大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)在智能化煤礦中的應(yīng)用與發(fā)展

汪精浩

（1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

近幾年，數(shù)字礦山逐步發(fā)展，數(shù)字礦山智能化程度越來越高，智能礦山，尤其是智能化煤礦的建設(shè)與發(fā)展是不可避免的發(fā)展趨勢。越來越多的智能技術(shù)，比如，信息化技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，不斷滲透應(yīng)用于智能化煤礦的開采過程。這些技術(shù)的應(yīng)用從陌生到熟練，將煤礦開采的各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)起來，降低經(jīng)濟(jì)成本，減少安全問題的發(fā)生，提升煤礦開采的效率。

智能化煤礦建設(shè)的最終目的是將煤礦開采的各個環(huán)節(jié)，包括勘驗、掘進(jìn)、運輸、供排水、加工以及運輸、調(diào)度等完美地銜接在一起，使得整個煤礦開采過程融洽協(xié)調(diào)。智能化煤礦對于煤礦開采過程中的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、協(xié)調(diào)，從而達(dá)到對煤礦全景監(jiān)控的目的，這些數(shù)據(jù)的分析積累為智能化礦山的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來的一項技術(shù)，近年來，不斷地被政府、醫(yī)療、金融、能源等領(lǐng)域接受并運用，大數(shù)據(jù)技術(shù)對于大量繁雜信息進(jìn)行高速獲取、捕捉、分析，在各個行業(yè)中都起著重要作用，推動著各行各業(yè)的發(fā)展。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化礦山領(lǐng)域也承擔(dān)著重要的角色，不可或缺。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化設(shè)備以及傳感器等在煤礦中的應(yīng)用逐漸廣泛，這些設(shè)備的反饋使得智能化煤礦具有眾多繁雜且龐大的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于煤礦的發(fā)展以及安全都具有重要意義，因此，需要大數(shù)據(jù)技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉、分析，建造適合于煤礦的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的建立對于煤礦以后的管理以及業(yè)務(wù)拓展，提升煤礦經(jīng)濟(jì)效益、升級煤礦甚至煤礦的轉(zhuǎn)型都有著極為重要的現(xiàn)實意義。

近年來，國內(nèi)外對于大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化煤礦中的應(yīng)用都有研究，但是，研究不深，基本都處于淺層，無論是廣度還是深度，都處在初級水平。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化煤礦中的高效應(yīng)用與發(fā)展是一項漫長且艱難的任務(wù)。

1 智能化煤礦大數(shù)據(jù)

1.1 智能化煤礦數(shù)據(jù)特征

數(shù)字礦山的建設(shè)，新興技術(shù)運用于數(shù)字礦山。數(shù)字礦山主要具有水泵房系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、設(shè)備動態(tài)運行監(jiān)測系統(tǒng)、綜合現(xiàn)場移動控制臺、無人開采工作臺、管理信息系統(tǒng)等多種新型系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的逐步投入與使用，使得智能化礦山的數(shù)據(jù)收集越來越復(fù)雜與龐大，這些數(shù)據(jù)共同成為智能化礦山大數(shù)據(jù)的一分子。

當(dāng)今智能化礦山的數(shù)據(jù)主要有兩大類別：一為內(nèi)部數(shù)據(jù)，一為外部數(shù)據(jù)。內(nèi)部數(shù)據(jù)主要來源于礦山內(nèi)部開采過程中各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，增長迅速且動態(tài)性強，而外部數(shù)據(jù)則包括市場信息、設(shè)備服務(wù)信息、氣象數(shù)據(jù)等，外部信息較為分散，來自不同行業(yè)，管理也較為分散。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化礦山中運用，結(jié)合智能化礦山與大數(shù)據(jù)特點，智能化礦山大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)具有以下幾點特征。

第一，數(shù)據(jù)繁雜，規(guī)模龐大。智能化礦山中大量的智能機器使用頻率高，數(shù)據(jù)收集、環(huán)境監(jiān)測頻率高，使得數(shù)據(jù)不斷涌入，規(guī)模逐漸龐大。第二，數(shù)據(jù)具有多樣性。智能化礦山構(gòu)成復(fù)雜，再加上人類在開采社會資源時必須不斷探索，使得智能化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳感數(shù)據(jù)居多，也有非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。智能化礦山智能信息系統(tǒng)的種類繁多也決定了數(shù)據(jù)繁多。第三，數(shù)據(jù)采集速度快，數(shù)據(jù)分析處理速度快。由于智能化礦山大部分系統(tǒng)采用實時監(jiān)控，并且礦山要求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度極高，使得數(shù)據(jù)收集速度極快，收集后對數(shù)據(jù)的處理與分析需要對礦山進(jìn)行實時的調(diào)整與管理，速度也需要很快。第四，準(zhǔn)確度高。數(shù)據(jù)具有完整性、真實性和實時可靠性的特點。第五，數(shù)據(jù)屬于閉環(huán)數(shù)據(jù)。智能化礦山的各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)存在關(guān)聯(lián)，橫向構(gòu)成閉環(huán)鏈條；在智能化礦山的數(shù)據(jù)采集與處理并調(diào)整的過程中，要求整個礦山系統(tǒng)數(shù)據(jù)閉環(huán)。

1.2 智能化煤礦大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)研究區(qū)別

智能化煤礦大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)最主要的區(qū)別在于研究方法的不同。智能化礦山大數(shù)據(jù)研究方法是在傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新與改變。智能化煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)對于數(shù)據(jù)的收集與處理結(jié)合具體煤礦實際情況進(jìn)行處理分析，針對不同的煤礦具有不同的處理方式與分析方式。隨著社會的不斷進(jìn)步，大數(shù)據(jù)的理論研究不斷深入，煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新進(jìn)程將不斷前進(jìn)。智能化煤礦大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)研究方法上主要具有以下兩點區(qū)別。

（1）研究思維不同。傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)一般采取抽樣數(shù)據(jù)的分析方式，而智能化煤礦大數(shù)據(jù)一般采取全量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)在研究時，一般側(cè)重于對于某個部分或者某個專業(yè)的研究；智能化煤礦大數(shù)據(jù)在研究時，則需要對各個部門進(jìn)行分析并將整體關(guān)聯(lián)融合。

（2）研究途徑不同。假設(shè)—實驗—結(jié)果分析—假設(shè)證實是傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)研究的步驟。而智能化煤礦大數(shù)據(jù)研究途徑一般為：假設(shè)—數(shù)據(jù)準(zhǔn)備—數(shù)據(jù)挖掘與分析—試驗—試驗結(jié)果分析—假設(shè)證實。

2 智能化礦山大數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

煤礦智能化建設(shè)從自動化建設(shè)、數(shù)字化建設(shè)為起點，在建設(shè)過程中進(jìn)行大量數(shù)據(jù)探索，對許多新方法進(jìn)行長期試用，一步步智能化煤礦大數(shù)據(jù)才有開創(chuàng)性進(jìn)展。當(dāng)今智能化煤礦大數(shù)據(jù)建設(shè)過程中，許多早期經(jīng)典案例如神東錦界智能礦山建設(shè)、神東區(qū)域智能化煤礦建設(shè)等，都為后期智能化煤礦大數(shù)據(jù)的發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗，為智能化煤礦大數(shù)據(jù)發(fā)展提供了大量數(shù)據(jù)，提供了發(fā)展數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

智能化煤礦大數(shù)據(jù)研究自20世紀(jì)90年代便已經(jīng)開始。當(dāng)今國內(nèi)外各類高校、機構(gòu)以及各個企業(yè)對智能化礦山大數(shù)據(jù)技術(shù)開展研究以及實際運用，但是，研究目前也只是處在初級階段，不夠深入。雖然研究開始不晚，但是，并沒有形成完整的研究體系，如今智能化煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用一般是在經(jīng)驗基礎(chǔ)上再進(jìn)行相關(guān)創(chuàng)新再進(jìn)行實踐應(yīng)用，促進(jìn)智能化煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化礦山的合理充分利用，對于智能化礦山安全管理水平的有效提高、智能化煤礦成本的降低以及智能化礦山整體形象的維護(hù)都具有重要作用。但是，目前智能化礦山大數(shù)據(jù)技術(shù)還需要不斷的研究進(jìn)步，面臨著許多難題與挑戰(zhàn)。

3 大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展動力及當(dāng)前問題

3.1 發(fā)展動力

第一，煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中擁有生產(chǎn)設(shè)備較多，對于設(shè)備的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等需要進(jìn)行高效處理，并且這些數(shù)據(jù)具有較大的潛在價值。第二，對于一些規(guī)模較大的礦山集團(tuán)來講，大數(shù)據(jù)分析尤為重要，可以在海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)資產(chǎn)增長的方法或者可以通過數(shù)據(jù)分析對癥下藥，提高管理水平，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長。第三，在煤炭整個生產(chǎn)銷售過程中，運用大數(shù)據(jù)可以協(xié)調(diào)整個環(huán)節(jié)，提高各個環(huán)節(jié)的協(xié)同能力，減少各個環(huán)節(jié)的損耗。

3.2 當(dāng)前問題

人才短缺，專業(yè)的大數(shù)據(jù)技術(shù)人員缺乏。智能化煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)目前處于發(fā)展的初級階段，在以后的發(fā)展過程中，需要大量的專業(yè)人才，不僅需要企業(yè)培養(yǎng)了解本身企業(yè)又掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的人才，還需要引入外來人才，而當(dāng)前這兩類人才儲備大大不足。第二，資金短缺。大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究與發(fā)展需要非常巨大的資金投入。當(dāng)前對于大數(shù)據(jù)技術(shù)資金投入回收預(yù)期不夠明確，需要建立合理的回收評估體系，支持資金不斷投入。第三，大數(shù)據(jù)技術(shù)比較復(fù)雜。智能化礦山技術(shù)是多種大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合。智能化礦山大數(shù)據(jù)技術(shù)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在跨越多種學(xué)科、具有綜合性以及先進(jìn)性等方面。第四，數(shù)據(jù)安全需要重視。大數(shù)據(jù)收集與處理安全需要保障，目前，做不到絕對安全，需要不斷探索進(jìn)步。

4 大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)分類

4.1 數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的運用將實現(xiàn)對智能化煤礦的全方面感知，這種感知是多維度、多過程、實時的感知。若要使得這種感知更加容易、方便，還需要不斷的研究進(jìn)步。

4.2 數(shù)據(jù)集成

目前，數(shù)據(jù)集成方面，需要解決數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、缺少完整的大數(shù)據(jù)管理與分析平臺這兩個問題。數(shù)據(jù)集成需要系統(tǒng)的存儲處理平臺，通過流處理與批處理對大數(shù)據(jù)進(jìn)行合理處理。

4.3 數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用主要從大數(shù)據(jù)的分析與挖掘和大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)解析兩方面進(jìn)行。借助這兩項數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對智能礦山全景數(shù)據(jù)進(jìn)行彌補，使得整個礦山數(shù)據(jù)呈現(xiàn)實時、連續(xù)的特點。

5 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化煤礦領(lǐng)域應(yīng)用展望

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能化煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)過多年的發(fā)展，雖然還沒有出現(xiàn)較為完整、完美的大數(shù)據(jù)智能化煤礦案例，但是，發(fā)展中不同類別的經(jīng)驗與數(shù)據(jù)資源，為大數(shù)據(jù)在智能化煤礦中的發(fā)展奠定了良好的經(jīng)驗基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)將主要應(yīng)用在智能化煤礦的安全管理領(lǐng)域、生產(chǎn)執(zhí)行領(lǐng)域以及經(jīng)營管理領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域大數(shù)據(jù)技術(shù)的綜合應(yīng)用，將推動智能化煤礦的快速發(fā)展，相信未來某天大數(shù)據(jù)技術(shù)將會在智能化煤礦領(lǐng)域成熟運用。