楊 帆，侯超博

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

信息化時代的來臨，大數(shù)據(jù)及云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步融合，工業(yè)技術(shù)及企業(yè)經(jīng)營管理模式發(fā)生巨大的變化。世界范圍內(nèi)的發(fā)達(dá)國家展開對智能化社會的探索，比如德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略及美國再工業(yè)化戰(zhàn)略。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，開發(fā)智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及企業(yè)管理，生產(chǎn)過程及生產(chǎn)技術(shù)將進(jìn)一步優(yōu)化。在此背景下，世界先進(jìn)美國國家展開對智慧煤礦的探索，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程及組織管理、生態(tài)環(huán)境的全面調(diào)整，實(shí)現(xiàn)智能管理。智慧煤礦在二十一世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入全新的發(fā)展階段，開辟采礦行業(yè)的新時代。

1 智慧煤礦的概念及內(nèi)涵

1.1 智慧煤礦的概念

智慧煤礦建設(shè)的基礎(chǔ)為數(shù)字化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)等，建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、煤炭開采、生產(chǎn)安全、生態(tài)環(huán)境信息整合及智能管理。智慧煤礦建設(shè)的目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)智能管控及本質(zhì)安全、綠色環(huán)保等新型煤礦開發(fā)模式。智慧煤礦建設(shè)體現(xiàn)兩方面特征，首先為技術(shù)水平先進(jìn)及生產(chǎn)效率理想。其次為通過智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個組織機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作。

1.2 智慧煤礦內(nèi)涵

在2008年IBM智慧地球理念提出后，我國發(fā)布智慧城市及智慧煤礦等概念，在智慧煤礦探索中，陜煤化集團(tuán)提出《關(guān)于陜西小保當(dāng)智慧煤礦建設(shè)的指導(dǎo)意見》，該意見提出對陜西小保當(dāng)煤礦建設(shè)智能化提供有力支撐。在建設(shè)過程中提出“五化”目標(biāo)，即生產(chǎn)運(yùn)行智能化、安全生產(chǎn)本質(zhì)化、運(yùn)營模式科學(xué)化、生態(tài)環(huán)境友好化、社區(qū)關(guān)系和諧化?？偨Y(jié)為在遵守產(chǎn)業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)律及提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、發(fā)展先進(jìn)生產(chǎn)力前提下，明確速度與效益的和諧及數(shù)量與質(zhì)量的和諧，實(shí)現(xiàn)群眾物質(zhì)需求及文化需求的統(tǒng)一。

數(shù)字煤礦相比其他煤礦具有以下優(yōu)勢：實(shí)現(xiàn)數(shù)字煤礦建設(shè)，利用三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)字化展現(xiàn)；通過感知技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對礦山整體開發(fā)的智能管理；通過數(shù)字化及可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人開采及智能管理，通過本質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及管理安全的統(tǒng)一；礦山在開采過程中注重與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，建設(shè)綠色礦山；智慧煤礦在開發(fā)過程中注重經(jīng)濟(jì)與環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)和諧礦山建設(shè)。智慧煤礦建設(shè)實(shí)現(xiàn)全過程及全方位的智慧化建設(shè)目標(biāo)，對促進(jìn)采礦行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2 小保當(dāng)智慧煤礦移動信息平臺的設(shè)計

2.1 礦區(qū)介紹

小保當(dāng)井田處于山西大型煤碳基地榆神礦區(qū)，該地域位于榆林市神木縣大保當(dāng)鄉(xiāng)。小保當(dāng)井田所占面積224平方公里，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對簡單，煤層以下多為不粘煤，所開采的煤質(zhì)量良好，且煤礦儲存量預(yù)估為49億噸，可被采集的煤能夠達(dá)到28億噸。小保當(dāng)煤礦能被采集的煤層厚度大、煤炭資源量豐富、結(jié)構(gòu)相對簡單，可實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)。煤層傾斜角度在1°內(nèi)，煤炭埋藏深度在320米以上，其中多為中厚及厚煤層，厚度約為3-6米。煤礦中多為長焰煤及不粘煤，煤炭灰分低及發(fā)熱率高，是我國優(yōu)質(zhì)煤礦資源，市場前景良好。小保當(dāng)?shù)乩憝h(huán)境中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)單一，并未發(fā)現(xiàn)斷層褶皺構(gòu)造落差在30米以上，水文條件良好，并無復(fù)雜地下水系統(tǒng)，煤層中瓦斯含量較低。小保當(dāng)綜合條件適合建設(shè)智慧煤礦。

2.2 建設(shè)思路

小保當(dāng)智慧煤礦在建設(shè)過程中立足科學(xué)發(fā)展觀，運(yùn)用創(chuàng)新思維實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新及管理創(chuàng)新，將提升經(jīng)濟(jì)效益作為建設(shè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)社會效益及生態(tài)效益三者的統(tǒng)一。智慧煤礦在建設(shè)過程中融入以人為本及全面協(xié)調(diào)理念，通過“智能生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)”及“智能安全預(yù)控系統(tǒng)”等，實(shí)現(xiàn)智慧煤礦建設(shè)的科學(xué)化及和諧化，為我國智慧煤礦建設(shè)及開發(fā)西部資源起到模范帶頭作用。在建設(shè)過程中首先需遵循整體示范及集成創(chuàng)新原則，智慧煤礦建設(shè)依靠整體，項目建設(shè)需要在基礎(chǔ)上建設(shè)上進(jìn)行創(chuàng)新性延展，在建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)安全管理及高效建設(shè)目標(biāo)，從而建設(shè)新型現(xiàn)代化煤礦。其次，應(yīng)當(dāng)遵循技術(shù)先進(jìn)及技術(shù)可靠原則，從而反映科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)先性、技術(shù)先進(jìn)性、系統(tǒng)安全性、可靠性，利用多種安全防范措施及技術(shù)，保障智慧煤礦安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 建設(shè)方法

現(xiàn)階段國內(nèi)綜合才可工作受到刮板機(jī)傳動方式落后及功率因素低、系統(tǒng)集成度差等因素影響，導(dǎo)致工作效率地下及生產(chǎn)人員數(shù)量多等問題涌現(xiàn)。煤礦系統(tǒng)協(xié)議差異較大，接口不同，導(dǎo)致信息孤島問題明顯。生產(chǎn)管理平臺關(guān)鍵數(shù)據(jù)無法有效處理，數(shù)據(jù)資源利用率不高。因此，在智慧煤礦建設(shè)過程中，構(gòu)架分為設(shè)備執(zhí)行層及傳輸層、運(yùn)營管理層、經(jīng)營管理層幾大層面，設(shè)備執(zhí)行層實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)自動化，傳輸層實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)無縫銜接。①在云計算技術(shù)下，設(shè)置安全生產(chǎn)管理控制平臺及煤礦企業(yè)經(jīng)營管理平臺，利用可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。工業(yè)環(huán)網(wǎng)平臺設(shè)置視頻環(huán)網(wǎng)、安全環(huán)網(wǎng)等，視頻環(huán)網(wǎng)主干鏈路利用萬兆寬帶、控制通信環(huán)網(wǎng)等使用千兆寬帶。公網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)間設(shè)置防火墻，控制流量輸入及輸出，并利用殺毒軟件，保障企業(yè)信息安全。在智能生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)工作面自動化及主煤流運(yùn)輸、輔助輔助運(yùn)輸?shù)龋Ｕ现悄芑刂?，?shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度及設(shè)備管理目標(biāo)，并做出安全通風(fēng)及防水害等決策。系統(tǒng)設(shè)置相關(guān)的運(yùn)營平臺，從而控制基礎(chǔ)軟件及公共系統(tǒng)等，企業(yè)經(jīng)營管理平臺中設(shè)置地測信息系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)、礦井設(shè)備管理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)定制與開發(fā)的協(xié)調(diào)發(fā)展，保障物盡其用。

智能生產(chǎn)運(yùn)行過程中，在綜合采集方面，實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行及故障報警、視頻監(jiān)控，主煤流監(jiān)控系統(tǒng)及通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守，設(shè)備執(zhí)行層接入子系統(tǒng)，利用PLC技術(shù)及以太網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)接入。②智能安全預(yù)控系統(tǒng)建設(shè)中，該系統(tǒng)的作用是保障安全生產(chǎn)，防護(hù)安全隱患，利用技術(shù)及管理手段，實(shí)現(xiàn)智能安全管控。煤礦安全生產(chǎn)決策中心是管控系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，風(fēng)險預(yù)判系統(tǒng)通過科學(xué)及準(zhǔn)確的方法實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)。隱患防治系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全隱患處理，通過技術(shù)創(chuàng)新等方式實(shí)現(xiàn)，安全預(yù)控系統(tǒng)，自采掘安全及煤礦防治水等方面入手，實(shí)現(xiàn)安全預(yù)控。③高效運(yùn)營體系中，針對煤礦企業(yè)運(yùn)營體系問題，建設(shè)科學(xué)運(yùn)營體系，實(shí)現(xiàn)三項運(yùn)營及八大專業(yè)模塊管理目標(biāo)。④智能生態(tài)防治體系，建立地表變形觀測站及地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，建立自然保水開采區(qū)及可控保水開采區(qū)。智能生態(tài)防治系統(tǒng)的目標(biāo)是建設(shè)生態(tài)防治體系，滿足人與自然和諧相處的目標(biāo)[1-3]。

3 結(jié)語

小保當(dāng)煤礦利用云技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)等建立數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)危險預(yù)警及智能管理。在控制系統(tǒng)及管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、挖掘、分析，保障智慧煤礦的深入融合，提升現(xiàn)代化企業(yè)管理水平的提升。建立煤礦地質(zhì)信息系統(tǒng)，有效挖掘地質(zhì)信息，對地質(zhì)模型進(jìn)行多種剖析，管理斷層及陷落柱，實(shí)現(xiàn)采掘過程的有效預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)隱患防護(hù)及安全管理。小保當(dāng)煤礦智能化建設(shè)為我國相關(guān)行業(yè)提供有力支撐。