智能诊断结果进行推送，帮助工作人员进行决策，从而提高工作效率，降低事故损失。

（四）智慧化矿井建设支撑层包括通信传输层和数据中心层。通信传输层是指融合井上下千兆/万兆工业控制网络、矿山4G/WiFi网络等，实现井上下视频、数据、语音的一体化传输，实现统一调度、互联互通;数据中心层是指建立统一的数据中心，实现数据采集、数据管理、数据存储、数据分发以及各类异构数据的高度共享。

二、构建矿山开采工程数字化测量体系

（一）数字化测量体系关键技术

矿山开采工程数字化测量体系构建所需的关键技术主要包括空间信息技术和三维可视化技术。空间信息技术主要是利用遥感技术、地理信息系统以及全球定位系统构成的3S技术，在矿山开采工程的测量当中应用具有良好的时效性和先进性。通过全球定位系统对开采位置进行测量可以明前提高测量的精确度和灵活性，且不需要考虑测量过程中测量点的通视问题，测量也不会产生误差的累积。利用遥感技术对测量信息进行扫描或投影等处理，对地表地物信息进行远距离的控制可识别，不仅可以使矿山测绘工作的精确度提高，同时还可以完成对矿山周围环境的监测工作，实现对矿山大面积的测量。利用地理信息系统，将矿山地理空间上的结构作为基础，并根据地理模型分析防范，以此为矿山的开采提供多种空间以及动态上的地理信息数据支撑。矿山开采工程测量中的三维可视化技术主要是用来描述与理解矿山表面及地下各种地质现象特征的技术手段，同时也是各种数据体的另一种表征形式。三维可视化技术主要分为三个步骤，首先是对测量数据的采集，通过三维激光扫描设备对矿山的地形进行扫描，可以有效获取到矿山开采的现状点、云影像等重要的信息。第二步对数据进行处理，通过去噪、数据拼接以及三维建模完成对数据系统性的处理工作。利用专业的处理软件可以完成真实、准确的矿山三维模型。第三步是建立数据管理平台，使矿山开采工程的测量和生产管理能够在不同的环境及地点下，利用计算机网络完成对矿山的空间位置、设备属性等信息的查询和管理。

（二）数字化测量数据库设计

在构建数字化测量体系时，要利用数据库技术，对矿山开采工程中的各类测量数据、专业库及资料库等进行统一的管理，方便测量人员有序的完成对相关测量资料的存储，同时数据库将实现多种形式的查询方法和统计，方便测绘人员能够更加准确。测量成果的管理是以矿山开采工程的测量路线为基础，显示测量结果表中的内容，管理人员可以对测量的结果进行修改或删除等；资料的管理是对与测量结果相关的各个方面的资料信息进行管理；统计报表是根据测量结果库中的数据信息，对数据进行统计和报表的输出。

（三）数字化测量数据处理

结合矿山的实际生产要求，在本文的测量体系中数据处理主要包括对多元数据的采集、输入和统一管理；对矿山测量数据的处理和分析；对测量数据的管理和维护；对图像的生成、编辑和处理；对测量数据的输出和应用。数据是矿山开采工程测量中的重要组成，其来源多种多样，包括了遥感图像数据、实地测量数据、统计资料等，因此对矿山测量数据的处理是一项具有多元、多尺度的数据处理技术。由于数据在形成的过程中，通过时间的累积，格式不统一，精确度也各不相同，因此对于数据的选取、采集和输入都要保证数据的质量。在进行测量工作中，为了保证数据处理的精度和可靠性，需要对工程控制网进行优化设计，传统的测量需要进行大量的数据运算，工作量相对较大，并且使用的编制软件会涉及到更多的数值计算，同时可视化也没有很好的体现，因此本文构建的测量体系选用一种将可视化与数值的计算融为一体的软件，具有对数值分析、矩阵运算等数据处理功能。