我國數(shù)字化礦山建設(shè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

楊義維 趙昕楠

摘 要：在以數(shù)字礦山建設(shè)為目標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合中國大型礦山數(shù)字化建設(shè)實例，從安全生產(chǎn)和生產(chǎn)技術(shù)兩方面闡述了我國數(shù)字化礦山建設(shè)的實際狀態(tài)以及建設(shè)中存在的問題，最后從平臺架構(gòu)和系統(tǒng)集成兩方面論述了數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展趨勢。本文所述內(nèi)容對國內(nèi)數(shù)字化礦山的建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化礦山；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

煤炭是我國能源的支柱產(chǎn)業(yè)，但是作為煤炭生產(chǎn)和需求大國，在采煤技術(shù)方面和煤礦安全方面較德、英、美、澳等發(fā)達(dá)國家還有很大的差距。如去年美國煤炭開采的百萬噸死亡率是0.03、澳大利亞是0.05，而中國是0.293，超出以上國家10倍多。

如今，我國也非常重視煤礦開采生產(chǎn)建設(shè)，在出臺的一系列政策文件中，多次提到將“信息化建設(shè)”“兩化融合”等政策作為今后煤炭信息化的發(fā)展目標(biāo)和任務(wù)。

數(shù)字化礦山建設(shè)目標(biāo)

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，如軟件和硬件技術(shù)、信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)控制及綜合自動化的廣泛應(yīng)用，結(jié)合煤礦特點，將管理網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)整合統(tǒng)一起來，通過監(jiān)、管、控一體化的思路建立統(tǒng)一的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和煤炭企業(yè)管理信息系統(tǒng)。煤礦的生產(chǎn)特點是既有企業(yè)管理，包括人、財、物、產(chǎn)、供、銷等，更重要的是采煤環(huán)境和生產(chǎn)控制的自動化系統(tǒng)，如采煤機(jī)組控制系統(tǒng)、運(yùn)輸控制系統(tǒng)、供電控制系統(tǒng)、提升控制系統(tǒng)、排水控制系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)等等。采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和軟件技術(shù)把管理網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)這三者有機(jī)地結(jié)合起來，使采煤、安全、機(jī)電，以及企業(yè)管理集成的管、控、監(jiān)等信息系統(tǒng)一體化，實現(xiàn)管理現(xiàn)代化、生產(chǎn)自動化，最終達(dá)到減人提效、提高效率、增加企業(yè)競爭力的目的。

我國數(shù)字化礦山建設(shè)現(xiàn)狀

在煤礦安全生產(chǎn)方面，由于我國井下地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境惡劣，受粉塵、瓦斯、頂板、透水等多方面因素影響，煤礦作業(yè)生產(chǎn)和人身安全受到嚴(yán)重影響。尤其是在近幾年煤礦安全特大事故頻發(fā)的環(huán)境背景下，安全管理工作在煤炭行業(yè)良性發(fā)展過程中的作用也越發(fā)明顯。通過對事故縱向和橫向的比對分析，發(fā)現(xiàn)我國煤礦安全管理落后于生產(chǎn)的主要原因有兩點：一是安全生產(chǎn)意識不高；二是安全管控的技術(shù)水平落后。這些情況和我們國家的煤炭行業(yè)信息化發(fā)展水平相對較低、井下作業(yè)環(huán)境相對較差有關(guān)。

目前，雖然有些礦山實施了自動化生產(chǎn)控制和監(jiān)控的子系統(tǒng)，安全形勢有所改善，但是礦山建設(shè)的數(shù)字化程度依舊參差不齊，并且部分子系統(tǒng)都是相互獨立的，沒有進(jìn)行深度融合和數(shù)據(jù)挖掘、利用，形成了“信息孤島”。所以，在整個過程中，作業(yè)規(guī)劃、安監(jiān)管理、信息整合等方面相互共享能力較差，不能達(dá)到真正的管控一體化。以冀中股份東龐礦為例，在數(shù)字化礦山建設(shè)方面，該礦建設(shè)了生產(chǎn)調(diào)度綜合指揮系統(tǒng)，包括大型調(diào)度指揮中心顯示系統(tǒng)、高速穩(wěn)定的工業(yè)以太網(wǎng)、高清晰度的工業(yè)視頻監(jiān)控、兼容性強(qiáng)的綜合自動化平臺和應(yīng)用靈活、操作便捷的調(diào)度指揮監(jiān)控軟件，為決策層、管理層、執(zhí)行層三個層面全盤解決規(guī)劃和解決方案。顯示系統(tǒng)選用Digicom Ark3000 多屏處理器，通過網(wǎng)絡(luò)與IDB進(jìn)行連接，使用虛屏瀏覽器技術(shù)，在IDB上運(yùn)行展示客戶端，在大屏幕上作相應(yīng)的互動顯示。

另外，高速工業(yè)以太網(wǎng)在井上設(shè)置星型網(wǎng)絡(luò)、井下設(shè)置環(huán)網(wǎng)，主鏈路采用千兆光纖，核心層采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，通過千兆鏈路將各環(huán)網(wǎng)的交換設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心層次，實現(xiàn)了高冗余性能。

現(xiàn)代信息技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用可以有效地整合各種相關(guān)信息，并有助于系統(tǒng)化等環(huán)節(jié)的信息采集、處理、傳輸和應(yīng)用，向調(diào)度室和上級監(jiān)管部門提供有效可靠的信息來源，從而第一時間掌握作業(yè)現(xiàn)場狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)危險源頭，引導(dǎo)正確的操作程序，這是安全生產(chǎn)信息化建設(shè)和數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展方向。

數(shù)字化礦山建設(shè)方向與趨勢

目前就我國現(xiàn)狀來看，數(shù)字化礦山的建設(shè)是一個十分巨大的系統(tǒng)工程，有著長期的建設(shè)目標(biāo)。當(dāng)今世界科技發(fā)展的水平結(jié)合我國礦山現(xiàn)階段技術(shù)裝備與管理水平來看，總體規(guī)劃分步實施是我國數(shù)字礦山建設(shè)的必經(jīng)之路，由此可以發(fā)現(xiàn)我國數(shù)字礦山建設(shè)的具體目標(biāo)是：

第一，利用現(xiàn)有成熟計算機(jī)軟件系統(tǒng)，將礦產(chǎn)資源的開采方案設(shè)計和開采環(huán)境的配套設(shè)施設(shè)計進(jìn)行模型化，實現(xiàn)可視化操作。

第二，利用多渠道的網(wǎng)絡(luò)通訊手段，形成數(shù)據(jù)信號、圖像視頻信號傳播的鏈?zhǔn)焦蚕砥脚_。

第三，利用工業(yè)以太網(wǎng)、高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對礦井通道提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、安防設(shè)施等進(jìn)行有效地系統(tǒng)的監(jiān)控，并且對生產(chǎn)人員的位置跟蹤及生產(chǎn)的作業(yè)流程進(jìn)行智能化調(diào)度與控制，從而全面提升礦山科學(xué)性建設(shè)。

第四，在系統(tǒng)集成方面，對礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)：提升系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、洗選系統(tǒng)通過各調(diào)度平臺的統(tǒng)一有效調(diào)度實現(xiàn)綜合化管理控制能夠大大提高生產(chǎn)效率。除此之外，在綜合調(diào)度的軟件平臺上全方位的展現(xiàn)人員的定位系統(tǒng)、井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)，并實時進(jìn)行分析處理，使生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的預(yù)警形成聯(lián)動機(jī)制，并與上級公司調(diào)度中心進(jìn)行無縫對接，實現(xiàn)本礦數(shù)字化建設(shè)和公司級數(shù)字化建設(shè)。

結(jié)語

通過現(xiàn)有的實例來看，我國煤礦行業(yè)結(jié)構(gòu)的合理規(guī)劃以及數(shù)字化的有效運(yùn)用將是提高我國煤礦行業(yè)競爭力的重要一環(huán)，同時也要看到現(xiàn)代化數(shù)字礦山的建設(shè)是一個長期的發(fā)展過程，需要結(jié)合礦山所在環(huán)境的條件，開采作業(yè)的可行性等等因素進(jìn)行整體規(guī)劃考量，逐步實施數(shù)字化礦山的建設(shè)。

（作者單位：煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司北京分公司油品分院）