綠色智慧數(shù)字化礦山技術(shù)研究與應用

劉亮

（河南龍宇能源股份有限公司車集煤礦，河南 永城 476600）

引言

傳統(tǒng)的自動化礦井技術(shù)僅僅包含了個別子系統(tǒng)的遠程監(jiān)控、操控等單項自動化技術(shù)，當監(jiān)測到系統(tǒng)異常時不能通過人工智能決策進行其他措施子系統(tǒng)的有效聯(lián)動，大大降低了智能化礦井的安全水平。通過對綠色智慧數(shù)字化礦山基礎(chǔ)設施、大數(shù)據(jù)預警與決策支持分析、智慧化生產(chǎn)系統(tǒng)、安全監(jiān)測、平臺軟件、機器人系統(tǒng)等進行簡要闡述，幫助技術(shù)人員進一步了解綠色智慧數(shù)字化礦山技術(shù)。

一、綠色智慧數(shù)字化礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綠色智慧數(shù)字化礦井總體架構(gòu)依托于礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，通過建設一體化的網(wǎng)絡平臺、一體化的數(shù)據(jù)中心、一體化的業(yè)務支撐平臺和一體化管控應用平臺，實現(xiàn)智慧化感知、協(xié)同通信、智慧控制與大數(shù)據(jù)平臺支持，綠色智慧數(shù)字化礦山系統(tǒng)從功能層級上主要包含智慧化感知層、智慧化管控層、決策分析層和支撐層。

（一）智慧化感知層主要是指各類智慧化傳感器和智慧化分站等設備，實現(xiàn)人員、設備、環(huán)境的智慧化感知、可視化監(jiān)控、精準定位。通過感知礦工自身及周圍安全環(huán)境，實現(xiàn)主動式安全保障;通過感知礦山災害征兆，實現(xiàn)各種災害事故的預警預報;通過感知礦山設備工作健康狀況，實現(xiàn)故障預警、預知維修等功能。

（二）智慧化管控層是建立在礦山生產(chǎn)過程的控制平臺和礦山生產(chǎn)技術(shù)的管理平臺。通過建立控制模型、利用先進的智慧化控制算法及智慧化控制技術(shù)，實現(xiàn)對礦山應用設備和感知層應用終端的自動化、智慧化控制，從而實現(xiàn)智能化遠程操控、故障預警聯(lián)動等功能。

（三）決策分析層是通過對系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的應用與智慧化分析，實現(xiàn)子系統(tǒng)聯(lián)動指令發(fā)送以及將智能診斷結(jié)果進行推送，幫助工作人員進行決策，從而提高工作效率，降低事故損失。

（四）智慧化礦井建設支撐層包括通信傳輸層和數(shù)據(jù)中心層。通信傳輸層是指融合井上下千兆/萬兆工業(yè)控制網(wǎng)絡、礦山4G/WiFi網(wǎng)絡等，實現(xiàn)井上下視頻、數(shù)據(jù)、語音的一體化傳輸，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、互聯(lián)互通;數(shù)據(jù)中心層是指建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分發(fā)以及各類異構(gòu)數(shù)據(jù)的高度共享。

二、構(gòu)建礦山開采工程數(shù)字化測量體系

（一）數(shù)字化測量體系關(guān)鍵技術(shù)

礦山開采工程數(shù)字化測量體系構(gòu)建所需的關(guān)鍵技術(shù)主要包括空間信息技術(shù)和三維可視化技術(shù)?？臻g信息技術(shù)主要是利用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)構(gòu)成的3S技術(shù)，在礦山開采工程的測量當中應用具有良好的時效性和先進性。通過全球定位系統(tǒng)對開采位置進行測量可以明前提高測量的精確度和靈活性，且不需要考慮測量過程中測量點的通視問題，測量也不會產(chǎn)生誤差的累積。利用遙感技術(shù)對測量信息進行掃描或投影等處理，對地表地物信息進行遠距離的控制可識別，不僅可以使礦山測繪工作的精確度提高，同時還可以完成對礦山周圍環(huán)境的監(jiān)測工作，實現(xiàn)對礦山大面積的測量。利用地理信息系統(tǒng)，將礦山地理空間上的結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，并根據(jù)地理模型分析防范，以此為礦山的開采提供多種空間以及動態(tài)上的地理信息數(shù)據(jù)支撐。礦山開采工程測量中的三維可視化技術(shù)主要是用來描述與理解礦山表面及地下各種地質(zhì)現(xiàn)象特征的技術(shù)手段，同時也是各種數(shù)據(jù)體的另一種表征形式。三維可視化技術(shù)主要分為三個步驟，首先是對測量數(shù)據(jù)的采集，通過三維激光掃描設備對礦山的地形進行掃描，可以有效獲取到礦山開采的現(xiàn)狀點、云影像等重要的信息。第二步對數(shù)據(jù)進行處理，通過去噪、數(shù)據(jù)拼接以及三維建模完成對數(shù)據(jù)系統(tǒng)性的處理工作。利用專業(yè)的處理軟件可以完成真實、準確的礦山三維模型。第三步是建立數(shù)據(jù)管理平臺，使礦山開采工程的測量和生產(chǎn)管理能夠在不同的環(huán)境及地點下，利用計算機網(wǎng)絡完成對礦山的空間位置、設備屬性等信息的查詢和管理。

（二）數(shù)字化測量數(shù)據(jù)庫設計

在構(gòu)建數(shù)字化測量體系時，要利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對礦山開采工程中的各類測量數(shù)據(jù)、專業(yè)庫及資料庫等進行統(tǒng)一的管理，方便測量人員有序的完成對相關(guān)測量資料的存儲，同時數(shù)據(jù)庫將實現(xiàn)多種形式的查詢方法和統(tǒng)計，方便測繪人員能夠更加準確。測量成果的管理是以礦山開采工程的測量路線為基礎(chǔ)，顯示測量結(jié)果表中的內(nèi)容，管理人員可以對測量的結(jié)果進行修改或刪除等；資料的管理是對與測量結(jié)果相關(guān)的各個方面的資料信息進行管理；統(tǒng)計報表是根據(jù)測量結(jié)果庫中的數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和報表的輸出。

（三）數(shù)字化測量數(shù)據(jù)處理

結(jié)合礦山的實際生產(chǎn)要求，在本文的測量體系中數(shù)據(jù)處理主要包括對多元數(shù)據(jù)的采集、輸入和統(tǒng)一管理；對礦山測量數(shù)據(jù)的處理和分析；對測量數(shù)據(jù)的管理和維護；對圖像的生成、編輯和處理；對測量數(shù)據(jù)的輸出和應用。數(shù)據(jù)是礦山開采工程測量中的重要組成，其來源多種多樣，包括了遙感圖像數(shù)據(jù)、實地測量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計資料等，因此對礦山測量數(shù)據(jù)的處理是一項具有多元、多尺度的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。由于數(shù)據(jù)在形成的過程中，通過時間的累積，格式不統(tǒng)一，精確度也各不相同，因此對于數(shù)據(jù)的選取、采集和輸入都要保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在進行測量工作中，為了保證數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性，需要對工程控制網(wǎng)進行優(yōu)化設計，傳統(tǒng)的測量需要進行大量的數(shù)據(jù)運算，工作量相對較大，并且使用的編制軟件會涉及到更多的數(shù)值計算，同時可視化也沒有很好的體現(xiàn)，因此本文構(gòu)建的測量體系選用一種將可視化與數(shù)值的計算融為一體的軟件，具有對數(shù)值分析、矩陣運算等數(shù)據(jù)處理功能。

三、結(jié)語

綠色智慧數(shù)字化礦山建設與安全生產(chǎn)自動化控制是多學科多種技術(shù)的綜合應用，以工業(yè)以太網(wǎng)為紐帶的數(shù)字化礦山建設與安全生產(chǎn)自動化控制使得煤礦安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理更加協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在國家大力推行“兩化融合”、無人則安、少人則安的大環(huán)境下，綠色智慧數(shù)字化礦山建設勢在必行。