智能矿山建设实践及关键技术

王龙洛 付阳 临沂会宝岭铁矿有限公司

随着“中国制造2025”和“互联网+”的强国政策深入实施，对于能源型企业来说，信息化与工业化的深度融合、促进传统产业转型升级，势在必行。聚焦国家及地方政策导向，加快煤矿智能化发展，实现智能化、无人化运行，是煤炭企业未来的发展目标。

一、智能矿山概述

智能矿山以信息化建设为基础，以自动化建设为手段，融合5G 通信、物联网、云计算、大数据、智能传感、人工智能等先进技术，最大程度地减少井下作业人数，改善矿井员工作业环境，提高工作效率，并打造跨系统多维度的数据分析平台，为管理层制定矿井发展方向与决策提供可靠数据支持。智能矿山建设技术架构，其包括感知层、传输层、数据层、平台支撑层和应用层。感知层将前端感知的视频监控数据、安全监测数据、生产自动化数据等通过串口、网关、PLC、综合分站、移动设备等进行集中采集。传输层利用井上下工业环网、视频专网、4G/5G 无线网络等对感知数据进行传输。数据层按照统一标准对感知层数据进行分类存储。平台支撑层基于实时数据和业务需求进行数据抽取、数据可视化、大数据分析等，提供基础技术支撑服务、数据管理支撑服务、数据共享与交换服务、应用与分析支撑服务。应用层提供面向业务应用的服务，主要包括基于时空GIS“一张图”的安全监测系统、基于时空GIS“一张图”的生产监控系统、生产执行系统、经营管理系统及综合决策大数据分析系统，并通过调度大屏、PC 应用端、门户网站、移动APP 等方式进行展示，PC 应用端、门户网站和移动APP 均可基于权限控制实现煤矿不同用户需求。

二、智能化建设规划基本思路

（一）单机装备的智能化建设

整个工艺链条是由若干独立生产单元组成，而针对每个独立生产单元又是诸多功能设备的组合体，因此若实现整体智能化蓝图，则单机装备的智能化就是先行基础。实现单机装备的智能化，理论上智能煤机应该具备以下特征：

1）具备深度感知能力。实现智能，感知是基础。不但要做到其本身状态的实时自检、实现功能的质检，还应与上游关联设备运行状态、物料或介质流瞬变信息等，形成一定的工业预判或建立起数据共享机制。

2）具备记忆与思维能力。针对记忆的设计需区分设备本身数据积累和实现功能质量数据积累2 个主要部分，设备自身运行与状态数据是为设备全寿命周期管理和故障诊断预判体系服务的；实现功能质量数据则是为工艺调整的智能决策服务的。针对思维能力，则是最基本的预判分析能力，也是核心需求。不但要预判设备的运行状态及故障并分析应对的处置策略，还要提前预判上游物料及介质流变化并分析应对的生产策略。

3）具备行为决策能力。对于基本的思维预判分析结果，在充分验证复核后，必须得实际解决问题。针对设备本身的运行状态出现偏差，必须采取对应闭环纠偏调节；针对设备本身故障，得按照故障等级采取对应的紧急保障措施；针对上游物料及介质流变化，得提前调节对应的工艺参数保证功能质量。在行动方案得到有效决策后，对应的执行机构应该快速有效的得到监督执行，进而才能达到预期效果。

4）具备自学与自适应能力。设备的固定功能容易实现，但后期的特殊情况则较为复杂。在智能化实现之前基本都是人为决策，虽然过程控制不一定精准，但也不易出现生产质量等其他问题，智能化实现之后在无须人为干预的情况下，如出现特殊情况就必须得要求其实现类人脑功能，自动修改工艺参数以改进过程控制，使得质量控制范围达到最佳或至少是容许范围内，并做到设备安全可控，甚至在该类似问题再次发生时必须自动识别并有效从容应对。

（二）多机装备的智能化协同

在单机装备实现智能化的基础上，需进一步有效开展独立生产单元的集成整合，因此建立健全相关标准体系、开发智能一体化管控平台等相关工作，将是实现多机装备智能化协同的宏观要求。当然，受单机装备智能化升级进程的制约，相关标准体系的建立和智能一体化管控平台的开发等相关工作，一般将会与其同步开展并配合实施。在平台建立、智能单机装备之间形成互联互通关系的同时，关键问题是怎么协同，这里就涉及了“智能决策”的问题，只有真正意义上的智能决策或智能辅助分析决策有效应用的情况下，才能真正做到一键智能化生产的终极目标。

三、智能矿山建设需攻坚的关键技术

（1）采煤机自主割煤技术，特别是煤岩识别、采煤机与液压支架数据交互、机器人巡检等技术。

（2）连采机自主割煤技术。特别是连采机定姿定位技术需进一步优化，实现连采机自主生产，提升巷道掘进工程质量和掘进效率。

（3）移动设备人员接近探测技术。在掘进工作面移动设备上加装360°全景影像辅助识别设备，当监测到掘进设备周围有人员接近时发出警报，避免人员伤害。

（4）无线传感技术。如设备无线温度、振动等状态监测技术，工作面环境无线监测技术等，以减少人员工作量，保证现场作业安全。

（5）智能油脂集中润滑、集中加油技术。根据油位、油压、油质等监测数据，实现自动加油或注油，减轻现场工作人员的劳动强度。

（6）井口智能安检技术。通过建设安检系统实现人员和车辆管控、车辆重点部位识别、下井人员和车辆记录、车辆闯红灯拍照记录等功能。

（7）梭车无人驾驶技术。在梭车上方安装激光雷达，基于先进算法，实现梭车自动定位、自主建图、路径规划。中央控制器不断采集角度传感器、速度传感器、堆煤传感器、人体感应传感器数据，对数据进行分析处理后发出控制指令至执行系统，实现梭车接煤、运煤、卸煤各环节自动运行。