李彦荣
五矿邯邢矿业有限公司北洺河铁矿 河北省邯郸市 056300
摘要：本文基于对当前全系数字化矿山建设的现状分析，提出了基于物联网的全新全息数字化矿山设计方式，分别阐述目标设计、建设架构、关键技术等具体方式。基于物联网进行全息形式的数字化矿山设计，有利于提高矿井生产效率、保证矿井生产安全、提高地质探测速度，从而真正实现矿山全方位可视化以及安全生产管理一体化。
关键词：物联网；全系数字化；矿山设计
引言：
基于物联网的全息数字化矿山设计有效引入了现代的信息化 技术，将传统采矿产业与电子信息技术进行了较为完善的融合，进而保障矿井安的全生产，同时对于矿产的供应效率提供了的有效保障。把物联网技术与矿山设计进行应用与结合，能够在各个模块之间提高信息共享的速度，优化信息交换方式，提高沟通效率。本文从目标设计、建设架构、关键技术等具体方面，提出数字化矿山设计的思路。
一、明确实现目标，打造矿山品牌
要想引入物联网技术进行全息数字化的矿山设计，就要明确矿山建设与设计目标，打造矿山特色品牌。全息数字化矿山 设计这一较为新颖的领域，主要用到了计算机软件、自动控制原理、网络通信、物联网等一系列21世纪新兴的技术，从而构建基于矿井各项数据的、涵盖了矿井生产实时监控、安全调度管理体系、地理地质探测、企业经营管理等各项关键业务的数据共享与管理中心。作为建设方的工程规划者，一定要明确基于物联网的全息矿井设计的目标，其目的就是在满足矿井日常生产保障的基础之上，用三维的，直观的方式对矿井的安全生产状况进行真实的矿上实现与展示。
例如，要充分调用当地政府管理部门现有的数据管理平台， 进行及时的对接，从而保障日常安全生产过程中的数据保障，畅通数据平台交流渠道，从而将管控数据和矿下的执行过程进行有效融合，为矿山开发企业日常的安全生产决策提供充分、直观的决策依据，来满足矿井生产过程中对于开发监测、故障诊断、决策信息、程序控制、调度等业务的迫切需要，建成以物联网生产自动化为基础、进行信息化管理为本质的系统、成功实现三维可视化的直观表现形式、为领导进行决策提供了五位一体的现代化矿井设计管理平台。
二、设计总体架构，重视组织实施
基于物联网的全息数字化矿山系统的总体结构由感知层、集中管控层、决策支持中心等多层架构组成。感知层由各类基于物联网的传感器组成，包括物理信息侦测传感器、视频采集摄像头等部件，从而组成了完善的信息采集、感知、无线传输的设备系统网络，进而保证了及时、全面的获取矿井生产的工况数据，并对设备进行及时的闭环控制。而物联网的编码体系是实现设备之间的智能连接和接入的基本保障，也是物联网矿山建设的基础。下一层是集中管控层，其组成元素主要是框内空气环境监测、矿下多媒体数据融合、 井下生产设备控制、矿山地理环境探测等不同领域的子系统。而系统运维层就是依托矿山主要数据和物联网体系构建各类空间数据中心、数据监测中心，达到对矿井生产数据进行管理存储的基本功能，从而实现基于物联网的全息数字化矿山设计中对数据抽取和分析。而上层的调度管理中心包含了安全生产中心、应急救援中心等功能。其中，安全生产中心主要用于对矿井生产数据的实时监测、并对数据进行完善的集成和生产调度。而应急救援中心除了有真正的危险应急救援功能，还有平时进行日常应急演练的功能，从而提高矿产企业对于危险的应对能力。
而决策支持中心就是在后期通过分析各类数据而生成评估报告，从而服务于安全管理决策。
例如，对于集中管控层的具体实现形式，可以在集中管控层下搭建一定数量的物联网分基站，层层获取关键数据，并将数据进行基本的分类和汇总，将感知层获取的数据信息通过物联网的高速工业路径传递到不同的专业工程控制中心，由其对数据进行进一步的分析处理，并对矿下的现场设备进行相应的控制信号输出。除此之外，由生产调度中心组成的集中管控层可以包含各类生产数据的监控，并且可以根据各类不同矿井的专业操作以及现场的需要，对采制工艺、矿下通风等流程进行集中的控制和优化，从而达到进一步提 高生产效率的目的。最后，虽然业务展示层并不是必须的，但是把各类系统集成到门户平台，并展示于控制中心的大屏幕，以及手机等移动终端，从而展现矿山数字化全系建设的效果，提高平台的区位度。
三、提高业务水平，明确各层需求
在畅通执行控制层方面，要根据不同矿业在矿下作业现场的特殊环境需求，并且考虑到各类设备和物联网子系统的技术特征，应选取一批技术较为先进、稳定性高的传感器来保证矿井内部的现场环境符合安全生产工况的要求。同时，考虑到框内现场作业可能存在的电磁干扰源，要进行一定程度的预防。因此，要大力推广物联网技术中的射频识别装置、红外感应器、GPS等感知技术，从而保障设备之间的智能化通 信。而在数据传输链路方面，建设高效稳定的通信信道是要务。而在建设综合管控平台这一步，可以根据不同矿井对生产工艺优化的特殊需求，对控制逻辑的衔接，并与远程图像和视频诊断进行充分结合，实现对采矿工艺、通风监控、供电监控等的集中监控和协调控制，对上下游系统的能力和开发顺序进行动态调整，进而真正实现无人值守但24小时全方位监控的功能，不仅节约人力资源，还可以保证矿山生产的安全高效。
例如，地面通信网可以基于矿井的核心机房进行规划与布置 ，并大幅提高光缆的使用占比。虽然光缆可能会大幅提高系统架设成本，但是有利于提高系统的运行速率与稳定性，在后期的维护方面也有显著的优势。在连接到各建筑物设备的矿井骨干网要采用控制环、视频环两个独立的通信链路模式，并结合布置无线接入点来强化信号通信、从而满足 各类系统数据的安全可靠与接入需求。考虑到物联网3DGIS技术的不断低成本扩张，利用可视化计算机图像处理技术，可以结合探测设备把矿山的地面广场、井下巷道、机电设备等物理信息进行模拟示意，并生成三维和二维联动的图像化展示，从而全方位展示井下的构造，实现水淹分析、爆炸模拟、通风仿真等可视化空间模型分析。同时，可以采用网闸来实现控制网与办公网之间的独立，达到有一定条件的信息交换，这样做不仅可以满足矿井实时生产信息的需求，又可以防止外部对矿井系统的网络攻击，保证整个全息矿山建设的安全性。
总结：本文基于物联网进行了新时代的全息数字化矿山设计，达到了矿井智能识别、全面控制的预期功能。同时，运用了三维技术来达到安全生产控制，对矿下进行全方位的集中监视和调度，构建了综合控制平台，达到了安全生产的过程优化和联动，并在过程中记录了全程的经营数据，达到了对运营指标的全面分析，有利于矿井的精细化管理，也在一定程度上提高了矿井的安全管理水平、进一步保障了职工的人身安全。
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