呂景濤 魏秀標

兗州煤業(yè)股份有限公司石拉烏素煤礦，中國·內蒙古 鄂爾多斯 017000

在大數(shù)據(jù)時代下，中國逐漸進入了智能化開采階段，并在技術、理論和裝備上有了很大的提高，為中國的煤礦開采事業(yè)提供了重要保障。目前，中國的智能化開采技術還需要進行深入的研究和優(yōu)化，論文針對大數(shù)據(jù)時代下的開采智能化技術進行研究。

大數(shù)據(jù)時代；礦山開采；智能化技術

1 引言

隨著科學技術的不斷發(fā)展和中國經(jīng)濟的提升，礦山開采事業(yè)越來越需要智能化技術的支持。為了滿足中國發(fā)展的各項資源需求，需要加大煤礦生產(chǎn)，保證生產(chǎn)過程的安全。此外，還要對大數(shù)據(jù)時代下礦山開采的智能化技術進行研究分析，確保采礦事業(yè)的順利進行。

2 礦山開采智能化概述和現(xiàn)狀

2.1 智能化礦山的定義

在大數(shù)據(jù)時代下，各項通信技術和計算機信息化技術已經(jīng)非常成熟，在人工智能和大數(shù)據(jù)技術的應用下，礦山開采智能化系統(tǒng)能對礦山中的情況進行全面的感知，并從獲取到的相應數(shù)據(jù)中進行分析和決策，使得在礦山開采作用中可以實現(xiàn)人機交互管理，將開采水平提升一定的檔次，甚至在未來5G 時代的深入發(fā)展下，礦山開采工作可以做到現(xiàn)場無人和全程終端調控[1]。

2.2 智能化礦山的現(xiàn)狀

因為目前雖然進入了大數(shù)據(jù)時代，但是網(wǎng)絡數(shù)依然還有一定的限制，并且因為礦山的情況十分復雜多樣，工作的環(huán)境條件不好，各種設備無法得到更好的協(xié)調使用，且因為地質、人員操作等原因導致了其不穩(wěn)定因素較多，所以許多工作還無法利用智能化技術，必須要依賴老員工們的經(jīng)驗和熟練地操作?；谏鲜銮闆r，目前的礦山智能化就是通過人員經(jīng)驗和智慧分層次架構在自動化設備和智能化技術上，使得設備之間能連通，人和人、人和設備之間能有效地建立聯(lián)系，確保智能化設備的安全運行。基于大數(shù)據(jù)時代下各項先進技術的調控作用，當前礦山智能化工作階段目標在于將挖掘、銷售、安全、應急四個方面的工作全面智能化。

2.3 智能化礦山的要求

第一是需要做到時空一體，就是說能將BIM 信息與GIS信息有效整合，達到對礦山工作的一種可視化和量化管理，使得管理人員能在安全的環(huán)境下獲得第一手礦山信息，推動安全生產(chǎn)工作。其次是要完善物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)技術是目前大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展趨勢，利用物聯(lián)網(wǎng)技術來連接所有的人、設備、工作環(huán)節(jié)、管理過程，使得人與人、人與物、物與物之間能有信息流通橋梁。第二是數(shù)據(jù)的融合與全息感知，就是說要求礦山工作中的所有工作異常信息、礦井多層面信息、應急情況變化信息等數(shù)據(jù)通過感知網(wǎng)絡拓撲關系從多維度進行融合分析，并且能將所有信息實現(xiàn)實時的關聯(lián)與分析，保證在管理的過程中可以對工作人員、設備、環(huán)境等信息進行分析和全息感知[2]。

3 礦山開采智能化和總體架構建設

3.1 充分利用新型網(wǎng)絡技術

要利用好智能化技術，架構起智能礦山，就必須要能充分地利用好大數(shù)據(jù)時代的各項網(wǎng)絡技術，能將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能設備、人工智能等技術統(tǒng)籌規(guī)劃在礦山工作中，并相互融合，打造一個全新的智能化礦山應用生態(tài)鏈，使得在智能聯(lián)系的過程中能實現(xiàn)煤礦的信息采集、信息分析、信息關聯(lián)、決策四項工作。需要注意的是，要實現(xiàn)以上工作需要有較高的網(wǎng)絡技術支持，目前出現(xiàn)的5G 網(wǎng)絡技術則是一個非常好的載體，也是目前的發(fā)展趨勢[3]。

3.2 GIM 數(shù)字化構建

如果要深化智能化發(fā)展工作，則必須要展開GIM 的數(shù)字化構建，GIM 分為GIS 和BIM 兩種系統(tǒng)。GIS 系統(tǒng)又稱為地理信息系統(tǒng)，就是一種能將工程與環(huán)境信息可視化表達的一種系統(tǒng)，常用于煤礦工程項目中統(tǒng)籌規(guī)劃與運營。在礦山中一般都是用于表達礦井的地質、地表、地下三層面的地理信息，建立地理空間模型。BIM 系統(tǒng)又稱為建筑信息化模型。當然，在礦井工作中，BIM 的功能就是將礦山三維信息進行表達，使得礦井工程中的各項建筑和相應管道、給排水等一系列的系統(tǒng)能有效規(guī)劃。BIM 中獲得的各種參數(shù)一般都會在GIS 中進行表達，實現(xiàn)礦山中各方面的數(shù)據(jù)化，更有利于工作人員進行管理，這也是GIM 數(shù)字化構建的核心內容。一般來說，GIM能安全的監(jiān)控礦山工作和生產(chǎn)過程，并有利于管理層開展應急演練工作的模擬，更有利于財務部門進行礦山作業(yè)成本的管理，在后續(xù)的業(yè)務運營和銷售過程中能提供相應的數(shù)據(jù)信息基礎，使得礦山項目能實現(xiàn)全面的三維立體模型和二維數(shù)據(jù)模型的建立，更方便后續(xù)管理層查閱數(shù)據(jù)、應用數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析決策[4]。

3.3 混合云技術的統(tǒng)一管理

混合云技術就是指公有云和私有云兩個層面的協(xié)調運作與信息共享，而針對混合云技術的統(tǒng)一管理就是指針對于私有云技術的安全能力進行保障，并加強公有云的計算能力與靈活性。在礦山工作中，因為監(jiān)控、運輸、控制、守備、歷史遺留等系統(tǒng)的工作環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)可以做到實時上傳，并能確保其可靠性與安全性，所以常常采用私有云作為載體來進行統(tǒng)一管理部署，而一些企業(yè)門戶、自動化辦公、客戶關系管理、企業(yè)資源計劃等一系列的信息都會利用公有云作為載體來統(tǒng)一管理部署。針對于基于智能化技術的管理平臺與調度平臺則可以通過專門的網(wǎng)絡通道來訪問混合云之中的數(shù)據(jù)，比如說VPN。另外，需要建立起統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)，方便決策人員和管理層能在后臺對礦山工作情況進行全面的排查和分析，作出智能化決策和管理措施[5]。

3.4 開采過程云端一體化管理

邊緣計算和云端一體化的平臺已經(jīng)越來越成熟，而隨著網(wǎng)絡技術的成熟，目前只需要在無線網(wǎng)絡邊緣就可以有效地處理礦山工作中的數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分流和分析等一系列功能，并且具有很小的網(wǎng)絡延遲性，提高其安全與可靠性。而在礦山工作中，為了能搭建礦山智能化系統(tǒng)，可以利用邊緣計算來獲得監(jiān)控、管理、操控等一系列需要實時傳輸數(shù)據(jù)的工作數(shù)據(jù)，這樣就能更加高效地進行工作。而利用人工智能預警分析模型進行應急訓練將可以利用云端處理技術，因為這種數(shù)據(jù)不需要較高的實時性，而是更加需要大量的計算，云端處理就可以很好地解決這一點。需要注意的是，邊緣計算是基于5G 技術應用的，這也是未來礦山智能化的重要發(fā)展趨勢，也是云計算結構去中心化的重要體現(xiàn)，建立起云邊端一體化將能將各項工作的處理分布在一條通道上，極大的解決了傳統(tǒng)云計算架構中計算延遲和分析不足的問題。

3.5 智能化采掘設備

在進行上述智能化系統(tǒng)的建設后，就需要針對于采掘設備進行智能化設計。

3.5.1 采煤機

采煤機是專門在采煤工作中完成割煤破煤等一系列任務的大型設備，而其搖臂高度是通過對煤層厚度和傾角變化進行研究而進行控制的，這樣能有效地對煤層進行精準的切割。目前在采煤工作中一般都使用記憶截割式，根據(jù)上述中所說到的搖臂高度來調整油缸上的傳感器，并將搖臂高度的信息記錄下來，并通過在行走路線上安裝的位置傳感器來獲得相應的位置坐標，繪制截割曲線。但是這種方法因為只能是用于一些較為穩(wěn)定的礦中，而為了能識別煤和巖石的分界面，并能計算出理想搖臂高度與當前搖臂高度的對比值，可以通過上述所提到的GIM 系統(tǒng)，通過對地質信息的三維測量和采動應力場、截割參數(shù)動態(tài)分析等方法來提高采煤機的工作效率，實現(xiàn)智能化調高控制策略[6]。

3.5.2 液壓支架群組

在進行煤礦開采工作時，需要進行圍巖支護，而液壓支架群組則是圍巖支護的重要設備之一，其工作性能將直接影響著開采工作面的安全性與穩(wěn)定性。在技術的發(fā)展過程中，工作人員已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了液壓支架群組的自動化操作，在工作中可以自動對液壓支架進行調整，并且能配合采煤機來協(xié)調工作，保障了圍巖支護。但是在實際工作中，液壓支架群組還是需要人力去操縱支護狀態(tài)，為了能自動去檢測支護狀態(tài)和調整支護狀態(tài)，可以通過添加相應的智能技術。

4 結語

煤炭是國家發(fā)展的命脈所在，而煤礦開采工作也隨著時代的推進而更加高效。目前，在大數(shù)據(jù)時代下，結合5G 網(wǎng)絡技術的興起，礦山開采事業(yè)中越來越多地用到了智能化技術。論文結合大數(shù)據(jù)時代的多項技術提出了礦山開采管理和控制系統(tǒng)的框架，對開礦設備提出了優(yōu)化措施，希望能為相關行業(yè)人員提供參考。