（山西煤炭運銷集團掌石溝煤業(yè)有限公司 山西 048404）

隨著時代的進步，計算機信息技術的高速發(fā)展，促使智慧地球理念應運而生，并逐漸出現(xiàn)在大眾的視野中。在煤礦開采行業(yè)，智慧礦山系統(tǒng)工程建設成為了重要的研究課題，并且也是采礦行業(yè)未來發(fā)展的主要趨勢之一。因此，積極探索智慧礦山系統(tǒng)工程與關鍵技術具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義，應該給予其足夠的重視。

1.智慧礦山的相關概述

2009年，智慧礦山這一詞語應運而生，其主要是對職業(yè)健康與安全、生產、后勤保障、技術等進行高速處理、自動分析和主動感知的無人礦山。智慧礦山系統(tǒng)主要有四大部分構成，一是智慧職業(yè)健康與安全系統(tǒng)；二是后勤保障系統(tǒng)；三是智慧生產系統(tǒng)；四是智慧技術。不同系統(tǒng)所發(fā)揮的作用也具有差異性。在智慧礦山系統(tǒng)中，智慧職業(yè)健康和智慧生產系統(tǒng)屬于最基本的框架。

相對數(shù)字化礦山、自動化礦山而言，智慧礦山更加先進，是新時代的產物，也是煤礦開采行業(yè)日后發(fā)展的主要方向之一。智慧礦山涉及到了多個學科，不僅有著超高的技術性，而且呈現(xiàn)了較強的實踐性。

2.智慧礦山系統(tǒng)工程

(1)傳輸與匯接層

借助系統(tǒng)設備可獲取原始數(shù)據。但是要想實現(xiàn)數(shù)據的有效傳輸，還需要依靠智慧礦山系統(tǒng)工程的傳輸與匯接層，在其支持下，可通過工業(yè)以太網、無線、有線網絡進行原始數(shù)據的傳輸，將其傳送到相關的機房。為了達到此目的，應該加強對網絡傳輸層的設計，始終堅持一體化設計原則，在確保其設計水平達到有關標準的基礎上，還應該確保其能夠覆蓋整個礦山。在此方面，若是機房或者主機接到數(shù)據之后，還需要強化對不同的接入協(xié)議與接入方式進行科學的處理。例如，針對于傳統(tǒng)工業(yè)自動化設備的數(shù)據而言，其可借助Modbus開展相關的數(shù)據處理工作。對于物聯(lián)網數(shù)據，在開展數(shù)據處理時，需要充分發(fā)揮消息隊列遙測傳輸處理設備的作用。針對于傳統(tǒng)關系型數(shù)據，開源工具Sqoop是主要處理設備之一。

(2)系統(tǒng)設備層

感知、采集數(shù)據是智慧礦山工程中首要的任務。所以，對此系統(tǒng)最底層的構成有著高要求，其主要包括以下幾方面：一是監(jiān)測音頻。如，煙霧監(jiān)測設備、粉塵監(jiān)測設備、水監(jiān)測設備等；二是監(jiān)控視頻。三是各種傳感器。在這些設備的良好運行下，可為智慧礦山提供相應的數(shù)據，且這些數(shù)據都是原始的，可供有效的參考。此外，在智慧礦山工程中，系統(tǒng)設備也是執(zhí)行各類操作的場所，因此其屬于一項綜合自動化系統(tǒng)，包括探測設備、挖掘設備等自動化。從中可知，系統(tǒng)設備層在智慧礦山的系統(tǒng)工程中占有舉足輕重的地位，與礦山人員安全是息息相關的。

(3)數(shù)據分析層

數(shù)據量大、數(shù)據類型多樣是智慧礦山工程較為顯著的特點，在一定程度上加大了數(shù)據分析難度。所以，要想實現(xiàn)對數(shù)據的有效分析，需要以多元化數(shù)據分析方法為依托。一般情況下，會增加基于Docker技術的容器層，以便為多種異構業(yè)務的良好運用奠定基礎。在高密度價值的結構化數(shù)據處理過程中，由于其處理工作較為復雜，所以需要對數(shù)據分析工具進行科學的選擇，例如可使用Greenplum、Teradata等，有助于促使數(shù)據分析效果提升。在進行非結構化處理工作中，應加強對實時流計算工具進行運用。如，Spark Streaming。在處理海量結構化數(shù)據或者半結構化數(shù)據環(huán)節(jié)，需要注重對Hadoop框架的上層組件進行運用，其中較為常見的有兩種，一是Impala，二是Hive。

(4)數(shù)據可視層

在智慧礦山系統(tǒng)工程中，數(shù)據可視層是重要的組成部分。與傳統(tǒng)礦山系統(tǒng)不同，智慧礦山系統(tǒng)在數(shù)據呈現(xiàn)方式要求方面是比較高的，需要能夠以統(tǒng)計圖、表格的形式進行展示，同時還應該保證當有異常數(shù)據出現(xiàn)時，及時進行警報。因此，數(shù)據可視層也是不可忽視的。另外，在數(shù)據查詢與提取方面應盡可能促使其簡單化，以便降低礦山管理人員工作難度。在數(shù)據可視層，為更好的展示相關數(shù)據，應該注重對三維技術、虛擬現(xiàn)實技術的應用，以強化數(shù)據呈現(xiàn)效果。

(5)決策控制層

決策控制層屬于智慧礦山的最后一層，也是核心部分。為了促使智慧礦山工程順利開展，需要確保決策控制層能夠控制智慧礦山生產的各個環(huán)節(jié)，以便提升生產效率與質量。這就要求決策控制層功能多元化，如調度指揮通信功能、應急救援功能等。在科技環(huán)境下，人工智能技術水平不斷提升，因此可將其應用在決策控制層，以將其作用最大化。在大數(shù)據技術、云計算技術等支持下，有助于提升對礦山安全生產控制的實效性，實現(xiàn)控制命令的自動實行。為了促使決策控制層作用最大化，還應該確保其具備系統(tǒng)自學功能，以在整體上完善智慧礦山系統(tǒng)，為其穩(wěn)定、高效運行打造良好的環(huán)境。

3.智慧礦山關鍵技術

(1)建筑信息模型技術

建筑信息模型技術即BIM技術。BIM是Building Information Modelin的縮寫。在2002年，建筑信息模型技術被提出，隨著其不斷發(fā)展和應用，也日趨成熟和完善，具有協(xié)調性、可視化、模擬性等眾多優(yōu)勢，屬于智慧礦山關鍵技術之一。將BIM技術合理的應用在智慧礦山生產中，能夠對相關產生人員產生指導作用，合理安排設備，并有針對性的調整開采方案。同時，還可借助其建模功能，結合礦山的具體情況，建立與之相適應的模型，進行災害預演，以提前制定相應對策，降低地下災害發(fā)生的事故。

例如，在某工程中，其礦井北部與井田相連接，西部以礦區(qū)總體規(guī)劃的井田邊界（杜窯溝斷層）為界，主要可采煤層18煤、3煤、2煤、4煤。此礦山工程地質環(huán)境較為復雜，存在多種危險因素，不僅開采難度比較大，而且對作業(yè)人員生命安全造成了威脅。若是運用傳統(tǒng)礦山采礦技術很難及時發(fā)現(xiàn)開采中的不穩(wěn)定性因素，尤其是在生產運維管理中，以傳統(tǒng)采礦技術為支撐，將會消耗大量的人力，而且難以實現(xiàn)全方位的監(jiān)管，容易引發(fā)安全事故。但是在BIM技術的應用下，可構建相關的安全生產監(jiān)控場景，及時排除惡劣生產環(huán)境中的不良因素，有助于優(yōu)化生產環(huán)境，進而進行動態(tài)控制，可將危險事件扼殺在萌芽中，實現(xiàn)智慧礦山建設工作的有序進行。

此外，將BIM技術融入到智慧礦山中，還可構建信息網絡模型，進一步加強工業(yè)設備管網建設，進而有效展示設備維護信息，以科學調整和優(yōu)化相關方案，推動礦井智能生產工作順利開展。

(2)三維激光掃描技術

在智慧礦山建設中，融入三維技術，能夠建立相應的三維礦山模型，為其實際生產提供可靠參考。主要是因為三維激光掃描技術又被成為實景復制技術，可實現(xiàn)對實物的高精度、非接觸、完整地、自動化掃描。因此，比較適合運用在礦山開采工作中，以對昏暗、狹小的礦井巷道進行觀察和分析，精準掌握礦山工程進度，實現(xiàn)三維立體化的地下管理，為智能無人開采奠定基礎。

另外，由于三維激光掃描技術呈現(xiàn)了簡便、高效、精確、快捷的獨特優(yōu)勢，所以將其應用在礦山工程還有利于精確地監(jiān)測礦山變形，為工作人員的生命安全保駕護航。

三維激光掃描技術也為智慧礦山建設提供了有利條件，對其進行充分的運用，可獲得全面且精準的礦山信息。與此同時，還可建立三維礦山模型，能夠促使有關人員對礦山的具體情況進行深入的了解。在智慧礦山工程中，三維激光掃描技術可對不同類型的信息進行掃描，如礦山的地形情況、采礦巷道、尾礦庫、采場情況等，在將其輸送到相應的計算機之后，通過數(shù)據的合理轉化，可促進數(shù)據統(tǒng)計與分析工作順利進行，對礦山精心化管理的實現(xiàn)具有重要意義。此外，在三維激光掃描技術的支持下，可有效建立礦山模型，重現(xiàn)虛擬礦山，可呈現(xiàn)理想的三維立體效果，能夠為實際礦山采礦工作開展提供可靠依據，確保其開采的針對性、科學性，減少安全問題出現(xiàn)，優(yōu)化開采質量。例如，由于三維激光掃描技術可將巷道中的各種信息全面的、準確的記錄下來，改變了以往手工素描記錄的形式，在降低有關人員工作強度的同時，也可建立巷道相關設備模型，實現(xiàn)地下三維立體化管理，加快智慧礦山建設步伐。

(3)異構業(yè)務承載技術

異構業(yè)務承載技術在智慧礦山數(shù)據分析與處理中發(fā)揮著至關重要的作用。其實際上屬于一個承載容器，如現(xiàn)階段較為常見的Docker就屬于最主要的一種。異構業(yè)務承載技術可將各種處理功能打包起來，為避免其之間產生干擾，還可促使其相互隔離，在智慧礦山中獲取了良好的應用效果。

4.結束語

總而言之，在新時期，煤礦開采行業(yè)雖然獲得了新發(fā)展，但由于地質條件復雜，開采環(huán)境惡劣，所以開采成效并不理想。在此情況下，智慧礦山受到了關注，并且其對智慧化的要求十分迫切。因此，應該加強智慧礦山工程建設，深入挖掘相關關鍵技術優(yōu)勢，以建設可持續(xù)發(fā)展的智慧礦山。