關(guān)于數(shù)字化礦山系統(tǒng)分析及智能化在礦井中的應(yīng)用探討

穆擎宇

摘要：二十一世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)得到了飛速的發(fā)展，社會(huì)取得了巨大的進(jìn)步，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，能源建設(shè)與開(kāi)發(fā)是最為基礎(chǔ)性的工作內(nèi)容。銅鎳資源是工業(yè)體系的基礎(chǔ)動(dòng)力，我們必須要加強(qiáng)對(duì)于礦山系統(tǒng)的建設(shè)，有效提高工作質(zhì)量和工作效率，將現(xiàn)代化技術(shù)和智能化手段應(yīng)用到其中，從而有效提高礦井開(kāi)采質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)減員增效化管理。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化礦山系統(tǒng)、智能化技術(shù)、礦井工作、應(yīng)用研究

1數(shù)字化礦山系統(tǒng)的重要意義

近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源產(chǎn)業(yè)受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，能源開(kāi)采質(zhì)量的高低直接影響到工業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性，其中，銅鎳是我國(guó)最重要的基礎(chǔ)能源之一，越來(lái)越多的新型技術(shù)手段被應(yīng)用在了礦井開(kāi)采之中，包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、多媒體技術(shù)以及GIS技術(shù)等[1]。礦井開(kāi)采的智能化程度越來(lái)越高，有效減少了人工操作帶來(lái)的危險(xiǎn)和失誤，提高了工作效率。在企業(yè)的日常工作開(kāi)展過(guò)程中，不僅僅要加強(qiáng)對(duì)于生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)與革新，也要重視對(duì)于礦井的日常管理與維護(hù)，構(gòu)建一支專業(yè)化的管理隊(duì)伍，提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)的清晰性與透明性。我國(guó)很多礦山行業(yè)從業(yè)人員對(duì)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并且在很多礦井之中應(yīng)用了先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，包括井下人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信調(diào)度系統(tǒng)等等，基于礦山的網(wǎng)絡(luò)通訊越來(lái)越完善。在新的時(shí)代背景下，我們?nèi)匀恍枰粩嗵剿鲾?shù)字化礦山系統(tǒng)的建設(shè)方法，在現(xiàn)有的成果基礎(chǔ)上更上一層樓，真正提高智能化程度，包括高度的通信融合、人機(jī)交互軟件的應(yīng)用、井下人員生理信息監(jiān)測(cè)等，從而實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)與管理，這是未來(lái)數(shù)字化礦山的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)[2]。

2數(shù)字化礦山整體結(jié)構(gòu)

數(shù)字化礦山最核心的目的是保證安全生產(chǎn)同時(shí)提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，用有限的資源發(fā)揮出更大的價(jià)值，降低企業(yè)成本支出，增加盈利，實(shí)現(xiàn)有效的減員增效。為了有效達(dá)到數(shù)字化礦山建設(shè)目的，必須要將硬件方面與軟件方面的工作有機(jī)結(jié)合，在硬件方面，要建立相應(yīng)的物理配套設(shè)施，并且規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化硬件接口，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門(mén)之間的有效連接，同時(shí)，要建設(shè)高質(zhì)量高速率的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，平臺(tái)要有足夠的帶寬，能夠傳輸大量的數(shù)據(jù)，從而為高效的人機(jī)交互和信號(hào)反饋提供有效保障。在軟件方面，必須要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，布設(shè)相應(yīng)的傳感器，并配套相應(yīng)的軟件操作系統(tǒng)，及時(shí)將礦井中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且上傳到終端服務(wù)器上，形成大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，以供后續(xù)的工作人員加以分析和論證，并且為決策層提供有效的數(shù)據(jù)支持。所采集到的數(shù)據(jù)和信號(hào)應(yīng)當(dāng)能夠被有效用于閉環(huán)反饋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下相關(guān)設(shè)備的有效控制，達(dá)到礦山減員增效的目的[3]。

3數(shù)字化礦山建設(shè)及智能化技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化礦山主要由三個(gè)部分構(gòu)成，首先是物理層，其中包括各種類(lèi)型的物理硬件設(shè)備;第二是數(shù)據(jù)鏈路層，能夠?qū)⒏鞣N類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)與合并;最后是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，能夠構(gòu)建相應(yīng)的人機(jī)交互界面，并且對(duì)所采集到的前端數(shù)據(jù)進(jìn)行有效應(yīng)用。三者相輔相成，互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，讓數(shù)字化礦山變的健全與完善。

首先是物理層，物理層包括數(shù)字化礦山建設(shè)中所需要的各種電子設(shè)備機(jī)械設(shè)備，傳感器等內(nèi)容，也包括路由器、交換機(jī)、機(jī)房服務(wù)器以及相關(guān)的設(shè)備通道等。從我國(guó)目前的數(shù)字化礦山建設(shè)現(xiàn)狀看來(lái)，物理層的構(gòu)建工作已經(jīng)變得相當(dāng)成熟，并且在很多礦井中都得到了廣泛的應(yīng)用[4]。煤礦井下基礎(chǔ)層建設(shè)包括有線與無(wú)線兩種方式，有線鏈接能夠保障信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高速性，這對(duì)于那些有嚴(yán)格要求的礦井而言是非常重要的，然而，各種各樣的線路可能會(huì)對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)造成一定的困擾，甚至有部分突發(fā)狀況會(huì)導(dǎo)致線路的切斷，因此，無(wú)線操作方式應(yīng)運(yùn)而生，采用無(wú)線WiFi的方式構(gòu)建無(wú)線平臺(tái)，能夠減少對(duì)于線材的使用，讓工作區(qū)域更加整潔，無(wú)線WiFi的工作原理要求井下每隔一定距離就要設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)傳輸與放大模塊，這些要耗費(fèi)大量的財(cái)力和物力，可以通過(guò)有線和無(wú)線的混合方式進(jìn)行構(gòu)建，完成物理層的建設(shè)。另外，井下的數(shù)據(jù)接入方式是多種多樣的，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)接入方式為RS485和TCP/IP方式，這是一種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)傳輸手段，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[5]。

其次是數(shù)據(jù)鏈路層。在數(shù)字化礦山構(gòu)建過(guò)程中，最為重要的過(guò)程為數(shù)據(jù)的接入，只有接收到相關(guān)的數(shù)據(jù)，才能夠進(jìn)行分析與處理，并且指導(dǎo)相應(yīng)工作的開(kāi)展。因此要加強(qiáng)對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層的重視程度和資金人員投入，確保收集到真實(shí)有效的原始數(shù)據(jù)信息，從目前大部分的礦山建設(shè)現(xiàn)狀來(lái)看，我們?nèi)匀恍枰粩嘁胄碌臄?shù)據(jù)接入設(shè)備和收集設(shè)備，定期對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層加以更新與完善，從而讓數(shù)據(jù)員的獲取更加有效。當(dāng)數(shù)據(jù)通過(guò)物理層通道到達(dá)服務(wù)器之后，就能夠安全的存儲(chǔ)在云端平臺(tái)之中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能也就完成了。

第三是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層包括網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層包括有線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。對(duì)于那些工作面環(huán)境非常惡劣的情況，可以采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式開(kāi)展工作，從而實(shí)現(xiàn)三維立體空間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，對(duì)于工作環(huán)境良好的地方，可以采取有限網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，保障?shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。對(duì)于地面機(jī)房，應(yīng)當(dāng)采用質(zhì)量過(guò)硬的硬件設(shè)備，并且構(gòu)建相應(yīng)的空調(diào)房環(huán)境，防止服務(wù)器過(guò)熱，要定期對(duì)機(jī)房進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)硬件問(wèn)題，并且更換設(shè)備。要加強(qiáng)硬件防火墻的建設(shè)，并且定期做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份工作，通過(guò)冗余設(shè)計(jì)方法，提高礦山系統(tǒng)的可靠性[6]。

最后是應(yīng)用層及其架構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能。數(shù)字化礦山的應(yīng)用層包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容，要構(gòu)建一支專業(yè)化的信息技術(shù)隊(duì)伍，提高工作人員的專業(yè)化程度，使其能夠運(yùn)用先進(jìn)的算法和軟件技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，并且完成相應(yīng)的工程建模。常用的系統(tǒng)架構(gòu)有BS模式和CS模式，前者能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽和應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，后者能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的有效鏈接，方便工作人員隨時(shí)調(diào)用相關(guān)資料。

在井下工作中，有一些作業(yè)環(huán)境具有特殊的要求，要進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)各種類(lèi)型的傳感器來(lái)收集相應(yīng)的信息，例如人員上限、瓦斯?jié)舛取⒐ぷ魅藛T的生理信號(hào)等，一旦超出設(shè)定的閾值，報(bào)警器將會(huì)發(fā)出報(bào)警，并將數(shù)據(jù)上傳云端和反饋，開(kāi)啟自動(dòng)救援模式，有效提高井下工作安全程度。

總而言之，數(shù)字化礦山系統(tǒng)及智能化在礦井中具有非常重要的應(yīng)用，我們?nèi)匀恍枰粩喔鹿ぷ魉悸罚纳乒ぷ鞣椒?，積極引入先進(jìn)的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)于技術(shù)的革新，從而有效構(gòu)建數(shù)字化礦山和智慧化礦山，減員增效，提高礦山工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳繼文. 基于GIS的煤礦安全管理信息系統(tǒng)研究[D].河北工程大學(xué)，2014.

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[3]趙文陽(yáng)，喬茂華. 關(guān)于數(shù)字化礦山系統(tǒng)分析及智能化在礦井中的應(yīng)用探討[J]. 智庫(kù)時(shí)代，2019（46）：285-286.

[4]王玨. 數(shù)字礦山GIS平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2014.

[5]廖赟琳. 數(shù)字化礦山系統(tǒng)架構(gòu)與井下人員定位算法的研究[D].西安科技大學(xué)，2012.

[6]王蕓博. 淺析數(shù)字化礦山系統(tǒng)[J]. 太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（10）：168-170.