智慧矿山发展与展望

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智慧矿山是基于物联网、云计算、大数据、人工智能等技术,集成各类传感器、自动控制器、传输网络、组件式软件等,形成一套智慧体系,能够主动感知、自动分析,依据深度学习的知识库,形成最优决策模型并对各环节实施自动调控,实现设计、生产、运营管理等环节安全、高效、经济、绿色的矿山。

智慧矿山发展历程

虽然智慧矿山是一个新兴概念,但是其发展却是建立在矿山自动化、信息化、数字化所取得成果的基础上,所以讨论智慧矿山,必须与自动化矿山、信息化矿山、数字化矿山等概念结合起来进行。中国智慧矿山的发展历程大致可分为以下3个阶段。

▲智慧矿山场景描述

第一阶段:单机自动化阶段。时间大约为20世纪90年代,该阶段的典型特征:分类传感技术和二维GIS平台得到应用、单机传输通道得以形成,实现了可编程控制、远程集控运行、报警与闭锁。

第二阶段:综合自动化阶段。时间大约为21世纪初期,该阶段的典型特征:综合集成平台与3DGIS数字平台得到应用、高速网络通道形成,实现了初级数据处理、初级系统联动、信息综合发布。

第三阶段:局部智慧体阶段。是当前中国矿山所处的阶段,该阶段的典型特征:建筑信息模型、大数据、云计算技术得到应用,实现了局部闭环运行、多个系统联动及专业决策。

智慧矿山发展水平

中国矿山信息化建设经过近30年的发展,许多技术、装备都取得了长足的进展。当前中国智慧矿山的发展水平主要表现在以下3个方面。

主流技术方面

在决策分析方面,具备煤矿行业特有算法的定制化软件已有应用;在管控方面,工控组态软件、各种矿用定制软件、矿井制造企业生产过程执行管理系统已得到广泛使用;在展示方面,三维建模、动态实时展示等技术已逐步成为主流。

装备发展方面

在集成平台方面,已形成具备集成展示与存储的平台;在传输网络方面,万兆工业以太环网已在煤矿得到应用,千兆网络更是得到广泛采用;在传感装备方面,除了能满足常规的各类标准要求外,故障诊断等高端功能已开始得到应用。

应用情况方面

目前的应用主要偏重监测与控制,在矿井管理方面,已初步具备管控一体化能力;在决策方面,智能决策、大数据分析刚刚起步。

存在问题

中国矿山信息化建设虽然取得了举世瞩目的成绩,但仍存在不少问题。主要表现在严重缺乏相关标准、缺乏多学科交叉应用、重硬件轻软件、“信息孤岛现象严重”。

智慧矿山建设规划

成立智慧矿山产业联盟

以行业协会、高校、研究机构、设计院、装备厂商、应用矿山等为主体成立智慧矿山产业联盟,通过统一规划,使联盟成员各自从事其擅长的专业领域,避免当前各自为政,致使系统重复建设严重、兼容性差的问题。

制定相关技术规范和标准

建设未动,标准先行。在智慧矿山建设工作广 泛开展之前,必须先制定所需的技术规范和标准。对一些顶层设计、关键的技术规范和标准要优先制定,主要包括智慧矿山指标体系及评价标准、智慧矿山架构及数据交互规范、智慧矿山智能决策平台及架构设计规范、智慧矿山矿井一体化通信技术要求、数字化矿井工程设计数据交互标准、智慧矿山元数据标准、数据仓库技术要求、数据融合规范、数据库技术要求、数据挖掘技术要求、云计算技术要求、大数据技术要求。

研发智能化装备

研发智能化装备是实现智慧矿山的必然选择,也是实现国家“机械化换人、自动化减人”科技行动目标唯一可行的方法。对于煤炭的智慧化开采,需要对成套采煤智能装备进行更加深入的研究,涉及的研究课题有煤岩界面识别技术、成套装备协同控制的有效性、系统设备软硬件的可靠性、惯性导航控制技术、工作面视频监控技术、煤矿精细地质构造高分辨三维地震勘探技术、地理信息及煤层跟踪技术。对于煤矿的安全保障,有必要研究智能化矿井物探装备、基于水化学原理的水文环境监测传感器、煤矿火灾产生的典型灾害气体和温度遥测传感器。此外,还需要根据实际应用环境,对部分传感器增加视、听、振动、雷达等功能。

开发智慧决策应用

智慧矿山要想稳定地实现自动运行,最重要的是要具有各种高度可靠的智慧决策应用。开发这些智慧决策应用需要开展以下重要工作。

End

来源:吕鹏飞,何敏,陈晓晶,等.智慧矿山发展与展望[J].工矿自动化,2018,44(9):84-88.

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