加强智慧矿山建设的探索与研究

摘 要：为解决煤炭企业通过仪器的人工控制，设备能够进行自动化的运行，本文通过对目前智慧矿山发展特点进行分析、结合当前智慧矿山系统建设实际情况，对加强智慧矿山软件系统建设内容进行详细描述、重点阐述了智慧矿山软件系统的基础保障系统、安全保障预控与应急救援系统、生产调度指挥与协同集控平台、经营绩效决策平台中的设计要点和实施方法及步骤。

关键词：智慧矿山；智能；自动化；大数据；云计算

1.智慧矿山定义

主要包括矿山的安全、生产、经营、管理等各方面内容，涉及的理论广而深，比较关键的研究依据包括：适用于矿山日常生产动态变化需求的三维自动建模技术，根据二维数据即可自动生成三维模型。模型快速自动更新技术，根据二维数据的更新而实现三维模型的快速自动更新。虚拟和和增强现实（VR和AR）技术，综合利用虚拟现实、增强技术、多媒体技术与网络通信技术等，实现采掘、运输、提升、通风等矿井生产系统设计结果和生产状态的虚拟仿真。

2.研究内容

以鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司为示范矿，建立鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司智慧矿山软件系统，利用精细建模、智能传感、智能控制、物联网、云计算和大数据等新一代信息技术，通过龙王沟矿井四维可视化、生產管理内容的协同智能应用、生产调度指挥与集控、安全保障预控与救援、经营绩效决策与管理等建设内容，实现安全生产经营的全过程智能监控、矿井信息资源的高度共享、矿井资源的优化配置等，从而提高企业核心的竞争力。

2.1四维地理信息系统

四维地理信息系统是指在统一空间（x、y、z）和时间（t）框架下，科学合理地组织矿山各类信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合，基于勘探、地质、测量、生产、安全、监测监控等矿山数据网络，实现管理矿山全部的图视内容、拓扑结构和属性信息。主要包括完备的绘图功能、由数据库自动成图、由图自动建库、图库双项查询、能自动计算长度、面积和体积、由2GIS可以自动建立3DGIS、通过与监测系统集成可以自动变成4DGIS，可以和常用格式进行转换、能够进行2-3维空间的网络分析、缓冲区分析、叠加分析、拓扑分析等空间分析功能，四维地理信息系统能够快速查询到任何一个时刻，矿山任何一个地点或区域的人员分布、生产进度、设备状态、环境参数、危险源信息以及它们的关联关系和演变态势，为各种管理和决策提供信息支撑。

2.2智能化矿井通防系统

基于四维地理信息系统，实现矿井通防智能化管理，彻底解决依靠人工或其它软件无法完成的按时按需供风的技术难题。主要包括自动生成通风系统图、立体图、通风网络图和压能图，测点布局优化计算、阻力测定数据处理、测定平差和误差消除，通过与安全监测监控集成，可自动进行通风系统状态估计和最优设计与改造、风机优选与优调、正常时期和灾变时期的按需调风与控风、通风状态模拟；能满足风网管理，风机管理，以及瓦斯、防尘、防灭火等相关通风报表和台账管理等。一旦建立了比较完善的监测系统和自动调风设施，就可以把该系统改造成全局自动化通风系统。

2.3安全生产一张图管控系统

提供采矿行业地上地下的二三维一体化管理平台，建立安全生产管控一张图系统，一张图中可以集成地形、地质、测量、储量、水文、采掘、运输、提升、供电、通风、排水、压风、瓦斯抽放等系统内容，并且系统具有分层叠加、协同刷新、属性管理、监控系统集成以及故障诊断、安全态势分析和三维可视化等功能，并且提供地测、机电、通防、生产设计、供排水等生产专业的高级计算功能，为相关人员提供决策支持。系统实现了所有生产系统在一张图平台上的集中管控和协同管理。

2.4灾害预警与灾害防治决策系统

通过建立煤矿全息灾害预警模型和算法，充分利用四维地理信息系统管理的地形、岩层、断层、陷落柱、褶皱、岩浆侵入、火烧等构造信息，地温、水压、岩移、沉陷、煤柱、井巷、硐室、工作面、采空区等空间分布信息，支护、卸压、充填、瓦斯抽放、排水等灾害防治工艺等信息，以及相关的，以及冲击倾向性测试和相关防突测试数据和相关的微震、地音、爆破信号、电磁辐射、应力、矿压、锚杆阻力、离层和位移、瓦斯浓度、一氧化碳、风速、温度、束管、瓦斯抽放流量、水文等监测信息，随着采掘工作面的不断推进实时探测危险源，实现工作面顶板、巷道大变形、冲击地压、煤与瓦斯突出、突水透水、自然发火等灾害的超前预警，并结合各种灾害的发生机理和演化规律对灾害防治提供决策支持。

2.5矿山安全隐患闭环管理系统

系统通过建立标准化管理模型和数据库，健全管理制度和考核办法，分解工作流程和任务，建立层级诚信履职体系，优化检查管理流程，促进管理重心下放，改进区队、班组、员工传统三级管理模式，以信息技术为支撑，避免“人情”管理，实现安全管理信息化，使员工（包括管理人员）安全意识发生本质转变，由人管向机管转变。通过处罚、整改、复查、评价等闭环控制，实现人员无失误、设备无故障、系统无缺陷、管理无漏洞的人、机、环境和管理高度融合的矿井恒久性安全目标。

2.6煤矿应急指挥系统

系统实现了灾变时期的应急指挥与调度。能根据事故现场情况迅速启动应急响应；能够通过连接先进探测手段和技术来感知事故发展的情况；能够利用四维地理信息系统来计算和分析事故数据；能够合理的配置各方面的人力、物力和财力，使其协同配合，联合救灾。

3.实践成效

经济效益：通过智慧矿山项目研究和实施，将极大提高矿井的安全生产水平，直接减少作业人员50%以上，矿井的生产效率提高30%以上，安全效率进而提升80%-90%以上，同时，由于质量的提高，将大大降低各类生产和用工成本，进一步提高企业核心竞争力。社会效益：通过智慧矿山各系统的建设，极大地改善矿山安全健康环境，降低各类安全隐患的发生，使矿山安全环境产生根本性的改变，为我国乃至世界其他采掘单位的智慧矿山建设起到了很好的示范作用，对促进智慧矿山产业更好更快的发展起到重要的推动作用。

参考文献

[1]何敏.智慧矿山定义探讨[J].工矿自动化，2017，43（9）：12-16.

[2]高文.智慧矿山智能决策支持技术架构设计[J].工矿自动化，2017，43（9）：21-25.

作者简介

李欣然，男，本科，央企职员，主要从事大数据云计算，智能煤炭开采、运销及智慧矿山研究工作。