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智慧矿山建设架构体系及其关键技术焦程懋

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：焦程懋

[导读] 摘要：随着国民经济的快速发展，矿山企业的发展面临了新的局面，在新的局势下，煤矿矿山企业急需转型升级，在当前的不利条件下，创新引领发展将会是矿山升级和发展的重要保障。

        （鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司内蒙古鄂尔多斯 010300）
        摘要：随着国民经济的快速发展，矿山企业的发展面临了新的局面，在新的局势下，煤矿矿山企业急需转型升级，在当前的不利条件下，创新引领发展将会是矿山升级和发展的重要保障。整合了空间信息、智能采矿技术、自动化控制、云技术、人工智能等的优越技术的智慧矿山建设，是未来煤炭行业创新发展的具体方向。本文就对智慧矿山建设架构体系及其关键技术有关内容进行研究，以供参考。
        关键词：智慧矿山；建设架构体系；关键技术
        1矿山信息化建设中存在的问题分析
        随着我国各项技术快速发展，在矿山信息化建设中仍旧缺乏相应标准，导致各类系统在数据存储、描述以及分类编码中存在较大差异性。我国多数地区在矿山信息化建设过程中只重视硬件，对软件处于忽视态度，导致煤炭企业信息资源难以全面开发。现阶段，矿山信息化建设中诸多构成系统已经实现了网络化集成发展，但是，由于较多因素影响，不同构成系统之间数据难以有效共享，大多数都停留在子系统数据独立化分析阶段，各个层级建设的信息化系统难以有效对应，导致信息化系统组成更加复杂，系统管理效率难以提升，有诸多矿山企业信息化系统应用功效未能全面发挥，在信息化系统长期建设维护中仍需消耗较多成本投入与人力资源。
        2智慧矿山建设架构体系分析
        信息化和工业化建设以深度融合作为发展的基本任务，以提升质量和增加效益是发展的核心，并且对于智能化工厂和智能制造技术有极大的促进作用，对完成矿山类传统产业向现代化发展的更新换代而言有更深刻的意义。智慧矿山建设过程中需要全面保障矿山建设多领域综合发展，在智慧矿山建设过程中主要是以云计算、大数据、物联网、人工智能技术为主，集中各类传感器、控制器、传递网络等，建立感知能力与自动分析能力较强的数据知识库，完善决策模型并能自动化执行，使得设计、生产、管理等多个环节相互统一，能建立高效绿色化的矿山体系。针对现阶段智慧矿山信息化发展过程中存在的各项问题进行集中优化。
        2.1数据采集与决策执行层的建设
        第一层建设主要是数据采集与决策执行层。此层在建设过程中主要目的是全面收集整合矿山信息数据，保障各项决策信息能有效执行。其中主要有生产管理、环境监控、安全管理、经营管理系统信息收集获取等。在综合自动化系统建设中主要有开发、决策、机电生产、水文、探测等。在环境监控系统中主要有人员定位、矿压监测、安全监控、各类突发事故监控、水环境监控、大气环境监测、各类废弃物处理监控等。在生产管理系统中，要结合矿山不同生产阶段现状强化矿山生产技术管理、调度管理、设备管理等。在安全管理系统建立中有应急救援管理、质量规范化管理、安全问题排查管理、工种管理等。在经营管理系统中主要有人力资源管理、物资供应保障管理、运营销售管理、仓储管理以及合同管理等。
        2.2传输层的建设
        在第二层建设中主要是传输层，矿井传输网络应按一体化原则进行统筹设计，形成一个由有线和无线传输构成的全覆盖网络。
        2.3存储层的建设
        第三层是存储层中，储存层要基于矿山信息数据全过程实现元数据标准化与规范化，在提升数据安全基础上应用云存储，能对矿山信息进行高效化管理与存储。并且要基于统一化、开放化程度较高的平台上，完善矿山安全生产与智慧决策专家知识库建立。
        2.4智慧决策与控制层的建设
        第四层是智慧决策与控制层。此层是智慧矿山建设架构体系中的核心层，应构建涵盖矿山生产运行所有环节的软件系统。除具备数据采集与执行层中相关系统数据的智慧处理分析以外，还应构建矿山调度指挥通信、应急救援与演练系统。应充分利用云计算、大数据等先进技术，并结合多系统数据的多学科融合分析，实现对矿山安全生产的智慧决策与控制，并能自动执行决策与控制命令；同时应具备系统自学习功能，从而不断扩展、完善存储层中的专家知识库。

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        2.5展示层的建设
        第五层是展示层，借助三维技术、虚拟现实技术，对通过全面处理的矿山信息，应用网络平台或是移动显示设备进行集中展示。
        3智慧矿山建设中要应用的关键技术研究
        3.1空间信息技术与智慧采煤技术
        空间信息技术主要是以遥感技术、地理信息系统、定位技术为核心，为全面实现空间信息技术应用提供重要保障。矿山行业发展中要对空间信息技术相关的各项技术进行着重分析，再整合调度指挥系统与办公自动化系统应用价值，保障矿山安全生产过程中能保障多项数据有效获取，对数据信息进行快速分析与整理，能建立完善的矿山信息管理机制，建立三维立体的信息展示平台。在智能采煤设备与各项技术应用中，主要有记忆割煤技术、远程控制技术、智能设别技术、工作面监控系统、输送机控制系统、地理信息系统、煤层生产跟踪系统等。
        3.2矿山真三维地质模型与集成技术
        随着矿井巷道的不断向前延伸，只有利用真三维地质模型对巷道设计、钻探、物探解释与实际测量等数据进行过滤与集成，并通过实时动态修正，才能实现井下最新真实状态的可视化再现。除此之外，有些矿井安全问题的仿真模拟与分析需要以构建地质体的有限元剖分模型为基础，动态真三维地质模型可以为之提供技术保障，再结合矿井环境、水文、矿压等监测系统的实时在线监测数据，便能实时对井下的危险程度进行评估。
        3.3矿用传感器技术
        矿井生产作业环境条件较为恶劣，所以煤矿传感器应用受限。当前为了适应煤矿生产中对生产各个环节实时监控的基本要求，需要研发更多应用周期较长的矿用传感器。在煤矿采空区自燃问题监控过程中，应用较多的是光纤测温系统与束管系统，这两种系统在应用中都各有优缺点。所以当前要全面研发一氧化碳、氧气、二氧化碳、乙炔、乙烯、温度遥测传感器，分析煤自燃变化方向。在煤矿生产区域水文地质环境监控过程中，要合理研究水化学参数传感器等。
        3.4矿山数据仓库技术
        矿山的安全、生产、经营管理等方面都会产生海量的数据，为便于数据的存储、更新、发布、检索、跨平台或系统的顺畅交互，必须对矿山数据分类组织、分类编码、元数据进行规范化和标准化，并构建完善的矿山信息数据资源目录，形成统一的数据仓库技术。
        3.5数据通信技术
        通过研究制定便于矿山多网、多系统融合的通用通信协议，规范数据传输格式，使不同厂商的设备与系统能实现无缝互换，逐渐淘汰落后技术与装备，遴选出先进技术与装备，从而保障数据获取的准确性与可靠性。煤矿井下环境恶劣、电磁干扰严重、数据传输路线长、高速光纤网络无法实现无盲区覆盖，因此，基于多种介质的异构网络传输技术，特别是低速传输链路限制下的高效数据传输调度算法，是改善井下数据传输实时性的重要研究内容。
        4结语
        总之，要强化工作人员的技术操作能力，及时开展培训学习，让其知道网络信息技术的优势和重要性，告知其必须注重智慧建设，大力引进先进技术去落实各项工作，及时管理及时控制，确保各项工作的有效开展。
        参考文献：
        [1]许金.智慧矿山架构体系研究[J].能源与环保，2017，39（11）.
        [2]韩建国.神华智能矿山建设关键技术研发与示范[J].煤炭学报，2016，41（12）.
        [3]暴慧峰.探究智慧矿山建设架构体系及其关键技术[J/OL].当代化工研究，2019（11）.
        [4]张军.关于对企业架构与智慧矿山建设的分析[J].电子技术与软件工程，2016（01）.
        作者简介：
        焦程懋（1996.1-），男，内蒙古巴彦淖尔市人，东北农业大学电气工程及其自动化本科，研究方向：智慧矿山。