由数字矿山向智慧矿山转变的途径分析

何沛锋

（兰州资源环境职院技术学院，甘肃 兰州 730021）

2018年5月1日起，《智慧矿山信息系统通用技术规范》（GB/T34679-2017）在我国开始实施。其提出了向智慧矿山转变的大量信息系统通用技术要求，涉及系统构架、基础网络、数据仓库、地理信息、传感感知、工业自动化、平台软件、地质保障软件、安全保障软件、生产管理软件、矿山ERP软件、大数据分析软件、综合调度软件和应急指挥软件等，可用于指导矿山企业如何快速地加强智慧化信息系统的设计与建设[1]。实际上，智慧矿山理念其实也是智慧城市、大数据、人工智能等理念在矿山的延伸和具体体现。目前，我国矿山企业数字化建设程度参差不齐，智慧化程度还远远不够。本文从数字矿山和智慧矿山的概念出发，深度剖析了向智慧矿山转变的必要性和意义，分析了向智慧矿山转变的基本途径，旨在为矿山企业的建设提供参考[2]。

1 数字矿山的基本内涵

数字矿山是一个在某个特定框架内获取的信息的总称，具体来讲就是在整个矿山范围内以一个三维坐标为主线，建立一个矿山信息模型，用于获取和存储矿山每处的全部信息，使信息能被直观的呈现[3]。有关人员可以在这个模型中对所需要的信息进行检索，从而能更为完整、准确、快速地了解及利用矿山各个方面的有用信息。也就是说，数字矿山其实就是基于矿山范围内以一个三维坐标信息及与之有联系的信息集成所构架的一个信息框架，从而将我们所获得的信息进行嵌入的总称。

按照数字矿山的基本概念，数字矿山其实是一个很复杂的大系统，其包括两个层次。一个层次是要将一个矿山中与空间位置有直接关系的相对固定的信息按照三维坐标进行数字化，将这些信息有效地组织起来；另一个层次则是在此基础上，对矿山中的信息进行嵌入，主要是嵌入一些与空间位置有简介关系的信息，例如储量管理、机电管理、人事管理等，从而组成一个多维的数字矿山。

2 智慧矿山的基本内涵

近年来随着互联网技术的发展，极大地推动了矿山物联网的进步。同时由于政策导向，在“绿水青山就是金山银山”理念的指导下，矿山企业需要更加高效、智能及清洁地完成相关的生产任务[4]。在这个背景下，智慧智能矿山的理念应用而生。智慧智能矿山其实就是建设一个安全、高效、清洁的矿山，是将不同技术科学如信息科学、采矿科学、大数据、人工智能、计算机技术与3S技术高度结合后的产物。

将矿山中的矿井原始基础数据和矿床、围岩等地地质信息进行三维实景融合，然后在这个三维实景中嵌入各类生产系统信息，如采掘、运输、通风、供电与给排水等，同时嵌入生产过程中的动态信息，例如设备状态、环境变化、人员信息和生产经营管理等信息，以实现全过程可以主动感知、自动分析和快速处理，进而达到安全生产过程中基础信息实现数字化、管理控制实现一体化和决策处理实现集成化的目的，这便是建设智慧矿山的基本要求。也就是说，智慧矿山建设是推动矿山高效、安全以及清洁环保生产的新手段，其可以被理解为是采矿工业进步发展的高阶形态，是未来矿山企业建设的发展方向，是一个意义更加广泛的多元的矿山发展阶段。

3 向智慧矿山转变的深远意义

相较于数字矿山，智慧矿山具有更为敏感快速的感知与反应能力，同时在互联网设备互通方面更加强大、更加信息智能化。矿山企业要想可持续发展，就必须要向智慧智能型矿山转变，其具有以下几点意义：

3.1 智慧矿山的经济效益

智慧矿山可为矿山企业带来显著的经济效益。山东枣矿集团是最早建设“数字矿山”的企业之一，实现了三网融合。通过建设数字矿山，枣矿集团蒋庄煤矿有58个岗点实现了无人值守，减少用工240余人，工效比改造前提高了22%，各类费用也同比减少了2000余万元。以煤炭矿山为例，全国按照年产煤炭40亿吨计算，煤炭成本200元/吨计算，生产效率提高30%，在不增加矿井的情况下每年增加煤炭产量12亿吨，增加产值3600亿元，按降低成本20%计算，可节省280亿元。产生综合经济效益3880亿元。

3.2 智慧矿山的社会效益

这里仍以山东枣矿集团为例。该集团自主研发了数字化智能应急救援系统，具有井下发生灾害时一键启动救援系统的功能。

在收到救援信号后，该系统10秒钟内就可以以预定的应急救援模式启动应急救援预案，分区域通知受灾地点的相应信息和并通知救护大队、安监处、医疗救护机构、物资供应等部门。

同时，还能根据事故地点和类型、分析地测导点，监测监控风门闭锁联动等数据，自动进行最佳撤离路线计算，在地理信息系统（GIS）地图中生成相应的应急撤离路线，并发布导航广播，给井下人员提示可以紧急避险的路径，从而将事故可能带来的危害降到最低。

可见，实现了矿山智慧化，将使矿山安全环境产生了根本性的改变，死亡人数将降低90%以上。同时可实现矿山生产效率的很大提高，实施“机械化换人、自动化减人”，使我们的采矿技术跻身发达国家行列，成为本领域的领头雁。可向全世界输出自主知识产权的智慧矿山技术，赚全世界的钱，帮助世界发展采矿技术。

4 向智慧矿山转变的途径分析

我国矿山地质条件复杂，各个矿山的采矿现状和环境参数差别较大，矿井分布又比较广泛，建设一个庞大的智慧矿山系统工程需要按照不同标准和层次进行。矿山企业在向智慧矿山转变的过程中，可以分布分期次的进行。例如先期的智慧矿山建设可以选取那些综合采矿条件好、自动化程度相对高的矿井进行，将这些矿井建设成示范工程、项目及系统，进而对剩余矿井进行建设。建设智慧矿山需要对矿山的不同方面进行转变，主要包括以下几个方面：

4.1 实现矿山生产信息化、安全信息化及管理信息化

建设矿山的信息化就是要在物联网、大数据、互联网+等信息技术方面有所体现。需要参照统一的空间框架与时间，在矿井地质、生产、安全、机电运输与经营管理方面做到信息的数字化，并且使矿山的基础信息数据可采集、可传输、可存储及可分析。

4.2 实现矿山生产机械智能化

该方面主要针对采掘设备，对其进行智能化升级，结合相应的采矿技术和自动化过程等，开发机械自动化采矿技术，逐渐取代人工采矿，使矿山采矿机械设备向着智能化以及机器人化的方向发展过渡。

4.3 实现“一网一站”的综合智慧通信系统

其中“一网”承载着相应的互联网系统，例如无线通讯、人员与车辆定位、监视监控和语音广播、调度指挥及安全监控等系统；“一站”则为一体化综合分站，包括5G无线通信、定位、IP电话、语音广播以及Wi-Fi等业务分站。

4.4 三维实景智慧管理平台

利用三维实景模型将矿区地形地貌、地表设备设施、地下巷道以及整个矿山的基础地质信息实现三维可视化，同时接入各类专业子系统，如采矿工作面、生产自动化等，并植入相应的生产过程信息，例如监测、设备、人员等变化信息，以构建成三维实景平台。

4.5 挖掘和增值利用矿山关键数据

对智慧矿山数据库中的海量业务数据信息通过抽取、转换、分析以及模型化处理等手段，提取其中与安全生产辅助决策相关的关键性数据信息，然后利用相关算法及规则查明和提取既定数据之间相互关联的有用信息。

4.6 人工智能

近年来人工智能（AI）技术水平迅速发展，将人工智能方法引入矿山工作作业中具有很重要的意义，可以极好的符合“以人为本”的生产理念。目前它正处于蓬勃发展及应用阶段，其在矿山智慧化的过程中一定能够挖掘出重要的功能和空间。

5 结语

本文从数字矿山和智慧矿山的基本概念出发，分析了向智慧矿山转变的重要意义，矿山向智慧矿山转变的过程实际涉及到矿山的方方面面，这是一个复杂庞大的工程。加快推进智慧、智能矿山的建设，对实现矿山安全有效的生产模式、加强矿山人人、人和物、物和物之间信息三维信息集成和响应能力具有重要影响。人为的因素将降到最低程度，矿山企业的生产运营能自动协同运作，实现矿山企业的可持续发展。伴随着5G技术、人工智能技术的强劲发展势头，智慧、智能矿山一定会有更加光明的前景。