智 慧 矿 山

1、智慧矿山现状与问题

当前，以信息化带动煤炭工业化，走新型工业化道路，建设新型现代化矿井成为煤炭企业提高矿井安全保障程度、实现高产高效、增加企业核心竞争力的必然途径，更是科技兴矿的重要发展方向。煤炭企业在逐步推动矿井综合自动化与信息化管理，并开始不断推进智慧矿山进程。形成了一定阶段性成果:

（1）基础设施建设：构建工业电视系统、数据机房、调度大屏、扩播系统、工业以太网等，如图1。

 

图1  智慧矿山基础设施建设

（2）专业子系统建设：地测、通防、调度、机电等专业应用系统；安全监控、顶板压力、水文监控、人员管理等监测监控系统；主副提升、皮带运输、水、泵房、变电所等生产自动化监控系统；井下广播、3G通讯系统等调度通讯类系统。

但当前，智慧矿山工程建设缺乏整体规划与统一集成实施；煤矿综合自动化系统、煤矿安全生产监测监控系统及企业经营管理软件等尚没有行业或者国家标准，煤矿企业采用不同厂家各自自行制定的传输协议和接口标准，各分(子)系统之间不能互通和兼容，存在着“信息孤岛”现象，信息资源难于共享，监测系统、控制系统和管理系统不能实现联动管控；从产业的角度看，目前煤矿行业安全生产软硬件研发和服务保障系统相对落后，生产厂商的研发没有共同的标准，使得研发的系统难以满足不同煤矿安全生产的需求、技术升级以及智能分析的需要，如图2。为此，我们站在一个更高的科技与应用角度去规划与提升矿山综合自动化与信息化建设，真正推进智慧矿山进而实现智慧矿山样板化与工程化。

 

图2  智慧矿山建设存在问题

坚持科学管理，推进数字化矿山建设是煤炭行业信息化趋势，也是两化深度融合的重要应用。用数字化、信息化改造提升煤炭产业，建设“监、测、管、控一体化”智慧矿山综合管理，实现生产系统和辅助系统自动化控制和智能化监控。基于采掘工程系统建立矿山安全生产监测监控自动化、信息化与数字化管控中心，充分发挥地测工作做为煤矿技术基础工作的作用，推进应用采掘工程的综合控制，提高矿井信息化装备与现代化管理水平。

2、智慧矿山概念与目标

我们认为智慧矿山是自动化与信息化的融合，具体体现：

（1）实现地测、通防、机电、采掘、调度、自动化等业务部门的统一数据管理与应用服务，基于GIS+MIS+IM+Workflow等构建智慧矿山协同管控平台，实现各类专业业务部门的协同设计、信息化管理与智能分析；

（2）基于智慧矿山协同管控平台高度集成监测传感器、自动化设备、人员定位、视频监控、束管监控、矿压监控、回采掘进等信息实现面向业务管理的应用，最终实现安全生产动态管理、集中管控、预警联动与智能决策分析等。

当前，矿山信息化形成了一定的软硬件系统，本着整合资源、节约成本、提升管理的理念，智慧矿山涵盖三个层次。

（1）监控、分析、整合：矿山运行核心系统的各项关键信息（地质、测量、安全、生产、调度、自动化、瓦斯监测、视频监控、人员定位、水文监测等）。

（2）智能响应应急联动：以集控与数据融合为基础，实现矿井灾害智能分析与预警联动，杜绝安全事故。

（3）矿山管理新模式：以数据中心与集控中心等为基础，基于智慧矿山管控体系，以高度集成、智能分析为主要特征的闭环管控、责任明确。

最终，将埋藏在地表以下的矿山实体（如：巷道、工作面、构造、作业设备、人员等）及其状态（如：传感器信息、采煤机状态、掘进机状态、人员状态、主煤流设备状态、供电状态、排水系统状态等）基于地理空间位置构建智慧矿山协同管控平台展现在用户（技术人员、业务管理人员、管理决策人员以及相关领导）面前；同时接入与集成所有相关信息（即空间位置间接有关的相对变动的信息，如监测传感器、自动化设备、人员定位管理、视频监控管理、束管监控管理、矿压监控管理、储量动态管理、掘进、回采等），实现矿井企业的生产过程自动化、安全监控数字化、企业管理信息化、信息管理集约化、安全管理智慧化。即实现数据（控制数据、管理数据）、视频（井上、井下监控图像）、语音（煤矿与外界、煤矿井下与井上）的全数字化传输与管理，实时跟踪与监测井下安全生产监测系统与煤矿动态开采生产过程系统的安全，实现基于采掘工程二维图或者三维立体图实现矿井安全生产信息与采掘工程、地质环境、采掘状态的动态关联、综合化管理、自动化管理与智慧化管理等，达到人员管理、监测监控、视频监控与自动化监控等位置化联动服务与应用，具体目标如图3。

 

图3  智慧矿山建设目标

3、智慧矿山建设思路

智慧矿山建设要本着“高起点、高效率”的原则，以安全生产管理、控制与突发事件的事前防范、事中处理、事后分析提供有效的技术支持为基本要求，切实加强煤矿的安全生产保障能力和应急处置能力。

智慧矿山建设以地理信息系统平台为载体，综合集成生产自动化子系统、安全生产监测监控子系统、人员定位管理系统、设备定位与管理子系统、视频监控子系统、顶板压力监控子系统等多个安全、生产与自动化应用子系统，通过上层综合管理系统的统一协调实现各子系统间的资源共享与信息互通，从而达到管理便捷性、数据直观性，实现各安全生产应用子系统之间的智能化联动管控和处置突发事件的应急指挥。同时站在煤矿安全生产保障与运行管理的高度，充分利用计算机和网络技术手段，实现对煤矿安全防范的集中管理，从根本上提升煤矿安全生产的全方位防范能力，提高煤矿安全防范的整体联动响应能力和智能管理程度，最终实现煤矿内各安全生产应用子系统集中管理、资源共享、统筹调度，形成基于GIS智慧矿山综合管控系统统一大平台局面。

智慧矿山建设思路严格遵照“12341”思路，即在一个智慧矿山管控体系下，构建数据中心与集控中心，形成协同地理信息系统平台、矿井综合自动化平台与协同管理信息系统平台，实现矿井协同设计、安全管理、经营管理与专家分析四类应用，最终基于2DGIS+3DGIS+移动互联实现统一的综合发布与管控，如图4。

 

图4  智慧矿山建设思路

4、智慧矿山整体架构

智慧矿山整体架构完全遵从智慧矿山“12341”的建设思路, 梅安森团队秉承“专业、先进、实用、灵活”的设计理念，结合煤炭行业特点与智慧矿山趋势，基于统一的智慧矿山管控体系，设计与构建集控中心与数据中心，采用CAD、GIS、组态等技术开发专业的多维一体的智慧矿山智能协同综合管控平台，可形成涵盖从技术层到辅助决策层的各个级别的应用产品，可分级、分专业、基于工作流实现协同设计、安全生产管理、集中管控、经营管理、专家分析与综合发布等应用与服务。进而实现多专业、多部门的协同应用、移动互联与联动报警，通过“构建智慧矿山、整合信息资源”可为智慧矿山深层数据挖掘应用提供信息资源。如：采掘工程一张图共享与协作、灾害预警与应急联动。整体架构如图5。

 

图5  智慧矿山整体架构