智慧礦山系統(tǒng)的基本構(gòu)架與建設(shè)思路

1、智慧礦山系統(tǒng)的基本構(gòu)架與建設(shè)思路什么是智慧礦山： 智慧就是對事物能迅速、靈活、正確地理解和處理的能力。 智慧礦山就是對生產(chǎn)、職業(yè)健康與安全、技術(shù)和后勤保障等進(jìn)行主動感知、自動分析、快速處理的無人礦山。智慧礦山是本質(zhì)安全礦山、高效礦山、清潔礦山;礦山的數(shù)字化、信息化是智慧礦山建設(shè)的前提和基礎(chǔ)，智慧礦山的建設(shè)是逐步實現(xiàn)的，具有明顯的階段性。1.智慧礦山系統(tǒng)的基本構(gòu)架 智慧礦山包括了礦山的各個方面，按照通常的劃分方法，可以分為三個方面，就是智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧職業(yè)健康與安全系統(tǒng)、智慧技術(shù)與后勤保障系統(tǒng)。1.1智慧生產(chǎn)系統(tǒng) 包括智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)和智慧輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括采煤工作面的智慧化和

2、掘進(jìn)工作面的智慧化，對于煤礦來講，就是以無人值守采煤掘技術(shù)為代表的智慧綜采工作面和無人掘進(jìn)工作面。對于非煤礦山來講，可能是以智慧爆破采礦為代表或者以自動機械采礦技術(shù)為代表的無人采礦工作面和無人掘進(jìn)工作面系統(tǒng)。1.1.1智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括：1.1.1.1智慧采煤工作面方面可以分為：智慧薄煤層無人工作面系統(tǒng)、智慧中厚煤層無人工作面系統(tǒng)、智慧綜采放頂煤無人工作面系統(tǒng)、智慧充填開采工作面系統(tǒng)等。1.1.1.2非煤礦山智慧采礦工作面智慧任務(wù)爆破爆破采礦方面和智慧無人機械開采工作面。1.1.1.3智慧掘進(jìn)工作面主要有：智慧機械無人掘進(jìn)掘進(jìn)工作面，和智慧炮掘無人工作面。1.1.2智慧生產(chǎn)輔助系統(tǒng)就是以無人

3、值守為主要特征的智慧運輸系統(tǒng)（含皮帶運輸、輔助運輸）智慧提升系統(tǒng)、智慧供電系統(tǒng)、智慧排水系統(tǒng)、智慧壓風(fēng)系統(tǒng)、智慧通風(fēng)系統(tǒng)、智慧調(diào)度指揮系統(tǒng)、智慧通訊系統(tǒng)等。1.2智慧職業(yè)安全健康系統(tǒng) 近年來，我國礦山安全水平已經(jīng)獲得了巨大提高，安全管理的目標(biāo)也從“減少事故，減少死亡”，提高到“潔凈生產(chǎn)，關(guān)愛健康”的高度。 從對于職業(yè)生命的關(guān)注，上升到對職工健康、幸福關(guān)愛。礦山的職業(yè)健康與安全包含了環(huán)境、防火、防水、等多個方面，子系統(tǒng)眾多包含如下子系統(tǒng)：智慧職業(yè)健康安全環(huán)境系統(tǒng)，智慧防滅火系統(tǒng)、智慧爆破監(jiān)控系統(tǒng)、智慧潔凈生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、智慧沖擊地壓監(jiān)控系統(tǒng)、智慧人員監(jiān)控系統(tǒng)，智慧通風(fēng)系統(tǒng)、智慧水害監(jiān)控系統(tǒng)、智慧視

4、頻監(jiān)控系統(tǒng)，智慧應(yīng)急救援系統(tǒng)，智慧污水處理系統(tǒng)等等。智慧技術(shù)與后勤保障系統(tǒng)為了煤礦生產(chǎn)安全提供技術(shù)保障和支持的系統(tǒng)，我們稱為保障系統(tǒng)。保障系統(tǒng)分為技術(shù)保障系統(tǒng)、管理和后勤保障系統(tǒng)。智慧技術(shù)保障系統(tǒng)是指地、測、采、掘、機、運、通、調(diào)度、計劃、設(shè)計等的信息化、智慧化系統(tǒng)等。智慧管理和后勤保障系統(tǒng)，智慧化的礦山管理后后勤保障系統(tǒng)，是指針對礦山的智慧化ERP系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、生活管理、考勤系統(tǒng)等。智慧礦山的主要特點2.1“無人”是智慧礦山系統(tǒng)的最高形式 智慧礦山的顯著標(biāo)志就是“無人”，就是開采面無人作業(yè)、掘進(jìn)面無人作業(yè)、危險場所無人作業(yè)、大型設(shè)備無人作業(yè)，直到整座礦山無人作業(yè)。整個礦山的

5、各個方面都在智慧機器人和智慧設(shè)備下操作完成。2.2智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)的階段性2.2.1礦山技術(shù)發(fā)展的階段性 礦山技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷了四個階段，就是原始階段- 機械化化階段-數(shù)字化信息化階段-正在向智慧化階段邁進(jìn)。一、原始開采階段：人們主要通過手工和簡單的工具稿刨、锨挖進(jìn)行礦山的采掘活動，生產(chǎn)主要靠人力，效率極低。二、機械化階段：礦山在采掘、運輸、提升、以及生產(chǎn)輔助方面采用大量機械設(shè)備和爆破施工，生產(chǎn)效率得到大大提高，礦井用人數(shù)量大大減少。三、數(shù)字化信息化階段，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，給傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大機遇，“用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展”也成為國家的戰(zhàn)略，煤礦開展的

6、“兩化融合”、“三網(wǎng)合一”等工作就是這一階段的的典型代表。從字面意義上來講，數(shù)字化簡就是將“書面”信息轉(zhuǎn)變成電子信息數(shù)字信息；信息化主要是解決數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)問題。四、智慧化階段，當(dāng)前發(fā)到國家在各個領(lǐng)域都快速的向智慧時代飛進(jìn)！尤其在軍事領(lǐng)域，例如無人飛機、機器戰(zhàn)士，無人戰(zhàn)車等等。智慧就是具有人類一樣的思維能力，就是可以代替人處理復(fù)雜的工作，就是“無人”，智慧礦山能夠主動的感知、自動分析、并能夠正確快速地處理的礦山系統(tǒng)。信息化數(shù)字化與智慧化的區(qū)別標(biāo)志就是是否實現(xiàn)了“無人”。2.2.2 智慧礦山系統(tǒng)發(fā)展的階段性 智慧礦山的發(fā)展是是一個不斷進(jìn)步的過程，而且隨著科技水平的提高，智慧化的程度也將不斷提

7、升。我們認(rèn)為智慧礦山的建設(shè)可劃分為四個階段。一是單個系統(tǒng)、單項技術(shù)的智能化，實現(xiàn)一個系統(tǒng)、一個崗位的“點上的無人”。二是多個系統(tǒng)的智慧化，實現(xiàn)部分系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)”面上的無人”。三是實現(xiàn)“一個礦井的無人”。就是井下生產(chǎn)、安全、后勤系統(tǒng)的全面無人。四是實現(xiàn)“礦區(qū)系統(tǒng)的無人”。實現(xiàn)包括礦井生產(chǎn)安全、洗選、運輸?shù)鹊V區(qū)一級系統(tǒng)無人作業(yè)。在此條件下，隨著技術(shù)的進(jìn)步，各個環(huán)節(jié)的無人技術(shù)還將不斷進(jìn)步和優(yōu)化，達(dá)到更高的效率。3.我國智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)與現(xiàn)狀3.1 智慧無人開采技術(shù)的現(xiàn)狀 引進(jìn)了一些國外的無人采面工作面系統(tǒng)，代表煤礦是 2000年鐵法小青礦、2003年馬蘭、2005年大同引進(jìn)DBT刨煤機自動

8、工作面。2005年神化神東公司先后建成榆家梁煤礦哈拉溝半截深、補連塔全截深工作面。自主知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)，山西科達(dá)自動化等公司為代表的國內(nèi)廠家，積極投入無人采面工作面的研發(fā)，取得可喜成績，已經(jīng)有十多個工作面裝備。存在問題，一是我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜（例如具有特厚、厚、中厚、薄煤層等不同條件），需要針對不同地質(zhì)條件研發(fā)不同的設(shè)備，在遠(yuǎn)程控制、環(huán)境探測、數(shù)據(jù)分析等方面還有一些關(guān)鍵技術(shù)需要突破。在非煤礦山方面，主要采用爆破采礦技術(shù)。實現(xiàn)智慧化的方向應(yīng)該是智慧無人爆破系統(tǒng)和智慧機械開采兩個方向。3.2 智慧無人掘進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀當(dāng)前巖石掘進(jìn)作業(yè)生產(chǎn)線，煤巷綜掘技術(shù)代表著掘進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)有水平。在智慧化方面，缺少無人

9、掘進(jìn)機械，也缺少無人爆破掘進(jìn)工作面技術(shù)。但是，在掘進(jìn)機的信息化、噴漿機器、智能爆破技術(shù)等方面具有一批新的成果。3.3智能輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的的現(xiàn)狀 輔助系統(tǒng)的智慧化工作，近年來發(fā)展迅速，無人排水系統(tǒng)、無人供電系統(tǒng)、無人皮帶集中控制系統(tǒng)、無人壓風(fēng)系統(tǒng)、無人提升系統(tǒng)、主風(fēng)機無人系統(tǒng)等在一些煤礦安裝使用。山東能源集團(tuán)等在礦井調(diào)度指揮、通訊方面進(jìn)行了智能化建設(shè)，實施了“e”礦山工程、礦井“一卡通、物聯(lián)網(wǎng)”工程，在通訊技術(shù)方面，裝備了井下無線通訊、有線通訊、廣播通訊以及井下千兆光纖環(huán)網(wǎng)通訊系統(tǒng)。山西、河南、安徽等省，以及神化、中煤等大型國有煤礦也推出了一些智能輔助系統(tǒng)。3.4智能職業(yè)健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

10、一、智能激光感知技術(shù)，由激光驅(qū)動的傳感技術(shù)，實現(xiàn)了現(xiàn)場無電無人工作，無電傳輸，免維護(hù)。是傳感技術(shù)的革命性進(jìn)步。二、智能二氧化碳防滅火系統(tǒng)，在易操作性，防滅火效果等方面大大超過了氮氣防滅火技術(shù)。三、智能爆破技術(shù)，依照本質(zhì)安全理念，智慧控制的理念，實現(xiàn)了對爆破全過程的自動監(jiān)控自動控制，實現(xiàn)了“爆破本質(zhì)安全，不安全就不能爆破”。數(shù)碼雷管技術(shù)、智能炸藥技術(shù)也取得了快速發(fā)展。四、無線傳感與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)就是一種基于無線傳輸、自動組網(wǎng)技術(shù)的傳感器組合系統(tǒng)，傳感器的無線化和自動組網(wǎng)功能大大提高了安裝使用的效率和適應(yīng)性，為監(jiān)控數(shù)據(jù)的獲取傳輸、利用，提供了更加方便的技術(shù)手段，開拓了更加廣闊的空間。五、智能清

11、潔生產(chǎn)技術(shù)方面，主要發(fā)展了智能防塵技術(shù)，包括注水技術(shù)和設(shè)備、凈水技術(shù)和設(shè)備、噴霧添加劑、風(fēng)流控制技術(shù)、粉塵監(jiān)控技術(shù)等等，對于綜采、綜掘、普掘、普采作業(yè)工作面的防塵、降塵、除塵都產(chǎn)生了非常好的效果，使煤礦的生產(chǎn)安全環(huán)境由重污染，快速向潔凈生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變。六、智能沖擊地壓防治技術(shù)，沖擊地壓是最近幾年才越來越突出的一種災(zāi)害，在山東等開采深度大的礦井引起了多起事故。在這方面，一方面引進(jìn)波蘭等一些國家的先進(jìn)技術(shù)，另一方面北京科大、山東科大、中國礦大等，做出了深入的研究，形成了基本成熟的理論體系模型和相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，正在使這一新的災(zāi)害獲得控制。七、智能人員監(jiān)控技術(shù)，正在發(fā)展的精確定位系統(tǒng)，將改變現(xiàn)有人員管理

12、系統(tǒng)定位不準(zhǔn)或者不能定位的缺點，擴大人員管理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。八、智能通風(fēng)系統(tǒng)方面，在自動風(fēng)門、主扇風(fēng)機變頻自動控制、局扇自動控制、通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)自動解算和整個系統(tǒng)自動控制等方面，都進(jìn)行了一些深入研究，其目標(biāo)就是實現(xiàn)全礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智慧化，無人值守，自動調(diào)節(jié)。九、智能水害監(jiān)控的技術(shù)，有水文監(jiān)控系統(tǒng)、水害探測系統(tǒng)、自動排水系統(tǒng)等進(jìn)步。十、智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)展了基于無線傳輸?shù)南到y(tǒng)、光纖數(shù)碼傳輸系統(tǒng)、海量圖片的儲存識別系統(tǒng)，并向高速攝像、自動臉譜識別方向快速發(fā)展。十一、應(yīng)急救援智能化、通訊、人員探測等技術(shù)方面也有較好的發(fā)展。十二、在環(huán)境保護(hù)方面，快速發(fā)展了污水處理、矸石處理、除塵等技術(shù)。十三

13、、在安全距離智能監(jiān)控方面，正在向自動實時監(jiān)控、自動成圖方面發(fā)展。3.5智能技術(shù)、后勤保障系統(tǒng)的現(xiàn)狀 礦山的保障系統(tǒng)我們認(rèn)為有技術(shù)保障、后勤保障等方面。在技術(shù)保障方面發(fā)展了地測、通風(fēng)、設(shè)計、供電等軟件管理系統(tǒng)，后勤方面有財務(wù)管理、設(shè)備管理、庫房管理等等多個系統(tǒng)。但是，缺少對全部信息的綜合分析處理系統(tǒng)。例如將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)與已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行的綜合分析處理，拿出處理意見，并實施處理。智慧礦山建設(shè)的任務(wù)智慧礦山是礦山技術(shù)發(fā)展的根本方向。適應(yīng)了世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流和方向。在當(dāng)前世界經(jīng)濟危機深重，我國全力應(yīng)對危機，調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的形勢下，推動礦山技術(shù)的智慧化 ，一方面，為眾多的設(shè)備制造廠商指明了技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)

14、品轉(zhuǎn)型的的方向和時機。另一方面，也為礦山技術(shù)發(fā)展指明了方向。智慧礦山建設(shè)當(dāng)前的主要任務(wù)有三個：一是，組建全國智慧礦山產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（簡稱智慧礦山聯(lián)盟）；二是確立智慧礦山框架，明確現(xiàn)階段的關(guān)鍵技術(shù)難題并組織攻關(guān)，并建設(shè)若干個全國性的智慧礦山示范樣板，推廣智慧礦山技術(shù)；三是，建立智慧礦山技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。4.1組建全國性智慧礦山技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，引領(lǐng)智慧礦山的產(chǎn)業(yè)發(fā)展根據(jù)發(fā)達(dá)國家的成熟經(jīng)驗和我國科技部等六部委的文件要求，結(jié)合我國礦山多樣化的實際，沒有一個政府部門能夠領(lǐng)導(dǎo)智慧礦山的工作，只有組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，結(jié)合礦山、研發(fā)、設(shè)備制造、大學(xué)與科研單位、銀行與投資公司、媒體、協(xié)會、政府（安全生產(chǎn)監(jiān)管總局、

15、煤監(jiān)局、科技部、工信部、發(fā)改委、教育部等）等多方力量，實現(xiàn)“用、產(chǎn)、學(xué)、銀、媒、會、府”用一條龍，才能更好地、更快的促進(jìn)智慧礦山的建設(shè)。建立全國智慧礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。智慧礦山包含了礦山的數(shù)十個方面的智慧化，是一個非常龐大，意義深遠(yuǎn)的浩大工程。智慧礦山的建設(shè)，必將極大的促進(jìn)我國礦業(yè)技術(shù)的提高，為國民經(jīng)濟建設(shè)作出巨大貢獻(xiàn)，甚至為人類的進(jìn)步作出很大貢獻(xiàn)。如此浩大的工程需要千千萬萬的人員、機構(gòu)積極參入，需要各行各業(yè)的人員參入。建立全國聯(lián)盟的方法，是當(dāng)前形勢下的一個最好方法。聯(lián)盟應(yīng)該設(shè)立顧問委員會、專家委員會、理事會、秘書處、協(xié)調(diào)處等常設(shè)機構(gòu)。同時，要針對不同的子系統(tǒng)設(shè)立工作組或者技術(shù)組。聯(lián)盟的設(shè)立將帶來如

16、下優(yōu)勢：一、政府支持優(yōu)勢，國家和各級政府明文確支持聯(lián)盟工作。聯(lián)盟在向國家申報項目時具有很大優(yōu)勢。并且有關(guān)政府部門在聯(lián)盟里是顧問。二、銀行信用優(yōu)勢，各大銀行公開表示優(yōu)先給聯(lián)盟信用貸款，聯(lián)盟的信用指標(biāo)，聯(lián)盟成員可以分享。三、技術(shù)優(yōu)勢，聯(lián)合了國內(nèi)絕大部分研究單位和生產(chǎn)研究單位。四、綜合公關(guān)優(yōu)勢，聯(lián)盟內(nèi)部分工合作，利于綜合公關(guān)。五、標(biāo)準(zhǔn)制定優(yōu)勢，國家標(biāo)準(zhǔn)管理部門和標(biāo)委會是聯(lián)盟成員單位或者個人成員。六、推廣優(yōu)勢，聯(lián)盟大，有標(biāo)準(zhǔn)在握，煤礦就是聯(lián)盟成員，推廣能力巨大。七、人才優(yōu)勢，聯(lián)盟內(nèi)部具有大量的德才兼?zhèn)淙瞬?，便于交流合作，搶占人才先機。八、媒體優(yōu)勢，聯(lián)盟內(nèi)部媒體單位，并自辦媒體。有利于宣傳。九、價格與采

17、購優(yōu)勢，聯(lián)盟可以打包集團(tuán)采購，有利于降低成本。礦山是聯(lián)盟的成員，根據(jù)聯(lián)盟章程可以優(yōu)惠10%。4.2確立智慧礦山框架，明確現(xiàn)階段的關(guān)鍵技術(shù)難題并組織攻關(guān)，并建設(shè)若干個全國性的智慧礦山示范樣板，推廣智慧礦山技術(shù)通過多年的建設(shè)，礦山在智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧職業(yè)安全健康環(huán)境系統(tǒng)、智慧保障系統(tǒng)，形成了一定基礎(chǔ)。當(dāng)前的主要方向和課題是：一、智慧主生產(chǎn)系統(tǒng)方面，重點是方向：一是，提升現(xiàn)有智慧無人采煤工作面(厚、薄、中厚煤層、充填開采等）智慧化水平，制定標(biāo)準(zhǔn)并實現(xiàn)技術(shù)、生產(chǎn)、使用管理的標(biāo)準(zhǔn)化，快速在全國推廣。二是，智慧機械化掘進(jìn)工作面，加快智慧化綜掘技術(shù)研究，提高自動化水平，實現(xiàn)無人值守。三是，提升智慧普掘工作面

18、（面對大量的普掘面，不能實現(xiàn)機械化的現(xiàn)實，要必要開展 普掘面智慧化研究，實現(xiàn)安全）、四是，非煤礦山以智慧爆破為主的智慧采礦技術(shù)。二、智慧輔助生產(chǎn)系統(tǒng)方面，提升排水、供電、通風(fēng)、運輸、提升、壓風(fēng)等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的無人值守的可靠性，制訂相應(yīng)的技術(shù)、生產(chǎn)、使用管理的標(biāo)準(zhǔn)，使技術(shù)快速在全國推廣。三、智慧職業(yè)安全健康環(huán)保系統(tǒng)，推動以安全和潔凈生產(chǎn)，關(guān)愛健康為目標(biāo)的有關(guān)系統(tǒng)建設(shè)。在激光傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，二氧化碳防滅火技術(shù)、智慧爆破監(jiān)控系統(tǒng)，智慧防塵監(jiān)控系統(tǒng)、智慧沖擊地壓監(jiān)控系統(tǒng)、智慧人員精確定位系統(tǒng)智慧通風(fēng)系統(tǒng)方面實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的自動分析和自動調(diào)節(jié)、智慧水害監(jiān)控系統(tǒng)、智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對人員的自動識別等。四、智慧保障系統(tǒng)方面智慧技術(shù)保障系統(tǒng)發(fā)展三維系統(tǒng)和智能化系統(tǒng)，智慧經(jīng)營管理和后勤保障系統(tǒng)發(fā)展智慧化、自動化、一體化。4.3建立智慧礦山技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系 將先進(jìn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)升級為國標(biāo)（行標(biāo)），進(jìn)而推動全行業(yè)的技術(shù)水平，這在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成為慣例。在智慧礦山建設(shè)方面，我們也要借鑒這一成熟的經(jīng)驗。智慧礦山的標(biāo)準(zhǔn)體系，包含兩類。一類是對整個礦井的智慧礦山系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，一類是子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，每一類都要包含技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在對整個智慧礦山系統(tǒng)方面，應(yīng)該分不同的礦種、不同的采礦條件建立不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如，對于煤礦來講，要建立智慧薄煤層開采礦井