物联网在智能矿山建设中的应用研究

丁鹏

安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司 安徽 马鞍山 243000

1 物联网关键技术及应用架构

1.1 关于物联网应用关键技术

开展物联网技术应用，特别是铁矿、煤矿等特殊行业中，首先要全面了解物联网应用技术。其涵盖的基本技术类型有：传感器技术，它对实际场景的研发及精度有明确的需求。通常是应用具有较高稳健性的特种传感器设备。标签技术，如RFID标签或二维码检测，已有效用于物体的识别。无线网络技术，它用于在物联网上传输信息。传输系统对物联网使用至关重要。内部系统技术，用于数据的分析和处理，是综合了计算机与软件设备、传感器、集成电路等的复杂技术。如把物联网比喻为人体，那智能传感器就如同人类的感官一样，对传递信息的各路神经系统进行综合处理。云计算技术，它用于处理物联网，有提高资源利用率，降低成本的作用。

1.2 智慧矿山建设的应用架构

智慧矿山是采矿业在大数据等技术基础上，为提高矿山信息化和自动化水平而提出的新概念和应用。智慧矿山建设是技术、制度和管理综合创新的有机结合，也是采矿生产和管理模式的重大转变。它基于一个综合平台，通过智能化控制生产和管理两大系统，并对整个生产、经营进行数字化描述，优化业务流程。通过数据采集，对数据源进行共享、统计和自动分析，使业务管理实现透明化，实时掌控相关机器设备的运行状态。

代表性智慧矿山框架分为基础层、控制层、执行层、经营层和决策层。基础层是基础数据的来源。控制层是产控一体化集成系统，完成对各子系统数据的集成和控制，提供相关数据的分析和可视化。生产层服务于生产经营单位，分为业务和技术功能。经营层是为业务管理提供数据，实现管理通道的模块化管理。

2 物联网在智能矿山体系的重要作用

为加快物联网在矿石开采过程中的应用，矿山企业努力探索其开采方式的新模式。无论是普通采矿机械数字化改造、联网化还是综合机械化应用，都进行了数字信息化的改革。目前在智能应用方面已取得较大进步。如电力集控、无人采掘、无人抓斗、电机车无人驾驶、智能充填等已经取得成功应用，针对矿山突出的“3D”问题（Dangerous 风险大、Dusty 环境脏、Duplicate 重复劳动），不断提升安全水平，实现了安全管理模式的创新。在矿石开采中提高矿产品位、优化运营管理、降低生产成本方面，对机械设备的应用需求非常高。而以前对设备使用的效率一直存在较大问题。因此，采矿企业通过升级改造，提高了装备精度，促进了产业发展。同时市场因素对企业生产成本控制造成一定压力，所以采矿企业要紧跟市场步伐，把握智能升级、机械化更换的时机。不断学习和改进，逐渐向智能化方向发展。通过有效控制产品质量，以及减少安全风险因素，提高生产效率。在科学技术快速发展的背景下，各种技术、材料的应用持续更新，企业要将重点放在满足当前需求和长远发展上。全面进行智能化更新升级，完善物联网等相关技术，优化管理模式。提升企业长期规划中存在的问题，对于促进物联网智能化管理采矿，提升企业生产经营效率具有重要意义。

3 物联网采矿生产经营过程中的规划原则

在数字化生产中使用物联网技术要进行综合规划，并全面坚持发展、可靠和便利的基本原则，适当地对采矿设备存储、使用、加工、维护等环节进行全面管理。如从购买设备开始就充分利用物联网技术，将设备创建唯一的“识别码”，而该“识别码”将伴随于设备后续全部的使用周期。通过智能化物联网系统，在能源、材料消耗、配件设置、尺寸等方面进行优化选择。在设备整个生命周期中，时刻保持与无线采矿系统进行通信。通过控制系统实现对设备的实时监控，以及运行数据分析。通过对智能测控平台的数据提取，合理满载、提高效率，降低运维成本。

4 智慧采矿企业生产经营要点

4.1 要根据地区生产情况，严格按有关规定执行

在建设智慧矿山时，要严格按照部门的具体要求，在保证生产效率的基础上，避免建设中的失误，满足地区的管理需求，促进地区经济发展。如在智慧矿山建设过程中，企业要严格按照设计标准开采。同时应积极鼓励企业实施地质环境动态监测，提供全面可靠的技术支持，不断完善企业开采计划编制，为智慧矿山的建设提供支撑。

4.2 全面推广和使用先进的自动化采掘技术

在矿山行业，通过对自动化设备加大投入，许多企业逐步实现了对开采、运输、选别生产进行自动控制，还有的企业已经完成了自动采掘。自动采掘与生产计划自动对接。控制系统根据现场工况提供指令，监控设备的运行。矿山企业应积极推广自动化采、运、选技术，完善地质层识别技术，以及遥感技术等。

4.3 提高信息化技术在采、运、选生产中的应用

智慧矿山建设中，以信息化技术、地理信息系统、遥感技术为基础，对各项指标和数据进行分析，确保生产系统在运行中的顺利开展，确保矿石生产中各项指标分析和提取，并实现快速分拣，以及分析完整的信息化管理系统，并从多个维度进行监控和管理。信息化技术在智慧采矿中的应用，体现在远程控制、地理信息系统、设备维护、矿石加工等。

4.4 做好决策管理工作，确保其执行的科学性

矿业企业要做好智慧矿山的管理工作，就要对矿产开采以及建设中的相关数据进行综合分析，规划好下一步建设工作，确保矿山生产工作稳定顺利进行。智慧矿山以决策系统为基础，将规划和管理系统结合起来，全面促进了智慧矿山建设工程的顺利完成。

5 物联网在智慧矿山建设中的具体运用

5.1 建设矿山无线网络

使用物联网技术，提供可靠的信息非常重要。传统有线传输方式已完全不符合物联网在矿建生产中的要求。在物联网中，企业要建设和完善以无线方式为传输的信息化系统，以实现高速度、低延迟的服务管理。随着无线通信的发展，5G技术得到了全面提升。在智慧矿山建设中，可以在矿山建设5G私有网络，全面覆盖和形成完整的地下信息化系统，以及高速Wi-Fi网络系统，以有效实现实时的数据采集，接入、处理、分析以及二次分发等，实现控制设备使用效率和延长服务的目的。并通过设备周期管理，利用无线网络实现不同场所间的实时通信，从现场操作员的终端设备收集操作数据，以为管理控制平台提供支持。

5.2 基于5G技术的智能矿建巷道掘进

巷道施工约占井下矿采掘总工程量的70%，在工作面掘进过程中，对设备标准要求高，要多台设备协同作业。由于工作面空间狭小，环境复杂，严重影响操作人员的视线。如果操作人员没有准确观察工作面情况，易发生人身伤害事故。为打造极具竞争力的井下开采方式，采矿企业要以物联网的应用为基础，以5G技术作为支撑，加快智能化矿建工程的应用实施，并全面启动智能矿业建设规划，同时开发和组建智能化井巷工程施工团队。

5.3 5G通信系统的应用

巷道掘进工作要基于5G通信技术进行升级，以满足掘进头设备的通信要求。整个操作系统要加载导航系统、可变光学技术、热成像技术、巷道掘进技术，同时还要配备先进的运输设备改造、连续自动切割技术，以实现对智能矿建工程视觉控制和自动转向功能。 5G系统由地面5G设备、5G矿用基带控制单元（BU）、远程数据采集、矿用无线基站，实现各种安全信息及数据的传输和管理，促进智能掘进的有效进行。物联网技术在智能矿建中的应用，其目的是要满足采矿、数字生产、机电管理、安全生产，以及传感器技术、数据传输和处理技术管理的需求。并结合实际生产，形成贯穿矿建过程的人与设备间的网络连接，实现生产的智能化和数字化管理。能根据建设过程的情况分析做出辅助决策，提升矿山企业的管理水平，提高采矿生产效率，支持采掘行业健康发展[1]。

5.4 智能运输与保障系统

采掘企业要全面应用全自动双臂组合智能锚杆施工台车，它具有智能化支撑、自动设置排间距等功能，实现了全自动的锚杆支撑装置。它主要由实验室网络、伸缩架、钻机、控制台、舷梯、电缆架以及智能控制系统组成。另外，输送机负载通过集中控制，也实现了可视化操作。它可在掘进系统的控制平台上，合理计算电流、负载状态。系统能自动启动并识别输送机实时的负载运行，并自动计算负载的运行时间。矿渣从输送带上卸下，都是通过目视控制有效进行的。经过智能测试，连续巷道掘进过程中，还有一些需要改进的地方。如通常情况下，激光导向装置的延伸方向通常在40m左右，在生产中设备每次移动过程都非常频繁。因此要进一步研究和增加应用指数的范围。同时视频设备只实现监测电缆的转移，但没有实现电缆回缩装置，须技术人员通过用手动操控连切电缆。当倒车时，由相机无线传输。双臂组合智能钻机有待完善[2]。

6 ICT站建设

6.1 基础信息网络

基础信息网络通过系统的信息交换，能全面支持ICT、智慧矿山和相关子系统的综合控制。包括网络5G宽带、拓扑以太网以及现场共信息收集点。能拟在距矿区5公里范围内建设局域网络系统。提供集群通信、视频监控、移动办公等功能。能过稳定的无线传输通道，实现对矿建设备的管理和控制[3]。

6.2 数字化

管理平台数字化，让智能矿山数据库从掘进过程的数据中整合基础数据，同时转换和整合数据语言。同时将数据整合到组件中，形成集成接口，并将整体系统和信息转换为管理结构。信息存储在数据组件的查询库中，以有效提供和实现信息数据服务，以及准确计算能力接口的智能系统。

6.3 智能运营中心

采矿智能运营中心，它是全面应用物联网、大数据、工业智能、互联网和地理信息系统的数字化信息应用技术。使用GIS、2D/3D等技术，可以实现全面有效监控智能矿山设备运行、故障监测和预警跟踪等功能，同时也实现了对智能矿区阶段数据及现场的可视化管理，全面提升了矿山智能化管理水平，实现整合数据，矿建设计修正，完善了矿区掘进的整合。

7 结束语

总体来说，现有基础设施及智能化网络水平较低，在矿山生产中，难以近期实现物联网应用改造。技术装备水平有待提高。同时，物联网技术不断完善。因此要加大力度研究开发专用的技术装备，提高智能化水平，以有效降低技术装备成本。另外，物联网在智慧矿山的应用，无论是使用维修、设备的研发制造，都要不断提升其专业性，加强对企业员工和技术人员的培训。