张诗雨 李兆宇 杨洪亮
赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司 内蒙古赤峰024039
摘要：近些年来，我国世界的资源竞争逐渐加剧，随着世界经济的深度调整，全球矿业发展放缓需求放缓，智能化开采以其所具有的低成本，大规模，高效率等特点，占据更多的优势，也对企业的竞争能力进行提升，逐渐成为了矿业发展，升级以及多方相互投资的风口，并且促使全球矿业新秩序得到形成。智能矿山的建设以及智能化开采对于矿山发展至关重要，其关键技术主要是通过数据分析采集以及矿山云平台的搭建，建设智能管控系统，采取现代的高新装备和技术，也根据矿山的低成本运营以及环保等特点问题来构建该项技术，在研究过程以及实践过程都促使矿山升级转型，获得更多的思路和参考。
关键词：智慧矿山；未来发展；大数据
一、矿山工程及其信息化发展历程
基于信息物理融合系统，智能矿山的矿业生产革命具有网络化数字化以及机械为主的属性，矿山智能化开采主要的核心意义是其所使用的技术和装备以及生产效率和工作效率的提升，矿山智能化开采能够提升事故预防的能力，改善安全性，并且降低成本，提高经济效益指标，也解决安全环保效率等方面的经营问题，对企业整体竞争优势进行提升。
矿山工程在进行资源开采过程当中，是以矿产资源作为基础的，主要包括卷扬机等地面工程以及地下工程，通过几十年的发展所形成的采矿系统。在各个领域当中，已经深入到了采矿工程，比如矿山规划，矿山地质系统，矿山生产工艺系统等。采矿工作作业，基本的作业面是比较分散的，涉及到地下百米甚至千米，具有很多的影响因素，具有非常残酷的环境，生产项目不确定，并且生产方式也具有更多的短处，采取传统的方式会出现很多弊端，所以需要使用信息化技术数字化以及自动化。智能矿山通过自动化技术的应用，自动化系统也实现了遥控采矿和无人采矿智能自动化，高度的信息化。智能化作为开采代表，现阶段，随着数字化自动化的发展，矿山信息化也逐渐推进，迎来智能化时代。
二、智慧煤矿关键技术及发展路径
（一）现代化技术使用
物联网、大数据及人工智能、云计算技术支撑的智慧矿山智慧煤矿是在数字化煤矿基础上提出来的，智慧煤矿与数字化煤矿的区别就在于它应用了物联网、大数据及人工智能、云计算3项关键技术解决系统架构和互通、数据处理决策及高级计算问题。智慧煤矿在数字化煤矿的 DCS、MES 和ERP3层架构基础上，升级为基于云计算和物联网为核心的智慧决策支持平台。3项技术的研究及应用程度直接影响智慧煤矿的发展水平。
（二）基于互联网+的物联网平台
基于互联网+的物联网是智慧煤矿的信息高速公路，将承担大数据的稳定、可靠传输任务，起到了精确、及时上传下达的作用，决定了智慧煤矿系统整体的稳定性和可靠性。因此，智能煤矿的物联网平台必须包含准确定位、协调一致、统一指挥和综合地理信息整合的特征。目前的精确定位技术有RFID 定位技术、Wifi 定位技术、蓝牙定位技术、Zig Bee 定位技术和超宽带定位技术等。每种定位技术各有优缺点，Zig Bee定位技术和超宽带定位技术以各自在定位精度和时间分辨率方面的优势将会是未来井下无线定位的发展方向。
（三）大数据处理及人工智能技术
智慧煤矿的核心技术之一便是大数据的挖掘与知识发现。大量传感器的应用必将产生海量的数据，数据的规模效应给存储、管理及分析带来了极大的挑战。
需要充分利用大数据处理技术挖掘数据背后的规律和知识，为安全、生产、管理及决策提供及时有效的依据。人工智能是近年来发展最为迅速和最为热门的科技领域之一，它是在大数据处理的基础上研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法和技术。从原来的自动规划、语音识别到最近的谷歌人工智能 ALPHAGO、人脸识别等都属于这一范畴。深度学习是人工智能（智慧化）的核心；能够实现系统自主更新和升级是其显著特征。智慧矿山要成为一个数字化智慧体就必须要有深度学习能力。
（四）机器人化智能开采系统
矿山企业的生产和管理是地质、测量、采矿、机电 、运输 、通风、排水、安全、监控监测及调度等多专业多部门协同配合 、综合处理的工作模式。各部门的生产信息不断累积且被多系统共享，因此各系统均不能孤立存在，必须基于统一的网络平台，实现矿山企业各层面、各系统的联动与协同配合，达到安全 、高效生产的目的;充分利用云计算与大数据技术，优化配置行业资源，通过数据引导矿山工业产业链延伸、延展，实现协同工作。机器人化开采是建立在煤炭赋存条件精准感知、截割轨迹精准调控、机器人群组精准配合和矿山压力精准预警的“四精准”基础之上的。机器人化智能开采系统通过装备的拟人化完成工作面的破煤、装煤、运煤、顶板支护和采空区处理等，5个关键环节的无人智能生产，采煤机截割轨迹和截割高度自动调整，液压支架自动调整初撑力及安全阀开启压力满足开采空间的安全维护，刮板输送机自动调直保证工作面平整，采煤机和带式输送机运输速度协调统一，实现机器人群组的智能感知、精准控制和群组协调。
（五）智能安全管理
安全生产智能管理与控制系统是以生产和安全测试数据为基础，以矿山资源模型、井巷工程和矿山环境三维模型为基础.通过对矿山设备和安全监测装置的姿态、工况、过程和属性的仿真、计算和三维再现，实时更新资源模型、动态估算、方案优化、采矿设计、调整计划和品位控制等产品和技术，实现对矿山从设计到生产的实时监控与调度。其构架（TMC系统）包括嵌入式软件系统、上位机系统、数字采矿软件系统、生产过程管理系统和变配电自 动化系统五个层次。
三、未来智慧煤矿目标及情景描述
智能煤矿的发展是一个持续改进的过程。随着科学技术水平的提高，智力程度将不断提高。目前正处于从数字煤矿到智能煤矿的过渡时期。智能煤矿的发展目标可分为三个阶段：智能开采的第一阶段：针对混合型系统的初步设计，对个体系统的智能选择，以及对一些重要部门如采矿业和交通等，达到一个系统和岗位的无人作业。目前，部分先进矿井已达到一期目标。智能煤矿第二阶段的目标：构建多系统信息融合的智能煤矿综合框架，实现工作面开采、主煤流运输等系统的区域智能决策和自动协同作业，实现采掘面的无人作业。智能煤矿三期目标：为整个煤矿和整个矿区建设一个多单元、多产业链、多系统的一体化智能煤矿系统，全面实现生产要素和管理信息的数字化、准确实时采集、实时传输和可视化。采矿、采掘、运输、通信、洗选等主要生产环节的智能决策和自动化操作， 实现了“全矿井无人作业”的目标。
结束语
物联网、大数据及人工智能、云计算是智慧煤矿的三大支撑，在数字煤矿的DCS、MES和EPR3层架构基础上升级为基于云计算和物联网为核心的人工智能决策支持平台。在此平台上开发应用智能化技术和装备，是智慧煤矿建设的要务。智慧煤矿建设要坚持科学的设计和评价方法，建立规范的指标体系和标准，实现多要素、多产业链、多信息、多系统融合，智能化决策与自动化运行的未来煤矿新模式。
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