智慧矿山的构架及其建设的思考.doc

智慧矿山的构架及其建设的思考中国智慧矿山联盟筹备组 毛允德执笔什么是智慧矿山： 智慧就是对事物能迅速、灵活、正确地理解和处理的能力。智慧矿山就是对生产、职业健康与安全、技术和后勤保障等进行主动感知、自动分析、快速处理的无人矿山。智慧矿山是本质安全矿山、高效矿山、清洁矿山;矿山的数字化、信息化是智慧矿山建设的前提和基础，智慧矿山的建设是逐步实现的，具有明显的阶段性。1.智慧矿山的基本构架 智慧矿山包括了矿山的各个方面，按照通常的划分方法，可以分为三个方面，就是智慧生产系统、智慧职业健康与安全系统、智慧技术与后勤保障系统。1.1智慧生产系统 包括智慧主要生产系统和智慧辅助生产系统，智慧主要生产系统包括采煤工作面的智慧化和掘进工作面的智慧化，对于煤矿来讲，就是以无人值守采煤掘技术为代表的智慧综采工作面和无人掘进工作面。对于非煤矿山来讲，可能是以智慧爆破采矿为代表或者以自动机械采矿技术为代表的无人采矿工作面和无人掘进工作面系统。1.1.1智慧主要生产系统包括：1.1.1.1智慧采煤工作面方面可以分为：智慧薄煤层无人工作面系统、智慧中厚煤层无人工作面系统、智慧综采放顶煤无人工作面系统、智慧充填开采工作面系统等。1.1.1.2非煤矿山智慧采矿工作面智慧任务爆破爆破采矿方面和智慧无人机械开采工作面。1.1.1.3智慧掘进工作面主要有：智慧机械无人掘进掘进工作面，和智慧炮掘无人工作面。1.1.2智慧生产辅助系统就是以无人值守为主要特征的智慧运输系统（含皮带运输、辅助运输）智慧提升系统、智慧供电系统、智慧排水系统、智慧压风系统、智慧通风系统、智慧调度指挥系统、智慧通讯系统等。1.2智慧职业安全健康系统 近年来，我国矿山安全水平已经获得了巨大提高，安全管理的目标也从“减少事故，减少死亡”，提高到“洁净生产，关爱健康”的高度。 从对于职业生命的关注，上升到对职工健康、幸福关爱。矿山的职业健康与安全包含了环境、防火、防水、等多个方面，子系统众多包含如下子系统：智慧职业健康安全环境系统，智慧防灭火系统、智慧爆破监控系统、智慧洁净生产监控系统、智慧冲击地压监控系统、智慧人员监控系统，智慧通风系统、智慧水害监控系统、智慧视频监控系统，智慧应急救援系统，智慧污水处理系统等等。1.2.3智慧技术与后勤保障系统为了煤矿生产安全提供技术保障和支持的系统，我们称为保障系统。保障系统分为技术保障系统、管理和后勤保障系统。智慧技术保障系统是指地、测、采、掘、机、运、通、调度、计划、设计等的信息化、智慧化系统等。智慧管理和后勤保障系统，智慧化的矿山管理后后勤保障系统，是指针对矿山的智慧化ERP系统、办公自动化系统、物流系统、生活管理、考勤系统等。2. 智慧矿山的主要特点2.1“无人”是智慧矿山的最高形式 智慧矿山的显著标志就是“无人”，就是开采面无人作业、掘进面无人作业、危险场所无人作业、大型设备无人作业，直到整座矿山无人作业。整个矿山的各个方面都在智慧机器人和智慧设备下操作完成。2.2智慧矿山建设的阶段性 2.2.1矿山技术发展的阶段性 矿山技术的发展大体经历了四个阶段，就是原始阶段- 机械化化阶段-数字化信息化阶段-正在向智慧化阶段迈进。一、原始开采阶段：人们主要通过手工和简单的工具稿刨、锨挖进行矿山的采掘活动，生产主要靠人力，效率极低。二、机械化阶段：矿山在采掘、运输、提升、以及生产辅助方面采用大量机械设备和爆破施工，生产效率得到大大提高，矿井用人数量大大减少。三、数字化信息化阶段，计算机技术的飞速发展，给传统的产业的发展带来了巨大机遇，“用信息技术改造传统产业，提升传统产业实现跨越式发展”也成为国家的战略，煤矿开展的“两化融合”、“三网合一”等工作就是这一阶段的的典型代表。从字面意义上来讲，数字化简就是将“书面”信息转变成电子信息数字信息；信息化主要是解决数据传输、数据呈现问题。四、智慧化阶段，当前发到国家在各个领域都快速的向智慧时代飞进！尤其在军事领域，例如无人飞机、机器战士，无人战车等等。智慧就是具有人类一样的思维能力，就是可以代替人处理复杂的工作，就是“无人”，智慧矿山能够主动的感知、自动分析、并能够正确快速地处理的矿山系统。信息化数字化与智慧化的区别标志就是是否实现了“无人”。2.2.2 智慧矿山发展的阶段性 智慧矿山的发展是是一个不断进步的过程，而且随着科技水平的提高，智慧化的程度也将不断提升。我们认为智慧矿山的建设可划分为四个阶段。一是单个系统、单项技术的智能化，实现一个系统、一个岗位的“点上的无人”。二是多个系统的智慧化，实现部分系统的集成，实现”面上的无人”。三是实现“一个矿井的无人”。就是井下生产、安全、后勤系统的全面无人。四是实现“矿区系统的无人”。实现包括矿井生产安全、洗选、运输等矿区一级系统无人作业。在此条件下，随着技术的进步，各个环节的无人技术还将不断进步和优化，达到更高的效率。3.我国智慧矿山建设的基础与现状3.1 智慧无人开采技术的现状 引进了一些国外的无人采面工作面系统，代表煤矿是 2000年铁法小青矿、2003年马兰、2005年大同引进DBT刨煤机自动工作面。2005年神化神东公司先后建成榆家梁煤矿哈拉沟半截深、补连塔全截深工作面。自主知识产权的研发，山西科达自动化等公司为代表的国内厂家，积极投入无人采面工作面的研发，取得可喜成绩，已经有十多个工作面装备。存在问题，一是我国煤矿地质条件复杂（例如具有特厚、厚、中厚、薄煤层等不同条件），需要针对不同地质条件研发不同的设备，在远程控制、环境探测、数据分析等方面还有一些关键技术需要突破。在非煤矿山方面，主要采用爆破采矿技术。实现智慧化的方向应该是智慧无人爆破系统和智慧机械开采两个方向。3.2 智慧无人掘进技术的现状当前岩石掘进作业生产线，煤巷综掘技术代表着掘进技术的现有水平。在智慧化方面，缺少无人掘进机械，也缺少无人爆破掘进工作面技术。但是，在掘进机的信息化、喷浆机器、智能爆破技术等方面具有一批新的成果。3.3智能辅助生产系统的的现状 辅助系统的智慧化工作，近年来发展迅速，无人排水系统、无人供电系统、无人皮带集中控制系统、无人压风系统、无人提升系统、主风机无人系统等在一些煤矿安装使用。山东能源集团等在矿井调度指挥、通讯方面进行了智能化建设，实施了“e”矿山工程、矿井“一卡通、物联网”工程，在通讯技术方面，装备了井下无线通讯、有线通讯、广播通讯以及井下千兆光纤环网通讯系统。山西、河南、安徽等省，以及神化、中煤等大型国有煤矿也推出了一些智能辅助系统。3.4智能职业健康与安全监控系统的现状 一、智能激光感知技术，由激光驱动的传感技术，实现了现场无电无人工作，无电传输，免维护。是传感技术的革命性进步。二、智能二氧化碳防灭火系统，在易操作性，防灭火效果等方面大大超过了氮气防灭火技术。三、智能爆破技术，依照本质安全理念，智慧控制的理念，实现了对爆破全过程的自动监控自动控制，实现了“爆破本质安全，不安全就不能爆破”。数码雷管技术、智能炸药技术也取得了快速发展。四、无线传感与物联网技术，物联网就是一种基于无线传输、自动组网技术的传感器组合系统，传感器的无线化和自动组网功能大大提高了安装使用的效率和适应性，为监控数据的获取传输、利用，提供了更加方便的技术手段，开拓了更加广阔的空间。五、智能清洁生产技术方面，主要发展了智能防尘技术，包括注水技术和设备、净水技术和设备、喷雾添加剂、风流控制技术、粉尘监控技术等等，对于综采、综掘、普掘、普采作业工作面的防尘、降尘、除尘都产生了非常好的效果，使煤矿的生产安全环境由重污染，快速向洁净生产方向转变。六、智能冲击地压防治技术，冲击地压是最近几年才越来越突出的一种灾害，在山东等开采深度大的矿井引起了多起事故。在这方面，一方面引进波兰等一些国家的先进技术，另一方面北京科大、山东科大、中国矿大等，做出了深入的研究，形成了基本成熟的理论体系模型和相应的监控系统，正在使这一新的灾害获得控制。七、智能人员监控技术，正在发展的精确定位系统，将改变现有人员管理系统定位不准或者不能定位的缺点，扩大人员管理系统的应用范围。八、智能通风系统方面，在自动风门、主扇风机变频自动控制、局扇自动控制、通风参数监测、通风网络自动解算和整个系统自动控制等方面，都进行了一些深入研究，其目标就是实现全矿井通风系统的智慧化，无人值守，自动调节。九、智能水害监控的技术，有水文监控系统、水害探测系统、自动排水系统等进步。十、智慧视频监控系统，发展了基于无线传输的系统、光纤数码传输系统、海量图片的储存识别系统，并向高速摄像、自动脸谱识别方向快速发展。十一、应急救援智能化、通讯、人员探测等技术方面也有较好的 发展。十二、在环境保护方面，快速发展了污水处理、矸石处理、除尘等技术。十三、在安全距离智能监控方面，正在向自动实时监控、自动成图方面发展。3.5智能技术、后勤保障系统的现状 矿山的保障系统我们认为有技术保障、后勤保障等方面。在技术保障方面发展了地测、通风、设计、供电等软件管理系统，后勤方面有财务管理、设备管理、库房管理等等多个系统。但是，缺少对全部信息的综合分析处理系统。例如将现场采集的数据与已有的数据进行的综合分析处理，拿出处理意见，并实施处理。4. 智慧矿山建设的任务智慧矿山是矿山技术发展的根本方向。适应了世界科学技术发展的潮流和方向。在当前世界经济危机深重，我国全力应对危机，调整经济结构的形势下，推动矿山技术的智慧化 ，一方面，为众多的设备制造厂商指明了技术进步和产品转型的的方向和时机。另一方面，也为矿山技术发展指明了方向。智慧矿山建设当前的主要任务有三个：一是，组建全国智慧矿山产业技术创新战略联盟（简称智慧矿山联盟）；二是确立智慧矿山框架，明确现阶段的关键技术难题并组织攻关，并建设若干个全国性的智慧矿山示范样板，推广智慧矿山技术；三是，建立智慧矿山技术标准体系。4.1组建全国性智慧矿山技术创新产业联盟，引领智慧矿山的产业发展根据发达国家的成熟经验和我国科技部等六部委的文件要求，结合我国矿山多样化的实际，没有一个政府部门能够领导智慧矿山的工作，只有组建产业联盟，结合矿山、研发、设备制造、大学与科研单位、银行与投资公司、媒体、协会、政府（安全生产监管总局、煤监局、科技部、工信部、发改委、教育部等）等多方力量，实现“用、产、学、银、媒、会、府”用一条龙，才能更好地、更快的促进智慧矿山的建设。建立全国智慧矿山产业联盟。智慧矿山包含了矿山的数十个方面的智慧化，是一个非常庞大，意义深远的浩大工程。智慧矿山的建设，必将极大的促进我国矿业技术的提高，为国民经济建设作出巨大贡献，甚至为人类的进步作出很大贡献。如此浩大的工程需要千千万万的人员、机构积极参入，需要各行各业的人员参入。建立全国联盟的方法，是当前形势下的一个最好方法。联盟应该设立顾问委员会、专家委员会、理事会、秘书处、协调处等常设机构。同时，要针对不同的子系统设立工作组或者技术组。联盟的设立将带来如下优势：一、政府支持优势，国家和各级政府明文确支持联盟工作。联盟在向国家申报项目时具有很大优势。并且有关政府部门在联盟里是顾问。二、银行信用优势，各大银行公开表示优先给联盟信用贷款，联盟的信用指标，联盟成员可以分享。三、技术优势，联合了国内绝大部分研究单位和生产研究单位。四、综合公关优势，联盟内部分工合作，利于综合公关。五、标准制定优势，国家标准管理部门和标委会是联盟成员单位或者个人成员。六、推广优势，联盟大，有标准在握，煤矿就是联盟成员，推广能力巨大。七、人才优势，联盟内部具有大量的德才兼备人才，便于交流合作，抢占人才先机。八、媒体优势，联盟内部媒体单位，并自办媒体。有利于宣传。九、价格与采购优势，联盟可以打包集团采购，有利于降低成本。矿山是联盟的成员，根据联盟章程可以优惠10%。4.2确立智慧矿山框架，明确现阶段的关键技术难题并组织攻关，并建设若干个全国性的智慧矿山示范样板，推广智慧矿山技术通过多年的建设，矿山在智慧生产系统、智慧职业安全健康环境系统、智慧保障系统，形成了一定基础。当前的主要方向和课题是：一、智慧主生产系统方面，重点是方向：一是，提升现有智慧无人采煤工作面(厚、薄、中厚煤层、充填开采等）智慧化水平，制定标准并实现技术、生产、使用管理的标准化，快速在全国推广。二是，智慧机械化掘进工作面，加快智慧化综掘技术研究，提高自动化水平，实现无人值守。三是，提升智慧普掘工作面（面对大量的普掘面，不能实现机械化的现实，要必要开展 普掘面智慧化研究，实现安全）、四是，非煤矿山以智慧爆破为主的智慧采矿技术。二、智慧辅助生产系统方面，提升排水、供电、通风、运输、提升、压风等辅助生产系统的无人值守的可靠性，制订相应的技术、生产、使用管理的标准，使技术快速在全国推广。三、智慧职业安全健康环保系统，推动以安全和洁净生产，关爱健康为目标的有关系统建设。在激光传感器技术、物联网技术，二氧化碳防灭火技术、智慧爆破监控系统，智慧防尘监控系统、智慧冲击地压监控系统、智慧人员精确定位系统智慧通风系统方面实现通风系统的自动分析和自动调节、智慧水害监控系统、智慧视频监控系统实现对人员的自动识别等。四、智慧保障系统方面智慧技术保障系统发展三维系统和智能化系统，智慧经营管理和后勤保障系统发展智慧化、自动化、一体化。4.3建立智慧矿山技术标准体系 将先进企业的标准升级为国标（行标），进而推动全行业的技术水平，这在发达国家已经成为惯例。在智慧矿山建设方面，我们也要借鉴这一成熟的经验。智慧矿山的标准体系，包含两类。一类是对整个矿井的智慧矿山系统标准，一类是子系统标准，每一类都要包含技术标准、应用标准。在对整个智慧矿山系统方面，应该分不同的矿种、不同的采矿条件建立不同的标准。例如，对于煤矿来讲，要建立智慧薄煤层开采矿