智慧礦山系統的基本構架與建設思路

1、智慧礦山系統的基本構架與建設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、職業(yè)健康與安全、技術和后勤保障等進行主動感知、自動分析、快速處理的無人礦山。智慧礦山是本質安全礦山、高效礦山、清潔礦山;礦山的數字化、信息化是智慧礦山建設的前提和基礎，智慧礦山的建設是逐步實現的，具有明顯的階段性。1.智慧礦山系統的基本構架 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，就是智慧生產系統、智慧職業(yè)健康與安全系統、智慧技術與后勤保障系統。1.1智慧生產系統 包括智慧主要生產系統和智慧輔助生產系統，智慧主要生產系統包括采煤工作面的智慧化和

2、掘進工作面的智慧化，對于煤礦來講，就是以無人值守采煤掘技術為代表的智慧綜采工作面和無人掘進工作面。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為代表的無人采礦工作面和無人掘進工作面系統。1.1.1智慧主要生產系統包括：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、智慧中厚煤層無人工作面系統、智慧綜采放頂煤無人工作面系統、智慧充填開采工作面系統等。1.1.1.2非煤礦山智慧采礦工作面智慧任務爆破爆破采礦方面和智慧無人機械開采工作面。1.1.1.3智慧掘進工作面主要有：智慧機械無人掘進掘進工作面，和智慧炮掘無人工作面。1.1.2智慧生產輔助系統就是以無人

3、值守為主要特征的智慧運輸系統（含皮帶運輸、輔助運輸）智慧提升系統、智慧供電系統、智慧排水系統、智慧壓風系統、智慧通風系統、智慧調度指揮系統、智慧通訊系統等。1.2智慧職業(yè)安全健康系統 近年來，我國礦山安全水平已經獲得了巨大提高，安全管理的目標也從“減少事故，減少死亡”，提高到“潔凈生產，關愛健康”的高度。 從對于職業(yè)生命的關注，上升到對職工健康、幸福關愛。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，子系統眾多包含如下子系統：智慧職業(yè)健康安全環(huán)境系統，智慧防滅火系統、智慧爆破監(jiān)控系統、智慧潔凈生產監(jiān)控系統、智慧沖擊地壓監(jiān)控系統、智慧人員監(jiān)控系統，智慧通風系統、智慧水害監(jiān)控系統、智慧視

4、頻監(jiān)控系統，智慧應急救援系統，智慧污水處理系統等等。智慧技術與后勤保障系統為了煤礦生產安全提供技術保障和支持的系統，我們稱為保障系統。保障系統分為技術保障系統、管理和后勤保障系統。智慧技術保障系統是指地、測、采、掘、機、運、通、調度、計劃、設計等的信息化、智慧化系統等。智慧管理和后勤保障系統，智慧化的礦山管理后后勤保障系統，是指針對礦山的智慧化ERP系統、辦公自動化系統、物流系統、生活管理、考勤系統等。智慧礦山的主要特點2.1“無人”是智慧礦山系統的最高形式 智慧礦山的顯著標志就是“無人”，就是開采面無人作業(yè)、掘進面無人作業(yè)、危險場所無人作業(yè)、大型設備無人作業(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備下操作完成。2.2智慧礦山系統建設的階段性2.2.1礦山技術發(fā)展的階段性 礦山技術的發(fā)展大體經歷了四個階段，就是原始階段- 機械化化階段-數字化信息化階段-正在向智慧化階段邁進。一、原始開采階段：人們主要通過手工和簡單的工具稿刨、锨挖進行礦山的采掘活動，生產主要靠人力，效率極低。二、機械化階段：礦山在采掘、運輸、提升、以及生產輔助方面采用大量機械設備和爆破施工，生產效率得到大大提高，礦井用人數量大大減少。三、數字化信息化階段，計算機技術的飛速發(fā)展，給傳統的產業(yè)的發(fā)展帶來了巨大機遇，“用信息技術改造傳統產業(yè)，提升傳統產業(yè)實現跨越式發(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，數字化簡就是將“書面”信息轉變成電子信息數字信息；信息化主要是解決數據傳輸、數據呈現問題。四、智慧化階段，當前發(fā)到國家在各個領域都快速的向智慧時代飛進！尤其在軍事領域，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。信息化數字化與智慧化的區(qū)別標志就是是否實現了“無人”。2.2.2 智慧礦山系統發(fā)展的階段性 智慧礦山的發(fā)展是是一個不斷進步的過程，而且隨著科技水平的提高，智慧化的程度也將不斷提

7、升。我們認為智慧礦山的建設可劃分為四個階段。一是單個系統、單項技術的智能化，實現一個系統、一個崗位的“點上的無人”。二是多個系統的智慧化，實現部分系統的集成，實現”面上的無人”。三是實現“一個礦井的無人”。就是井下生產、安全、后勤系統的全面無人。四是實現“礦區(qū)系統的無人”。實現包括礦井生產安全、洗選、運輸等礦區(qū)一級系統無人作業(yè)。在此條件下，隨著技術的進步，各個環(huán)節(jié)的無人技術還將不斷進步和優(yōu)化，達到更高的效率。3.我國智慧礦山系統建設的基礎與現狀3.1 智慧無人開采技術的現狀 引進了一些國外的無人采面工作面系統，代表煤礦是 2000年鐵法小青礦、2003年馬蘭、2005年大同引進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。自主知識產權的研發(fā)，山西科達自動化等公司為代表的國內廠家，積極投入無人采面工作面的研發(fā)，取得可喜成績，已經有十多個工作面裝備。存在問題，一是我國煤礦地質條件復雜（例如具有特厚、厚、中厚、薄煤層等不同條件），需要針對不同地質條件研發(fā)不同的設備，在遠程控制、環(huán)境探測、數據分析等方面還有一些關鍵技術需要突破。在非煤礦山方面，主要采用爆破采礦技術。實現智慧化的方向應該是智慧無人爆破系統和智慧機械開采兩個方向。3.2 智慧無人掘進技術的現狀當前巖石掘進作業(yè)生產線，煤巷綜掘技術代表著掘進技術的現有水平。在智慧化方面，缺少無人

9、掘進機械，也缺少無人爆破掘進工作面技術。但是，在掘進機的信息化、噴漿機器、智能爆破技術等方面具有一批新的成果。3.3智能輔助生產系統的的現狀 輔助系統的智慧化工作，近年來發(fā)展迅速，無人排水系統、無人供電系統、無人皮帶集中控制系統、無人壓風系統、無人提升系統、主風機無人系統等在一些煤礦安裝使用。山東能源集團等在礦井調度指揮、通訊方面進行了智能化建設，實施了“e”礦山工程、礦井“一卡通、物聯網”工程，在通訊技術方面，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)網通訊系統。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。3.4智能職業(yè)健康與安全監(jiān)控系統的現狀

10、一、智能激光感知技術，由激光驅動的傳感技術，實現了現場無電無人工作，無電傳輸，免維護。是傳感技術的革命性進步。二、智能二氧化碳防滅火系統，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。三、智能爆破技術，依照本質安全理念，智慧控制的理念，實現了對爆破全過程的自動監(jiān)控自動控制，實現了“爆破本質安全，不安全就不能爆破”。數碼雷管技術、智能炸藥技術也取得了快速發(fā)展。四、無線傳感與物聯網技術，物聯網就是一種基于無線傳輸、自動組網技術的傳感器組合系統，傳感器的無線化和自動組網功能大大提高了安裝使用的效率和適應性，為監(jiān)控數據的獲取傳輸、利用，提供了更加方便的技術手段，開拓了更加廣闊的空間。五、智能清

11、潔生產技術方面，主要發(fā)展了智能防塵技術，包括注水技術和設備、凈水技術和設備、噴霧添加劑、風流控制技術、粉塵監(jiān)控技術等等，對于綜采、綜掘、普掘、普采作業(yè)工作面的防塵、降塵、除塵都產生了非常好的效果，使煤礦的生產安全環(huán)境由重污染，快速向潔凈生產方向轉變。六、智能沖擊地壓防治技術，沖擊地壓是最近幾年才越來越突出的一種災害，在山東等開采深度大的礦井引起了多起事故。在這方面，一方面引進波蘭等一些國家的先進技術，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的監(jiān)控系統，正在使這一新的災害獲得控制。七、智能人員監(jiān)控技術，正在發(fā)展的精確定位系統，將改變現有人員管理

12、系統定位不準或者不能定位的缺點，擴大人員管理系統的應用范圍。八、智能通風系統方面，在自動風門、主扇風機變頻自動控制、局扇自動控制、通風參數監(jiān)測、通風網絡自動解算和整個系統自動控制等方面，都進行了一些深入研究，其目標就是實現全礦井通風系統的智慧化，無人值守，自動調節(jié)。九、智能水害監(jiān)控的技術，有水文監(jiān)控系統、水害探測系統、自動排水系統等進步。十、智慧視頻監(jiān)控系統，發(fā)展了基于無線傳輸的系統、光纖數碼傳輸系統、海量圖片的儲存識別系統，并向高速攝像、自動臉譜識別方向快速發(fā)展。十一、應急救援智能化、通訊、人員探測等技術方面也有較好的發(fā)展。十二、在環(huán)境保護方面，快速發(fā)展了污水處理、矸石處理、除塵等技術。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、后勤保障系統的現狀 礦山的保障系統我們認為有技術保障、后勤保障等方面。在技術保障方面發(fā)展了地測、通風、設計、供電等軟件管理系統，后勤方面有財務管理、設備管理、庫房管理等等多個系統。但是，缺少對全部信息的綜合分析處理系統。例如將現場采集的數據與已有的數據進行的綜合分析處理，拿出處理意見，并實施處理。智慧礦山建設的任務智慧礦山是礦山技術發(fā)展的根本方向。適應了世界科學技術發(fā)展的潮流和方向。在當前世界經濟危機深重，我國全力應對危機，調整經濟結構的形勢下，推動礦山技術的智慧化 ，一方面，為眾多的設備制造廠商指明了技術進步和產

14、品轉型的的方向和時機。另一方面，也為礦山技術發(fā)展指明了方向。智慧礦山建設當前的主要任務有三個：一是，組建全國智慧礦山產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟（簡稱智慧礦山聯盟）；二是確立智慧礦山框架，明確現階段的關鍵技術難題并組織攻關，并建設若干個全國性的智慧礦山示范樣板，推廣智慧礦山技術；三是，建立智慧礦山技術標準體系。4.1組建全國性智慧礦山技術創(chuàng)新產業(yè)聯盟，引領智慧礦山的產業(yè)發(fā)展根據發(fā)達國家的成熟經驗和我國科技部等六部委的文件要求，結合我國礦山多樣化的實際，沒有一個政府部門能夠領導智慧礦山的工作，只有組建產業(yè)聯盟，結合礦山、研發(fā)、設備制造、大學與科研單位、銀行與投資公司、媒體、協會、政府（安全生產監(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“用、產、學、銀、媒、會、府”用一條龍，才能更好地、更快的促進智慧礦山的建設。建立全國智慧礦山產業(yè)聯盟。智慧礦山包含了礦山的數十個方面的智慧化，是一個非常龐大，意義深遠的浩大工程。智慧礦山的建設，必將極大的促進我國礦業(yè)技術的提高，為國民經濟建設作出巨大貢獻，甚至為人類的進步作出很大貢獻。如此浩大的工程需要千千萬萬的人員、機構積極參入，需要各行各業(yè)的人員參入。建立全國聯盟的方法，是當前形勢下的一個最好方法。聯盟應該設立顧問委員會、專家委員會、理事會、秘書處、協調處等常設機構。同時，要針對不同的子系統設立工作組或者技術組。聯盟的設立將帶來如

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盟工作。聯盟在向國家申報項目時具有很大優(yōu)勢。并且有關政府部門在聯盟里是顧問。二、銀行信用優(yōu)勢，各大銀行公開表示優(yōu)先給聯盟信用貸款，聯盟的信用指標，聯盟成員可以分享。三、技術優(yōu)勢，聯合了國內絕大部分研究單位和生產研究單位。四、綜合公關優(yōu)勢，聯盟內部分工合作，利于綜合公關。五、標準制定優(yōu)勢，國家標準管理部門和標委會是聯盟成員單位或者個人成員。六、推廣優(yōu)勢，聯盟大，有標準在握，煤礦就是聯盟成員，推廣能力巨大。七、人才優(yōu)勢，聯盟內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，聯盟內部媒體單位，并自辦媒體。有利于宣傳。九、價格與采

17、購優(yōu)勢，聯盟可以打包集團采購，有利于降低成本。礦山是聯盟的成員，根據聯盟章程可以優(yōu)惠10%。4.2確立智慧礦山框架，明確現階段的關鍵技術難題并組織攻關，并建設若干個全國性的智慧礦山示范樣板，推廣智慧礦山技術通過多年的建設，礦山在智慧生產系統、智慧職業(yè)安全健康環(huán)境系統、智慧保障系統，形成了一定基礎。當前的主要方向和課題是：一、智慧主生產系統方面，重點是方向：一是，提升現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，制定標準并實現技術、生產、使用管理的標準化，快速在全國推廣。二是，智慧機械化掘進工作面，加快智慧化綜掘技術研究，提高自動化水平，實現無人值守。三是，提升智慧普掘工作面

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