智慧礦山建設(shè)發(fā)展方案及趨勢(shì)的分析與研究

宋志海

中信重工開(kāi)誠(chéng)智能裝備有限公司 河北 唐山 063000

引言

我國(guó)多個(gè)地區(qū)都分布有礦山，礦山對(duì)于多個(gè)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。為了更好地提升礦山影響力，近些年來(lái)，有部分地區(qū)開(kāi)始將大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)融入礦山生產(chǎn)中，其為我國(guó)礦山事業(yè)的發(fā)展建設(shè)注入了全新的生機(jī)與活力，當(dāng)然現(xiàn)如今智慧礦山建設(shè)還處于起步發(fā)展階段，諸多建設(shè)問(wèn)題還需要詳細(xì)分析和探究，下面，筆者將結(jié)合自身認(rèn)識(shí)進(jìn)行分析。

1 智慧礦山建設(shè)的必要性

1.1 有助于提升礦山生產(chǎn)的安全性

安全一直以來(lái)都是礦山生產(chǎn)的重中之重，礦山生產(chǎn)期間影響安全的因素多種多樣，比如說(shuō)，自然環(huán)境因素、生產(chǎn)技術(shù)等等。礦山開(kāi)采與其他項(xiàng)目建設(shè)相比存在有顯著差異，即礦山處于地下，礦內(nèi)資源要想被開(kāi)采出來(lái)，采礦人員就比較要深入到地下。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)礦山開(kāi)采技術(shù)愈發(fā)成熟，安全系數(shù)提升，安全事故發(fā)生頻率有所降低，為了保證礦山安全，許多礦山都引入了安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，但是由于傳感層設(shè)備的協(xié)議不統(tǒng)一，原始數(shù)據(jù)無(wú)法共享，因此容易出現(xiàn)指令不響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，這樣可能就會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生之后無(wú)法及時(shí)獲悉的情況出現(xiàn)，可能會(huì)對(duì)采礦人員的安全構(gòu)成極大威脅[1]。智慧礦山的建設(shè)在于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的共享互通，這樣礦山作業(yè)期間一旦發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)可以在共享技術(shù)的支持之下，迅速實(shí)現(xiàn)信息交互，可以有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性。

1.2 可以有效降低采礦成本投入，提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)如今，信息技術(shù)在礦山中的應(yīng)用早已并非新鮮事，許多礦山都立足于自身發(fā)展需要構(gòu)建了信息技術(shù)監(jiān)控類系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)完全處于獨(dú)立狀態(tài)，各系統(tǒng)傳感層設(shè)備因?yàn)閰f(xié)議與傳輸格式不統(tǒng)一，導(dǎo)致各傳感器設(shè)備屬于本系統(tǒng)專項(xiàng)設(shè)備，其無(wú)法被參數(shù)要求相似的系統(tǒng)所共享，如在一個(gè)作業(yè)區(qū)域，已經(jīng)布置完成了安全監(jiān)控系統(tǒng)如一氧化碳、煙霧、溫度傳感器技術(shù)參數(shù)不低于火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，但是因?yàn)闊o(wú)法共享，不僅需要再布置完全相同的傳感設(shè)備，而且響應(yīng)線纜、供電設(shè)施等均需要重新部署，維護(hù)成本因此增加，系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，操作難度加大。而智慧礦山則是在信息技術(shù)支撐下建立起來(lái)的，相應(yīng)系統(tǒng)成功構(gòu)建之后，可以實(shí)現(xiàn)礦山的全方面互通，這樣只需要建設(shè)一個(gè)大的系統(tǒng)就足夠了，無(wú)須再布設(shè)小的系統(tǒng)可以有效應(yīng)用，而且系統(tǒng)應(yīng)用更加高效穩(wěn)定，是實(shí)行更強(qiáng)所出現(xiàn)的故障和問(wèn)題更少，這樣成本也就得到了大幅度下降。

1.3 可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率

礦山開(kāi)采是一項(xiàng)難度極大的工作，采礦人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且在生產(chǎn)期間容易發(fā)生各種各樣的安全是固定。智慧礦山的建設(shè)可以有效解決各類安全方面的問(wèn)題，而且許多原本需要由人工完成的工作，都可以借助智慧化設(shè)備完成，這樣煤礦人員的勞動(dòng)強(qiáng)度得以大幅度降低。此外，生產(chǎn)效率也得到了顯著的提升，相較于人工來(lái)說(shuō)，智慧機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的可靠性與穩(wěn)定性更強(qiáng)，機(jī)械設(shè)備可以24小時(shí)不停歇的工作，這對(duì)于生產(chǎn)效率的提升顯然是極為有利的。

2 智慧礦山建設(shè)項(xiàng)目概況

2.1 項(xiàng)目背景

本次研究項(xiàng)目為融化煤礦，榮華煤礦經(jīng)過(guò)多年的機(jī)械化升級(jí)改造和持續(xù)不斷的自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)建設(shè)，已經(jīng)建成智能工作面、皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等多個(gè)生產(chǎn)子系統(tǒng)和信息化子系統(tǒng)，有力地的保障了榮華煤礦的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理等需求。智能控制中心建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了部分生產(chǎn)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和集中控制，建設(shè)完成的子系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，沒(méi)有報(bào)表中心，沒(méi)有報(bào)警推送等功能，只有在控制中心瀏覽等限制。過(guò)程類系統(tǒng)未接入完整，信息類系統(tǒng)未接入，信息系統(tǒng)孤島嚴(yán)重。目前看手工報(bào)表還依然大量存在，導(dǎo)致一數(shù)多源， 信息不能共享，線上線下結(jié)合辦公，影響榮華煤礦生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。早期建設(shè)的信息系統(tǒng)，由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用的技術(shù)架構(gòu)陳舊，硬件老化、缺少運(yùn)維導(dǎo)致性能下降、故障率較多，使用率低下。針對(duì)目前榮華煤礦運(yùn)營(yíng)管理和生產(chǎn)等現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)保障生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)效率， 降低運(yùn)營(yíng)成本的需要。依靠先進(jìn)的管理理念，采用現(xiàn)代信息化、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化、4G、AI 人工智能、大數(shù)據(jù)、OLAP分析等技術(shù)，建設(shè)以高速網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，平臺(tái)建設(shè)為核心，形成以煤礦生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、控制、過(guò)程管理一體化的管理模式，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提升管理水平，建立智能化信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能制造的目標(biāo)。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

當(dāng)前，煤礦行業(yè)自動(dòng)化和信息化，已經(jīng)從“單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)”向“全礦井綜合信息一體化協(xié)同控制平臺(tái)”邁進(jìn)，如神東大柳塔、錦界等礦的德國(guó)PSI 管控平臺(tái)，是在“信息化礦山”頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將綜合自動(dòng)化平臺(tái)、地測(cè)基礎(chǔ)平臺(tái)、二三維一體化、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)通信、子系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)、編碼規(guī)則建設(shè)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，并作為礦井未來(lái)信息化整體規(guī)劃的先行基礎(chǔ)來(lái)實(shí)施，上述頂層設(shè)計(jì)一旦實(shí)現(xiàn)，那么各子系統(tǒng)的智能化升級(jí)方向便清晰可辨[3]。因此，榮華煤礦信息化設(shè)計(jì)及建設(shè)要具有超前性，要頂層設(shè)計(jì)、整體規(guī)劃、分步分項(xiàng)實(shí)施。頂層設(shè)計(jì)需從煤業(yè)公司角度，設(shè)定目標(biāo)和需求，統(tǒng)籌規(guī)劃和統(tǒng)一設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃等內(nèi)容，均需從全局出發(fā)、從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮。分步、分項(xiàng)實(shí)施，根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)需求，分步驟、分系統(tǒng)建設(shè)和接入信息化平臺(tái)，平臺(tái)系統(tǒng)需統(tǒng)一設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交換接口、協(xié)議、流程和規(guī)范，保證數(shù)據(jù)對(duì)接暢通，實(shí)現(xiàn)各層數(shù)據(jù)的兼容和互通。系統(tǒng)需具備擴(kuò)展性，利于后期開(kāi)發(fā)各個(gè)公司的手機(jī)端APP 應(yīng)用。

3 智慧礦山建設(shè)發(fā)展方案落實(shí)策略

3.1 平臺(tái)架設(shè)特點(diǎn)與要求

綜合管控平臺(tái):采用我公司的智慧化礦山云平臺(tái)，基于云平臺(tái)架構(gòu)、集團(tuán)化、智慧化、微服務(wù)化、B/S、C/S、移動(dòng)應(yīng)用一體化的開(kāi)放性、易維護(hù)、易擴(kuò)展的持續(xù)迭代智能礦山綜合管控平臺(tái)。底層架構(gòu):基于我公司升級(jí)版KC-Cloud V3.0云架構(gòu)體系，所有的核心服務(wù)運(yùn)行于Linux平臺(tái)。架構(gòu)優(yōu)勢(shì)：自主研發(fā)、任意擴(kuò)展。服務(wù)穩(wěn)定和可靠性：基于私有云服務(wù)，各種應(yīng)用服務(wù)獨(dú)立運(yùn)行于虛擬機(jī)上，采用實(shí)時(shí)看群集和調(diào)度監(jiān)控保證服務(wù)在線，并且采用了基于最穩(wěn)定的Linux系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的安全，服務(wù)的穩(wěn)定和可靠?？刂瓶煽亢头€(wěn)定性：采用基于系統(tǒng)集群和故障瞬間轉(zhuǎn)移技術(shù)，并且在物理上采用冗余技術(shù)，可以在出現(xiàn)服務(wù)器、交換機(jī)、系統(tǒng)故障實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的故障切換，保證了控制及時(shí)、安全和可靠。WEB采用無(wú)插件式H5方式開(kāi)發(fā)，支持跨平臺(tái)技術(shù)，采用分布式數(shù)據(jù)發(fā)布方式，基于WIN10風(fēng)格，降低服務(wù)器端壓力，使系統(tǒng)安全高效。組態(tài)頁(yè)面數(shù)據(jù)通信與統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口網(wǎng)關(guān)采用訂閱消息機(jī)制，支持控制功能。全平臺(tái)無(wú)插件，支持跨平臺(tái)，所以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)表、趨勢(shì)、報(bào)警、視頻、控制可以在WEB頁(yè)面上實(shí)現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)作用

復(fù)雜巷道、硐室、管線自動(dòng)建模技術(shù)。本系統(tǒng)解決了過(guò)去巷道模型生成后無(wú)法實(shí)現(xiàn)各種硐室的自動(dòng)生成。系統(tǒng)支持自動(dòng)處理多叉巷道路口算法和截面生成，可以是不同截面大小，并且可以生成各種硐室，支持模型的布爾算法。生成后可以自由地在三維巷道內(nèi)漫游，巷道內(nèi)模型包含真實(shí)的貼圖、是以真實(shí)地截面數(shù)據(jù)自動(dòng)生成巷道。巷道內(nèi)模型的自動(dòng)生成算法技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先，在對(duì)其他國(guó)外軟件的比較中，也沒(méi)有專門對(duì)硐室的處理算法。生成后的管道、線纜、皮帶按實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)情況分布到各個(gè)巷道里面，這樣解決了模型維護(hù)和管路等變化帶來(lái)的巨大維護(hù)工作量。以煤礦物質(zhì)管理信息化技術(shù)為例，煤礦物資管理信息化是煤礦企業(yè)提高工作效率、減低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵步環(huán)節(jié)。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，煤礦企業(yè)物資管理信息化程度已經(jīng)成為決定企業(yè)效益的重要因素。

3.3 基于二維碼的設(shè)備管理系統(tǒng)的構(gòu)建

現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備管理存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下方面[4]：一是資料管理，設(shè)備資料紙質(zhì)管理零散、分散，查找費(fèi)時(shí)費(fèi)力，資料利用率非常低，偶爾有丟失資料的情況出現(xiàn)。二是實(shí)時(shí)性差，巡檢人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后，對(duì)設(shè)備的維護(hù)單位不能及時(shí)定位，同時(shí)不能夠做到實(shí)時(shí)的維護(hù)通報(bào)。這樣會(huì)造成設(shè)備故障延時(shí)維修，存在安全隱患，影響正常效率。三是信息孤島，各個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，數(shù)據(jù)只能在各個(gè)系統(tǒng)上查看，數(shù)據(jù)無(wú)法互聯(lián)互通。設(shè)備管理難，設(shè)備管理方面，每個(gè)系統(tǒng)只能管理本系統(tǒng)設(shè)備，無(wú)法做到設(shè)備信息共享。四是系統(tǒng)使用率低，原有巡點(diǎn)檢系統(tǒng)大多基于射頻卡，系統(tǒng)需要專用PDA作為讀取工具，單機(jī)運(yùn)行模式，人員參與少、系統(tǒng)使用率低。全體員工沒(méi)有辦法都參與進(jìn)來(lái)，系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有的功能。五是多部門協(xié)作難，部分設(shè)備存在多部門共同使用的情況，設(shè)備故障多個(gè)部門協(xié)作時(shí)間周期長(zhǎng)。傳統(tǒng)記錄填報(bào)工作量大，維護(hù)記錄，巡檢記錄、檢修記錄，手工填報(bào)，工作量大，弊端多。系統(tǒng)功能單一，單方面巡點(diǎn)檢系統(tǒng)，只是作為設(shè)備巡檢，無(wú)法完成企業(yè)其他需求。系統(tǒng)不開(kāi)放，現(xiàn)有系統(tǒng)基本上都是基于專用平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法做到多接口實(shí)現(xiàn)方式。針對(duì)以上問(wèn)題，提出基于二維碼的簡(jiǎn)單高效方式實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備動(dòng)態(tài)管理功能，這個(gè)功能可以直接嵌入統(tǒng)一的移動(dòng)監(jiān)管平臺(tái)。煤礦企業(yè)現(xiàn)有物資種類繁多、數(shù)量龐大。對(duì)這些物資的管理較為復(fù)雜。為了有效提高煤礦企業(yè)物資管理的能力和工作的效率，降低物資的采購(gòu)成本，提高物資的利用率和使用壽命，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的決策提供物資管理方面的支持信息，開(kāi)發(fā)一套基于企業(yè)資源計(jì)劃的物資管理系統(tǒng)變得非常有必要。

3.4 物資管理系統(tǒng)構(gòu)建

煤礦物資管理信息化是煤礦企業(yè)提高工作效率、減低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵步環(huán)節(jié)。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，煤礦企業(yè)物資管理信息化程度已經(jīng)成為決定企業(yè)效益的重要因素[5]。煤礦企業(yè)現(xiàn)有物資種類繁多、數(shù)量龐大。對(duì)這些物資的管理較為復(fù)雜。為了有效提高煤礦企業(yè)物資管理的能力和工作的效率，降低物資的采購(gòu)成本，提高物資的利用率和使用壽命，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的決策提供物資管理方面的支持信息，開(kāi)發(fā)一套基于企業(yè)資源計(jì)劃的物資管理系統(tǒng)變得非常有必要。本系統(tǒng)的架構(gòu)采用B/S輕量級(jí)架構(gòu)，方便網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同辦公，并且物資管理系統(tǒng)與設(shè)備管理、在線監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接關(guān)聯(lián)。包括出庫(kù)管理和入庫(kù)管理。包含盤點(diǎn)管理、報(bào)損報(bào)溢、調(diào)撥管理、庫(kù)存查詢、庫(kù)存警告等模塊。包括倉(cāng)庫(kù)明細(xì)、入庫(kù)明細(xì)、出庫(kù)明細(xì)等功能。包括商品信息、廠家信息、倉(cāng)庫(kù)信息等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

智慧礦山建設(shè)是未來(lái)相關(guān)行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，而要想使得智慧礦山得到更加高質(zhì)量的建設(shè)，那么就需要投入更多的人力、物力和財(cái)力，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，否則的話一系列工作的實(shí)施都將會(huì)淪為空談，這對(duì)于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展壯大顯然是極為不利的，只有明確智慧礦山建設(shè)的重點(diǎn)，并不斷對(duì)智慧礦山的內(nèi)容進(jìn)行豐富，才能使得相關(guān)行業(yè)朝著更好的方向發(fā)展，才能更好地推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。