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。
1992 年芬兰提出的智能矿山( Intellimine) 计划。该计划涉及采矿过程实时控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等 28 个专题。2011 年 6 月 2 日,国内的老牌通信企业中兴集团在北京举办了针对煤炭行业的智慧矿山解决方案和产品的发布会。中兴通讯研发推出了一系列解决方案,包括矿用多通道光网综合接入系统、矿用 3G 无线通信系统、人员定位系统、一体化调度系统、应急通信车、矿用救生舱等产品,在煤矿企业部署后可为井下和井上提供有线、无线两条宽带高速公路,为井下多个应用系统提供统一的接入平台,为今后煤炭企业信息化带动生产自动化提供可靠的保障。智慧矿山是对生产、设备,环境、技术和后勤保障等进行主动感知、自动分析、快速处理的智能化处理。
其本质是安全矿山、高效矿山、智能矿山、清洁矿山。矿山的数字化、信息化,自动化,智能化是智慧矿山建设的前提和基础。近些年来随着矿山物联网的发展,结合多网融合技术、智能分析技术,利用云计算或超级计算机实现对海量数据的处理和分析,完成对矿山生产网络中的人员、设备、采煤操作等的自动管理和控制,构成智慧矿山,以期有效地解决矿井中实时感知、重大灾害的预警预报和矿井灾害及时搜救等迫切需要解决的问题,最终实现灾害预警、安全生产、无人开采、绿色矿山的智慧模式。
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。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。
智慧矿山是比数字矿山更加先进的阶段,是在数字矿山的基础上对信息的精准实时采集、高效的网络化传输、数据的规范化集成、三维可视化展现和自动化智能化的操作。两者的区别主要表现在:
1) 智慧矿山比数字矿山有更敏感的感知能力。矿山地质条件复杂、生产结构庞大、井下环境多变且难测,智慧矿山要想实现智能化生产,必须在数字矿山的基础上嵌入多种高灵敏高精度的无 线 传 感 器,如: Wi —— Fi 信 号 接 收 器、射 频 识 别( RFID) 设备、三维激光扫描仪器等。
2) 智慧矿山比数字矿山拥有更加强大的网络互联互通设备。矿山自动化操作的前提是各种精准的、有效的矿山环境检测数据,而矿山系统又是一个信息量极大,难以实现频繁物理接触的结构。所以在这种情况下,有线无线融合技术、高速信息传递的网络技术就显得十分必要( 一般矿井需要千兆光纤环网无线覆盖) 。
3) 智慧矿山拥有准确多样的智能应用。该系统除了完成数字矿山就能实现的数据数字化存储、管理、处理操作外,更要实现一些超智能化的任务,如在无人矿区实时准备感应井下工作面的环境、检测设备的运行情况、感知灾害的发生,并且在矿井出现异常状况的情况下,自动选择可以处置当前情况的路线并进行系统状态的转化。
这些任务需要更加复杂的计算机算法、更加有效的信息枢纽做支持。除此之外,智慧矿山的“智 慧”二字也体现的各子系统( 数据感知系统、数据互联系统、智能管理决策系统) ,用协同的方式相互依赖、合理衔接、共同促进,有效地提高整个矿井的生产效益。
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。
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。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。