露天煤礦網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與智慧礦山建設(shè)的關(guān)系

王榮鈞，魏建雄

（國家能源準(zhǔn)能集團公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

我國露天煤礦具有產(chǎn)能大、勞動密集等特點，隨著行業(yè)競爭，降本增效方面要求提高，跨行業(yè)引入通訊技術(shù)促使露天煤礦企業(yè)生產(chǎn)向無人化轉(zhuǎn)變，優(yōu)化設(shè)備利用率。隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，我國露天煤礦已向智慧化發(fā)展轉(zhuǎn)型建設(shè)。礦山數(shù)字化是以計算機軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，對礦山相關(guān)表觀的現(xiàn)象統(tǒng)一到軟件中，是利用計算機技術(shù)實現(xiàn)礦山信息采集存儲。隨著互聯(lián)網(wǎng)＋技術(shù)的快速發(fā)展，我國政府提出實施中國制造2025，國土部發(fā)布的《礦產(chǎn)資源規(guī)劃》，明確提出推進礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，加快建設(shè)智能化礦山發(fā)展的方向和要求。露天煤礦智慧化成為未來發(fā)展核心，實現(xiàn)生產(chǎn)安全管理的智能運行，使露天煤礦實現(xiàn)采掘、裝車、運輸，以及維修業(yè)務(wù)等方面協(xié)同發(fā)展的新型模式，邁向安全生產(chǎn)、精細化管理、綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1 露天煤礦智慧礦山建設(shè)

1.1 露天煤礦智慧礦山建設(shè)內(nèi)涵

智慧礦山是對生產(chǎn)要素、工藝流程、后勤保障資源等進行IT 平臺的統(tǒng)計感知，實現(xiàn)信息共享傳遞自動分析處理的運作模式。以生產(chǎn)工藝流程為線索，將爆破、開采、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，以及人員健康等問題串接，在信息管理平臺進行一體化管理。智慧礦山建設(shè)項目是系統(tǒng)化工程，涉及到網(wǎng)絡(luò)計算機技術(shù)、統(tǒng)計信息學(xué)、自動控制技術(shù)等，這些對企業(yè)的人才儲備與對技術(shù)整合能力將是一種新的考驗。

智慧礦山早期建設(shè)，應(yīng)將工作重點放在整體框架搭設(shè)，如控制系統(tǒng)接口協(xié)議框架等方面。企業(yè)要預(yù)判未來技術(shù)趨勢，避免后期建設(shè)中因框架老化造成資金資源浪費。露天煤礦智慧化建設(shè)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)建立綜合智能管控平臺，對生產(chǎn)和安全管理等方面進行智能感知，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實時監(jiān)控，將設(shè)備、環(huán)境等因素感知，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、傳輸，形成數(shù)據(jù)庫，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等顛覆性技術(shù)進行融合、預(yù)知、研判，最終提高生產(chǎn)效率和效益。

1.2 智慧露天煤礦框架

1）框架基礎(chǔ)。礦山工業(yè)經(jīng)歷自動化發(fā)展后進入智慧化時代，互聯(lián)網(wǎng)＋等新技術(shù)進入傳統(tǒng)采礦行業(yè)，智慧化生產(chǎn)方式成為促進煤炭工業(yè)發(fā)展的主要手段。智慧露天礦山關(guān)鍵是采用新技術(shù)解決礦產(chǎn)開采安全效率問題，露天智慧礦山建設(shè)框架是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上綜合軟件構(gòu)架呈現(xiàn)，整體框架包括融合通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層，軟件應(yīng)用層等，設(shè)備感知層形成統(tǒng)一結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，融合通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層實時進行通信傳輸，互聯(lián)網(wǎng)平臺層為信息化建設(shè)提供平臺服務(wù)，軟件應(yīng)用層匯集安全及基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)方面信息化管理需求[1]。

2）框架體系。智慧露天煤礦建設(shè)包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心，智慧生產(chǎn)運營與安全經(jīng)營管理等方面，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)流程智能化決策管理，技術(shù)框架體系包括IOT 層、PaaS 層、SaaS 層，基于超寬帶傳輸多信息混合的精確定位技術(shù)發(fā)揮著重要作用。IaaS 層將各部門機房等硬件資源變?yōu)榻y(tǒng)一規(guī)劃數(shù)據(jù)中心，用戶彈性調(diào)動資源提高IT 資源利用率；PaaS 提供應(yīng)用程序部署；SaaS 在體系最上層，形成工業(yè)自動化等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，具有實時信息處理等智能化功能。

3）框架系統(tǒng)銜接統(tǒng)一。露天礦現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多樣，智慧露天煤礦建設(shè)首先要確立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，進行智慧礦山框架搭建中，對礦山設(shè)備收集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式，對設(shè)備控制模塊結(jié)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)劃。整體框架建設(shè)通過對露天煤礦子系統(tǒng)相協(xié)同工作，從被動式查詢向主動式智能提醒綜合集成，形成企業(yè)安全管理綜合智慧管控平臺。

1.3 露天煤礦網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與智慧礦山建設(shè)

1）露天煤礦網(wǎng)絡(luò)發(fā)展是實現(xiàn)礦山企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化管理，以礦山內(nèi)三維坐標(biāo)信息形成信息框架，實現(xiàn)礦山自動化控制。企業(yè)安全生產(chǎn)信息化拓展到涵蓋安全調(diào)度等業(yè)務(wù)的生產(chǎn)執(zhí)行平臺，實現(xiàn)對生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)一體化管理[2]。

2）露天煤礦網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中各信息化系統(tǒng)接口兼容性不夠完善，數(shù)字礦山系統(tǒng)方面還存在一些不足。中煤工業(yè)協(xié)會組織開展煤炭行業(yè)融合發(fā)展水平評估工作，指出我國礦山數(shù)字信息化建設(shè)存在與采礦生產(chǎn)未得到深度結(jié)合等問題。礦山生產(chǎn)完全依賴信息化手段進行地質(zhì)保障，礦山企業(yè)生產(chǎn)中煤礦開采分選等物流過程不連續(xù)[3]。

3）智慧礦山的發(fā)展分析。智慧礦山可從縱橫2 個方面分析；縱向需要升級傳統(tǒng)MES 等架構(gòu)為智慧礦山云平臺技術(shù)框架，目前網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展突出問題是，礦山內(nèi)各部門各自為營，購買各需的硬件設(shè)備，最終形成系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享不充分，而開展智慧礦山云平臺所提供的硬件資源池，上層業(yè)務(wù)應(yīng)用毋需單獨采購硬件和開發(fā)應(yīng)用，即便是多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)也易于在云平臺完成系統(tǒng)集成；橫向是應(yīng)用智能，從工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)接入感知，從傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际綌?shù)據(jù)庫，智慧礦山可存儲開采精確豐富歷史信息[4]。

2 露天煤礦智慧建設(shè)發(fā)展

1998 年美國副總統(tǒng)戈爾演講中首先提出數(shù)字地球，吳立新教授在國家數(shù)字地球大會上提出數(shù)字礦山概念。對真實礦山整體與相關(guān)現(xiàn)象的數(shù)字化再現(xiàn)，是數(shù)字礦區(qū)的重要組成部分。隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，我國礦山企業(yè)開始由數(shù)字礦山向智慧礦山邁進。信息化與工業(yè)化的融合在更廣泛領(lǐng)域、更多的智能方面實現(xiàn)彼此交融，我國現(xiàn)代化露天礦在數(shù)字信息化方面已形成突飛猛進的發(fā)展勢頭，發(fā)展了生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)等針對性軟件，信息化系統(tǒng)的應(yīng)用促進礦山生產(chǎn)管理水平進一步提高，但礦山智能信息化的實施未形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成了智慧礦山建設(shè)規(guī)劃不足。

2.1 智慧露天煤礦發(fā)展現(xiàn)狀

礦山企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展經(jīng)歷了信息電子化、礦山數(shù)字化與虛擬化發(fā)展階段。信息電子化階段礦業(yè)企業(yè)大多依靠單一電子部件進行信息數(shù)據(jù)采集，將礦山企業(yè)信息化建設(shè)轉(zhuǎn)化到電子化發(fā)展階段；礦山企業(yè)要將管理運營等電子信息進行入庫統(tǒng)計，用數(shù)據(jù)庫形式呈現(xiàn)出礦山生產(chǎn)情況；礦山虛擬化建設(shè)是將有關(guān)事物聯(lián)系形成虛擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以完成分析功能；虛擬智慧礦山建設(shè)，在基礎(chǔ)上通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合信息，形成監(jiān)控方面一體化系統(tǒng)，同時運用人工智能技術(shù)實現(xiàn)科學(xué)決策。隨著技術(shù)的進步，我國對礦業(yè)企業(yè)智能建設(shè)要求不斷提高。

目前我國露天煤礦智慧礦山建設(shè)存在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不能有效規(guī)范統(tǒng)一，多學(xué)科交叉應(yīng)用較少，礦山信息化建設(shè)信息孤島化現(xiàn)象嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一開放性信息平臺，重視硬件建設(shè)忽視軟件開發(fā)等問題。我國智慧礦山建設(shè)缺乏科學(xué)的頂層設(shè)計，許多信息系統(tǒng)市場存在無序競爭。礦山企業(yè)進行智慧礦山建設(shè)投入資金巨量，但偏重于硬件，軟件產(chǎn)品研發(fā)滯后，IT 技術(shù)力量不足，操作、維護和培訓(xùn)工作遲緩。解決面臨的這些問題需要多學(xué)科知識，技術(shù)人員的作用更為凸顯。我國礦山信息化建設(shè)中子系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，但子系統(tǒng)獲取信息存在數(shù)據(jù)共享障礙，礦山智慧建設(shè)大數(shù)據(jù)信息技術(shù)有待深入發(fā)掘。

2.2 露天智慧煤礦建設(shè)存在的問題

當(dāng)前我國露天智慧煤礦建設(shè)問題主要包括信息孤島鴻溝，數(shù)據(jù)分析挖掘缺失，核心系統(tǒng)建設(shè)不完善，礦區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小、速率低等。露天煤礦為生產(chǎn)型企業(yè)，礦山企業(yè)智慧建設(shè)要圍繞生產(chǎn)核心，當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)露天煤礦存在設(shè)備常用配件庫存不可控，采礦設(shè)計生產(chǎn)環(huán)節(jié)互動性差，產(chǎn)量統(tǒng)計不規(guī)范，零配件庫存缺乏一體化管理技術(shù)手段，自動化系統(tǒng)資源共享不充分，當(dāng)班生產(chǎn)環(huán)節(jié)異常反饋不及時，班生產(chǎn)任務(wù)完成可控性不足，設(shè)備能動效率發(fā)揮不充分等問題。

礦山企業(yè)投建信息化過程中，由于開發(fā)商軟硬件標(biāo)準(zhǔn)不同和技術(shù)差別，造成設(shè)備接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式不一致等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)信息共享不充分。礦山企業(yè)實施信息化后，各應(yīng)用子系統(tǒng)形成的海量數(shù)據(jù)無法充分挖掘盡用，大數(shù)據(jù)不能得到有效深入應(yīng)用，形成了底層數(shù)據(jù)與上層系統(tǒng)不能實現(xiàn)融合。

3 露天煤礦智慧礦山建設(shè)策略

智慧礦山是我國礦山建設(shè)發(fā)展最新目標(biāo)，目前我國露天礦山信息化建設(shè)初步完成部分業(yè)務(wù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集等功能，礦產(chǎn)資源是人類生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，煤炭能源占能源產(chǎn)量的60%以上[5]。煤炭工業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前智能化創(chuàng)新技術(shù)成為世界基礎(chǔ)工業(yè)變革核心動力，對各國發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)生深刻影響，成為增強產(chǎn)業(yè)國際核心競爭力的關(guān)鍵[6]。采用智慧化高新技術(shù)帶來傳統(tǒng)礦業(yè)轉(zhuǎn)型，可對推動傳統(tǒng)礦業(yè)向高效綠色可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)前進。露天智慧煤礦建設(shè)需要從頂層設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)方面入手實現(xiàn)[3]。

3.1 露天煤礦智慧礦山建設(shè)設(shè)計

1）大數(shù)據(jù)的融合。智慧礦山建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)完成，具有相互全面聯(lián)系等特點。露天智慧礦山建設(shè)涉及到經(jīng)營管理、資源調(diào)配、配件儲備等許多項目，智慧露天礦山可以通過礦山信息獲取整理優(yōu)化礦山生產(chǎn)，智慧礦山是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感器技術(shù)集成的智能礦山管理模式[7]。國內(nèi)露天礦智慧礦山建設(shè)處于探索階段，建設(shè)子系統(tǒng)后進行系統(tǒng)資源整合，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，如何將大數(shù)據(jù)等技術(shù)融入智慧礦山建設(shè)中成為企業(yè)的重要課題。大數(shù)據(jù)領(lǐng)域公司與傳統(tǒng)礦山科技信息技術(shù)公司共同協(xié)調(diào)開發(fā)、有機融合是一種可行的技術(shù)模式。

2）大數(shù)據(jù)的管理。露天煤礦智慧礦山設(shè)計要樹立重數(shù)據(jù)理念，構(gòu)建數(shù)據(jù)自我增值模式，遵循單元系統(tǒng)建設(shè)原則，數(shù)字智能化建設(shè)要求[8]。礦山企業(yè)信息化建設(shè)中要重視數(shù)據(jù)的集中采集存儲，重視對數(shù)據(jù)深度挖掘分析。信息化系統(tǒng)是數(shù)據(jù)展示的手段，屆時數(shù)據(jù)將是企業(yè)可持續(xù)升級的原動力，重視數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集存儲才能解決礦山生產(chǎn)中深層次問題，企業(yè)要重視生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且努力將數(shù)據(jù)價值轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)生產(chǎn)效益價值。礦山企業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)可隨時間推移發(fā)生升級更迭，數(shù)據(jù)的科學(xué)統(tǒng)一管理才能使數(shù)據(jù)資產(chǎn)得到有效集成，為創(chuàng)建一流智慧礦山夯實基礎(chǔ)。

3）大數(shù)據(jù)的價值。目前國內(nèi)很多礦山信息化建設(shè)存在忽視生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理問題，整合共享的數(shù)據(jù)價值要遠大于其單一的系統(tǒng)專享價值。如設(shè)備故障發(fā)生次數(shù)、故障原因、停產(chǎn)時間、是否為重復(fù)性故障等基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，由于系統(tǒng)中統(tǒng)一應(yīng)用平臺的缺失，降低了數(shù)據(jù)的有效價值，及至影響到最終形成正確的智慧管理反饋。需要將單一系統(tǒng)專享的數(shù)據(jù)改變?yōu)閿?shù)據(jù)中心共享，以有效形成數(shù)據(jù)價值的增值。

3.2 露天智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)

智能生產(chǎn)是基于價值鏈的戰(zhàn)略成本管理，現(xiàn)有煤炭生產(chǎn)仍是粗放經(jīng)營階段，隨著量產(chǎn)時代適應(yīng)市場動態(tài)變化，應(yīng)建立生產(chǎn)智能調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)智能生產(chǎn)計劃自動生成。露天智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備定位，數(shù)據(jù)傳輸與格式的統(tǒng)一，大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用，扁平化管理等。綜合自動化管控平臺轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯_定位的物聯(lián)網(wǎng)平臺[9]。礦山生產(chǎn)運行中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、及時性、準(zhǔn)確性至關(guān)重要。工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸中的ZigBee 定位，具有低成本、工作可靠、自組織網(wǎng)特點，UWB 定位具有功耗低、安全性高、能提供精確定位精度等優(yōu)點，UWB比ZigBee 信號定位更加精確。

大數(shù)據(jù)特點是動態(tài)數(shù)據(jù)體系，大數(shù)據(jù)2.0 實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)更快更可靠的統(tǒng)計與分析，對推動傳統(tǒng)礦山行業(yè)智能化極具潛力。安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，在礦山安全管理領(lǐng)域已非常普遍，通過云平臺融合專家決策知識庫進行數(shù)據(jù)挖掘，采用互聯(lián)網(wǎng)＋、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段收集數(shù)據(jù)，如將傳統(tǒng)PDCA 安全管理閉環(huán)系統(tǒng)錄入數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)潛在價值的應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過對智慧化露天煤礦建設(shè)的分析，研究了智慧露天煤礦框架體系、礦山云平臺、設(shè)備定位、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等構(gòu)建，分析了智慧礦山的現(xiàn)狀與發(fā)展，討論了智慧露天煤礦頂層設(shè)計的重要性和建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)。

露天煤礦智慧化的建設(shè)是需要不斷汲取、融合現(xiàn)代新技術(shù)的一項系統(tǒng)性工程，其建設(shè)與軟硬件發(fā)展、智能化服務(wù)，直至判斷決策是不可分割的一個復(fù)雜性工程。科學(xué)規(guī)劃、前瞻性布局，避免重復(fù)建設(shè)以及軟硬件設(shè)施平穩(wěn)銜接與升級，都是對礦山?jīng)Q策管理者的一個挑戰(zhàn)。通過資源的高效優(yōu)化配置，充分利用大數(shù)據(jù)進行智能化分析，提供可靠的安全生產(chǎn)決策支持平臺，向綠色高效的優(yōu)質(zhì)智慧化露天煤礦建設(shè)邁進。