何沛鋒

（蘭州資源環(huán)境職院技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

2018年5月1日起，《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》（GB/T34679-2017）在我國(guó)開(kāi)始實(shí)施。其提出了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的大量信息系統(tǒng)通用技術(shù)要求，涉及系統(tǒng)構(gòu)架、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、地理信息、傳感感知、工業(yè)自動(dòng)化、平臺(tái)軟件、地質(zhì)保障軟件、安全保障軟件、生產(chǎn)管理軟件、礦山ERP軟件、大數(shù)據(jù)分析軟件、綜合調(diào)度軟件和應(yīng)急指揮軟件等，可用于指導(dǎo)礦山企業(yè)如何快速地加強(qiáng)智慧化信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)[1]。實(shí)際上，智慧礦山理念其實(shí)也是智慧城市、大數(shù)據(jù)、人工智能等理念在礦山的延伸和具體體現(xiàn)。目前，我國(guó)礦山企業(yè)數(shù)字化建設(shè)程度參差不齊，智慧化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本文從數(shù)字礦山和智慧礦山的概念出發(fā)，深度剖析了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的必要性和意義，分析了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的基本途徑，旨在為礦山企業(yè)的建設(shè)提供參考[2]。

1 數(shù)字礦山的基本內(nèi)涵

數(shù)字礦山是一個(gè)在某個(gè)特定框架內(nèi)獲取的信息的總稱(chēng)，具體來(lái)講就是在整個(gè)礦山范圍內(nèi)以一個(gè)三維坐標(biāo)為主線(xiàn)，建立一個(gè)礦山信息模型，用于獲取和存儲(chǔ)礦山每處的全部信息，使信息能被直觀(guān)的呈現(xiàn)[3]。有關(guān)人員可以在這個(gè)模型中對(duì)所需要的信息進(jìn)行檢索，從而能更為完整、準(zhǔn)確、快速地了解及利用礦山各個(gè)方面的有用信息。也就是說(shuō)，數(shù)字礦山其實(shí)就是基于礦山范圍內(nèi)以一個(gè)三維坐標(biāo)信息及與之有聯(lián)系的信息集成所構(gòu)架的一個(gè)信息框架，從而將我們所獲得的信息進(jìn)行嵌入的總稱(chēng)。

按照數(shù)字礦山的基本概念，數(shù)字礦山其實(shí)是一個(gè)很復(fù)雜的大系統(tǒng)，其包括兩個(gè)層次。一個(gè)層次是要將一個(gè)礦山中與空間位置有直接關(guān)系的相對(duì)固定的信息按照三維坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化，將這些信息有效地組織起來(lái)；另一個(gè)層次則是在此基礎(chǔ)上，對(duì)礦山中的信息進(jìn)行嵌入，主要是嵌入一些與空間位置有簡(jiǎn)介關(guān)系的信息，例如儲(chǔ)量管理、機(jī)電管理、人事管理等，從而組成一個(gè)多維的數(shù)字礦山。

2 智慧礦山的基本內(nèi)涵

近年來(lái)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，極大地推動(dòng)了礦山物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步。同時(shí)由于政策導(dǎo)向，在“綠水青山就是金山銀山”理念的指導(dǎo)下，礦山企業(yè)需要更加高效、智能及清潔地完成相關(guān)的生產(chǎn)任務(wù)[4]。在這個(gè)背景下，智慧智能礦山的理念應(yīng)用而生。智慧智能礦山其實(shí)就是建設(shè)一個(gè)安全、高效、清潔的礦山，是將不同技術(shù)科學(xué)如信息科學(xué)、采礦科學(xué)、大數(shù)據(jù)、人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)與3S技術(shù)高度結(jié)合后的產(chǎn)物。

將礦山中的礦井原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和礦床、圍巖等地地質(zhì)信息進(jìn)行三維實(shí)景融合，然后在這個(gè)三維實(shí)景中嵌入各類(lèi)生產(chǎn)系統(tǒng)信息，如采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、供電與給排水等，同時(shí)嵌入生產(chǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息，例如設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境變化、人員信息和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等信息，以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程可以主動(dòng)感知、自動(dòng)分析和快速處理，進(jìn)而達(dá)到安全生產(chǎn)過(guò)程中基礎(chǔ)信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、管理控制實(shí)現(xiàn)一體化和決策處理實(shí)現(xiàn)集成化的目的，這便是建設(shè)智慧礦山的基本要求。也就是說(shuō)，智慧礦山建設(shè)是推動(dòng)礦山高效、安全以及清潔環(huán)保生產(chǎn)的新手段，其可以被理解為是采礦工業(yè)進(jìn)步發(fā)展的高階形態(tài)，是未來(lái)礦山企業(yè)建設(shè)的發(fā)展方向，是一個(gè)意義更加廣泛的多元的礦山發(fā)展階段。

3 向智慧礦山轉(zhuǎn)變的深遠(yuǎn)意義

相較于數(shù)字礦山，智慧礦山具有更為敏感快速的感知與反應(yīng)能力，同時(shí)在互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互通方面更加強(qiáng)大、更加信息智能化。礦山企業(yè)要想可持續(xù)發(fā)展，就必須要向智慧智能型礦山轉(zhuǎn)變，其具有以下幾點(diǎn)意義：

3.1 智慧礦山的經(jīng)濟(jì)效益

智慧礦山可為礦山企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。山東棗礦集團(tuán)是最早建設(shè)“數(shù)字礦山”的企業(yè)之一，實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)融合。通過(guò)建設(shè)數(shù)字礦山，棗礦集團(tuán)蔣莊煤礦有58個(gè)崗點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，減少用工240余人，工效比改造前提高了22%，各類(lèi)費(fèi)用也同比減少了2000余萬(wàn)元。以煤炭礦山為例，全國(guó)按照年產(chǎn)煤炭40億噸計(jì)算，煤炭成本200元/噸計(jì)算，生產(chǎn)效率提高30%，在不增加礦井的情況下每年增加煤炭產(chǎn)量12億噸，增加產(chǎn)值3600億元，按降低成本20%計(jì)算，可節(jié)省280億元。產(chǎn)生綜合經(jīng)濟(jì)效益3880億元。

3.2 智慧礦山的社會(huì)效益

這里仍以山東棗礦集團(tuán)為例。該集團(tuán)自主研發(fā)了數(shù)字化智能應(yīng)急救援系統(tǒng)，具有井下發(fā)生災(zāi)害時(shí)一鍵啟動(dòng)救援系統(tǒng)的功能。

在收到救援信號(hào)后，該系統(tǒng)10秒鐘內(nèi)就可以以預(yù)定的應(yīng)急救援模式啟動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案，分區(qū)域通知受災(zāi)地點(diǎn)的相應(yīng)信息和并通知救護(hù)大隊(duì)、安監(jiān)處、醫(yī)療救護(hù)機(jī)構(gòu)、物資供應(yīng)等部門(mén)。

同時(shí)，還能根據(jù)事故地點(diǎn)和類(lèi)型、分析地測(cè)導(dǎo)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控風(fēng)門(mén)閉鎖聯(lián)動(dòng)等數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行最佳撤離路線(xiàn)計(jì)算，在地理信息系統(tǒng)（GIS）地圖中生成相應(yīng)的應(yīng)急撤離路線(xiàn)，并發(fā)布導(dǎo)航廣播，給井下人員提示可以緊急避險(xiǎn)的路徑，從而將事故可能帶來(lái)的危害降到最低。

可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)了礦山智慧化，將使礦山安全環(huán)境產(chǎn)生了根本性的改變，死亡人數(shù)將降低90%以上。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)效率的很大提高，實(shí)施“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”，使我們的采礦技術(shù)躋身發(fā)達(dá)國(guó)家行列，成為本領(lǐng)域的領(lǐng)頭雁?？上蛉澜巛敵鲎灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的智慧礦山技術(shù)，賺全世界的錢(qián)，幫助世界發(fā)展采礦技術(shù)。

4 向智慧礦山轉(zhuǎn)變的途徑分析

我國(guó)礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，各個(gè)礦山的采礦現(xiàn)狀和環(huán)境參數(shù)差別較大，礦井分布又比較廣泛，建設(shè)一個(gè)龐大的智慧礦山系統(tǒng)工程需要按照不同標(biāo)準(zhǔn)和層次進(jìn)行。礦山企業(yè)在向智慧礦山轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，可以分布分期次的進(jìn)行。例如先期的智慧礦山建設(shè)可以選取那些綜合采礦條件好、自動(dòng)化程度相對(duì)高的礦井進(jìn)行，將這些礦井建設(shè)成示范工程、項(xiàng)目及系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)剩余礦井進(jìn)行建設(shè)。建設(shè)智慧礦山需要對(duì)礦山的不同方面進(jìn)行轉(zhuǎn)變，主要包括以下幾個(gè)方面：

4.1 實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)信息化、安全信息化及管理信息化

建設(shè)礦山的信息化就是要在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等信息技術(shù)方面有所體現(xiàn)。需要參照統(tǒng)一的空間框架與時(shí)間，在礦井地質(zhì)、生產(chǎn)、安全、機(jī)電運(yùn)輸與經(jīng)營(yíng)管理方面做到信息的數(shù)字化，并且使礦山的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)可采集、可傳輸、可存儲(chǔ)及可分析。

4.2 實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)機(jī)械智能化

該方面主要針對(duì)采掘設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行智能化升級(jí)，結(jié)合相應(yīng)的采礦技術(shù)和自動(dòng)化過(guò)程等，開(kāi)發(fā)機(jī)械自動(dòng)化采礦技術(shù)，逐漸取代人工采礦，使礦山采礦機(jī)械設(shè)備向著智能化以及機(jī)器人化的方向發(fā)展過(guò)渡。

4.3 實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)一站”的綜合智慧通信系統(tǒng)

其中“一網(wǎng)”承載著相應(yīng)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，例如無(wú)線(xiàn)通訊、人員與車(chē)輛定位、監(jiān)視監(jiān)控和語(yǔ)音廣播、調(diào)度指揮及安全監(jiān)控等系統(tǒng)；“一站”則為一體化綜合分站，包括5G無(wú)線(xiàn)通信、定位、IP電話(huà)、語(yǔ)音廣播以及Wi-Fi等業(yè)務(wù)分站。

4.4 三維實(shí)景智慧管理平臺(tái)

利用三維實(shí)景模型將礦區(qū)地形地貌、地表設(shè)備設(shè)施、地下巷道以及整個(gè)礦山的基礎(chǔ)地質(zhì)信息實(shí)現(xiàn)三維可視化，同時(shí)接入各類(lèi)專(zhuān)業(yè)子系統(tǒng)，如采礦工作面、生產(chǎn)自動(dòng)化等，并植入相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程信息，例如監(jiān)測(cè)、設(shè)備、人員等變化信息，以構(gòu)建成三維實(shí)景平臺(tái)。

4.5 挖掘和增值利用礦山關(guān)鍵數(shù)據(jù)

對(duì)智慧礦山數(shù)據(jù)庫(kù)中的海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息通過(guò)抽取、轉(zhuǎn)換、分析以及模型化處理等手段，提取其中與安全生產(chǎn)輔助決策相關(guān)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)信息，然后利用相關(guān)算法及規(guī)則查明和提取既定數(shù)據(jù)之間相互關(guān)聯(lián)的有用信息。

4.6 人工智能

近年來(lái)人工智能（AI）技術(shù)水平迅速發(fā)展，將人工智能方法引入礦山工作作業(yè)中具有很重要的意義，可以極好的符合“以人為本”的生產(chǎn)理念。目前它正處于蓬勃發(fā)展及應(yīng)用階段，其在礦山智慧化的過(guò)程中一定能夠挖掘出重要的功能和空間。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從數(shù)字礦山和智慧礦山的基本概念出發(fā)，分析了向智慧礦山轉(zhuǎn)變的重要意義，礦山向智慧礦山轉(zhuǎn)變的過(guò)程實(shí)際涉及到礦山的方方面面，這是一個(gè)復(fù)雜龐大的工程。加快推進(jìn)智慧、智能礦山的建設(shè)，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山安全有效的生產(chǎn)模式、加強(qiáng)礦山人人、人和物、物和物之間信息三維信息集成和響應(yīng)能力具有重要影響。人為的因素將降到最低程度，礦山企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)能自動(dòng)協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。伴隨著5G技術(shù)、人工智能技術(shù)的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭，智慧、智能礦山一定會(huì)有更加光明的前景。