卓貴賢

（山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400）

作為生產(chǎn)、生活的重要支撐，礦山資源開采在現(xiàn)階段非常普遍。合理開發(fā)、利用礦山資源日漸成為了社會的焦點問題。數(shù)字化礦山系統(tǒng)無法實現(xiàn)礦山開采系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、有序運行，智能化、高效化的礦山建設(shè)系統(tǒng)（即智慧礦山）應(yīng)運而生。智慧礦山旨在改變低效、單一、危險的傳統(tǒng)礦山運營方式，是礦山發(fā)展的前沿領(lǐng)域。

1 智慧礦山及其特征

所謂智慧礦山，就是以礦山信息化以及礦山數(shù)字化為基礎(chǔ)，對礦山技術(shù)支撐、礦山生產(chǎn)流程、礦山后勤保障等進(jìn)行自主感知、自主分析、自主處理的礦山建設(shè)工程。智慧礦山建設(shè)是集礦山智慧安全系統(tǒng)、礦山智慧技術(shù)系統(tǒng)、礦山智慧生產(chǎn)系統(tǒng)以及礦山智慧保障系統(tǒng)為一體的建設(shè)工程。智慧礦山有三種主要特征：第一，感知透徹化。智慧礦山系統(tǒng)可以不分時間、不分場合充分利用智慧設(shè)備進(jìn)行信息的感知、捕獲、測量以及傳遞，擁有更為廣泛的應(yīng)用。智慧礦山的感知技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)的感知技術(shù)更為透徹，主要表現(xiàn)在兩個方面：

1）智慧礦山擁有更為全面的感知技術(shù)，在傳統(tǒng)感知儀器（比如監(jiān)控視頻、傳感器等）的基礎(chǔ)上，發(fā)展了許多更為先進(jìn)的感知儀器（比如GPS實時定位、手持移動終端以及無限射頻識別標(biāo)記等）。

2）第一，智慧礦山的感知客體覆蓋面更為廣闊，不僅涉及礦山井下巷道、風(fēng)速、水速、低壓的實時數(shù)據(jù)，還包括工作設(shè)備、工作人員的信息。智慧礦山的高覆蓋感知面使得礦山管理工作者以及礦山管理系統(tǒng)更為全面地掌握礦山情況，便于下一步的工作部署。第二，互聯(lián)面更為全面。地面、井下以及礦山施工單位之間的聯(lián)系水平直接關(guān)系到礦山系統(tǒng)管理水平。在傳統(tǒng)礦山工作系統(tǒng)中，施工單位主要應(yīng)用對講機(jī)、監(jiān)控視頻以及有線電話進(jìn)行信息的傳遞與交流，但因為單一的信息交流方式傳遞效率低下，不能系統(tǒng)化地協(xié)調(diào)礦山工作的各個環(huán)節(jié)。智慧礦山在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，建立起高效、實時且準(zhǔn)確的信息交流平臺。礦山管理系統(tǒng)與礦山管理工作者可以實時監(jiān)控并掌握礦山工作的運行狀況與井下狀況，以便及時發(fā)現(xiàn)安全隱患、排除設(shè)備故障，提高礦石開采率，規(guī)避風(fēng)險。

3）智慧礦山的智能化更加深入。智慧礦山系統(tǒng)的先進(jìn)儀器以及先進(jìn)技術(shù)可以有效洞悉井下工作狀態(tài)，以保證礦山工作者的人身安全和對礦山工作的有序開展。礦山工程的井下工作流程是一個動態(tài)變化的系統(tǒng)，危險性極高且危險源難以被掌控。為有效保證礦山工作者的人身安全和對礦山工作的有序開展，礦山管理層不僅需要加大對井下危險源的排查力度和監(jiān)測力度，也要加大對智能化分析系統(tǒng)的資金投入。雙重保證可以實時監(jiān)測井下環(huán)境現(xiàn)狀，并及時將監(jiān)測結(jié)果反饋給礦山管理工作者以及礦山管理系統(tǒng)，以便采取進(jìn)一步的措施?，F(xiàn)階段的井下檢測系統(tǒng)功能單一、相互對立，監(jiān)測力度相對薄弱，監(jiān)測效果不好，只有有效集成每種檢測系統(tǒng)的可取之處，構(gòu)建一個現(xiàn)代化的智慧礦山體系，統(tǒng)籌規(guī)劃，才能向自動化、智能化、高效化靠近。

2 智慧礦山頂層架構(gòu)設(shè)計

智慧礦山頂層架構(gòu)設(shè)計工作要基于一定的建設(shè)原則，才能進(jìn)行有效的架構(gòu)設(shè)計，將其劃分為兩步進(jìn)行詳述：

2.1 建設(shè)原則

智慧礦山建設(shè)是一個系統(tǒng)性工程，必須遵循全局規(guī)劃、分步實施的建設(shè)要求，向可靠性、開放性、實用性以及前瞻性靠近。

1）標(biāo)準(zhǔn)先行的建設(shè)原則。首先，在總結(jié)傳統(tǒng)礦山建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山管理要求，采用數(shù)據(jù)規(guī)范化以及開發(fā)規(guī)范化等規(guī)范化措施，實現(xiàn)礦山作業(yè)系統(tǒng)間的信息共享和規(guī)范集成的目標(biāo)；然后，基于礦山開采工作的現(xiàn)狀，研究前沿理論、使用前沿技術(shù)、采用前沿管理，遵循規(guī)范化原則，綜合考慮業(yè)務(wù)邏輯、技術(shù)服務(wù)以及數(shù)據(jù)運營等，制定接口標(biāo)準(zhǔn)化、架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的詳細(xì)方案；最后，付諸于實踐，并在實踐過程中不斷完善智慧礦山建設(shè)的具體工作流程。

2）先進(jìn)性的建設(shè)原則。隨著智能化的時代特征不斷凸顯，人們對智慧礦山的智能化要求也在逐步提高。礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極主動應(yīng)用人工智能的先進(jìn)理論與前沿技術(shù)，保證礦山系統(tǒng)的先進(jìn)性、安全性以及可靠性，提升礦山系統(tǒng)工程的智能化水準(zhǔn)。

3）一體化的建設(shè)原則。智能化系統(tǒng)是一個綜合系統(tǒng)，包含眾多子系統(tǒng)、專業(yè)系統(tǒng)以及硬件管理。各系統(tǒng)建設(shè)要滿足系統(tǒng)建設(shè)的精簡要求，規(guī)避冗雜的功能模塊。

4）網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的建設(shè)原則。在進(jìn)行礦業(yè)工作時，應(yīng)當(dāng)綜合協(xié)同管理網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建系統(tǒng)性、統(tǒng)一性的訪問接口，以便適應(yīng)不同類型接口的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。

5）分步作業(yè)的建設(shè)原則。智慧礦山綜合了多種學(xué)科，集管控系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)于一體。由于其復(fù)雜性，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)分步建設(shè)。在任務(wù)分配過程中，從項目總體要求出發(fā)，分解任務(wù)，從底層逐步向中層、高層遞進(jìn)。

6）安全性的建設(shè)原則。安全永遠(yuǎn)是工程的第一位。智慧礦山建設(shè)中的安全問題同樣不容忽略，包含了網(wǎng)絡(luò)安全、設(shè)備安全以及應(yīng)用安全等多層次安全要求。

2.2 基本架構(gòu)設(shè)計（見圖1）

圖1 智慧礦山架構(gòu)圖

在進(jìn)行智慧礦山基本架構(gòu)設(shè)計時，要在礦山開采流程中融入智能傳感器。這些智能傳感器可以詳細(xì)并且全面地掌握礦山井下的設(shè)備運行情況以及人員作業(yè)狀況。智能傳感器與信息數(shù)字化組成的傳感網(wǎng)可以實現(xiàn)對礦山環(huán)境的全方位監(jiān)控，收集到的信息與通訊系統(tǒng)相互連接可以實現(xiàn)“人機(jī)互話”，物聯(lián)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合可以實現(xiàn)信息整合，最后借助云計算預(yù)測并分析礦山運行情況，以便更好地部署礦山工作。

3 智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)

智慧礦山工程主要包括三大關(guān)鍵技術(shù)：礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、礦山大數(shù)據(jù)技術(shù)以及礦山?jīng)Q策支持技術(shù)。礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山感知方面擁有卓越的解決能力，在數(shù)據(jù)搜集方面表現(xiàn)突出，采集的全面數(shù)據(jù)為智慧礦山工程的構(gòu)建提供了數(shù)據(jù)來源。智慧礦山數(shù)據(jù)紛繁復(fù)雜，涉及測繪、財務(wù)、地質(zhì)、設(shè)備等方面，數(shù)據(jù)形式有文字、圖形、表格等。RFID讀寫器、智能傳感器、激光掃描儀等智能設(shè)備構(gòu)建的礦山物聯(lián)網(wǎng)可動態(tài)感知礦山狀態(tài)、拓展數(shù)據(jù)采集途徑。礦山大數(shù)據(jù)技術(shù)在感知環(huán)境變化、防范危險隱患方面表現(xiàn)卓越。礦山大數(shù)據(jù)技術(shù)在監(jiān)控音頻數(shù)據(jù)、人工數(shù)據(jù)以及傳感器數(shù)據(jù)的支持下，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全面搜集，進(jìn)而構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析平臺。礦山?jīng)Q策支持技術(shù)在處理故障設(shè)備、化解危險事故、生成應(yīng)急預(yù)案、動態(tài)更新救援方案方面表現(xiàn)力極高。智能決策技術(shù)包含三個方面：

1）在礦山工作者的技術(shù)支持下，建立集礦山生產(chǎn)、礦山設(shè)備維修、礦山設(shè)備保養(yǎng)、礦山安全管理于一體的礦山知識數(shù)據(jù)庫，自動診斷并及時響應(yīng)危險情況。

2）現(xiàn)實與虛擬相結(jié)合，仿真模擬應(yīng)急救援現(xiàn)場、人員疏散現(xiàn)場等，擴(kuò)充礦山知識數(shù)據(jù)庫。

3）基于礦山本體，構(gòu)建礦山知識圖譜，保證礦山的安全、有序生產(chǎn)。

4 結(jié)語

本文剖析了智慧礦山特征，在此基礎(chǔ)上，為智慧礦山頂層架構(gòu)設(shè)計提供了參考意見。智慧礦山可實現(xiàn)全面感知、全面預(yù)測、安全管理，在傳感器技術(shù)與智能信息響應(yīng)技術(shù)的支持下，智能礦山必將引領(lǐng)礦山技術(shù)的創(chuàng)新領(lǐng)發(fā)展，為礦山智能化、信息化發(fā)展提供有力支撐。