智慧化矿山建设的必要性研究

王燕军

摘要：智慧化矿山建设的目的是实现安全、高效、无人值守生产，最大程度实现人机合一。智慧化矿山建设是矿山后期发展的主流方向，是世界整体的发展规划，发展智慧化矿山具有重要意义。基于此，本文将对智慧化矿山建设的必要性进行分析。

关键词：智慧化;矿山建设;必要性

1 智慧化矿山建设的必要性

1.1 煤炭行业升级转型的迫切需求

现阶段国内智慧化矿山建设面临较多问题，主要表现在缺乏统一标准、行业发展参差不齐、一次性投资较大、企业对该项工作认同程度不高，以上种种原因是制约智慧化矿山建设的重要因素。国民经济步入新常态，煤炭行业处于四期叠加，即“需求增速放缓期、过剩产能和库存消化期、环境制约强化期、结构调整攻坚期”，煤炭行业必须不失时机的推进变革，转型升级。以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与传统煤炭行业融合创新，促成煤矿迈入“智慧化”阶段，将对行业整体提升科技实力、树立品牌形象、提高经营质量等方面产生重大而深远的影响智能化设备的使用可以使矿山具备一定的思考反应能力，能够实现画面实时传送，实现人对人、物对物、物对人的全面集成，在发生问题时能够第一时间响应并做出判断，及时处理险情，把人为因素降至最低，实现高效、安全运行。目前互联网技术的发展全面实现了云计算、通信、遥控、智能互联、定位等功能，为智慧化矿山的建设提供了可靠的技术支持。

1.2 解决用工荒问题

随着我国社会老龄化日益严重，劳动力出现了大量缺口，严重影响社会发展和基础建设。00后毕业的大学生即将进入社会，成为社会劳动资源的主要来源，但这批学生普遍不愿承担生产一线的体力劳动和技术劳动，导致一线岗位无人问津，劳动力结构失调。同时，我国的城市化进程加快，农村人口大量涌入城市，农村劳动力也逐渐减少，面对这样的严峻局势，必须制定长期的政策应对。至2050年，我国60岁以上的人口将占33%以上，矿山企业将长期面临招工困难的问题。所以在经济发展、产业升级的同时，必需要重视技术升级，摆脱廉价劳动力对企业发展的束缚。只有充分利用科学技术，提高劳动生产率，实现减人增效的目的，才能解决中国的用工荒问题，通过机器代替人，自動化解放人，智能化提质增效，提高企业的综合竞争力，缓解煤矿人员流失和人才短缺的问题。

2 智慧化矿山建设的有效对策

2.1 制定相关技术规范和标准

为探寻智慧矿山的最佳解决方案，要打破行业壁垒，集合高校、行业协会、研究院所、厂商、煤矿等为主体，开展产学研用协同创新，制定必要的标准和技术规范。智慧矿山是两化深度融合的必然产物，智慧矿山的建设涉及到诸多行业、部门和企业，是一个不同步发展的渐进性过程，跨领域、跨部门的协作成为必然。优先制定顶层设计、关键技术相关的标准和规范，主要包括智慧煤矿指标体系及评价标准、智慧煤矿架构及数据交互规范、智慧煤矿智能决策平台及架构设计规范等。

2.2 框架设计

通过梳理当前煤炭行业智能化技术应用现状和存在的问题，基于“全局优化、区域分级、多点协同”的控制模式，将煤炭生产、通风、运输、供电、排水、洗选等合成为统一的整体，打造高效、智能、绿色、安全的煤矿开发总体框架体系。

1）设备感知层。设备感知层是以物联网等技术为核心，主要通过移动设备、多功能分站将矿井前端感知到的生产数据、管控数据、安全环境监测数据、智能化应用和成果数据进行集中采集，是智慧矿山的支撑体系。

2）数据支撑层。数据支撑层是由煤炭企业基础信息、共享交换信息、业务信息、物联网信息、互联网信息建立的数据库，实现数据融合与应用融合。

3）网络传输层。网络传输层是是设备感知层和数据支撑层的桥梁，主要是利用井下视频有限专网、有限、无线网络（5G、Wi-Fi6）等将设备感知层采集到的数据进行传输。

4）应用决策层。应用决策层是面向不同业务部门实现按需服务，通过透明地质信息、智能生产、智能运输、智能分选加工、智能调度管理来实现安全生产闭环管理、智慧决策支持和深度应用，并通过PC应用端、移动APP、调度大屏、门户网站多种方式进行展示，实现企业不同用户需求。

2.3 透明工作面建设

在常规地质勘探结果基础上，以槽波探测、井下钻探、地质雷达、图像摄像地质测绘、电磁波CT等精细工程物探结果和巷道激光扫描数据等为基础，构建初始三维地质模型，以煤岩识别等数据对模型进行实时修正。另外，融合综采设备位置、姿态和环境状态等实时数据形成动态透明工作面，以虚拟现实的方式进行显示，实现远程实时操控。

2.4 煤矿安全生产管控模式

将物联网、大数据、人工智能、云计算、矿用5G和矿用Wi-Fi6技术与现有采矿技术相结合，建立智慧矿山八大系统，形成基于四维多变量的煤矿“透明开采”系统，能够真正实现矿山信息化和智能化的深度融合，进一步促进煤矿安全生产高质量发展。

①北斗系统的精准地质信息系统。主要是结合遥感、物探、井下钻探及三维地震勘探等立体化技术，准确定位与实时监测煤矿地表地质信息，实现煤矿井上下地质信息的实时、精准采集、存储与应用。

②智能矿井通风排运系统。智能通风系统主要是运用现代通信技术、监测监控技术与自动化控制技术进行矿井通风网络的优化，从而智能控制各个硐室的风量、风速;智能排水系统主要是绘制矿井排水节点三维坐标图并且安设摄像头，安装水位、水量、水压监测传感器，对各排水点进行实时智能监测;智能运输系统主要是对矿井运输皮带的运量、带速、滚筒温度等进行远程集中智能控制。

③智能快速掘进和采准系统。主要是解决矿井采掘矛盾，包括“掘-行统一”“掘-支一体”和“掘-运连续”，能够快速形成采准系统，实现智能化开采。

④危险源智能预警和消灾系统。主要是利用危险源风险指数评价算法，对煤矿危险源进行实时在线监测，确定风险类型、等级及相应的解决方案。

2.5 智能化煤矿装备研发

智能化煤矿装备的研发是实现智慧煤矿的基础，是实现“机械化换人、自动化减人”科技行动目标的保障。要实现煤炭的智慧化开采，需要对智能化综采装备进行深入的研究，除了对供电、运输、排水、通风、压风、瓦斯抽放、洗选等辅助系统的改造升级，实现辅助系统的智能化、自动化集中控制，实现机械化换人、自动化减人，还要实现顺槽支护自动化，工作面采煤智能化。通过对各装备机身增加环境、位置、姿态等传感器件，并加装执行元件，与其他各子系统进行数据互联，构建虚拟现实模型，实现智能定位、防碰撞检测、运行速度调节、故障预警、联动闭锁控制。重点开展工作面智能化超前支护装备及辅助作业平台、无人工作面巡检机器人、基于多信息融合的煤岩界面实时识别技术与装备、智能化快速掘进系统、设备状态监测与故障预判、无煤柱沿空留巷技术、瓦斯精准抽采、惯性导航控制技术、巷道支护等专项研究。

3 结束语

智慧矿山是一个科学系统的概念，在矿山数字化的基础上，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代矿山开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智慧化系统，实现采矿设计、计划、生产、调度和决策等过程的数字化、信息化、自动化、智能化，逐步走向无人矿山。

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