王榮鈞，魏建雄

（國(guó)家能源準(zhǔn)能集團(tuán)公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

我國(guó)露天煤礦具有產(chǎn)能大、勞動(dòng)密集等特點(diǎn)，隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，降本增效方面要求提高，跨行業(yè)引入通訊技術(shù)促使露天煤礦企業(yè)生產(chǎn)向無(wú)人化轉(zhuǎn)變，優(yōu)化設(shè)備利用率。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)露天煤礦已向智慧化發(fā)展轉(zhuǎn)型建設(shè)。礦山數(shù)字化是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)礦山相關(guān)表觀的現(xiàn)象統(tǒng)一到軟件中，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦山信息采集存儲(chǔ)。隨著互聯(lián)網(wǎng)＋技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)政府提出實(shí)施中國(guó)制造2025，國(guó)土部發(fā)布的《礦產(chǎn)資源規(guī)劃》，明確提出推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，加快建設(shè)智能化礦山發(fā)展的方向和要求。露天煤礦智慧化成為未來(lái)發(fā)展核心，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全管理的智能運(yùn)行，使露天煤礦實(shí)現(xiàn)采掘、裝車、運(yùn)輸，以及維修業(yè)務(wù)等方面協(xié)同發(fā)展的新型模式，邁向安全生產(chǎn)、精細(xì)化管理、綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1 露天煤礦智慧礦山建設(shè)

1.1 露天煤礦智慧礦山建設(shè)內(nèi)涵

智慧礦山是對(duì)生產(chǎn)要素、工藝流程、后勤保障資源等進(jìn)行IT 平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)感知，實(shí)現(xiàn)信息共享傳遞自動(dòng)分析處理的運(yùn)作模式。以生產(chǎn)工藝流程為線索，將爆破、開采、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，以及人員健康等問(wèn)題串接，在信息管理平臺(tái)進(jìn)行一體化管理。智慧礦山建設(shè)項(xiàng)目是系統(tǒng)化工程，涉及到網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)信息學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)等，這些對(duì)企業(yè)的人才儲(chǔ)備與對(duì)技術(shù)整合能力將是一種新的考驗(yàn)。

智慧礦山早期建設(shè)，應(yīng)將工作重點(diǎn)放在整體框架搭設(shè)，如控制系統(tǒng)接口協(xié)議框架等方面。企業(yè)要預(yù)判未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)，避免后期建設(shè)中因框架老化造成資金資源浪費(fèi)。露天煤礦智慧化建設(shè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)建立綜合智能管控平臺(tái)，對(duì)生產(chǎn)和安全管理等方面進(jìn)行智能感知，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)控，將設(shè)備、環(huán)境等因素感知，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、傳輸，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等顛覆性技術(shù)進(jìn)行融合、預(yù)知、研判，最終提高生產(chǎn)效率和效益。

1.2 智慧露天煤礦框架

1）框架基礎(chǔ)。礦山工業(yè)經(jīng)歷自動(dòng)化發(fā)展后進(jìn)入智慧化時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)＋等新技術(shù)進(jìn)入傳統(tǒng)采礦行業(yè)，智慧化生產(chǎn)方式成為促進(jìn)煤炭工業(yè)發(fā)展的主要手段。智慧露天礦山關(guān)鍵是采用新技術(shù)解決礦產(chǎn)開采安全效率問(wèn)題，露天智慧礦山建設(shè)框架是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上綜合軟件構(gòu)架呈現(xiàn)，整體框架包括融合通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層，軟件應(yīng)用層等，設(shè)備感知層形成統(tǒng)一結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，融合通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層實(shí)時(shí)進(jìn)行通信傳輸，互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層為信息化建設(shè)提供平臺(tái)服務(wù)，軟件應(yīng)用層匯集安全及基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)方面信息化管理需求[1]。

2）框架體系。智慧露天煤礦建設(shè)包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心，智慧生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與安全經(jīng)營(yíng)管理等方面，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)流程智能化決策管理，技術(shù)框架體系包括IOT 層、PaaS 層、SaaS 層，基于超寬帶傳輸多信息混合的精確定位技術(shù)發(fā)揮著重要作用。IaaS 層將各部門機(jī)房等硬件資源變?yōu)榻y(tǒng)一規(guī)劃數(shù)據(jù)中心，用戶彈性調(diào)動(dòng)資源提高IT 資源利用率；PaaS 提供應(yīng)用程序部署；SaaS 在體系最上層，形成工業(yè)自動(dòng)化等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)信息處理等智能化功能。

3）框架系統(tǒng)銜接統(tǒng)一。露天礦現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多樣，智慧露天煤礦建設(shè)首先要確立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，進(jìn)行智慧礦山框架搭建中，對(duì)礦山設(shè)備收集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式，對(duì)設(shè)備控制模塊結(jié)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)劃。整體框架建設(shè)通過(guò)對(duì)露天煤礦子系統(tǒng)相協(xié)同工作，從被動(dòng)式查詢向主動(dòng)式智能提醒綜合集成，形成企業(yè)安全管理綜合智慧管控平臺(tái)。

1.3 露天煤礦網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與智慧礦山建設(shè)

1）露天煤礦網(wǎng)絡(luò)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化管理，以礦山內(nèi)三維坐標(biāo)信息形成信息框架，實(shí)現(xiàn)礦山自動(dòng)化控制。企業(yè)安全生產(chǎn)信息化拓展到涵蓋安全調(diào)度等業(yè)務(wù)的生產(chǎn)執(zhí)行平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)一體化管理[2]。

2）露天煤礦網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中各信息化系統(tǒng)接口兼容性不夠完善，數(shù)字礦山系統(tǒng)方面還存在一些不足。中煤工業(yè)協(xié)會(huì)組織開展煤炭行業(yè)融合發(fā)展水平評(píng)估工作，指出我國(guó)礦山數(shù)字信息化建設(shè)存在與采礦生產(chǎn)未得到深度結(jié)合等問(wèn)題。礦山生產(chǎn)完全依賴信息化手段進(jìn)行地質(zhì)保障，礦山企業(yè)生產(chǎn)中煤礦開采分選等物流過(guò)程不連續(xù)[3]。

3）智慧礦山的發(fā)展分析。智慧礦山可從縱橫2 個(gè)方面分析；縱向需要升級(jí)傳統(tǒng)MES 等架構(gòu)為智慧礦山云平臺(tái)技術(shù)框架，目前網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展突出問(wèn)題是，礦山內(nèi)各部門各自為營(yíng)，購(gòu)買各需的硬件設(shè)備，最終形成系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享不充分，而開展智慧礦山云平臺(tái)所提供的硬件資源池，上層業(yè)務(wù)應(yīng)用毋需單獨(dú)采購(gòu)硬件和開發(fā)應(yīng)用，即便是多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)也易于在云平臺(tái)完成系統(tǒng)集成；橫向是應(yīng)用智能，從工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)接入感知，從傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际綌?shù)據(jù)庫(kù)，智慧礦山可存儲(chǔ)開采精確豐富歷史信息[4]。

2 露天煤礦智慧建設(shè)發(fā)展

1998 年美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栄葜v中首先提出數(shù)字地球，吳立新教授在國(guó)家數(shù)字地球大會(huì)上提出數(shù)字礦山概念。對(duì)真實(shí)礦山整體與相關(guān)現(xiàn)象的數(shù)字化再現(xiàn)，是數(shù)字礦區(qū)的重要組成部分。隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)礦山企業(yè)開始由數(shù)字礦山向智慧礦山邁進(jìn)。信息化與工業(yè)化的融合在更廣泛領(lǐng)域、更多的智能方面實(shí)現(xiàn)彼此交融，我國(guó)現(xiàn)代化露天礦在數(shù)字信息化方面已形成突飛猛進(jìn)的發(fā)展勢(shì)頭，發(fā)展了生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)等針對(duì)性軟件，信息化系統(tǒng)的應(yīng)用促進(jìn)礦山生產(chǎn)管理水平進(jìn)一步提高，但礦山智能信息化的實(shí)施未形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成了智慧礦山建設(shè)規(guī)劃不足。

2.1 智慧露天煤礦發(fā)展現(xiàn)狀

礦山企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展經(jīng)歷了信息電子化、礦山數(shù)字化與虛擬化發(fā)展階段。信息電子化階段礦業(yè)企業(yè)大多依靠單一電子部件進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集，將礦山企業(yè)信息化建設(shè)轉(zhuǎn)化到電子化發(fā)展階段；礦山企業(yè)要將管理運(yùn)營(yíng)等電子信息進(jìn)行入庫(kù)統(tǒng)計(jì)，用數(shù)據(jù)庫(kù)形式呈現(xiàn)出礦山生產(chǎn)情況；礦山虛擬化建設(shè)是將有關(guān)事物聯(lián)系形成虛擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以完成分析功能；虛擬智慧礦山建設(shè)，在基礎(chǔ)上通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合信息，形成監(jiān)控方面一體化系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)對(duì)礦業(yè)企業(yè)智能建設(shè)要求不斷提高。

目前我國(guó)露天煤礦智慧礦山建設(shè)存在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不能有效規(guī)范統(tǒng)一，多學(xué)科交叉應(yīng)用較少，礦山信息化建設(shè)信息孤島化現(xiàn)象嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一開放性信息平臺(tái)，重視硬件建設(shè)忽視軟件開發(fā)等問(wèn)題。我國(guó)智慧礦山建設(shè)缺乏科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，許多信息系統(tǒng)市場(chǎng)存在無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)。礦山企業(yè)進(jìn)行智慧礦山建設(shè)投入資金巨量，但偏重于硬件，軟件產(chǎn)品研發(fā)滯后，IT 技術(shù)力量不足，操作、維護(hù)和培訓(xùn)工作遲緩。解決面臨的這些問(wèn)題需要多學(xué)科知識(shí)，技術(shù)人員的作用更為凸顯。我國(guó)礦山信息化建設(shè)中子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，但子系統(tǒng)獲取信息存在數(shù)據(jù)共享障礙，礦山智慧建設(shè)大數(shù)據(jù)信息技術(shù)有待深入發(fā)掘。

2.2 露天智慧煤礦建設(shè)存在的問(wèn)題

當(dāng)前我國(guó)露天智慧煤礦建設(shè)問(wèn)題主要包括信息孤島鴻溝，數(shù)據(jù)分析挖掘缺失，核心系統(tǒng)建設(shè)不完善，礦區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小、速率低等。露天煤礦為生產(chǎn)型企業(yè)，礦山企業(yè)智慧建設(shè)要圍繞生產(chǎn)核心，當(dāng)前國(guó)內(nèi)大多數(shù)露天煤礦存在設(shè)備常用配件庫(kù)存不可控，采礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)互動(dòng)性差，產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)不規(guī)范，零配件庫(kù)存缺乏一體化管理技術(shù)手段，自動(dòng)化系統(tǒng)資源共享不充分，當(dāng)班生產(chǎn)環(huán)節(jié)異常反饋不及時(shí)，班生產(chǎn)任務(wù)完成可控性不足，設(shè)備能動(dòng)效率發(fā)揮不充分等問(wèn)題。

礦山企業(yè)投建信息化過(guò)程中，由于開發(fā)商軟硬件標(biāo)準(zhǔn)不同和技術(shù)差別，造成設(shè)備接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式不一致等問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)信息共享不充分。礦山企業(yè)實(shí)施信息化后，各應(yīng)用子系統(tǒng)形成的海量數(shù)據(jù)無(wú)法充分挖掘盡用，大數(shù)據(jù)不能得到有效深入應(yīng)用，形成了底層數(shù)據(jù)與上層系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)融合。

3 露天煤礦智慧礦山建設(shè)策略

智慧礦山是我國(guó)礦山建設(shè)發(fā)展最新目標(biāo)，目前我國(guó)露天礦山信息化建設(shè)初步完成部分業(yè)務(wù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集等功能，礦產(chǎn)資源是人類生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，煤炭能源占能源產(chǎn)量的60%以上[5]。煤炭工業(yè)是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前智能化創(chuàng)新技術(shù)成為世界基礎(chǔ)工業(yè)變革核心動(dòng)力，對(duì)各國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)生深刻影響，成為增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)國(guó)際核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵[6]。采用智慧化高新技術(shù)帶來(lái)傳統(tǒng)礦業(yè)轉(zhuǎn)型，可對(duì)推動(dòng)傳統(tǒng)礦業(yè)向高效綠色可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)前進(jìn)。露天智慧煤礦建設(shè)需要從頂層設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)方面入手實(shí)現(xiàn)[3]。

3.1 露天煤礦智慧礦山建設(shè)設(shè)計(jì)

1）大數(shù)據(jù)的融合。智慧礦山建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)完成，具有相互全面聯(lián)系等特點(diǎn)。露天智慧礦山建設(shè)涉及到經(jīng)營(yíng)管理、資源調(diào)配、配件儲(chǔ)備等許多項(xiàng)目，智慧露天礦山可以通過(guò)礦山信息獲取整理優(yōu)化礦山生產(chǎn)，智慧礦山是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感器技術(shù)集成的智能礦山管理模式[7]。國(guó)內(nèi)露天礦智慧礦山建設(shè)處于探索階段，建設(shè)子系統(tǒng)后進(jìn)行系統(tǒng)資源整合，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，如何將大數(shù)據(jù)等技術(shù)融入智慧礦山建設(shè)中成為企業(yè)的重要課題。大數(shù)據(jù)領(lǐng)域公司與傳統(tǒng)礦山科技信息技術(shù)公司共同協(xié)調(diào)開發(fā)、有機(jī)融合是一種可行的技術(shù)模式。

2）大數(shù)據(jù)的管理。露天煤礦智慧礦山設(shè)計(jì)要樹立重?cái)?shù)據(jù)理念，構(gòu)建數(shù)據(jù)自我增值模式，遵循單元系統(tǒng)建設(shè)原則，數(shù)字智能化建設(shè)要求[8]。礦山企業(yè)信息化建設(shè)中要重視數(shù)據(jù)的集中采集存儲(chǔ)，重視對(duì)數(shù)據(jù)深度挖掘分析。信息化系統(tǒng)是數(shù)據(jù)展示的手段，屆時(shí)數(shù)據(jù)將是企業(yè)可持續(xù)升級(jí)的原動(dòng)力，重視數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集存儲(chǔ)才能解決礦山生產(chǎn)中深層次問(wèn)題，企業(yè)要重視生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且努力將數(shù)據(jù)價(jià)值轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)生產(chǎn)效益價(jià)值。礦山企業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)可隨時(shí)間推移發(fā)生升級(jí)更迭，數(shù)據(jù)的科學(xué)統(tǒng)一管理才能使數(shù)據(jù)資產(chǎn)得到有效集成，為創(chuàng)建一流智慧礦山夯實(shí)基礎(chǔ)。

3）大數(shù)據(jù)的價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)很多礦山信息化建設(shè)存在忽視生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理問(wèn)題，整合共享的數(shù)據(jù)價(jià)值要遠(yuǎn)大于其單一的系統(tǒng)專享價(jià)值。如設(shè)備故障發(fā)生次數(shù)、故障原因、停產(chǎn)時(shí)間、是否為重復(fù)性故障等基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，由于系統(tǒng)中統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)的缺失，降低了數(shù)據(jù)的有效價(jià)值，及至影響到最終形成正確的智慧管理反饋。需要將單一系統(tǒng)專享的數(shù)據(jù)改變?yōu)閿?shù)據(jù)中心共享，以有效形成數(shù)據(jù)價(jià)值的增值。

3.2 露天智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)

智能生產(chǎn)是基于價(jià)值鏈的戰(zhàn)略成本管理，現(xiàn)有煤炭生產(chǎn)仍是粗放經(jīng)營(yíng)階段，隨著量產(chǎn)時(shí)代適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化，應(yīng)建立生產(chǎn)智能調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)生成。露天智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備定位，數(shù)據(jù)傳輸與格式的統(tǒng)一，大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用，扁平化管理等。綜合自動(dòng)化管控平臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯_定位的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)[9]。礦山生產(chǎn)運(yùn)行中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、及時(shí)性、準(zhǔn)確性至關(guān)重要。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸中的ZigBee 定位，具有低成本、工作可靠、自組織網(wǎng)特點(diǎn)，UWB 定位具有功耗低、安全性高、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，UWB比ZigBee 信號(hào)定位更加精確。

大數(shù)據(jù)特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)體系，大數(shù)據(jù)2.0 實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)更快更可靠的統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)推動(dòng)傳統(tǒng)礦山行業(yè)智能化極具潛力。安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，在礦山安全管理領(lǐng)域已非常普遍，通過(guò)云平臺(tái)融合專家決策知識(shí)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，采用互聯(lián)網(wǎng)＋、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段收集數(shù)據(jù)，如將傳統(tǒng)PDCA 安全管理閉環(huán)系統(tǒng)錄入數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)潛在價(jià)值的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)智慧化露天煤礦建設(shè)的分析，研究了智慧露天煤礦框架體系、礦山云平臺(tái)、設(shè)備定位、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等構(gòu)建，分析了智慧礦山的現(xiàn)狀與發(fā)展，討論了智慧露天煤礦頂層設(shè)計(jì)的重要性和建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)。

露天煤礦智慧化的建設(shè)是需要不斷汲取、融合現(xiàn)代新技術(shù)的一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，其建設(shè)與軟硬件發(fā)展、智能化服務(wù)，直至判斷決策是不可分割的一個(gè)復(fù)雜性工程?？茖W(xué)規(guī)劃、前瞻性布局，避免重復(fù)建設(shè)以及軟硬件設(shè)施平穩(wěn)銜接與升級(jí)，都是對(duì)礦山?jīng)Q策管理者的一個(gè)挑戰(zhàn)。通過(guò)資源的高效優(yōu)化配置，充分利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，提供可靠的安全生產(chǎn)決策支持平臺(tái)，向綠色高效的優(yōu)質(zhì)智慧化露天煤礦建設(shè)邁進(jìn)。