劉亮

（河南龍宇能源股份有限公司車集煤礦，河南 永城 476600）

引言

傳統(tǒng)的自動(dòng)化礦井技術(shù)僅僅包含了個(gè)別子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、操控等單項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)異常時(shí)不能通過人工智能決策進(jìn)行其他措施子系統(tǒng)的有效聯(lián)動(dòng)，大大降低了智能化礦井的安全水平。通過對(duì)綠色智慧數(shù)字化礦山基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)預(yù)警與決策支持分析、智慧化生產(chǎn)系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)、平臺(tái)軟件、機(jī)器人系統(tǒng)等進(jìn)行簡要闡述，幫助技術(shù)人員進(jìn)一步了解綠色智慧數(shù)字化礦山技術(shù)。

一、綠色智慧數(shù)字化礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綠色智慧數(shù)字化礦井總體架構(gòu)依托于礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，通過建設(shè)一體化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、一體化的數(shù)據(jù)中心、一體化的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)和一體化管控應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智慧化感知、協(xié)同通信、智慧控制與大數(shù)據(jù)平臺(tái)支持，綠色智慧數(shù)字化礦山系統(tǒng)從功能層級(jí)上主要包含智慧化感知層、智慧化管控層、決策分析層和支撐層。

（一）智慧化感知層主要是指各類智慧化傳感器和智慧化分站等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備、環(huán)境的智慧化感知、可視化監(jiān)控、精準(zhǔn)定位。通過感知礦工自身及周圍安全環(huán)境，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式安全保障;通過感知礦山災(zāi)害征兆，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報(bào);通過感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、預(yù)知維修等功能。

（二）智慧化管控層是建立在礦山生產(chǎn)過程的控制平臺(tái)和礦山生產(chǎn)技術(shù)的管理平臺(tái)。通過建立控制模型、利用先進(jìn)的智慧化控制算法及智慧化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山應(yīng)用設(shè)備和感知層應(yīng)用終端的自動(dòng)化、智慧化控制，從而實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程操控、故障預(yù)警聯(lián)動(dòng)等功能。

（三）決策分析層是通過對(duì)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與智慧化分析，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)指令發(fā)送以及將智能診斷結(jié)果進(jìn)行推送，幫助工作人員進(jìn)行決策，從而提高工作效率，降低事故損失。

（四）智慧化礦井建設(shè)支撐層包括通信傳輸層和數(shù)據(jù)中心層。通信傳輸層是指融合井上下千兆/萬兆工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、礦山4G/WiFi網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)井上下視頻、數(shù)據(jù)、語音的一體化傳輸，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、互聯(lián)互通;數(shù)據(jù)中心層是指建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分發(fā)以及各類異構(gòu)數(shù)據(jù)的高度共享。

二、構(gòu)建礦山開采工程數(shù)字化測(cè)量體系

（一）數(shù)字化測(cè)量體系關(guān)鍵技術(shù)

礦山開采工程數(shù)字化測(cè)量體系構(gòu)建所需的關(guān)鍵技術(shù)主要包括空間信息技術(shù)和三維可視化技術(shù)?？臻g信息技術(shù)主要是利用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)構(gòu)成的3S技術(shù)，在礦山開采工程的測(cè)量當(dāng)中應(yīng)用具有良好的時(shí)效性和先進(jìn)性。通過全球定位系統(tǒng)對(duì)開采位置進(jìn)行測(cè)量可以明前提高測(cè)量的精確度和靈活性，且不需要考慮測(cè)量過程中測(cè)量點(diǎn)的通視問題，測(cè)量也不會(huì)產(chǎn)生誤差的累積。利用遙感技術(shù)對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行掃描或投影等處理，對(duì)地表地物信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制可識(shí)別，不僅可以使礦山測(cè)繪工作的精確度提高，同時(shí)還可以完成對(duì)礦山周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山大面積的測(cè)量。利用地理信息系統(tǒng)，將礦山地理空間上的結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，并根據(jù)地理模型分析防范，以此為礦山的開采提供多種空間以及動(dòng)態(tài)上的地理信息數(shù)據(jù)支撐。礦山開采工程測(cè)量中的三維可視化技術(shù)主要是用來描述與理解礦山表面及地下各種地質(zhì)現(xiàn)象特征的技術(shù)手段，同時(shí)也是各種數(shù)據(jù)體的另一種表征形式。三維可視化技術(shù)主要分為三個(gè)步驟，首先是對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集，通過三維激光掃描設(shè)備對(duì)礦山的地形進(jìn)行掃描，可以有效獲取到礦山開采的現(xiàn)狀點(diǎn)、云影像等重要的信息。第二步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過去噪、數(shù)據(jù)拼接以及三維建模完成對(duì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)性的處理工作。利用專業(yè)的處理軟件可以完成真實(shí)、準(zhǔn)確的礦山三維模型。第三步是建立數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，使礦山開采工程的測(cè)量和生產(chǎn)管理能夠在不同的環(huán)境及地點(diǎn)下，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)礦山的空間位置、設(shè)備屬性等信息的查詢和管理。

（二）數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在構(gòu)建數(shù)字化測(cè)量體系時(shí)，要利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對(duì)礦山開采工程中的各類測(cè)量數(shù)據(jù)、專業(yè)庫及資料庫等進(jìn)行統(tǒng)一的管理，方便測(cè)量人員有序的完成對(duì)相關(guān)測(cè)量資料的存儲(chǔ)，同時(shí)數(shù)據(jù)庫將實(shí)現(xiàn)多種形式的查詢方法和統(tǒng)計(jì)，方便測(cè)繪人員能夠更加準(zhǔn)確。測(cè)量成果的管理是以礦山開采工程的測(cè)量路線為基礎(chǔ)，顯示測(cè)量結(jié)果表中的內(nèi)容，管理人員可以對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行修改或刪除等；資料的管理是對(duì)與測(cè)量結(jié)果相關(guān)的各個(gè)方面的資料信息進(jìn)行管理；統(tǒng)計(jì)報(bào)表是根據(jù)測(cè)量結(jié)果庫中的數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和報(bào)表的輸出。

（三）數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)處理

結(jié)合礦山的實(shí)際生產(chǎn)要求，在本文的測(cè)量體系中數(shù)據(jù)處理主要包括對(duì)多元數(shù)據(jù)的采集、輸入和統(tǒng)一管理；對(duì)礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的處理和分析；對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)；對(duì)圖像的生成、編輯和處理；對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的輸出和應(yīng)用。數(shù)據(jù)是礦山開采工程測(cè)量中的重要組成，其來源多種多樣，包括了遙感圖像數(shù)據(jù)、實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料等，因此對(duì)礦山測(cè)量數(shù)據(jù)的處理是一項(xiàng)具有多元、多尺度的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。由于數(shù)據(jù)在形成的過程中，通過時(shí)間的累積，格式不統(tǒng)一，精確度也各不相同，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的選取、采集和輸入都要保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在進(jìn)行測(cè)量工作中，為了保證數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性，需要對(duì)工程控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的測(cè)量需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，工作量相對(duì)較大，并且使用的編制軟件會(huì)涉及到更多的數(shù)值計(jì)算，同時(shí)可視化也沒有很好的體現(xiàn)，因此本文構(gòu)建的測(cè)量體系選用一種將可視化與數(shù)值的計(jì)算融為一體的軟件，具有對(duì)數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理功能。

三、結(jié)語

綠色智慧數(shù)字化礦山建設(shè)與安全生產(chǎn)自動(dòng)化控制是多學(xué)科多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，以工業(yè)以太網(wǎng)為紐帶的數(shù)字化礦山建設(shè)與安全生產(chǎn)自動(dòng)化控制使得煤礦安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理更加協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在國家大力推行“兩化融合”、無人則安、少人則安的大環(huán)境下，綠色智慧數(shù)字化礦山建設(shè)勢(shì)在必行。