探讨智慧矿山建设及煤矿的智能化开采

于福全

（国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017200）

煤炭资源是我国经济发展的基础能源保障，为推动国家的发展作出了巨大的贡献，因此保证其安全、高效生产对于促进煤矿行业的发展，提高企业竞争优势来说具有重要意义。现如今智慧矿山建设得到了有效落实，在大数据、人工智能等先进信息技术的引导下，推动智慧矿山的稳步发展，提高煤矿智能化开采水平，这也是煤矿行业发展的必然趋势。但是智慧矿山建设及煤矿智能化开采发展过程中仍存在一定的问题，如何能够解决相关问题，充分发挥智能化技术的优势，是目前煤矿行业亟需解决的一大难题。

1 智慧矿山及煤矿智能化开采概述

1.1 智慧矿山

智慧矿山是在矿山信息化、数字化基础下形成的一种新型建设模式，能够对矿山生产情况、职业健康与安全、技术情况及后勤保障等关键信息进行主动感知、自动化分析处理。其系统类型主要包括智慧生产系统、智慧职业健康及安全系统以及智慧技术支持和后勤保障系统。

1.2 煤矿智能化开采

煤矿智能化主要指在煤矿企业各项工作中应用先进技术，如人工智能技术、大数据技术、云计算技术、物联网技术等，将其应用于工作的各个阶段，如煤矿开拓设计、采掘、运输、安全生产管理、设备管理与监测等，提高整个系统的智能化水平，对矿井生产各阶段进行智能化、自动化感知，实现煤矿智能化。其优势在于能够完全取代传统人工操作模式进行相关生产活动，减少风险隐患问题，提高安全生产水平，为煤炭资源的稳定供应提供强有力的保障，同时能够有效提高开采的稳定性和准确性，提高工作效率及质量。

2 智慧矿山建设及煤矿智能化开采不足之处

2.1 管理问题

首先，顶层设计匮乏。因为智慧矿山建设不具备统一标准，为建立统一的设计开发、实施标准，因此导致各部门之间信息流通和共享受阻，信息孤岛情况严重。同时因为不具备统一规划，很多企业只是将智慧矿山及煤矿智能化开采作为一个信息化项目，重视对其推广和应用，但是技术无法取得有效突破，遭遇瓶颈期，共享效果不佳，存在重复建设等不良问题。其次，管理决策不足。结合现状分析，很多企业仅通过一些较为简易的统计分析及经验进行决策分析工作，数据不足，缺乏多因素智能分析模型，智能决策效果低下。另外因为受到通讯宽带、传输时效、计算能力等因素的影响，对决策工作产生影响。

2.2 技术问题

首先，设备的智能化水平有待提高。目前设备在实际应用过程中仍存在诸多问题，维护工作复杂困难，对智能化开采形成阻碍。集中体现在设备缺乏故障自检及数据分析功能、地质模型空间耦合难度较大等。其次，数据传输性能低下，精度不佳。因为井下设备传感器数量较少，稳定性和抗干扰性能不佳，只负责数据的收集，无法进行有效分析，因此传输带宽负荷严重，数据传输性能不佳；另外，网络带宽、速率等建设仍处于初步发展阶段，不能传输一些大型数据，大规模互联无法实现，进而对智能化开采造成影响；因为有线、无线网络布置的局限性，煤矿只可以进行综采设备、矿压、瓦斯等一些关键位置信息的传输，监控系统各自独立，传输效率低下，对监控数据的精准性造成不利影响。

3 煤矿智能化体系构建

3.1 框架设计

煤矿智能化涵盖了煤矿生产作业的全部环节，并且不局限于开采、掘进等工作方式的智能化，还需要实现安全生产信息智能化感知、生产系统智能化管理以及数据信息的有效处理、高效率传输体系建设、决策智能化控制等诸多方面。根据智能化建设综合规划，可将其概述为下述几大层面：（1）感知层。感知层以物联网技术的基础，通过一定设备将前端感知相关数据信息进行全面收集，也是智慧矿山和智能化开采的基础保障。（2）传输层。传输层是连接感知层和数据支撑层的桥梁，通过井下视频无线网络、有线专网等将收集到的数据进行高效、稳定传输。（3）数据支撑层，通过企业基础信息、共享信息、业务信息等建立的专门数据库，实现数据和应用的有效融合。（4）应用决策层。主要指对不同业务部门提供按需服务，通过地质信息、智能化生产、运输、加工及调度管理提高安全生产管理水平，为智慧决策提供支持，并通过门户网站、APP等进行展示，满足企业不同用户的个性化需求。

3.2 关键技术建设

首先要实现大数据技术、物联网技术、人工智能技术、5G技术等先进技术和煤矿智能化设备、设施的有效融合，有效解决系统结构、数据处理决策以及计算中存在的问题，其研究的深度和广度对智慧煤矿的建设效果有决定性作用。

（1）物联网建设，结合不同区域矿井的不同特点、工作人员、设备等管控对象，提高物联网技术使用水平，对关键位置进行身份表示及有效感知，实现感知与连接，并通过大数据技术进行分析和决策，建立协同智慧机制，打破时间、地点、人物的限制，实现信息的连接和交互。（2）大数据技术。因为在实际工作过程中需要使用较多的传感器设备，因此需要通过大数据技术进行储存、分析及管控。将传感器数据信息、监控视频信息以及人工形成的数据整合至大数据平台，保证其全面性。同时还需要注重数据的挖掘，探索其背后规律，为安全管理及决策工作提供重要参考依据。（3）人工智能技术。人工智能技术具有计算、模拟及自主学习决策的特点，需要以GIS空间分析技术为基础，对相关工作进行优化，保证开采模式的自动化生成及更新。同时还需要与矿山有效融合，如感知层、数据支撑层及决策层，尤其要注重利用人工智能技术进行故障检测、诊断等。（4）云计算技术。该项技术能够保证监控数据、传感数据的高效流通处理，能够帮助工作人员在短时间内处理相关问题，在该项技术的引导下，为资源的储存、传输和管理提供了巨大的便利。（5）5G技术。5G技术主要指矿用5G技术，具有传输速率快、通话质量高等优势，但是其系统结构较为复杂，成本较高。因此需要加大研究力度，提高其应用水平，保证传输的稳定性。

4 智慧矿山建设及煤矿的智能化开采建设策略

4.1 强化顶层设计

首先需要保证投入和产出的平衡性，提高质量水平。做好整体规划工作，对智慧矿山及煤矿智能化开采投资结构进行完善，结合发展理念、系统结构、管理、技术及设备、不同地质条件等因素，建设典范性煤矿，建立完善的技术设备、生产模式，为其他煤矿推广。其次要注重宏观与微观的共同发展，有效提高工作效率。企业需要及时发现自身的不足，通过分析、研究明确智能化发展的具体方向、详细措施等，对智能化发展程度、规模进行有效引导，重视其结构、质量和效率。并且需要加强对科技创新的重视，不断提高智能化设备的稳定性。最后，加强对供给与需求的重视，促进变革。根据国家及地方煤炭行业的供需双侧发展思路，实现新旧动能的快速转换，提高各项先进技术在煤矿行业的应用水平，促进动力变革。

4.2 明确智能煤矿技术标准

智能煤矿技术标准对智慧矿山及智能化开采发展的具有指引作用，所以国家需要尽快进行智能化标准体系建设工作，其主要内容包括技术纲要、管理准则、技术标准等，保证相应工作流程的规范化、科学化、数据的标准化，为智慧矿山的建设和发展提供重要指导。另外，需要加大智能化相关标准规范及政策的宣传力度，为智慧煤矿建设及煤矿智能化开采的发展创设良好的氛围。

4.3 加大技术研究力度

首先需要注重先进技术的融合，实现煤矿智能化和物联网技术、大数据技术、人工智能技术等先进信息技术的有效融合，建立技术应用示范工程；其次要加大关键技术的研究力度，制定技术研发方案，组织研发活动，加大创新力度。

5 结语

综上所述，智慧矿山建设及煤矿智能化开采对于保证煤矿生产的安全性和稳定性，减少风险隐患问题，提高安全生产水平具有重要意义。因此需要加以重视，建立完善的技术体系，加强关键技术建设，采取相关措施不断提高建设水平，为煤矿行业的可持续发展夯实基础。