智慧矿山解决方案

智慧矿山解决方案在“两化融合”、“新基建”、“企业数字化转型”等一系列的国家政策背景下，采矿行业的信息化建设正在由数字化矿山、智能矿山向智慧矿山迈进。建设新型现代化矿井是提高安全保障程度、实现高产高效、增加企业核心竞争力的可持续性发展之路，有利于缓解人力资源紧张，降低成本、提升效率、保障安全、提高资源利用能力。一、建设背景近年来，国家密集部署新型基础设施建设，持续推进能源领域数字化转型升级，“新基建”中明确将包括煤炭在内的传统基础设施纳入到智慧能源基础设施的范畴，智能化煤矿不仅是煤炭行业未来的发展方向，也是矿业企业转型升级的重要路径。

国家政策大力支持智慧矿山建设新基建促进智慧矿山智能化升级目前以5G网络、人工智能、工业互联网、大数据中心等为代表的新型基础设施建设已成为我国新一轮经济增长的新动能。随着新基建的不断推进，矿山行业也将逐渐进入数字化、智能化时代。5G技术在矿区安防、生产设备远程实时控制、井下定位、智能巡检、无人矿卡等应用场景方面发挥着重要作用，促进矿山数字化、少人化、无人化转型，提升企业的安全生产水平，降低生产成本，提高经济效益。二、概念定义智慧矿山是将云计算、大数据、物联网、移动应用、人工智能、5G通信等技术与矿山生产自动化装备进行底层融合，以排水、通风、供电、生产经营等关键子系统为建设重点，实现一系列智能化设备的全面接入，形成完整的智能矿山系统，有效指导矿业企业科学、合理的向智能化转型升级，促进矿业行业“安全、绿色、高效”发展。基于当前矿业产业发展现状及智慧矿山建设理念、内涵与要求，考虑不同类型矿井建设条件与建设基础的差异性，以及未来一段时间科技装备发展趋势与水平，中国工程院王国法院士提出智慧矿山建设的近期、中期、远期目标：三、智慧矿山建设架构智慧矿山基本架构主要分为五层，分别为泛在感知与执行层、网络传输层、数字平台层、应用开发层、运营展示层。泛在感知与执行层负责实现子系统数据的感知与采集，同时对执行设备下发控制指令。网络传输层由私有云、工业以太网、工业无线网络等系统组成，负责信息和数据的双向传送。数字平台层向下实现各种多源异构感知数据的接入，向上为智慧矿山应用层的开发提供服务和工具。应用开发层为用户提供实际使用到的涉及矿井生产、安全、经营管理、决策分析各环节的各类操作软件及工具。运营展示层主要包括综合态势大屏、综合统计报表、告警、视频监控、移动互联App等功能，方便指挥/管理人员远程操控、精准调度。四、智慧矿山建设方案智慧矿山围绕“六个一”工程，构建全面感知与高速传输网络（一张网）、矿上地理信息系统（一张图）、安全生产管控一体化平台（一个平台）、统一计算存储管理（一个库）、统一数据接口与编码标准（一个标准），以及诸多智能化子系统与设备（一系列智能化设备），从而实现安全生产的统一管控。智能化升级打造智慧矿山示范样板1通风系统智能化实时监测风机的电压、电流、振动、风量、风压、温度等运行状态，实现通风机远程一键式启停，一键式不停风倒机，故障自动倒机功能，对矿井通风进行科学管理和调整。（1）通风可视化建立可编辑的矿井三维通风系统模型，实现井巷、风机、设备设施数字空间的三维模型建设，快速生成三维通风立体图、二维通风网络图、二/三维风流图。（2）智能通风解算智慧通风解算模块由终端设备、数据采集、智能预警、风网解算与风量调节、智能远程控制、通风可视化组成。通过超声波风速仪精确测量的风速，结合矿井通风监控系统的实时数据进行通风解算，提供矿井每一条巷道的当前准确风速和风量，满足通风全过程的智能化，实现通风异常的自动感知、诊断与预警。1通风网络模型提供对通风巷道参数及通风构筑物配置参数进行管理，动态修改通风网络的节点和线段。2动态解算提供根据井下风网各分支的风阻和主通风机的特性，解算整体网络的通风情况，估算各分支的风量和风向信息，为系统的智能通风决策和灾变应对做支撑。3灾变模拟提供模拟事件类型，设计爆破点，通过事件产生污染物的扩散风向及流动速度，预演未来一定事件内污染物的浓度及扩散范围。4预案管理提供调整的模型和巷道参数信息作为管理方案储存及应用。▲智能通风解算算法2供电系统智能化对变电所和工作面移动变电站内的设备进行监视、测量、保护和控制，并记录各种信息，实现供电设备无人值守运行。具备供电系统可视化远程控制、开关柜远程电动操作、断路器及接地刀闸状态实时监测，电子挂牌、开关柜资产健康管理、高压开关故障诊断等功能。3供排水系统智能化集数据采集、水泵自动轮换、控制、状态显示、故障播报等多种功能于一体，①实现井下水泵排水系统的自动控制，建立多台泵自动轮换工作制，实现排水用电自动削峰填谷，做到无人值守；②智能优化排水方式，实现能耗自评估和故障自诊断，具备智能报警、智能分析统计涌水量、管网调配等功能；③具备数据采集、水泵自动轮换、水泵自动控制、状态动态显示，故障播报与报警和现场视频声音上传等功能。4压风系统智能化实现主要设备运行状态及参数的实时监控，反映压风机的排气压力、压风机分管路压力的实时数据和实时曲线，采用变频控制方式，实现按需供风。提供压风系统监控用标准界面，通过模拟画面动态显示地面压风机和井下压风机、阀门等主要设备的运行工况。对设备运行参数进行自动检测，如：空气压缩机电机定子及轴承温度检测，空气压缩机风压、风温检测，风量的检测等。具备压风系统事故报警功能，实现无人值守，记录每条报警信息，并根据要求生成报表。实现每个主电机开停动作时刻记录，生成报表；按合理的时间密度记录模拟量传感器、主电机电流等动态参数（风道环境参数由安全监测系统采集），生成统计图。安全管控系统筑牢智慧矿山安全生产屏障以安全标准化十四要素为建设重点，构建安全生产标准化运行管理系统，涵盖法律法规管理、基础信息管理、设备监测管理、危险源监测分析、隐患排查与治理模块、职业健康管理、安全教育培训管理、应急救援管理、安全绩效考核管理、安全生产会议模多个功能模块。1视频监控通过视频流媒体中台接入现有监控摄像头设备，并且通过在边缘侧部署AI网关，为传统摄像头加载AI算法，实现对矿区内的人、车、物、事的自动监测、智能化记录与报警，在面对潜在的安全事件时，由被动监控转变为主动防御，全面提升场所的综合安防管理水平。2人员定位构建基于UWB技术的精确人员物资定位管理系统，结合视频联动、自动考勤、电子围栏、历史轨迹、智能巡检等平台功能，准确掌握井下作业人员区域分布和实时活动轨迹，有效提升安全管理效率。3设备监测管理实现设备监测分析、故障预警、巡检维修和报废再生的全生命周期闭环管理，延长设备寿命，保障设备运行处于最佳状态，降低修护费用，同时为管理人员提供运维检修指导，提高业务流转规范化、高效化水平。4多灾害综合防治建立灾害感知预警系统，集中监测矿井水、火、瓦斯、顶板、煤尘、冲击地压6大自然灾害的实时状态数据，通过对监测数据的实时分析，实现对矿山安全态势的动态评估、预测、预警，实现应急设施设备、应急救援物资、应急避灾路线等信息的关联显示和业务联动。手机移动应用实现智慧矿山远程掌上管理智慧矿山手机移动应用集全方位实时监控、自动化控制管理、车辆管理、人员定位、巡检规划、能耗管理、报警推送、多种报表统计分析等功能为一体，实现远程“掌上”管理，支持为客户量身定制手机APP/小程序。五、智慧矿山价值体现1实现安全管理数字化实现矿产资源的数字化、精细化管理，实现全流程的质量监控，保证矿山生产的质量稳定；基于安全生产十四要素，将安全管理和安全监察工作数字化，提升安全管理工作效率，实现事前有依据、事中有标准、事后有回溯。2提高矿山管理水平通过物联网技术实现对设备的精细化管理，实时可监控、历史可查询，提升管理效益、降低维护成本、减少设