楊義維 趙昕楠

摘 要：在以數(shù)字礦山建設為目標分析的基礎上，本文結合中國大型礦山數(shù)字化建設實例，從安全生產和生產技術兩方面闡述了我國數(shù)字化礦山建設的實際狀態(tài)以及建設中存在的問題，最后從平臺架構和系統(tǒng)集成兩方面論述了數(shù)字化礦山建設的發(fā)展趨勢。本文所述內容對國內數(shù)字化礦山的建設具有一定指導意義。

關鍵詞：數(shù)字化礦山；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

煤炭是我國能源的支柱產業(yè)，但是作為煤炭生產和需求大國，在采煤技術方面和煤礦安全方面較德、英、美、澳等發(fā)達國家還有很大的差距。如去年美國煤炭開采的百萬噸死亡率是0.03、澳大利亞是0.05，而中國是0.293，超出以上國家10倍多。

如今，我國也非常重視煤礦開采生產建設，在出臺的一系列政策文件中，多次提到將“信息化建設”“兩化融合”等政策作為今后煤炭信息化的發(fā)展目標和任務。

數(shù)字化礦山建設目標

隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，如軟件和硬件技術、信息處理技術、數(shù)據(jù)采集、數(shù)模轉換、系統(tǒng)控制及綜合自動化的廣泛應用，結合煤礦特點，將管理網(wǎng)絡、監(jiān)測網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡整合統(tǒng)一起來，通過監(jiān)、管、控一體化的思路建立統(tǒng)一的內部網(wǎng)絡和煤炭企業(yè)管理信息系統(tǒng)。煤礦的生產特點是既有企業(yè)管理，包括人、財、物、產、供、銷等，更重要的是采煤環(huán)境和生產控制的自動化系統(tǒng)，如采煤機組控制系統(tǒng)、運輸控制系統(tǒng)、供電控制系統(tǒng)、提升控制系統(tǒng)、排水控制系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)等等。采用計算機網(wǎng)絡和軟件技術把管理網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡和監(jiān)測監(jiān)視網(wǎng)絡這三者有機地結合起來，使采煤、安全、機電，以及企業(yè)管理集成的管、控、監(jiān)等信息系統(tǒng)一體化，實現(xiàn)管理現(xiàn)代化、生產自動化，最終達到減人提效、提高效率、增加企業(yè)競爭力的目的。

我國數(shù)字化礦山建設現(xiàn)狀

在煤礦安全生產方面，由于我國井下地質條件復雜，環(huán)境惡劣，受粉塵、瓦斯、頂板、透水等多方面因素影響，煤礦作業(yè)生產和人身安全受到嚴重影響。尤其是在近幾年煤礦安全特大事故頻發(fā)的環(huán)境背景下，安全管理工作在煤炭行業(yè)良性發(fā)展過程中的作用也越發(fā)明顯。通過對事故縱向和橫向的比對分析，發(fā)現(xiàn)我國煤礦安全管理落后于生產的主要原因有兩點：一是安全生產意識不高；二是安全管控的技術水平落后。這些情況和我們國家的煤炭行業(yè)信息化發(fā)展水平相對較低、井下作業(yè)環(huán)境相對較差有關。

目前，雖然有些礦山實施了自動化生產控制和監(jiān)控的子系統(tǒng)，安全形勢有所改善，但是礦山建設的數(shù)字化程度依舊參差不齊，并且部分子系統(tǒng)都是相互獨立的，沒有進行深度融合和數(shù)據(jù)挖掘、利用，形成了“信息孤島”。所以，在整個過程中，作業(yè)規(guī)劃、安監(jiān)管理、信息整合等方面相互共享能力較差，不能達到真正的管控一體化。以冀中股份東龐礦為例，在數(shù)字化礦山建設方面，該礦建設了生產調度綜合指揮系統(tǒng)，包括大型調度指揮中心顯示系統(tǒng)、高速穩(wěn)定的工業(yè)以太網(wǎng)、高清晰度的工業(yè)視頻監(jiān)控、兼容性強的綜合自動化平臺和應用靈活、操作便捷的調度指揮監(jiān)控軟件，為決策層、管理層、執(zhí)行層三個層面全盤解決規(guī)劃和解決方案。顯示系統(tǒng)選用Digicom Ark3000 多屏處理器，通過網(wǎng)絡與IDB進行連接，使用虛屏瀏覽器技術，在IDB上運行展示客戶端，在大屏幕上作相應的互動顯示。

另外，高速工業(yè)以太網(wǎng)在井上設置星型網(wǎng)絡、井下設置環(huán)網(wǎng)，主鏈路采用千兆光纖，核心層采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)技術，通過千兆鏈路將各環(huán)網(wǎng)的交換設備連接到網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心層次，實現(xiàn)了高冗余性能。

現(xiàn)代信息技術在煤礦安全生產中的應用可以有效地整合各種相關信息，并有助于系統(tǒng)化等環(huán)節(jié)的信息采集、處理、傳輸和應用，向調度室和上級監(jiān)管部門提供有效可靠的信息來源，從而第一時間掌握作業(yè)現(xiàn)場狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)危險源頭，引導正確的操作程序，這是安全生產信息化建設和數(shù)字化礦山建設的發(fā)展方向。

數(shù)字化礦山建設方向與趨勢

目前就我國現(xiàn)狀來看，數(shù)字化礦山的建設是一個十分巨大的系統(tǒng)工程，有著長期的建設目標。當今世界科技發(fā)展的水平結合我國礦山現(xiàn)階段技術裝備與管理水平來看，總體規(guī)劃分步實施是我國數(shù)字礦山建設的必經(jīng)之路，由此可以發(fā)現(xiàn)我國數(shù)字礦山建設的具體目標是：

第一，利用現(xiàn)有成熟計算機軟件系統(tǒng)，將礦產資源的開采方案設計和開采環(huán)境的配套設施設計進行模型化，實現(xiàn)可視化操作。

第二，利用多渠道的網(wǎng)絡通訊手段，形成數(shù)據(jù)信號、圖像視頻信號傳播的鏈式共享平臺。

第三，利用工業(yè)以太網(wǎng)、高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)和生產管理系統(tǒng)，對礦井通道提升、運輸、通風、排水、安防設施等進行有效地系統(tǒng)的監(jiān)控，并且對生產人員的位置跟蹤及生產的作業(yè)流程進行智能化調度與控制，從而全面提升礦山科學性建設。

第四，在系統(tǒng)集成方面，對礦井主要生產系統(tǒng)：提升系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、洗選系統(tǒng)通過各調度平臺的統(tǒng)一有效調度實現(xiàn)綜合化管理控制能夠大大提高生產效率。除此之外，在綜合調度的軟件平臺上全方位的展現(xiàn)人員的定位系統(tǒng)、井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)，并實時進行分析處理，使生產設備控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的預警形成聯(lián)動機制，并與上級公司調度中心進行無縫對接，實現(xiàn)本礦數(shù)字化建設和公司級數(shù)字化建設。

結語

通過現(xiàn)有的實例來看，我國煤礦行業(yè)結構的合理規(guī)劃以及數(shù)字化的有效運用將是提高我國煤礦行業(yè)競爭力的重要一環(huán)，同時也要看到現(xiàn)代化數(shù)字礦山的建設是一個長期的發(fā)展過程，需要結合礦山所在環(huán)境的條件，開采作業(yè)的可行性等等因素進行整體規(guī)劃考量，逐步實施數(shù)字化礦山的建設。

（作者單位：煤炭科學技術研究院有限公司北京分公司油品分院）