黃海余

（鑲黃旗應(yīng)急管理局，內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟鑲黃旗 013250）

引言

我國許多礦山企業(yè)為了更好地應(yīng)對國際競爭發(fā)展壓力，從智能化的角度入手，創(chuàng)新發(fā)展企業(yè)轉(zhuǎn)型，不僅從某種程度上提升了采礦生產(chǎn)的有效性和高質(zhì)性，為人工智能技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；還從某種程度上，節(jié)省了礦山資源，使其更具備生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益。綜合來看，通過智能化的手段開采礦山，不僅能夠建設(shè)出智慧礦山，更能符合國家經(jīng)濟(jì)、環(huán)保策略的發(fā)展，也是煤炭工業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢[1-2]。

1 智慧礦山的特征

1）智慧化礦山技術(shù)水平先進(jìn)，已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)的先進(jìn)水平。不僅在智能化礦井建設(shè)方面廣泛使用，在數(shù)據(jù)集成平臺上也得到了推廣，能夠有效保證多個(gè)系統(tǒng)的可視化、智能化的綜合信息處理。通過大數(shù)據(jù)、云平臺等技術(shù)對整個(gè)煤礦的生產(chǎn)的安全穩(wěn)定提供保證，是新時(shí)代實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的煤礦安全生產(chǎn)管控與監(jiān)測新形式。

2）融合了信息物理系統(tǒng)（CPS）理念、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等手段，通過計(jì)算能力、通訊手段、自動化控制等信息技術(shù)手段，構(gòu)建了一個(gè)通過人控制機(jī)器將現(xiàn)實(shí)中的自然環(huán)境等信息完全結(jié)合交融的信息互通平臺，讓計(jì)算機(jī)通過虛擬信息計(jì)算實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源有效配比的情況，讓資源能夠?qū)崿F(xiàn)最大化利用[3]。

3）通過使用計(jì)算機(jī)技術(shù)技術(shù)將信息物理融入到計(jì)算機(jī)平臺中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控等手段達(dá)成技術(shù)與礦山開采建設(shè)流程相結(jié)合的工作體系，實(shí)現(xiàn)形成一種現(xiàn)實(shí)與信息結(jié)合反饋的有效交互平臺，通過數(shù)據(jù)表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界，使得驅(qū)動數(shù)據(jù)能夠自由流動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源合理化配置智能系統(tǒng)。與此同時(shí)，在此項(xiàng)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分析監(jiān)測問題所在，及時(shí)反饋給施工和工作人員，確保能夠?qū)栴}在蘊(yùn)養(yǎng)階段或初步發(fā)生階段就采取有效措施，避免進(jìn)一步形成較為嚴(yán)重的礦山事故，這種數(shù)據(jù)流動在實(shí)際物理空間的現(xiàn)象就讓實(shí)體內(nèi)容能夠被很好地“賦能”，確保礦山發(fā)展和資源配比能夠得到最優(yōu)配置發(fā)展。

4）智慧礦山是一種新型的發(fā)展理念，它符合我國現(xiàn)階段制定的發(fā)展戰(zhàn)略，并且智慧礦上是一種結(jié)合綠色發(fā)展觀和科學(xué)強(qiáng)國戰(zhàn)略等多種深度思想后發(fā)展出來的產(chǎn)物，可以讓我國在礦業(yè)上面更進(jìn)一步，讓我國的第二產(chǎn)業(yè)得到重新復(fù)蘇和進(jìn)一步發(fā)展[4-5]。

5）由于我國是礦山資源十分豐富，種類十分多樣性的國家，礦產(chǎn)行業(yè)十分發(fā)達(dá)，在疆域遼闊的國家上十分有利于煤礦事業(yè)的發(fā)展，礦物地質(zhì)優(yōu)越，作為我國一大經(jīng)濟(jì)命脈，它不僅為我國提供主要能源，而且能夠?yàn)槿嗣駧戆l(fā)展。作為一項(xiàng)十分繁榮的產(chǎn)業(yè)，智慧礦山發(fā)展也由此可見十分重要，它是人民賴以生存的保障，其工程工作崗位也養(yǎng)活不少家庭。基于此，為了迎接新時(shí)代的良好機(jī)遇，礦山安全技術(shù)生產(chǎn)及其測量精度的提高勢在必行，并且由于開采面積過大，地勢復(fù)雜等原因，需要提前消除井下危險(xiǎn)因素，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，通過合理開采方案才能減少實(shí)踐操作中的風(fēng)險(xiǎn)。只有不斷提升測量精度和導(dǎo)線優(yōu)化，才能夠促使我國礦山開采任務(wù)安全完成[6-7]。

2 智慧礦山實(shí)現(xiàn)途徑之智能化管理平臺的建設(shè)

2.1 構(gòu)建安全生產(chǎn)管控一體化平臺

利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，建設(shè)全礦井生產(chǎn)管控一體化平臺，深入挖掘煤礦安全、生產(chǎn)、調(diào)度數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)礦井充分整合、捕獲各種生產(chǎn)、安全、調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)之間驅(qū)動的煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度指揮從而創(chuàng)建出一種新模式。

重新設(shè)計(jì)展示界面、統(tǒng)一展示風(fēng)格，采用統(tǒng)一的展示軟件，并將統(tǒng)一的平臺展示、管理界面設(shè)計(jì)展現(xiàn)在生產(chǎn)管控一體化操作平臺上，一個(gè)軟件包含傳統(tǒng)上多套管理軟件功能，能夠?yàn)槊旱V節(jié)省大量不同軟件的購置費(fèi)用、預(yù)留功能開發(fā)接口，有效形成全礦子系統(tǒng)及管理系統(tǒng)的風(fēng)格統(tǒng)一及業(yè)務(wù)集成，并根據(jù)礦方需求定制擴(kuò)展后續(xù)平臺功能。

2.2 人工智能音視頻分析平臺

視頻AI可以針對視頻圖像中的設(shè)備、人員、環(huán)境的各種變化，進(jìn)而識別出相關(guān)人員的不規(guī)范、不安全行為以及設(shè)備的不安全狀態(tài)。把環(huán)境的變化情況、煤礦的各種安全隱患等情況進(jìn)行監(jiān)測，對對比分析出現(xiàn)的事件進(jìn)行預(yù)警，對煤礦安全考核提供依據(jù)，提高員工的安全意識，減少三違事件，保障員工的安全生產(chǎn)流程規(guī)范、合理。

2.3 建立完善工作制度保障效率

大數(shù)據(jù)平臺的建立和使用讓礦山中的資源都能夠被以數(shù)據(jù)的方式記錄，這樣在出現(xiàn)資源配置不均的情況時(shí)就能夠及時(shí)調(diào)整，也能夠進(jìn)一步評估設(shè)備狀況、人員狀況、安全狀況，并迅速由后臺分析處理所得的數(shù)據(jù)，做到保障生產(chǎn)的同時(shí)還能不浪費(fèi)生產(chǎn)資源，最大化節(jié)省生產(chǎn)材料。

2.4 提高企業(yè)的管理水平

通過管控一體化平臺的數(shù)據(jù)積累、共享、大數(shù)據(jù)分析，使員工接觸到新知識和新領(lǐng)域，使管理層可以快速、準(zhǔn)確地獲得各專業(yè)的基本數(shù)據(jù)。不僅能夠使員工強(qiáng)化自身的專業(yè)能力，促進(jìn)學(xué)習(xí)專業(yè)技能和基本素質(zhì)的提升，還能夠加快經(jīng)營管理者的決算速度，進(jìn)一步提高企業(yè)的整體運(yùn)行效率。

2.5 加強(qiáng)礦山井下導(dǎo)線測量功能

由于地下測量環(huán)境較差，并且受坑道的限制，常常會出現(xiàn)地下導(dǎo)線布置無法及時(shí)跟進(jìn)。那么應(yīng)當(dāng)在地下導(dǎo)線測量過程中，隨時(shí)注意施工導(dǎo)線的掘進(jìn)，并在后期完成后需要及時(shí)校正，通過全站儀按兩側(cè)回測角，依據(jù)智慧礦山的數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)來控制系統(tǒng)來進(jìn)行隧道位置確認(rèn)，方能減少工作進(jìn)程中的干擾，在后期進(jìn)行礦山井下開采作業(yè)。

2.6 通過數(shù)據(jù)信息應(yīng)用分析以及增加設(shè)備設(shè)施優(yōu)化

由于礦山作業(yè)所需要的技術(shù)難度是系數(shù)較大，不斷需要通過多角度分析促進(jìn)生產(chǎn)效率，首先在導(dǎo)線測量過程中，可以發(fā)現(xiàn)它有幾個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)的位置要調(diào)整其中的后視、前視、側(cè)站點(diǎn)的位置情況并對準(zhǔn)，盡管此種測量方法能夠有效提高其準(zhǔn)確度，但是可以借此設(shè)備的改革進(jìn)行測量?；诳梢圆捎脭?shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)實(shí)的方式進(jìn)行，能夠極大提升作業(yè)精度。通過此種改進(jìn)方法不僅優(yōu)化了礦井下導(dǎo)線測量的精準(zhǔn)度，也相對減少礦山運(yùn)輸路線所占用時(shí)間。如此創(chuàng)新方法能夠有效減少測量失誤并提高效率，減少人工成本。

3 智慧礦山實(shí)現(xiàn)途徑之智能化預(yù)警及應(yīng)急技術(shù)的建設(shè)

3.1 事故預(yù)警

礦井事故的發(fā)生都是一個(gè)聯(lián)合事件，每個(gè)事故都不是獨(dú)立存在的，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)多種數(shù)據(jù)預(yù)警時(shí)，設(shè)置一定的預(yù)警模型，將事故最大可能的消滅在觸發(fā)條件前，為煤礦安全生產(chǎn)提供預(yù)警分析。除此之外，還能夠通過分析事故的前提條件，對各種地質(zhì)災(zāi)害特殊情況進(jìn)行事故預(yù)警。

3.2 應(yīng)急指揮管理煤礦

應(yīng)急救援指揮管理系統(tǒng)應(yīng)該具備礦山應(yīng)急救援的應(yīng)急資源保障管理、應(yīng)急救援預(yù)案管理、監(jiān)測監(jiān)控預(yù)警和災(zāi)害報(bào)警聯(lián)動、應(yīng)急救援值守和指揮、培訓(xùn)與演練、專家和事故案例庫等功能。不僅能夠有效整合各種救援人力、物資、設(shè)施、裝備，還需要促進(jìn)技術(shù)和管理形式的高效化、科學(xué)化和智能化，從而能夠完善礦山救援的指揮管理體系，保障整個(gè)體系的統(tǒng)籌管理、職責(zé)明確、功能齊全、關(guān)鍵技術(shù)完整、協(xié)調(diào)靈活。在這其中，系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該是能夠?qū)崿F(xiàn)救援程序的自動化、救援過程的可視化，以及救災(zāi)、避災(zāi)路線的可變化。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)維報(bào)表

對礦企工作區(qū)域各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗情況進(jìn)行分析，自動統(tǒng)計(jì)能源消耗成本，給能源的優(yōu)化控制提供依據(jù)。結(jié)合產(chǎn)量、規(guī)模、能源消耗量，對能源使用情況進(jìn)行綜合分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)報(bào)警、產(chǎn)能、故障和效率等相關(guān)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)的分析和關(guān)聯(lián)性分析；針對電、水、汽自動計(jì)算能源實(shí)時(shí)消耗量、針對單工序進(jìn)行能耗核算，自動生成臺賬?；诖?，可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)與往年全年數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律和連帶影響參數(shù)，進(jìn)一步為生產(chǎn)工藝、設(shè)備、能源的優(yōu)化尋求改進(jìn)的策略和方法。

4 智慧礦山實(shí)現(xiàn)途徑之智能化工作系統(tǒng)的建設(shè)

4.1 智能綜采工作面系統(tǒng)建設(shè)

1）在礦山上建設(shè)智能綜采工作面，不僅能夠?qū)φ麄€(gè)工作面的煤礦建模、直線度、預(yù)煤開采和高開采等環(huán)節(jié)進(jìn)行管控，還能夠?yàn)槊弘娫诰C采工作面的智能化發(fā)展奠定一條切實(shí)有效的途徑。

2）結(jié)合我國的煤礦層賦存特征，再結(jié)合一流的煤礦設(shè)備生產(chǎn)廠家，針對在工作面上的煤體建模、地理信息系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、液壓架控制和人員安全識別等全方位技術(shù)和工藝進(jìn)行綜合研究。

3）采用重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新、靈活發(fā)展，進(jìn)而完善綜采工作面的智能化設(shè)計(jì)方案，對相關(guān)的成熟技術(shù)進(jìn)行集合和研究，能夠有效解決特殊礦質(zhì)下的地質(zhì)條件復(fù)雜、大采高工作面等技術(shù)難題。

4.2 智能排水系統(tǒng)

1）智能排水系統(tǒng)就是在建立礦井排水網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，建設(shè)三維的智能管控平臺，進(jìn)而能夠?qū)Ω鱾€(gè)排水點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)圖的標(biāo)繪。

2）可以在各個(gè)排水點(diǎn)安裝攝像頭以及水位、水量的監(jiān)測控制器，進(jìn)而能夠?qū)Ω髋潘c(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3）在整個(gè)建設(shè)系統(tǒng)過程中，值得注意的是，假如水位、水量已經(jīng)達(dá)到了預(yù)設(shè)值，就應(yīng)該自動開啟一個(gè)新的水泵或者多臺水泵參與工作；假如水位、水量超出了警戒值，需要及時(shí)自動預(yù)警并啟動應(yīng)急處理設(shè)備；假如水泵的工作參數(shù)出現(xiàn)誤差或異常，也要及時(shí)進(jìn)行報(bào)警；當(dāng)水災(zāi)、水害發(fā)生時(shí)，需要啟動報(bào)警及應(yīng)急設(shè)備，并針對排水量、水倉剩余容量等問題進(jìn)行智能化的分析與處理，最終提出保障生產(chǎn)過程的應(yīng)急救災(zāi)方案。

4.3 智能供電系統(tǒng)

1）智能供電系統(tǒng)就是將智能配電網(wǎng)、變電站的電力系統(tǒng)等可能涉及到智能化經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品和技術(shù)引進(jìn)到實(shí)際的煤礦生產(chǎn)過程中，進(jìn)而提升煤礦供電的可能性。

2）對整體礦區(qū)的供電網(wǎng)絡(luò)一體化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與管控，并不斷完善技術(shù)任務(wù)，促進(jìn)事故判斷和應(yīng)急處理方案的及時(shí)有效，進(jìn)而提升整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能性。

5 智慧礦山實(shí)現(xiàn)途徑之智能化的發(fā)展趨勢

5.1 極致高速的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)全網(wǎng)設(shè)計(jì)

未來可能會采用10 GB以上的核心數(shù)據(jù)進(jìn)行工作傳輸，桌面的速度也可能會達(dá)到1 GB，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，不僅會采取無阻塞的節(jié)點(diǎn)接入設(shè)計(jì)，還會不受任何的訪問速度限制，不論從什么角度進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，都能夠快速敏捷，并且對信息的處理和收獲都能夠達(dá)到理想的訪問效果。

5.2 建設(shè)節(jié)能綠色開采系統(tǒng)

優(yōu)化制度，加強(qiáng)管理人員培訓(xùn)，提高節(jié)能能力和專業(yè)能力，建立節(jié)能激勵(lì)機(jī)制，提高職工積極性，建立維護(hù)保養(yǎng)機(jī)制，定時(shí)清灰，對工業(yè)鍋爐從業(yè)人員不負(fù)責(zé)任的管理和操作行為進(jìn)行處罰，對違法操作的從業(yè)人員予以開除；在使用方面，需要制定規(guī)范化的管理措施，對于礦山大型開采設(shè)備需要保證燃燒裝置完全燃燒，燃煤鍋爐的廢氣溫度可以進(jìn)一步減產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，減少污染物排放；燃煤鍋爐使采煤機(jī)前后適應(yīng)，提高自動化程度，提高鍋爐效率，引進(jìn)工業(yè)鍋爐新技術(shù)，對舊工業(yè)鍋爐進(jìn)拆除改造，并不斷研究最高效環(huán)保的鍋爐燃燒技術(shù)。

6 結(jié)語

智慧礦山是新時(shí)代科學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的背景下，基于數(shù)字化礦山的基礎(chǔ)上，將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算儲備和大數(shù)據(jù)等科技化工具與礦山的開發(fā)、挖掘、利用再次進(jìn)行某種程度上的融合。對礦山的實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析故障、全面感知和協(xié)調(diào)發(fā)展等全方面、多維度進(jìn)行的智能化管理，也為無人礦山的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步保障了礦山資源、采礦的全階段的計(jì)劃、生產(chǎn)、管理和決策等過程的數(shù)字化、智能化。