探討智慧礦山建設(shè)及煤礦的智能化開采

于福全

（國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)上灣煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

煤炭資源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)能源保障，為推動國家的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)，因此保證其安全、高效生產(chǎn)對于促進(jìn)煤礦行業(yè)的發(fā)展，提高企業(yè)競爭優(yōu)勢來說具有重要意義?，F(xiàn)如今智慧礦山建設(shè)得到了有效落實，在大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)的引導(dǎo)下，推動智慧礦山的穩(wěn)步發(fā)展，提高煤礦智能化開采水平，這也是煤礦行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但是智慧礦山建設(shè)及煤礦智能化開采發(fā)展過程中仍存在一定的問題，如何能夠解決相關(guān)問題，充分發(fā)揮智能化技術(shù)的優(yōu)勢，是目前煤礦行業(yè)亟需解決的一大難題。

1 智慧礦山及煤礦智能化開采概述

1.1 智慧礦山

智慧礦山是在礦山信息化、數(shù)字化基礎(chǔ)下形成的一種新型建設(shè)模式，能夠?qū)ΦV山生產(chǎn)情況、職業(yè)健康與安全、技術(shù)情況及后勤保障等關(guān)鍵信息進(jìn)行主動感知、自動化分析處理。其系統(tǒng)類型主要包括智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧職業(yè)健康及安全系統(tǒng)以及智慧技術(shù)支持和后勤保障系統(tǒng)。

1.2 煤礦智能化開采

煤礦智能化主要指在煤礦企業(yè)各項工作中應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，如人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將其應(yīng)用于工作的各個階段，如煤礦開拓設(shè)計、采掘、運輸、安全生產(chǎn)管理、設(shè)備管理與監(jiān)測等，提高整個系統(tǒng)的智能化水平，對礦井生產(chǎn)各階段進(jìn)行智能化、自動化感知，實現(xiàn)煤礦智能化。其優(yōu)勢在于能夠完全取代傳統(tǒng)人工操作模式進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)活動，減少風(fēng)險隱患問題，提高安全生產(chǎn)水平，為煤炭資源的穩(wěn)定供應(yīng)提供強(qiáng)有力的保障，同時能夠有效提高開采的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，提高工作效率及質(zhì)量。

2 智慧礦山建設(shè)及煤礦智能化開采不足之處

2.1 管理問題

首先，頂層設(shè)計匱乏。因為智慧礦山建設(shè)不具備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為建立統(tǒng)一的設(shè)計開發(fā)、實施標(biāo)準(zhǔn)，因此導(dǎo)致各部門之間信息流通和共享受阻，信息孤島情況嚴(yán)重。同時因為不具備統(tǒng)一規(guī)劃，很多企業(yè)只是將智慧礦山及煤礦智能化開采作為一個信息化項目，重視對其推廣和應(yīng)用，但是技術(shù)無法取得有效突破，遭遇瓶頸期，共享效果不佳，存在重復(fù)建設(shè)等不良問題。其次，管理決策不足。結(jié)合現(xiàn)狀分析，很多企業(yè)僅通過一些較為簡易的統(tǒng)計分析及經(jīng)驗進(jìn)行決策分析工作，數(shù)據(jù)不足，缺乏多因素智能分析模型，智能決策效果低下。另外因為受到通訊寬帶、傳輸時效、計算能力等因素的影響，對決策工作產(chǎn)生影響。

2.2 技術(shù)問題

首先，設(shè)備的智能化水平有待提高。目前設(shè)備在實際應(yīng)用過程中仍存在諸多問題，維護(hù)工作復(fù)雜困難，對智能化開采形成阻礙。集中體現(xiàn)在設(shè)備缺乏故障自檢及數(shù)據(jù)分析功能、地質(zhì)模型空間耦合難度較大等。其次，數(shù)據(jù)傳輸性能低下，精度不佳。因為井下設(shè)備傳感器數(shù)量較少，穩(wěn)定性和抗干擾性能不佳，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集，無法進(jìn)行有效分析，因此傳輸帶寬負(fù)荷嚴(yán)重，數(shù)據(jù)傳輸性能不佳；另外，網(wǎng)絡(luò)帶寬、速率等建設(shè)仍處于初步發(fā)展階段，不能傳輸一些大型數(shù)據(jù)，大規(guī)?；ヂ?lián)無法實現(xiàn)，進(jìn)而對智能化開采造成影響；因為有線、無線網(wǎng)絡(luò)布置的局限性，煤礦只可以進(jìn)行綜采設(shè)備、礦壓、瓦斯等一些關(guān)鍵位置信息的傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)各自獨立，傳輸效率低下，對監(jiān)控數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性造成不利影響。

3 煤礦智能化體系構(gòu)建

3.1 框架設(shè)計

煤礦智能化涵蓋了煤礦生產(chǎn)作業(yè)的全部環(huán)節(jié)，并且不局限于開采、掘進(jìn)等工作方式的智能化，還需要實現(xiàn)安全生產(chǎn)信息智能化感知、生產(chǎn)系統(tǒng)智能化管理以及數(shù)據(jù)信息的有效處理、高效率傳輸體系建設(shè)、決策智能化控制等諸多方面。根據(jù)智能化建設(shè)綜合規(guī)劃，可將其概述為下述幾大層面：（1）感知層。感知層以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，通過一定設(shè)備將前端感知相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面收集，也是智慧礦山和智能化開采的基礎(chǔ)保障。（2）傳輸層。傳輸層是連接感知層和數(shù)據(jù)支撐層的橋梁，通過井下視頻無線網(wǎng)絡(luò)、有線專網(wǎng)等將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、穩(wěn)定傳輸。（3）數(shù)據(jù)支撐層，通過企業(yè)基礎(chǔ)信息、共享信息、業(yè)務(wù)信息等建立的專門數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的有效融合。（4）應(yīng)用決策層。主要指對不同業(yè)務(wù)部門提供按需服務(wù)，通過地質(zhì)信息、智能化生產(chǎn)、運輸、加工及調(diào)度管理提高安全生產(chǎn)管理水平，為智慧決策提供支持，并通過門戶網(wǎng)站、APP等進(jìn)行展示，滿足企業(yè)不同用戶的個性化需求。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)建設(shè)

首先要實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、5G技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)和煤礦智能化設(shè)備、設(shè)施的有效融合，有效解決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理決策以及計算中存在的問題，其研究的深度和廣度對智慧煤礦的建設(shè)效果有決定性作用。

（1）物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，結(jié)合不同區(qū)域礦井的不同特點、工作人員、設(shè)備等管控對象，提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用水平，對關(guān)鍵位置進(jìn)行身份表示及有效感知，實現(xiàn)感知與連接，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析和決策，建立協(xié)同智慧機(jī)制，打破時間、地點、人物的限制，實現(xiàn)信息的連接和交互。（2）大數(shù)據(jù)技術(shù)。因為在實際工作過程中需要使用較多的傳感器設(shè)備，因此需要通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行儲存、分析及管控。將傳感器數(shù)據(jù)信息、監(jiān)控視頻信息以及人工形成的數(shù)據(jù)整合至大數(shù)據(jù)平臺，保證其全面性。同時還需要注重數(shù)據(jù)的挖掘，探索其背后規(guī)律，為安全管理及決策工作提供重要參考依據(jù)。（3）人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)具有計算、模擬及自主學(xué)習(xí)決策的特點，需要以GIS空間分析技術(shù)為基礎(chǔ)，對相關(guān)工作進(jìn)行優(yōu)化，保證開采模式的自動化生成及更新。同時還需要與礦山有效融合，如感知層、數(shù)據(jù)支撐層及決策層，尤其要注重利用人工智能技術(shù)進(jìn)行故障檢測、診斷等。（4）云計算技術(shù)。該項技術(shù)能夠保證監(jiān)控數(shù)據(jù)、傳感數(shù)據(jù)的高效流通處理，能夠幫助工作人員在短時間內(nèi)處理相關(guān)問題，在該項技術(shù)的引導(dǎo)下，為資源的儲存、傳輸和管理提供了巨大的便利。（5）5G技術(shù)。5G技術(shù)主要指礦用5G技術(shù)，具有傳輸速率快、通話質(zhì)量高等優(yōu)勢，但是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。因此需要加大研究力度，提高其應(yīng)用水平，保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

4 智慧礦山建設(shè)及煤礦的智能化開采建設(shè)策略

4.1 強(qiáng)化頂層設(shè)計

首先需要保證投入和產(chǎn)出的平衡性，提高質(zhì)量水平。做好整體規(guī)劃工作，對智慧礦山及煤礦智能化開采投資結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，結(jié)合發(fā)展理念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、管理、技術(shù)及設(shè)備、不同地質(zhì)條件等因素，建設(shè)典范性煤礦，建立完善的技術(shù)設(shè)備、生產(chǎn)模式，為其他煤礦推廣。其次要注重宏觀與微觀的共同發(fā)展，有效提高工作效率。企業(yè)需要及時發(fā)現(xiàn)自身的不足，通過分析、研究明確智能化發(fā)展的具體方向、詳細(xì)措施等，對智能化發(fā)展程度、規(guī)模進(jìn)行有效引導(dǎo)，重視其結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和效率。并且需要加強(qiáng)對科技創(chuàng)新的重視，不斷提高智能化設(shè)備的穩(wěn)定性。最后，加強(qiáng)對供給與需求的重視，促進(jìn)變革。根據(jù)國家及地方煤炭行業(yè)的供需雙側(cè)發(fā)展思路，實現(xiàn)新舊動能的快速轉(zhuǎn)換，提高各項先進(jìn)技術(shù)在煤礦行業(yè)的應(yīng)用水平，促進(jìn)動力變革。

4.2 明確智能煤礦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

智能煤礦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對智慧礦山及智能化開采發(fā)展的具有指引作用，所以國家需要盡快進(jìn)行智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，其主要內(nèi)容包括技術(shù)綱要、管理準(zhǔn)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，保證相應(yīng)工作流程的規(guī)范化、科學(xué)化、數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，為智慧礦山的建設(shè)和發(fā)展提供重要指導(dǎo)。另外，需要加大智能化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及政策的宣傳力度，為智慧煤礦建設(shè)及煤礦智能化開采的發(fā)展創(chuàng)設(shè)良好的氛圍。

4.3 加大技術(shù)研究力度

首先需要注重先進(jìn)技術(shù)的融合，實現(xiàn)煤礦智能化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)的有效融合，建立技術(shù)應(yīng)用示范工程；其次要加大關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，制定技術(shù)研發(fā)方案，組織研發(fā)活動，加大創(chuàng)新力度。

5 結(jié)語

綜上所述，智慧礦山建設(shè)及煤礦智能化開采對于保證煤礦生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性，減少風(fēng)險隱患問題，提高安全生產(chǎn)水平具有重要意義。因此需要加以重視，建立完善的技術(shù)體系，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)建設(shè)，采取相關(guān)措施不斷提高建設(shè)水平，為煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展夯實基礎(chǔ)。