陕西彬长胡家河矿业有限公司 陕西省咸阳市 713600
摘要：新时期经济发展下，我国矿山建设智能化水平不断提高，智慧矿山建设势在必行。文章通过对智慧矿山的含义与建设目标进行分析，结合实际问题对智慧化矿山建设规划提出一些建议。
关键词：智慧矿山；矿山建设；智慧建设；智慧化
引言
我国煤矿信息化和自动化水平还有进一步提高的空间，煤矿生产的各子系统之间还是相互独立的，虽然各子系统基本实现了自动化，但各子系统的数据和信息尚未进行有效关联，还缺乏对子系统进行统一协调的“智慧大脑”。在大数据的时代，智慧矿山的建设以各种各样的数据作为基础，这就需要解决信息的精准有效采集、数据的快速传输、数据的可视化展示，最后实现各设备的自动化运行和煤矿的智能化服务。我国高端综采技术与装备研发取得了较快速的发展，取得大批重要成果，极大提升了我国煤矿行业机械化和自动化程度，降低了百万吨死亡率。随着社会的进步和科技的发展，煤矿行业的生产方式也由粗放的生产向着集约化、精细化和智能化的方向转变，智慧矿山建设成为煤矿行业发展必然趋势。
1智慧矿山相关概述
1.1智慧矿山的含义
智慧矿山就是对生产要素、危险有害因素、生产工艺流程、生产原材料、后勤保障资源和人力资源进行统计感知，通过网络实现各个信息的共享、传递并对其自动分析处理的一种矿山运作模式。也就是说，智慧矿山的建设将是以生产工艺流程为线索，将矿山工作面设计、爆破、开采、排土、运输等环节及其附带的人的安全、健康、绩效考核问题串接起来，在一个统一的信息管理平台上进行全过程一体化管理。智慧型矿山建设项目是一个庞大而精细的系统化工程，涉及到采矿学、网络技术、计算机技术、AI机器学习与大数据技术、统计学、信息学、测控与遥感技术、自动控制技术等，是多学科知识与高新科技的集合体，考验的是一个企业的人才储备、创新水平和对各种技术的整合能力。在当前技术条件下，智慧型矿山的建设应将工作重点放在智慧矿山整体框架的搭设上，如无线网络通讯协议框架、控制系统接口协议框架等。企业需要做的是对未来技术发展趋势进行一种预判，确保这个框架具有技术前瞻性，最大程度地避免后期建设过程中因框架老化而产生的资金浪费。在露天煤矿企业，智慧型矿山建设项目应实现地质勘探、数据采集、数据分析与三维建模、矿山开采设计、危险有害因素的分析与应对措施的制定、作业人员关键绩效指标考核、电子信息管理、矿山机械智能化和车辆调度等工作要素的自动化与智能化。
1.2智慧矿山发展历程
智慧矿山在2009年就已由温家宝总理提出，类似的又有自动化矿山、数字矿山、感知矿山等诸多提法。其实，这些提法所指的内容基本上是一致的，只不过根据当时的技术发展、普及水平而各有侧重。矿山起初开启的是自动化建设，从单机自动化开始，逐渐升级为个别生产环节的自动化，直到建成了工业以太网、综合集成的自动化平台，成为数字化的矿山；接着，我国矿山发展了物联网技术，矿山有了感知灾害风险、设备健康状况、矿工周围安全的能力，成为了感知矿山；2018年的《智慧矿山信息系统通用技术规范》又将数字矿山的四维地理信息，感知矿山的泛在网、分布式感知，以及大数据、云计算、计算机软件及网络、虚拟化等技术整合进来，以实现传感感知、自动控制、数据通信、智能决策等功能。此外，矿山所在的企业也需要包括财务管理等经营管理功能的智慧决策系统平台。
1.3智慧矿山建设的目标
智慧矿山就是要在煤矿数字化的基础上，通过信息的精准实时采集、网络化高速传输、规范化集成，实现信息的可视化展现、设备的自动化操作和生产的智能化服务，实现煤矿的绿色、高效开采。随着矿井综合信息化和自动化的不断推进，智慧矿山的建设将使我国煤矿行业发生根本性变革，很多危险的工作将由机器人代替人工去完成，依托信息化、物联网、数字化、人工智能、大数据等新技术提升和改造传统采矿业，不断开创安全、高效、绿色和可持续的智慧矿山发展新模式。智慧矿山建设第一阶段的目标是初步实现采、掘、运主要环节的自动化运行和智能化决策。第二阶段将多个子系统互联起来，构建多系统融合的智慧矿山架构，实现综采、运输等系统的区域化自动运行和智能决策。第三阶段将建成全矿区、多系统集成、多产业链的智慧矿山体系，全面实现各环节、各系统的数字化精准实时采集、高速实时传输、数据虚拟化展现，采、掘、运、通、选等生产环节的自动运行和智能决策。
2智慧矿山建设过程中存在的问题
2.1软件建设问题
智慧矿山信息化建设中重视硬件建设却忽略了软件建设。我们国家的矿山企业在进行智慧矿山信息化建设过程当中，需要投入大量的资金用于矿山系统建设，但是在智慧矿山的信息化系统建设过程中，仅仅重视信息建设中的硬件投入，却往往忽略了软件投入，在软件建设方面的资金投入相对较少。根据相关的数据统计，金属矿山在信息化软件方面的投入仅仅占总信息化资金投入的20%左右。在这种情况下，往往会导致大量的信息资源严重浪费，不能更好的服务于矿山的运营以及日常的生产管理。
2.2缺乏多专业交叉集成平台
智慧矿山涉及多个专业门类，既有矿山中需要的采矿、地测、安全、机电、通信、管理，也有企业经营管理中需要的管理、财务、决策支持，等等。然而，各个智慧矿山系统的厂家往往只专注于自家擅长的领域，管理机械的只管机械，监测环境的只管环境，管理人员的只管人员，管理财务的只管财务，导致各专业的数据无法整合利用，不能帮助采矿企业做决策。
2.3智慧矿山建设技术尚不成熟，建设模式较为单一
与其他行业相比，矿山行业属于传统资源型行业，人才和技术储备相对薄弱，生产环境复杂多变，因此矿山信息技术研发和服务主要受到政策和需求牵引。2019年以来，各级政府和企业对于无人化开采、智能化改造、智能化装备等异常重视，智慧矿山建设得到了迅速而强有力的推进，矿山企业对智慧矿山的需求非常旺盛，这些迫切的现场需求超过了矿山IT企业储备的技术研发服务能力，在智慧矿山项目实施过程中，存在“概念大于应用、需求倒逼技术”的现象。此外，在智慧矿山建设中多方在知识产权划分上还不够清晰。最后由于存在较高的专业壁垒，因此在吸引互联网等新兴IT企业及社会力量参与建设方面还比较缓慢。近年来，针对上述问题，煤矿生产企业、科研院所、科技企业纷纷成立了战略联盟和学术团体，也积极邀请了华为、腾讯等互联网企业加入智慧矿山技术研发和应用中，取得了一定的进展。
2.4信息孤岛现象严重
我国的矿山信息化建设截止到目前，信息系统中的子系统已经基本实现了网络化，但是由于各个子系统所获取的信息数据无法共享，所以在根本上无法实现信息的融和，导致信息系统中的“信息孤岛”现象更加的严重。所以随着科技的不断发展进步，现代信息技术的优势还需要继续深入发掘。
3智慧矿山建设的有效策略
3.1制定相关技术规范和标准
智慧矿山是两化深度融合的必然产物，智慧矿山的建设涉及到诸多行业、部门和企业，是一个不同步发展的渐进性过程，跨领域、跨部门的协作成为必然。为探寻智慧矿山的最佳解决方案，要打破行业壁垒，集合高校、行业协会、研究院所、厂商、煤矿等为主体，开展产学研用协同创新，制定必要的标准和技术规范。优先制定顶层设计、关键技术相关的标准和规范，主要包括智慧矿山指标体系及评价标准、智慧矿山架构及数据交互规范、智慧矿山智能决策平台及架构设计规范等。运用现代信息技术和数字化手段，建立一套基于网络GIS服务平台模式的在线协同生产技术管理信息系统。
实现各矿井生产技术相关数据的网络化、安全化、流程化管理，搭建起生产技术的信息交流平台，实现煤矿地质、通风、测量、生产、机电的图形、文件、报表等专业资料的科学集成与充分共享，支持与现有文件格式的数据进行交换，大大提高煤矿生产技术相关数据管理的能力。建立精准地质信息系统，构建矿井三维精细地质模型。
3.2着力培养矿山高素质人才
中国经济正在从高速发展向高质量发展转变。未来智慧矿山需要一群高素质的管理者和技术开拓者。在产业结构面临转型升级的今天，人才与创新成为经济发展的重要驱动力。智慧矿山建设需要优秀的复合型人才，突破智慧矿山的核心技术，释放出技术创新的大量价值，煤矿企业也能成为人人羡慕的高新技术企业。只有这样才能够激发优秀的青年人的潜力，使之成为智慧矿山长久发展的主力军。优秀人才将科学、智慧的能量注入产业发展内核，助力产业高效升级，加速智慧产业生态链的形成，为新型智慧矿山建设提供万亿级大产业支撑。
3.3通信技术的应用
智慧型矿山建设项目无疑是一个系统性的、耗资巨大的长期项目，其具有总投入大、建设周期长、产生收益慢的特点。在工程前期，完成了数据统计论证阶段后，应先建设配套的网络。在生产工艺环节中，没有接入网络的智能矿山机械，只能起到降低人员劳动强度的作用。而使用网络将每台设备的实时位置、发动机工况、车载安全部件状态、作业量等数据通过各类传感器经车载电脑汇总整合再通过安全可靠的矿山专用网络汇入管理平台，实现管理中心对所有矿山生产环节的无死角式监控，管理调度中心的人员便可以随时发现设备上的隐患，实时地对数据进行处理分析，从而做出最优决策。智慧矿山通信网络框架的建设，要考虑到很多的技术关键点，如设备容量，网络通讯的可靠性、稳定性和安全性，另外，网络设备的后续升级改造成本也是一个需要着重考虑的方面。第一，网络传输方式的选择。露天矿的作业现场，地形处于持续变化的过程中，设备处于运动状态，无法利用有线设备进行数据通讯，此时，以基站为硬件基础的移动通讯技术必然会成为网络建设的首选方案。第二，安全性及可靠性。移动基站是独立于“中国移动”、“中国联通”等这种网络运营商而存在的、矿山内部专属的、由矿山技术人员进行维护的通讯基站。采用此种方式，一是为了确保网络安全，避免矿山各设备数据和设备操控权落入“网络黑客”手中从而发生不可控的安全事件；二是为了确保网络容量，确保矿山移动网络基站专门服务于矿山设备和作业人员，不会被矿山以外人员的移动设备干扰信号和抢占带宽。
3.4空间信息与虚拟技术
目前为了快速的实现一体化信息建设，矿山行业可以学习有关的技术，还需要结合自动化调度系统，实现信息数据的精准采集、研究分析、实时处理。有助于形成一体化的公共信息平台。将整个的矿山与有关的信息全部联系起来，直接与视频监控系统进行连接，可以展现井下真实的场景。如果与模拟仿真技术相结合，可以通过模拟化的厂区场景结合，有助于信息数据的实时分析。
3.5采用可视化管理方式
煤矿企业在生产经营过程中会产生海量的同源异构数据，这些数据无法直接被管理人员使用，需要进行加工处理。可视化技术将海量数据中隐含的信息以图形、图表等形式展示，方便管理人员直观查看，从而降低管理人员认知负荷，提高管理效率。可视化管理强调的是管理对象可视、管理问题可视、管理流程可视。因此，可视化管理的关键在于明确哪些信息适合可视化管理，管理人员需要哪种管理方式，在此基础上设计合适的信息系统。可视化管理贯穿智慧矿山信息化建设的始终，可视化方式的选择对于建设智慧矿山信息系统具有重要意义。本文立足于管理人员关注点，基于智慧矿山下煤矿生产管理过程中产生的海量数据及管理人员所关注的信息，探讨信息可视化方式选择，并分析智慧矿山可视化信息框架。
3.6煤机装备的网络化与智能化改造
由于煤矿井下工作面环境恶劣，目前的传感和感知设备存在覆盖面窄、监测点不准确、数据存在偏差、存在感知死角等问题，井下未实现无线网络信号无死角覆盖，缺少或者未建立无线分站，未实现无线感知设备主动推送数据。因此，煤机装备网络化改造对于改善井下通讯环境具有重要意义。我国作为世界最大的煤矿生产、消费大国，煤机装备制造发展迅速，机械产品在市场中的竞争力也日益增加。然而，我国煤机装备中低端产品过剩，高端高可靠性产品紧缺，核心竞争力和创新力不足，一些关键元部件仍需依靠进口。由于井下掘进与综采工作面煤矿装备的系统比较复杂，需要控制的动作较多，因此对部分动作的逻辑性、准确性、响应速度等要求较高。目前煤机装备多为单机人工操作，不能与工作面的其他装备实现协同控制，无法充分发挥煤机装备的性能和提高掘进与综采工作面的掘进效率。因此，需要组建一套具有掘、支、运等功能的高效率作业的成套装备智能化控制系统，所有装备协同控制，提高整个井下工作面的工作效率。在煤机装备的智能化改造中，应该让专业人才、煤机制造企业和煤矿开采企业相互联合，由煤矿开采企业提出需求并提供实验场地，由行业科研院所进行针对性的研究，形成包含有煤机制造企业、煤矿企业和科研院所多方面机构的行业联盟将有助于加快网络化、智能化改造。
3.7大数据平台建设
大数据平台建设的现状及目标：我国煤矿行业的大数据目前尚处在探索阶段，要实现成熟应用还有很长的路要走。根据一张图协同管理系统，结合矿区实际，完成可视化大数据平台方案的顶层设计，开展数据集成平台的研发工作，实现各矿井信息化、自动化和智能化系统的数据集成。包括建设可视化大数据平台，建成公司级大数据指挥调度中心，直观展示各矿井的安全生产运行情况，实现公司对各矿井的统一调度管理，深入挖掘各类数据间隐藏的内外部关系，总结各系统数据的规律，为公司安全管理、经营决策等提供数据支持和建议。信息化、自动化和智能化系统的数据集成：对各矿井已建成的系统采用实时数据库、分布式存储、数据定向同步、数据库集群管理等技术，在确保不影响系统稳定运行的基础上，实现各系统数据的集成和同步。对于新建、升级和改造的系统必须严格按照公司信息化系统建设体系标准建设，规范数据格式，为可视化大数据平台建设奠定数据基础。
3.8建立完善的智慧矿山诊断和评估体系
智慧矿山并非是云计算、物联网、虚拟现实、大数据等技术的简单堆积，而是如何采用这些技术手段解决资源型企业、资源型区域的高质量发展问题。政策引导方面要注意不追求和炒作信息化的概念，而应该注重先进性和实用性。建立完善的信息化管理、诊断和评估体系，明确监测与评价指标，对各个企业的信息共享与应用成熟度进行客观公正的评估。
结语
总而言之，智慧矿山建设是一项极其复杂的系统工程，需要经过漫长的发展过程，需要各级部门和各单位达成共识，通力协作。智慧矿山的建设，必须在制定相关技术规范和标准的基础上，用好各种新技术，研发智能化装备，构建大数据平台，探索智慧决策应用模型。智慧矿山的发展必将改变现有的开采方式，不断开创绿色、高效和可持续的煤矿发展新局面。
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