探讨智慧矿山建设及煤矿的智能化开采

2021-04-03于福全

中国设备工程 2021年22期

于福全

（国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017200）

煤炭资源是我国经济发展的基础能源保障，为推动国家的发展作出了巨大的贡献，因此保证其安全、高效生产对于促进煤矿行业的发展，提高企业竞争优势来说具有重要意义。现如今智慧矿山建设得到了有效落实，在大数据、人工智能等先进信息技术的引导下，推动智慧矿山的稳步发展，提高煤矿智能化开采水平，这也是煤矿行业发展的必然趋势。但是智慧矿山建设及煤矿智能化开采发展过程中仍存在一定的问题，如何能够解决相关问题，充分发挥智能化技术的优势，是目前煤矿行业亟需解决的一大难题。

1 智慧矿山及煤矿智能化开采概述

1.1 智慧矿山

智慧矿山是在矿山信息化、数字化基础下形成的一种新型建设模式，能够对矿山生产情况、职业健康与安全、技术情况及后勤保障等关键信息进行主动感知、自动化分析处理。其系统类型主要包括智慧生产系统、智慧职业健康及安全系统以及智慧技术支持和后勤保障系统。

1.2 煤矿智能化开采

煤矿智能化主要指在煤矿企业各项工作中应用先进技术，如人工智能技术、大数据技术、云计算技术、物联网技术等，将其应用于工作的各个阶段，如煤矿开拓设计、采掘、运输、安全生产管理、设备管理与监测等，提高整个系统的智能化水平，对矿井生产各阶段进行智能化、自动化感知，实现煤矿智能化。其优势在于能够完全取代传统人工操作模式进行相关生产活动，减少风险隐患问题，提高安全生产水平，为煤炭资源的稳定供应提供强有力的保障，同时能够有效提高开采的稳定性和准确性，提高工作效率及质量。

2 智慧矿山建设及煤矿智能化开采不足之处

2.1 管理问题

首先，顶层设计匮乏。因为智慧矿山建设不具备统一标准，为建立统一的设计开发、实施标准，因此导致各部门之间信息流通和共享受阻，信息孤岛情况严重。同时因为不具备统一规划，很多企业只是将智慧矿山及煤矿智能化开采作为一个信息化项目，重视对其推广和应用，但是技术无法取得有效突破，遭遇瓶颈期，共享效果不佳，存在重复建设等不良问题。其次，管理决策不足。结合现状分析，很多企业仅通过一些较为简易的统计分析及经验进行决策分析工作，数据不足，缺乏多因素智能分析模型，智能决策效果低下。另外因为受到通讯宽带、传输时效、计算能力等因素的影响，对决策工作产生影响。

2.2 技术问题

首先，设备的智能化水平有待提高。目前设备在实际应用过程中仍存在诸多问题，维护工作复杂困难，对智能化开采形成阻碍。集中体现在设备缺乏故障自检及数据分析功能、地质模型空间耦合难度较大等。其次，数据传输性能低下，精度不佳。因为井下设备传感器数量较少，稳定性和抗干扰性能不佳，只负责数据的收集，无法进行有效分析，因此传输带宽负荷严重，数据传输性能不佳；另外，网络带宽、速率等建设仍处于初步发展阶段，不能传输一些大型数据，大规模互联无法实现，进而对智能化开采造成影响；因为有线、无线网络布置的局限性，煤矿只可以进行综采设备、矿压、瓦斯等一些关键位置信息的传输，监控系统各自独立，传输效率低下，对监控数据的精准性造成不利影响。

3 煤矿智能化体系构建

3.1 框架设计

煤矿智能化涵盖了煤矿生产作业的全部环节，并且不局限于开采、掘进等工作方式的智能化，还需要实现安全生产信息智能化感知、生产系统智能化管理以及数据信息的有效处理、高效率传输体系建设、决策智能化控制等诸多方面。根据智能化建设综合规划，可将其概述为下述几大层面：（1）感知层。感知层以物联网技术的基础，通过一定设备将前端感知相关数据信息进行全面收集，也是智慧矿山和智能化开采的基础保障。（2）传输层。传输层是连接感知层和数据支撑层的桥梁，通过井下视频无线网络、有线专网等将收集到的数据进行高效、稳定传输。（3）数据支撑层，通过企业基础信息、共享信息、业务信息等建立的专门数据库，实现数据和应用的有效融合。（4）应用决策层。主要指对不同业务部门提供按需服务，通过地质信息、智能化生产、运输、加工及调度管理提高安全生产管理水平，为智慧决策提供支持，并通过门户网站、APP等进行展示，满足企业不同用户的个性化需求。

3.2 关键技术建设

首先要实现大数据技术、物联网技术、人工智能技术、5G技术等先进技术和煤矿智能化设备、设施的有效融合，有效解决系统结构、数据处理决策以及计算中存在的问题，其研究的深度和广度对智慧煤矿的建设效果有决定性作用。

（1）物联网建设，结合不同区域矿井的不同特点、工作人员、设备等管控对象，提高物联网技术使用水平，对关键位置进行身份表示及有效感知，实现感知与连接，并通过大数据技术进行分析和决策，建立协同智慧机制，打破时间、地点、人物的限制，实现信息的连接和交互。（2）大数据技术。因为在实际工作过程中需要使用较多的传感器设备，因此需要通过大数据技术进行储存、分析及管控。将传感器数据信息、监控视频信息以及人工形成的数据整合至大数据平台，保证其全面性。同时还需要注重数据的挖掘，探索其背后规律，为安全管理及决策工作提供重要参考依据。（3）人工智能技术。人工智能技术具有计算、模拟及自主学习决策的特点，需要以GIS空间分析技术为基础，对相关工作进行优化，保证开采模式的自动化生成及更新。同时还需要与矿山有效融合，如感知层、数据支撑层及决策层，尤其要注重利用人工智能技术进行故障检测、诊断等。（4）云计算技术。该项技术能够保证监控数据、传感数据的高效流通处理，能够帮助工作人员在短时间内处理相关问题，在该项技术的引导下，为资源的储存、传输和管理提供了巨大的便利。（5）5G技术。5G技术主要指矿用5G技术，具有传输速率快、通话质量高等优势，但是其系统结构较为复杂，成本较高。因此需要加大研究力度，提高其应用水平，保证传输的稳定性。

4 智慧矿山建设及煤矿的智能化开采建设策略

4.1 强化顶层设计

首先需要保证投入和产出的平衡性，提高质量水平。做好整体规划工作，对智慧矿山及煤矿智能化开采投资结构进行完善，结合发展理念、系统结构、管理、技术及设备、不同地质条件等因素，建设典范性煤矿，建立完善的技术设备、生产模式，为其他煤矿推广。其次要注重宏观与微观的共同发展，有效提高工作效率。企业需要及时发现自身的不足，通过分析、研究明确智能化发展的具体方向、详细措施等，对智能化发展程度、规模进行有效引导，重视其结构、质量和效率。并且需要加强对科技创新的重视，不断提高智能化设备的稳定性。最后，加强对供给与需求的重视，促进变革。根据国家及地方煤炭行业的供需双侧发展思路，实现新旧动能的快速转换，提高各项先进技术在煤矿行业的应用水平，促进动力变革。

4.2 明确智能煤矿技术标准

智能煤矿技术标准对智慧矿山及智能化开采发展的具有指引作用，所以国家需要尽快进行智能化标准体系建设工作，其主要内容包括技术纲要、管理准则、技术标准等，保证相应工作流程的规范化、科学化、数据的标准化，为智慧矿山的建设和发展提供重要指导。另外，需要加大智能化相关标准规范及政策的宣传力度，为智慧煤矿建设及煤矿智能化开采的发展创设良好的氛围。