樊 榮，徐青云

(山西大同大學(xué) 煤炭工程學(xué)院， 山西 大同 037003)

在信息領(lǐng)域，經(jīng)歷了互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)信息革命之后，人類又迎來(lái)了“物物相連”的物聯(lián)網(wǎng)信息浪潮[1]。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)通過(guò)感知設(shè)備獲取信息，采用標(biāo)準(zhǔn)互操作通信協(xié)議，把各種物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交互和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)一系列如“識(shí)別”、“定位”、“監(jiān)控”等特定功能的網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)電信研究院認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的實(shí)時(shí)控制、精確管理和智能決策[2]。近年來(lái)，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，許多國(guó)家都將物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并制定國(guó)策予以扶持。

目前,許多其他領(lǐng)域的大型企業(yè)還沒(méi)有意識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)與該產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合的重要性，依然采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，而我國(guó)煤炭領(lǐng)域的許多企業(yè)敏銳地抓住了物聯(lián)網(wǎng)信息浪潮這一契機(jī)，把智慧礦山的建設(shè)作為其產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向，如中煤集團(tuán)、晉能控股集團(tuán)、華陽(yáng)集團(tuán)、陜煤集團(tuán)等紛紛加入到智慧礦山的建設(shè)行列中來(lái)。當(dāng)前在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大背景下，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)對(duì)煤炭行業(yè)的生產(chǎn)、安全監(jiān)測(cè)等方方面面進(jìn)行改造升級(jí)，已成為行業(yè)的普遍共識(shí)[3]。而礦山作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要的應(yīng)用場(chǎng)景，國(guó)內(nèi)許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始“抱團(tuán)”研究礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，希望通過(guò)協(xié)同合作來(lái)促進(jìn)礦山智能化的發(fā)展，建立了如“中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)智能礦山工作委員會(huì)”、“煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新中心”、“中國(guó)智慧礦山協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟”等單位[4]。截至2021年底，我國(guó)已建成687個(gè)智能化采掘工作面，其中，智能化采煤工作面431個(gè)，智能化掘進(jìn)工作面256個(gè)，煤礦生產(chǎn)智能化程度不斷提高，這些都為物聯(lián)網(wǎng)智慧礦山的建設(shè)開(kāi)了一個(gè)好頭。

1 礦山信息化發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

煤礦信息化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化、礦山綜合自動(dòng)化以及現(xiàn)在的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下的智慧礦山建設(shè)階段(如圖1所示)。其中，單機(jī)自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)過(guò)程中一個(gè)子流程的自動(dòng)化，礦山綜合自動(dòng)化可實(shí)現(xiàn)各監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)集成，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一的數(shù)據(jù)、音視頻傳輸，并使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了全礦井的整體信息化。這些都為智慧礦井的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。智慧礦山的建設(shè)代表煤礦工業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展方向，是破解煤炭行業(yè)發(fā)展難題的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)革命的必由之路，這些已經(jīng)成為采礦業(yè)界的廣泛共識(shí)。利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的感知系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的人員、設(shè)備和地質(zhì)環(huán)境的有效監(jiān)控，對(duì)可能發(fā)生的事故起到超前預(yù)防的效果。從而使煤礦監(jiān)控體系由過(guò)去的“間斷性檢查”轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑B續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控”，使得監(jiān)控效果更加及時(shí)有效，分析過(guò)程更加智能化，應(yīng)急救援也由“事后反應(yīng)”向“自動(dòng)響應(yīng)”的方向轉(zhuǎn)變，進(jìn)而使煤礦更好地滿足安全高效生產(chǎn)的要求。

圖1 礦山信息化發(fā)展示意

2 智慧礦山建設(shè)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

煤礦生產(chǎn)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，其中包括采掘系統(tǒng)(含采煤系統(tǒng)與掘進(jìn)系統(tǒng))、運(yùn)輸系統(tǒng)(含膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)與絞車運(yùn)輸系統(tǒng))、人員定位及管理系統(tǒng)(含人員定位系統(tǒng)、設(shè)備定位系統(tǒng)、考勤管理系統(tǒng))、各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(含瓦斯、水文、礦壓、供電等監(jiān)測(cè)系統(tǒng))等(如圖2所示)。

圖2 煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)組成示意

同時(shí)煤礦生產(chǎn)面臨著復(fù)雜的地質(zhì)條件、礦山壓力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤塵等，這些條件以及井下各種設(shè)備與煤、巖一起構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[5]。在多種復(fù)雜的因素影響下，井下信息數(shù)據(jù)的傳輸及處理存在很大的困難，煤礦生產(chǎn)的許多數(shù)據(jù)不能被準(zhǔn)確采集，及時(shí)傳輸，完善處理，極大地制約了煤礦安全、高效、清潔、綠色生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此就監(jiān)控監(jiān)測(cè)方面而言，現(xiàn)階段的礦山還不是一個(gè)清晰透明的礦山。

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，礦山建設(shè)逐步向智能化的方向邁進(jìn)，智慧礦山的建設(shè)已經(jīng)成為煤礦行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。然而智慧礦山的建設(shè)面臨著以下的幾種問(wèn)題。

2.1 傳統(tǒng)且單一的感知手段

目前，煤礦使用的專用傳感器在自身性能和對(duì)礦井環(huán)境的適應(yīng)性方面均有待提高，當(dāng)前礦用傳感器主要存在精度不足、可靠性較差、價(jià)格昂貴、能耗大等問(wèn)題，缺少性能強(qiáng)大且能夠適用于礦井復(fù)雜環(huán)境的智能傳感器。雖然目前光纖光柵傳感器已經(jīng)開(kāi)始推廣，但總體來(lái)看適用于煤礦井下復(fù)雜條件的新型傳感器仍然比較缺乏。由于缺乏有效的感知設(shè)備，無(wú)法收集到實(shí)時(shí)完整的數(shù)據(jù)，使得智慧礦山的建設(shè)無(wú)從談起。因此研發(fā)一些具有感知準(zhǔn)確，體積小，便于機(jī)載等特點(diǎn)的礦用傳感設(shè)備，對(duì)于礦山智慧化建設(shè)具有重要的意義。

2.2 缺乏無(wú)處不在的感知網(wǎng)絡(luò)

目前，地下工程作業(yè)環(huán)境仍未能形成一個(gè)統(tǒng)一的、無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)對(duì)井下人員設(shè)備的定位存在很大的盲區(qū)，無(wú)法做到對(duì)井下作業(yè)區(qū)域的全覆蓋，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下安全信息的完全感知。為使煤礦的監(jiān)測(cè)水平擺脫“機(jī)載監(jiān)測(cè)、離線分析”的階段，需要研究多種技術(shù)，最終形成一套覆蓋范圍廣、信號(hào)強(qiáng)、適用于井下特殊環(huán)境的無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)。

2.3 缺乏應(yīng)用層面的信息融合

礦山綜合自動(dòng)化階段雖然實(shí)現(xiàn)了各個(gè)子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，但是各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息互操作，軟硬件之間缺乏共同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的信息融合。在礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，需要大力發(fā)展接口技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，以此來(lái)打破信息交互存在的阻隔，大大提高信息融合處理效率。

2.4 智能化設(shè)備缺乏故障時(shí)自判斷與自處理能力

實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采的數(shù)字化、連續(xù)、自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行是智慧礦山建設(shè)的必然要求，而目前井下智能設(shè)備故障率較高，且缺乏故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行自判斷和自動(dòng)化處理的能力，嚴(yán)重制約了煤礦智能化的發(fā)展。從當(dāng)前發(fā)展水平來(lái)看，設(shè)備發(fā)生故障后仍需進(jìn)行離線分析來(lái)處理，如果生產(chǎn)中某一重要裝備發(fā)生故障，就會(huì)嚴(yán)重影響井下作業(yè)的進(jìn)度。

2.5 跨學(xué)科交叉研究不足

礦山可以作為采礦、地質(zhì)、安全和自動(dòng)化等多個(gè)學(xué)科的研究對(duì)象。從目前的研究情況來(lái)看，各學(xué)科的人才均是從本學(xué)科的角度出發(fā)來(lái)研究礦山，不能實(shí)現(xiàn)有效的學(xué)科融合，比如在研究煤礦重大災(zāi)害機(jī)理研究，礦用設(shè)備故障分析及處理等煤礦生產(chǎn)中重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題時(shí)，采礦、水文地質(zhì)、機(jī)械、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、智能信息處理技術(shù)等多學(xué)科研究融合不夠，無(wú)法有機(jī)地結(jié)合多學(xué)科層面的知識(shí)，去形成一套行之有效的解決方案。

2.6 缺乏多學(xué)科、多專業(yè)的協(xié)同工作平臺(tái)

目前智慧礦山建設(shè)中所用的軟硬件技術(shù)，都是各自獨(dú)立地在礦山物聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用，缺少將信息獲取、信息分析和信息應(yīng)用有機(jī)結(jié)合的一個(gè)平臺(tái);要完成物聯(lián)網(wǎng)智慧礦山的建設(shè)，同時(shí)滿足多學(xué)科、多專業(yè)協(xié)同工作的要求，就必須建設(shè)一個(gè)具有公共標(biāo)準(zhǔn)的智慧煤礦數(shù)據(jù)統(tǒng)一共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，使得多學(xué)科專家能夠在一個(gè)共同的平臺(tái)下進(jìn)行協(xié)同工作。而煤礦行業(yè)在礦山綜合自動(dòng)化階段還沒(méi)有形成一個(gè)共同標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。

2.7 缺乏礦山信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

煤礦信息化發(fā)展到現(xiàn)有的階段依然缺乏標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，煤礦的各種礦山網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很難由服務(wù)商進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化供應(yīng)，另外缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和通信接口，也制約了煤礦智能化系統(tǒng)的信息安全性、系統(tǒng)靈活性以及可擴(kuò)展性的提升。上述情況的存在大大制約了智慧礦山的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

3 智慧礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1 礦用低功耗微型智能傳感器相關(guān)技術(shù)

信息的準(zhǔn)確獲取對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有著非常重要的意義，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用涵蓋來(lái)自于各種渠道的，多種多樣的信息數(shù)據(jù)。其中，礦山物聯(lián)網(wǎng)中所需的信息主要為煤礦生產(chǎn)過(guò)程中人員設(shè)備的定位信息，礦壓、瓦斯含量等相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)信息，以及災(zāi)害來(lái)臨前預(yù)警等信息，總結(jié)概括為煤礦生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)(含各種井下物理量、音視頻數(shù)據(jù)等)[6-7]。要獲取準(zhǔn)確豐富的數(shù)據(jù)，首先需要傳感設(shè)備具有穩(wěn)定的連接性，如果連接性差的話會(huì)出現(xiàn)諸如部署儀器后失去訪問(wèn)權(quán)限、無(wú)法定期獲取讀數(shù)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)的安全性以及生產(chǎn)效率。由于煤礦生產(chǎn)屬于井下流動(dòng)作業(yè)，因此礦用感知設(shè)備需要滿足連接性好、可移動(dòng)、集成程度高、感知信號(hào)強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、功耗低等特點(diǎn)[8]。為此，需重點(diǎn)研究以下方面。

1) 通過(guò)對(duì)傳感器原理、感知方式、煤礦各種重大災(zāi)害機(jī)理進(jìn)行多方面研究，將傳感器數(shù)字化并賦予其可靠、負(fù)擔(dān)得起的通信能力，解決好傳感設(shè)備的連接性、穩(wěn)定性問(wèn)題，進(jìn)而解決煤礦特殊環(huán)境條件下的信息感知采集的問(wèn)題。

2) 通過(guò)研究滿足可移動(dòng)需求的新型傳感設(shè)備、無(wú)線通信信號(hào)分析方法等，來(lái)解決礦井災(zāi)害發(fā)生前的及時(shí)預(yù)警問(wèn)題和礦井災(zāi)害發(fā)生區(qū)域準(zhǔn)確定位問(wèn)題[9]。

3) 礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要考慮設(shè)備消耗能量的問(wèn)題，低功耗組件是礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的要求之一。目前，主要采用低功耗通信協(xié)議包括藍(lán)牙低能耗技術(shù)、超帶寬、ISO18000-7 DASH7、IEEE802.15.4、射頻識(shí)別技術(shù)等來(lái)解決通信裝置耗能較大的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)傳感器相關(guān)技術(shù)的研究，再結(jié)合雷達(dá)、天線等非接觸手段，可以更加完整準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)健康評(píng)估模型、生產(chǎn)系統(tǒng)壽命預(yù)測(cè)、以及結(jié)合生產(chǎn)調(diào)度條件下維修預(yù)知決策模型的研究，可以增強(qiáng)傳感設(shè)備故障時(shí)的自判斷和自處理的能力，從而有效解決相關(guān)設(shè)備故障率高的問(wèn)題，提高設(shè)備的可靠性。

3.2 霧計(jì)算與云計(jì)算技術(shù)

霧計(jì)算是一種由許多較為分散的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)完成的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算。霧計(jì)算具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、低延時(shí)、移動(dòng)性好的特點(diǎn)。以粉塵濃度超限為例，我們收到粉塵濃度超限的信號(hào)，卻無(wú)法判斷粉塵超限的原因、發(fā)生區(qū)域超限消息是否為誤判。利用霧計(jì)算，可以將相鄰的幾個(gè)粉塵濃度傳感器和一些其他相關(guān)傳感器搜集來(lái)的信息進(jìn)行整合，從而判斷粉塵濃度超限信息的準(zhǔn)確性、發(fā)生區(qū)域、以及是否啟動(dòng)除塵裝置等問(wèn)題。

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，像這樣的底層節(jié)點(diǎn)計(jì)算將會(huì)有廣泛的應(yīng)用。霧計(jì)算強(qiáng)調(diào)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)之間的局部實(shí)時(shí)交互，強(qiáng)調(diào)節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)分析和反饋的計(jì)算功能。與云計(jì)算相比，霧計(jì)算所采用的架構(gòu)是分布式的，更注重網(wǎng)絡(luò)邊緣底層節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理和交互能力。霧計(jì)算通過(guò)將大量的應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)處理等集中在靠近應(yīng)用端的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)，可以更好地提高其對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中不同應(yīng)用和服務(wù)類型的適應(yīng)性。如圖3所示，明確給出了霧計(jì)算和云計(jì)算的區(qū)域劃分?；旧希植荚诘讓釉O(shè)備上的數(shù)據(jù)處理屬于霧計(jì)算范疇，向上屬于云計(jì)算范疇。

圖3 云計(jì)算與霧計(jì)算架構(gòu)示意

礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要大量云計(jì)算的應(yīng)用已成為業(yè)界的共識(shí)[10]。以下是礦山云計(jì)算應(yīng)用的兩個(gè)特點(diǎn):

1) 礦山云計(jì)算與霧計(jì)算密不可分。霧計(jì)算平臺(tái)增強(qiáng)了各個(gè)底層節(jié)點(diǎn)獨(dú)立分析處理數(shù)據(jù)的能力，更好地滿足了煤礦作業(yè)實(shí)時(shí)性的需求，同時(shí)完成了底層的數(shù)據(jù)搜集與信息融合，為礦山云計(jì)算的實(shí)施奠定了必要的基礎(chǔ)。與一般的云計(jì)算平臺(tái)不同，礦山云計(jì)算不需要功能十分強(qiáng)大的服務(wù)器，許多礦山云應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)只需一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)就能滿足要求[9]。一般來(lái)說(shuō)，普通云更加強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中心集中計(jì)算能力，而礦山云則更加強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)邊緣底層節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力[11]。通過(guò)礦山云計(jì)算和霧計(jì)算的應(yīng)用，煤礦生產(chǎn)環(huán)境中布置大量的底層節(jié)點(diǎn)結(jié)合無(wú)線通信技術(shù)可以有效地克服井下感知盲區(qū)的問(wèn)題。

2) 礦山云計(jì)算的應(yīng)用將涉及到多個(gè)學(xué)科如采礦、機(jī)電、安全、地質(zhì)等，需要各個(gè)領(lǐng)域的專家人才提供專業(yè)化的服務(wù)?，F(xiàn)如今實(shí)現(xiàn)礦山云計(jì)算的關(guān)鍵在于將各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜姨岢龅哪Ｐ?、方案、技術(shù)等成果，有機(jī)地整合到礦山云平臺(tái)上，這樣可以有效進(jìn)行學(xué)科交叉研究，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大大提高信息融合處理的效率。

3.3 礦山應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

煤礦生產(chǎn)作業(yè)處于一種流動(dòng)的工作環(huán)境，煤礦生產(chǎn)作業(yè)中“三機(jī)”等生產(chǎn)工作設(shè)備與巷道、工作面等井下環(huán)境，共同構(gòu)成一種特殊條件下的通信環(huán)境。在這種通信環(huán)境中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)需要具備長(zhǎng)距離、多跳、寬帶較寬、覆蓋范圍廣、功耗較低、災(zāi)后易重構(gòu)等特點(diǎn)[12-13]。然而現(xiàn)有的組網(wǎng)技術(shù)要想實(shí)現(xiàn)這種特定環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸仍需很大的改進(jìn)，因此需要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究。

1) 研究在巷道這種特殊環(huán)境中無(wú)線通信技術(shù)的傳輸理論，分析適合礦井無(wú)線傳輸?shù)男盘?hào)頻率、調(diào)制解調(diào)方式、帶寬等參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化。

2) 研究改進(jìn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、超帶寬等技術(shù)在礦井的應(yīng)用。以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為例，首先應(yīng)該研究其測(cè)量節(jié)點(diǎn)在礦井中的分布(解決無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)全覆蓋問(wèn)題)，然后研究網(wǎng)關(guān)選擇的問(wèn)題，以及為所選網(wǎng)關(guān)適配合適的控制器，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、加工、分析和顯示。

3) 研究寬帶無(wú)線接入技術(shù)和大規(guī)模異構(gòu)協(xié)同組網(wǎng)技術(shù)。

4) 研究局部地區(qū)發(fā)生災(zāi)害后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問(wèn)題，這包括無(wú)線節(jié)點(diǎn)的抗毀能力、不同介質(zhì)下自適應(yīng)組網(wǎng)協(xié)議、傳輸速率自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)、不同速率組網(wǎng)技術(shù)等等。同時(shí)，研究災(zāi)害發(fā)生時(shí)，不易被破壞區(qū)域的位置，并在這些位置進(jìn)行設(shè)備安裝，便于災(zāi)害后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

3.4 人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的礦山應(yīng)用

隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展及其在采礦系統(tǒng)中的應(yīng)用，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)就可以處理更大規(guī)模如涉及TB級(jí)的數(shù)據(jù)，有益于煤礦生產(chǎn)。例如，對(duì)于圍巖應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，基于人工智能技術(shù)研發(fā)的礦用機(jī)器人可以進(jìn)入巷道搜集巷道變形前、后的應(yīng)力應(yīng)變相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析，這樣就可以更加準(zhǔn)確地了解圍巖的受力情況和變形特征，進(jìn)而進(jìn)一步推測(cè)所監(jiān)測(cè)圍巖可能發(fā)生的破壞方式。類似的，在分析圍巖的破碎程度時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析后，就可以準(zhǔn)確、明了地將有效的數(shù)據(jù)傳遞給鉆爆建模/計(jì)劃周期，可以最大程度地減少超挖或控制采場(chǎng)和掘進(jìn)方向的爆破碎片。

結(jié)合大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的礦山開(kāi)采進(jìn)行改造升級(jí)，是煤礦行業(yè)發(fā)展的一大契機(jī)。在傳統(tǒng)的采礦過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)儀器搜集到的大量數(shù)據(jù)并未得到充分的利用[14]。通過(guò)運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)并在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下建立傳感網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山海量數(shù)據(jù)的有效利用，隨著井下巡檢、搜救機(jī)器人的運(yùn)用，結(jié)合邊緣計(jì)算實(shí)時(shí)警報(bào)系統(tǒng)的建立，井下作業(yè)也會(huì)變得越來(lái)越安全。隨著這些技術(shù)的進(jìn)步，智慧礦山建設(shè)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于建設(shè)時(shí)所投入的成本。

人工智能可以將物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)提升到一個(gè)新的水平，從而確保礦山可以利用大規(guī)模數(shù)據(jù)集中實(shí)現(xiàn)真正的價(jià)值。而遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)中心的進(jìn)步，也在推進(jìn)著礦山信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化的建設(shè)，將人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)運(yùn)用到遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)中心，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)井下作業(yè)情況的把控，以及更好地完成煤礦生產(chǎn)重大事件的決策。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)整個(gè)采礦系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有助于逐步解決煤礦生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)業(yè)務(wù)長(zhǎng)期、可持續(xù)的改進(jìn)。

4 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下智慧礦山建設(shè)展望

隨著智慧礦山的發(fā)展，一方面在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大背景下煤礦生產(chǎn)設(shè)備逐步趨于智能化，顯著提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率;另一方面，智能感知礦山信息能夠更好地滿足井下動(dòng)態(tài)作業(yè)人員設(shè)備實(shí)時(shí)定位的需求，準(zhǔn)確獲取位置信息，使得井下人員的生命安全得到更好的保證，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而有效解決了煤礦生產(chǎn)的安全問(wèn)題。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了許多現(xiàn)代信息技術(shù)，而智慧礦山的建設(shè)就是在這種大背景下，運(yùn)用多種智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面的智能化，更好地實(shí)現(xiàn)煤礦“減人提效”的需求，促使煤礦向安全、高效、綠色、智能方向邁進(jìn)。礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，雖然智能化建設(shè)目前已經(jīng)取得了一定的成效，然而建設(shè)過(guò)程中存在許多尚待解決的問(wèn)題，智慧礦山建設(shè)所需的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)仍需進(jìn)一步研究發(fā)展，隨著各項(xiàng)技術(shù)的逐步升級(jí)發(fā)展，我國(guó)終將完成礦山信息技術(shù)的變革，屆時(shí)煤礦行業(yè)將實(shí)現(xiàn)完全的智能化，礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將為我國(guó)煤礦行業(yè)乃至整個(gè)能源行業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。