何沛鋒

（蘭州資源環(huán)境職院技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

2018年5月1日起，《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》（GB/T34679-2017）在我國開始實施。其提出了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的大量信息系統(tǒng)通用技術(shù)要求，涉及系統(tǒng)構(gòu)架、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)倉庫、地理信息、傳感感知、工業(yè)自動化、平臺軟件、地質(zhì)保障軟件、安全保障軟件、生產(chǎn)管理軟件、礦山ERP軟件、大數(shù)據(jù)分析軟件、綜合調(diào)度軟件和應(yīng)急指揮軟件等，可用于指導(dǎo)礦山企業(yè)如何快速地加強(qiáng)智慧化信息系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)[1]。實際上，智慧礦山理念其實也是智慧城市、大數(shù)據(jù)、人工智能等理念在礦山的延伸和具體體現(xiàn)。目前，我國礦山企業(yè)數(shù)字化建設(shè)程度參差不齊，智慧化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本文從數(shù)字礦山和智慧礦山的概念出發(fā)，深度剖析了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的必要性和意義，分析了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的基本途徑，旨在為礦山企業(yè)的建設(shè)提供參考[2]。

1 數(shù)字礦山的基本內(nèi)涵

數(shù)字礦山是一個在某個特定框架內(nèi)獲取的信息的總稱，具體來講就是在整個礦山范圍內(nèi)以一個三維坐標(biāo)為主線，建立一個礦山信息模型，用于獲取和存儲礦山每處的全部信息，使信息能被直觀的呈現(xiàn)[3]。有關(guān)人員可以在這個模型中對所需要的信息進(jìn)行檢索，從而能更為完整、準(zhǔn)確、快速地了解及利用礦山各個方面的有用信息。也就是說，數(shù)字礦山其實就是基于礦山范圍內(nèi)以一個三維坐標(biāo)信息及與之有聯(lián)系的信息集成所構(gòu)架的一個信息框架，從而將我們所獲得的信息進(jìn)行嵌入的總稱。

按照數(shù)字礦山的基本概念，數(shù)字礦山其實是一個很復(fù)雜的大系統(tǒng)，其包括兩個層次。一個層次是要將一個礦山中與空間位置有直接關(guān)系的相對固定的信息按照三維坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化，將這些信息有效地組織起來；另一個層次則是在此基礎(chǔ)上，對礦山中的信息進(jìn)行嵌入，主要是嵌入一些與空間位置有簡介關(guān)系的信息，例如儲量管理、機(jī)電管理、人事管理等，從而組成一個多維的數(shù)字礦山。

2 智慧礦山的基本內(nèi)涵

近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，極大地推動了礦山物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步。同時由于政策導(dǎo)向，在“綠水青山就是金山銀山”理念的指導(dǎo)下，礦山企業(yè)需要更加高效、智能及清潔地完成相關(guān)的生產(chǎn)任務(wù)[4]。在這個背景下，智慧智能礦山的理念應(yīng)用而生。智慧智能礦山其實就是建設(shè)一個安全、高效、清潔的礦山，是將不同技術(shù)科學(xué)如信息科學(xué)、采礦科學(xué)、大數(shù)據(jù)、人工智能、計算機(jī)技術(shù)與3S技術(shù)高度結(jié)合后的產(chǎn)物。

將礦山中的礦井原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和礦床、圍巖等地地質(zhì)信息進(jìn)行三維實景融合，然后在這個三維實景中嵌入各類生產(chǎn)系統(tǒng)信息，如采掘、運輸、通風(fēng)、供電與給排水等，同時嵌入生產(chǎn)過程中的動態(tài)信息，例如設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境變化、人員信息和生產(chǎn)經(jīng)營管理等信息，以實現(xiàn)全過程可以主動感知、自動分析和快速處理，進(jìn)而達(dá)到安全生產(chǎn)過程中基礎(chǔ)信息實現(xiàn)數(shù)字化、管理控制實現(xiàn)一體化和決策處理實現(xiàn)集成化的目的，這便是建設(shè)智慧礦山的基本要求。也就是說，智慧礦山建設(shè)是推動礦山高效、安全以及清潔環(huán)保生產(chǎn)的新手段，其可以被理解為是采礦工業(yè)進(jìn)步發(fā)展的高階形態(tài)，是未來礦山企業(yè)建設(shè)的發(fā)展方向，是一個意義更加廣泛的多元的礦山發(fā)展階段。

3 向智慧礦山轉(zhuǎn)變的深遠(yuǎn)意義

相較于數(shù)字礦山，智慧礦山具有更為敏感快速的感知與反應(yīng)能力，同時在互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互通方面更加強(qiáng)大、更加信息智能化。礦山企業(yè)要想可持續(xù)發(fā)展，就必須要向智慧智能型礦山轉(zhuǎn)變，其具有以下幾點意義：

3.1 智慧礦山的經(jīng)濟(jì)效益

智慧礦山可為礦山企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。山東棗礦集團(tuán)是最早建設(shè)“數(shù)字礦山”的企業(yè)之一，實現(xiàn)了三網(wǎng)融合。通過建設(shè)數(shù)字礦山，棗礦集團(tuán)蔣莊煤礦有58個崗點實現(xiàn)了無人值守，減少用工240余人，工效比改造前提高了22%，各類費用也同比減少了2000余萬元。以煤炭礦山為例，全國按照年產(chǎn)煤炭40億噸計算，煤炭成本200元/噸計算，生產(chǎn)效率提高30%，在不增加礦井的情況下每年增加煤炭產(chǎn)量12億噸，增加產(chǎn)值3600億元，按降低成本20%計算，可節(jié)省280億元。產(chǎn)生綜合經(jīng)濟(jì)效益3880億元。

3.2 智慧礦山的社會效益

這里仍以山東棗礦集團(tuán)為例。該集團(tuán)自主研發(fā)了數(shù)字化智能應(yīng)急救援系統(tǒng)，具有井下發(fā)生災(zāi)害時一鍵啟動救援系統(tǒng)的功能。

在收到救援信號后，該系統(tǒng)10秒鐘內(nèi)就可以以預(yù)定的應(yīng)急救援模式啟動應(yīng)急救援預(yù)案，分區(qū)域通知受災(zāi)地點的相應(yīng)信息和并通知救護(hù)大隊、安監(jiān)處、醫(yī)療救護(hù)機(jī)構(gòu)、物資供應(yīng)等部門。

同時，還能根據(jù)事故地點和類型、分析地測導(dǎo)點，監(jiān)測監(jiān)控風(fēng)門閉鎖聯(lián)動等數(shù)據(jù)，自動進(jìn)行最佳撤離路線計算，在地理信息系統(tǒng)（GIS）地圖中生成相應(yīng)的應(yīng)急撤離路線，并發(fā)布導(dǎo)航廣播，給井下人員提示可以緊急避險的路徑，從而將事故可能帶來的危害降到最低。

可見，實現(xiàn)了礦山智慧化，將使礦山安全環(huán)境產(chǎn)生了根本性的改變，死亡人數(shù)將降低90%以上。同時可實現(xiàn)礦山生產(chǎn)效率的很大提高，實施“機(jī)械化換人、自動化減人”，使我們的采礦技術(shù)躋身發(fā)達(dá)國家行列，成為本領(lǐng)域的領(lǐng)頭雁?？上蛉澜巛敵鲎灾髦R產(chǎn)權(quán)的智慧礦山技術(shù)，賺全世界的錢，幫助世界發(fā)展采礦技術(shù)。

4 向智慧礦山轉(zhuǎn)變的途徑分析

我國礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，各個礦山的采礦現(xiàn)狀和環(huán)境參數(shù)差別較大，礦井分布又比較廣泛，建設(shè)一個龐大的智慧礦山系統(tǒng)工程需要按照不同標(biāo)準(zhǔn)和層次進(jìn)行。礦山企業(yè)在向智慧礦山轉(zhuǎn)變的過程中，可以分布分期次的進(jìn)行。例如先期的智慧礦山建設(shè)可以選取那些綜合采礦條件好、自動化程度相對高的礦井進(jìn)行，將這些礦井建設(shè)成示范工程、項目及系統(tǒng)，進(jìn)而對剩余礦井進(jìn)行建設(shè)。建設(shè)智慧礦山需要對礦山的不同方面進(jìn)行轉(zhuǎn)變，主要包括以下幾個方面：

4.1 實現(xiàn)礦山生產(chǎn)信息化、安全信息化及管理信息化

建設(shè)礦山的信息化就是要在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等信息技術(shù)方面有所體現(xiàn)。需要參照統(tǒng)一的空間框架與時間，在礦井地質(zhì)、生產(chǎn)、安全、機(jī)電運輸與經(jīng)營管理方面做到信息的數(shù)字化，并且使礦山的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)可采集、可傳輸、可存儲及可分析。

4.2 實現(xiàn)礦山生產(chǎn)機(jī)械智能化

該方面主要針對采掘設(shè)備，對其進(jìn)行智能化升級，結(jié)合相應(yīng)的采礦技術(shù)和自動化過程等，開發(fā)機(jī)械自動化采礦技術(shù)，逐漸取代人工采礦，使礦山采礦機(jī)械設(shè)備向著智能化以及機(jī)器人化的方向發(fā)展過渡。

4.3 實現(xiàn)“一網(wǎng)一站”的綜合智慧通信系統(tǒng)

其中“一網(wǎng)”承載著相應(yīng)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，例如無線通訊、人員與車輛定位、監(jiān)視監(jiān)控和語音廣播、調(diào)度指揮及安全監(jiān)控等系統(tǒng)；“一站”則為一體化綜合分站，包括5G無線通信、定位、IP電話、語音廣播以及Wi-Fi等業(yè)務(wù)分站。

4.4 三維實景智慧管理平臺

利用三維實景模型將礦區(qū)地形地貌、地表設(shè)備設(shè)施、地下巷道以及整個礦山的基礎(chǔ)地質(zhì)信息實現(xiàn)三維可視化，同時接入各類專業(yè)子系統(tǒng)，如采礦工作面、生產(chǎn)自動化等，并植入相應(yīng)的生產(chǎn)過程信息，例如監(jiān)測、設(shè)備、人員等變化信息，以構(gòu)建成三維實景平臺。

4.5 挖掘和增值利用礦山關(guān)鍵數(shù)據(jù)

對智慧礦山數(shù)據(jù)庫中的海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息通過抽取、轉(zhuǎn)換、分析以及模型化處理等手段，提取其中與安全生產(chǎn)輔助決策相關(guān)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)信息，然后利用相關(guān)算法及規(guī)則查明和提取既定數(shù)據(jù)之間相互關(guān)聯(lián)的有用信息。

4.6 人工智能

近年來人工智能（AI）技術(shù)水平迅速發(fā)展，將人工智能方法引入礦山工作作業(yè)中具有很重要的意義，可以極好的符合“以人為本”的生產(chǎn)理念。目前它正處于蓬勃發(fā)展及應(yīng)用階段，其在礦山智慧化的過程中一定能夠挖掘出重要的功能和空間。

5 結(jié)語

本文從數(shù)字礦山和智慧礦山的基本概念出發(fā)，分析了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的重要意義，礦山向智慧礦山轉(zhuǎn)變的過程實際涉及到礦山的方方面面，這是一個復(fù)雜龐大的工程。加快推進(jìn)智慧、智能礦山的建設(shè)，對實現(xiàn)礦山安全有效的生產(chǎn)模式、加強(qiáng)礦山人人、人和物、物和物之間信息三維信息集成和響應(yīng)能力具有重要影響。人為的因素將降到最低程度，礦山企業(yè)的生產(chǎn)運營能自動協(xié)同運作，實現(xiàn)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。伴隨著5G技術(shù)、人工智能技術(shù)的強(qiáng)勁發(fā)展勢頭，智慧、智能礦山一定會有更加光明的前景。