（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王村煤業(yè)公司 山西 037001）

1.智能化礦山的概念

(1)智能化礦山的定義及內(nèi)涵

要想在煤礦礦山實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)必須充分融合信息技術(shù)、礦山開采技術(shù)、遙感技術(shù)等。一般智能化礦山可以劃分為如下三個(gè)階段：第一階段，在礦山生產(chǎn)過(guò)程中引入數(shù)值化，主要包括如下幾個(gè)方面的技術(shù)：傳感器、計(jì)算機(jī)等，因此在生產(chǎn)的過(guò)程中相關(guān)工作人員可以直觀的觀察相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。第二階段，在礦山作業(yè)時(shí)引入虛擬化，這樣可以以圖片或者虛擬動(dòng)畫的形式將礦產(chǎn)生產(chǎn)場(chǎng)景展示出來(lái)，從而便于管理者對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理。第三階段，借助遠(yuǎn)程功能實(shí)現(xiàn)礦山的無(wú)人化作業(yè)，通常相關(guān)技術(shù)人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行操作。借助人工智能可以實(shí)現(xiàn)智能化感知、學(xué)習(xí)以及決策。在進(jìn)行開采時(shí)，毒地不同的工藝流程進(jìn)行智能化的分析以及計(jì)算，可以生產(chǎn)相應(yīng)的分析決策，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)下的協(xié)同開采，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能接盤以及綠色生產(chǎn)目的。圖1表示相應(yīng)的智慧礦山的數(shù)字化基礎(chǔ)建設(shè)示意圖。

圖1 智慧礦山的數(shù)字化基礎(chǔ)建設(shè)示意圖

(2)智能煤礦的構(gòu)成

由于在礦井下作業(yè)，其各個(gè)環(huán)節(jié)都比較復(fù)雜，因此將智慧礦上劃分為90多個(gè)子系統(tǒng)，并將其劃分為三大類：

①智能化生產(chǎn)系統(tǒng)

一般將智能化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為如下兩個(gè)系統(tǒng)：第一，主生產(chǎn)系統(tǒng)智能化；第二，輔助生產(chǎn)系統(tǒng)智能化。其中，主生產(chǎn)系統(tǒng)智能化主要是指對(duì)采掘工作面實(shí)施智能化作業(yè)，從而可以借助遠(yuǎn)程遙控進(jìn)行無(wú)人化作業(yè)。而輔助生產(chǎn)系統(tǒng)智能化主要對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)、排水以及供電等進(jìn)行智能化操作。

②智能化安全管理體系

在煤礦生產(chǎn)時(shí)，安全顯得尤為重要。只有在安全的前提下，才可以發(fā)揮智能化的作用。由此可以看出，必須優(yōu)化智能化安全管理機(jī)制，在智能化安全管理的過(guò)程中，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下危險(xiǎn)源的識(shí)別、檢測(cè)、報(bào)警以及相應(yīng)的處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源預(yù)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的找到最佳的避災(zāi)路線，同時(shí)將該信息傳輸給井下工作人員。通常智能化安全管理機(jī)制包括如下幾個(gè)子系統(tǒng)：第一，智能化防滅火系統(tǒng)；第二，智能化監(jiān)控系統(tǒng)；第三，設(shè)備定位系統(tǒng)；第四，智能化人員等。

③智能化后勤保障體系

通常智能化后期保障機(jī)制包括如下幾個(gè)方面：第一，礦井設(shè)計(jì)；第二，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探、測(cè)量、通風(fēng)與排水的智能化；第三，實(shí)現(xiàn)辦公與考勤的智能化等。

圖2 智能化煤礦情景邏輯

在煤礦生產(chǎn)中引入智能化，不是一蹴而就的，需要不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在將來(lái)實(shí)施智能化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須對(duì)煤礦工人的工作形式進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，圖2表示相應(yīng)智能化煤礦情景邏輯生產(chǎn)示意圖。

2.煤礦機(jī)電設(shè)備健康智能化關(guān)鍵技術(shù)

智能化礦上充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算等技術(shù)，從而可以構(gòu)建良性智能化工作平臺(tái)，能夠有效地提高礦山智能化水平，同時(shí)也可以推動(dòng)煤礦智能化健康管理。

(1)基于互聯(lián)網(wǎng)+的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

智能化礦山可以借助互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸以及采集，能夠較好地促進(jìn)智能化煤礦開采的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，該物聯(lián)網(wǎng)必須借助各種協(xié)調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理，同時(shí)可以對(duì)各個(gè)生產(chǎn)工藝進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而可以將礦下的信息實(shí)施傳輸給井上的工作人員，最大限度的提高了作業(yè)人員的安全性。

(2)大數(shù)據(jù)處理及人工智能技術(shù)

在對(duì)煤礦進(jìn)行開采的過(guò)程中，往往出現(xiàn)各種作業(yè)面狹小以及設(shè)備擁擠的現(xiàn)象，因此在作業(yè)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致信息處理與管理方面帶來(lái)困難。由此可以看出，智能化煤礦設(shè)備在開采的過(guò)程中，能夠借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析與處理，從而可以找到數(shù)據(jù)所反映的問題，進(jìn)而能夠?qū)﹂_采工藝進(jìn)行優(yōu)化。通常情況下，采煤工作面所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包括如下幾個(gè)：第一，采煤工作時(shí)的速度、傾斜角以及截割阻力等；第二，對(duì)于刮板輸送機(jī)而言，主要涉及鏈條的張力，運(yùn)輸速度以及支護(hù)阻力等。人工智能設(shè)備可以對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析，并且可以依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果找到最佳的分析策略，與此同時(shí)將數(shù)據(jù)以圖表的形式展現(xiàn)給管理人員，因此可以起到智能化的效果。

3.礦井機(jī)電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)

(1)機(jī)電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)的構(gòu)成

圖3 煤礦機(jī)電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)

為了能夠充分體現(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備的智能化，那么必須構(gòu)建一個(gè)屬于機(jī)電設(shè)備的健康智能化管理機(jī)制。為了能夠有效地優(yōu)化機(jī)器設(shè)備的性能，在軍工以及航天領(lǐng)域?qū)嵤C(jī)電設(shè)備健康預(yù)測(cè)管理。由于煤礦生產(chǎn)的過(guò)程中，該引用依舊處于初級(jí)階段，僅僅針對(duì)部分設(shè)備實(shí)施智能化健康管理機(jī)制。通常情況下，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)智能化健康管理流程包括如下幾個(gè)方面：第一，智能化信息采集；第二，建立健康檔案；第三，進(jìn)行健康預(yù)測(cè)以及恢復(fù)等。圖3表示相應(yīng)的礦用機(jī)電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)包括兩個(gè)單元：第一，本地監(jiān)測(cè)終端；第二，井上調(diào)度中心，其中首先由本地監(jiān)測(cè)終端殘疾機(jī)電設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)該數(shù)據(jù)傳輸給井上調(diào)度中心，進(jìn)而對(duì)信息進(jìn)行智能化的處理，最終完成健康評(píng)估，因此可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

(2)煤礦機(jī)電設(shè)備健康智能化診斷

通過(guò)分析煤礦機(jī)電設(shè)備健康管理可以發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中，本地監(jiān)測(cè)終端主要對(duì)設(shè)備的信息進(jìn)行采集。例如對(duì)旋轉(zhuǎn)類設(shè)備的故障信息進(jìn)行采集時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)采集軸承以及電機(jī)位置，有如對(duì)控制系統(tǒng)中的故障問題進(jìn)行信息采集時(shí)，主要對(duì)液壓翻以及傳感單元進(jìn)行采集。由此可以看出，在進(jìn)行信息采集時(shí)，必須在重要部件位置設(shè)置相應(yīng)的傳感器。在通過(guò)運(yùn)用智能化模型以及關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行分析后，能夠有效地對(duì)故障進(jìn)行診斷以及識(shí)別。圖4表示相應(yīng)的煤礦機(jī)電設(shè)備健康智能化診斷系統(tǒng)。

圖4 煤礦機(jī)電設(shè)備健康智能化診斷系統(tǒng)

(3)煤礦機(jī)電設(shè)備健康智能化維修決策數(shù)據(jù)庫(kù)

以機(jī)械設(shè)備診斷為依據(jù)，進(jìn)而可以合理劃分設(shè)備的健康情況，從而構(gòu)建相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備健康數(shù)據(jù)庫(kù)，該決策數(shù)據(jù)庫(kù)包括如下幾個(gè)單元：第一，設(shè)計(jì)過(guò)程中的固化維修單元；第二，使用過(guò)程中的調(diào)試策略；第三，專家數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)構(gòu)建智能化數(shù)據(jù)庫(kù)能夠有效地提高礦用機(jī)電設(shè)備的使用壽命，與此同時(shí)對(duì)維修方案進(jìn)行優(yōu)化處理，最終可以對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行智能化健康管理。

4.結(jié)論

（1）對(duì)智慧礦山的定義以及內(nèi)涵進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)其組成單元進(jìn)行的介紹如下：第一，智能生產(chǎn)單元；第二，智能化安全管理單元；第三，智能化后勤保障單元。

（2）對(duì)礦用設(shè)備的智能化健康管理問題進(jìn)行分析，基于機(jī)電設(shè)備健康智能化管理的構(gòu)成、診斷以及構(gòu)建決策數(shù)據(jù)庫(kù)等，對(duì)礦用機(jī)電設(shè)備的健康智能化管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的探究。