2024年智慧矿山应用研究报告-东轩研究

智慧矿山应用研究目录 3 3第一章智慧矿山发展概述 4 4 4 4第二章智慧矿山业务需求 7第二章智慧矿山业务需求 7 21 附件： 22 前言一、研究目的智慧矿山概念的提出，打破了之前的传统思维。在智慧矿山时代，瓦斯等传感器、电缆、电气机械设备、钢筋混凝土等等，所有这些将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，基于物联网可以对矿山复杂环境下生产系统内的人员、机器、设备和基础设施实施更加实时有效的协同管理和控制。利用物联网技术可以解决矿山企业生产中人员的安全环境、矿山灾害状况的预测预报、重大灾害事故的减少或避免、安全生产的智能控制等问题。在此背景下，如何科学、有效构建智慧矿山，成为推动我国智慧矿山快速发展与应用的首要问题。为此，研究团队围绕智慧矿山应用领域开展研究，对智慧矿山的定义、发展历程、应用现状与发展趋势进行了深入分析，对智慧矿山的业务需求进行了总结，同时给出了智慧矿山的整体架构。在研究国内智慧矿山建设的基础上，立足我国发展实际，提出了推动我国智慧矿山发展的建议，希望能通过此研究为我国智慧矿山科学、高效的建设提供参考。二、主要结论1、随着智慧矿山应用技术的不断发展和创新，矿山的生产和组织方式将会变得越来越“安全、绿色、智能、高效”。因此，智慧矿山建设将呈现出以下主要趋势：第一，支持更透彻感知的实现；第二，支持更全面的互联互通；第三，支持更深入的智能化。2、智慧矿山建设可遵循如下策略：对于政府：积极引导矿山企业向智能化发展；加大对智慧矿山建设的扶持力度；对于厂商：重视一体化信息平台的建设；重视新一代信息技术的应用；对于用户：推动关键项目建设，保障智慧矿山建设顺利进行；加强应用效果评估，不断优化和提高。一、定义信息进行横向整合，使得矿山企业管理人员可以随时随地查看监测监控、超限预警、人员定位、矿山技术的发展主要分为四个阶段，包括原始开采阶段、机械化阶段、数字化阶段和智慧1、原始开采阶段：这一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2、机械化阶段：这一阶段矿山在采掘、运输、提升以及生产辅助方面采用大量机械设备和3、数字化阶段：这一阶段就是将矿山地面和井下的矿产资源开采的各4、智慧化阶段，当前发达国家在各个领域都快速的向智慧时代迈进。智慧就是具我国智慧矿山的应用主要体现在智慧生产、智慧监控和智慧管理三个方面，下面分别介早期我国引进了一些国外的无人采煤工作面系统，包括2000年铁法小青矿、2003年马兰矿、2005年大同引进DBT刨煤机自动工作面。2005年神华神东公司先后建成榆家梁煤矿哈拉沟半截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、2、支持更全面的互联互通从二维平面向三维立体方向转变，并且支持多种终端界面，例如：PDA、iPad、手机等；在矿山信息系统建设方面，将会从烟囱式、孤岛式信息系统向集成统一平台方向发展，支持开放的协议，3、支持更深入的智能化运用数据挖掘、知识发现、专家系统等人工智能技术，实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能，实现矿山的智能化。如：在控制技术方面，将会从手动干预、有人值守向自动控制、无人值守方向发展，从局部的、有限的控制向全局的、泛在的控制方向发展；在安全管理方面，将会由被动的、事后响应式管理向主动的、事先预警、预控方向发展；在决策支持方面，将会从经验决策向智能化决策方向发展。一、业务特点二、业务需求础设施分开。对矿山安全生产而言，在智慧矿山时代，瓦斯、CO等各类传感器、电缆、电气机矿山企业生产经营过程中全面实现信息化、可视化、智能化、自动控等项目为主要管控目标，实现企业对矿山资源、采选工艺、安全系统的可查、可控、可追逆、生产经营状况，提高矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平，从而实现精细化管理、促进矿山可持续发展的目标。应用层应用层勤茶加工勤茶加工炼开采炼平台层平台层网络层感知层管理体系安全体系管理管理体系安全体系管理构件引擎标准体系标准体系移动信按人网关移动信按人网关智能决策、矿山资源储量存量监控与预测等业务的支撑。决策决策支持系统绩效管理平衡积分卡管理统计分析决策支持生产调度系统生产计划管理工作面控制系统井下胶带机控制系统供电系统压风系统运输管理系统通风系统主副井提升系统排水系统瓦斯抽放系统生产综合资料来源：研究团队2013,06火区监测环境监测工业电视系统束管监测系统边坡稳定监测卡车盲区监测供配电控制炸药混装车监控矿压监测系统车辆智能调度安全监测系统科技管理节能管理党群管理造价管理经营管理安全管理水纹监测系统监控控统监系生产综合监控系统的内容包括剥离、采装、运输、生产等主要生产流程，也包括供电、供水、排水等辅助生产流程，还有其它的安全保障系统。历史查询操作日志矿井广播炸药厂生产集控外购煤监控吊斗铲远程诊断加油车油量监控环境监测道路修筑监视油库监测调度通信系统业务分析报警分析统计报表实时监测控制信息联动分析资料来源：研究团队2013,06生产执行系统包括从生产计划制定、生产计划执行到生产计划执行跟踪全过程的闭环管理，包含了三维展示、生产管理、生产智能调度管理、生产辅助设计、机电管理、安全管理、质量管理、节能环保管理及综合分析管理。前端展示前端展示生产运行监控生产计划执行设备运行煤种煤质其他生产综合分析业务分析设备效能分析生产指标分析检评估与危险[设备效能分析统计报表隐患分析矿山三维资料来源：研究团队2013,06用当前准确数据有效地指导生产运作过程，提高生产力、增强生产安全性、改善物料的流通性能，从而提高生产经营效率。销售管理、物资管理、生产计划管理、设备管理和项目管理等业务)、供应商关系管理系统(SRM)、制度管理系统、本质安全管理系统、办公自动化系统(0A)、审计管理系统、科技管理系统、节系统、煤炭安全监管系统等。决策支持系统是基于数据仓库/商业智能技术对信息进行收集、整合、及管理人员提供及时、准确的分析报表和数据，提升企业整体生产经营决策水平，增强企业的核感知层划分为两个子层，首先是通过传感器、摄像头等设备采集外1、安全生产井上下动态实时信息的采集。主要包括生产环境在线检测信息(如水、火、瓦斯、顶板、人员定位等)、自动化生产信息(如综采工作面控制信息、胶带机集控信息等)以及其他生产指挥信息(井下工业电视信息等)。2、生产技术和运营管理数据的采集。主要采集非实时的生产数据(如钻备、通风阻力测定成果等)和运营管理数据(如财务管理、运销管理、人力资源管理等)。展方式、实现科学发展的必经之路。将移动互联网、光纤网络(FTTH)、物联网、云计算等新一二、应用重点(1)海量数据的分布式存储与管理(2)海量基础数据的专业化分析与管理(3)异构资源的集成与管理少数据中心的运营成本是一个巨大挑战。云计算物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网将各种信息传感设备，如二维码、射频识别(RFID)、全球定位系统(GPS)等装置与网络结合起来，从而给物体赋予智能，实现人与物、(1)利用物联网技术构建的人员定位系统、设备点检系统、瓦斯监控系统等已经陆续应用应用于矿山企业的安全生产管理，是物联网技术在矿山企业安全生产(4)利用物联网技术采集各大系统的数据，使集成整合后的系统大大的提高生产效率。系(1)移动互联网技术突破安全瓶颈3G手机，既能当电话，又能当对讲机。遇有突发事件，安全生产管理人员在指挥手机上一喊，(2)移动互联网技术使安全监控更加智能智慧矿山系统集成应用各类传感感知、信息通讯、术保障。井下通信信号易受干扰、普通2G手机辐射量高难用于高瓦斯矿井，制约矿山安全生产和管理。矿用本安3G手机具有信号绕射能力强、抗干扰能力强、辐射低等特点，可安全用于井急指挥。移动化安监巡检实现隐患排查整改及时高效。传统井下安监巡检发现隐患后要通过纸质记(3)移动互联网技术的应用提高矿山安全性利用移动互联网技术构建的智慧矿山系统，可以对瓦斯突出、突用移动互联网技术在采矿领域的突破和发展，利用井上井下通信调矿井危险性事故时有发生，井下复杂的环境给人员撤离和事故抢救带来极大困难。若能及早确定井下人员所处的位置，会给营救工作带来极大方便，将人员伤害减少到最小。现有的识别技术，无论是IC卡、手纹识别技术还是红外线编码识别技术只能实现简单的人员考勤，无法很好解决对多个移动的物体和人员进行快速识别和跟踪。采用基于物联网技术的RFID自动识别技术，对井下人员、设备进行跟踪定位在一定程度上能够保障人员生命安全、减少财产的损失。将阅读器安装在井下一些重要的峒室、危险区等需要监控的地方，分布区域的大小可视井下具体环境而定。射频识别卡可以内嵌在安全帽中，无需附加携带装备。在井下，员工只要穿过感应区域，阅读器就将接收到的数据经传输电缆传送到地面中心站，处理后保存到数据库服务器中。基于RFID的井下人员定位系统可实现如下功能：1、井下人员查询功能。实时查询当前井下人员的分布情况(分布区域的大小由阅读器的分布情况而定);查询任一人员某一时刻所处的位置；查询任一人员当日或某日的活动踪迹。2、安全保障功能。发现人员丢失或发现井下人员超过规定时间，自动报警提示并提供相关人员的名单；对事故现场被埋人员进行搜寻和定位，以便及时救护。3、统计考勤功能。对下井人员进行下井次数、井下停留时间等信息分类统计，便于考核；与此相应的中长期数据储存和有关报表的打印。4、信息联网功能。作为矿山局域网的信息源，具有功能完善的数据库。可向MIS网提供所需与人员有关的实时统计数据。矿山机车的实时定位对拓展矿山轨道网现存容量，提高矿山机车的出行密度，提高矿山机车运作的安全性等都有着重要的意义。准确地了解每辆机车在任一时刻的位置就等于在任何时候都能够动态地调整机车的启程和到站时间，并且提高机车对不能预见情况的反应，从而大大提高矿山运输的质量，有力保障矿山运输的安全。目前，RFID技术运用于矿山机车定位跟踪系统的技术已基本形成。其工作频率可达125kHz,使用可读写标签时，其阅读速度可达300km/h,并可将有关信息下载至标签的空闲内存中。对于干线机车定位系统，可将无源标签以100m的间距固定于枕木上，标签读写器及通讯设备安装于车上，并联至车载微机。该系统由地面信标、移动读标器、无线数传、可视调度、无线对讲、声光报警等部分组成。运行中，如果两个机车太靠近(小于或等于3个信标器间隔)时，机车变成红色显示，如果允许声音报警，则同时发出报警声。通过安装于矿用机车上的定位分站读取标识卡，定位精度可以达到1m~3m。安装于矿用机车上的移动定位分站与固定安装在巷道中的矿用无线通信分站之间，采用无线以太网协议通信，可以支持视频、语音、数据等多业务，可以实时接收调度中心下传的各种指令，支持在机车上安装摄像机，实现移动机车上摄像机视频信号的实时无线上传；通过机车定位通讯分站的串行通信或I/0端口，可将机车本身的运行监测数据实时无线上传。而且通过交通信号灯控制系统，地面调度中心可以根据机车位置情况实时控制道口的红绿灯。矿井综合自动化管理系统是建立在综合数据平台基础之上，通过对统一的数据仓库提取数安全监控系统是一个综合性的监控系统，它可以将安全与生产监测信息等各种信息综合在一起，实现了信息的综合利用，同时系统还可以方便汇接其他监测系统(提升装置等),实现了信息共享和局部环节的自动化控制。根据矿山安全监测系统的技术要求，系统在采掘工作面、掘进工作面、井下主变电所、主通风机、总回风巷、主运输巷、辅助运输巷等范围内配置监测分站。各类传感器将采集到的各种环境及生产信息传送给分站，分站将预处理过的各类传感器信息上传给监测主机实时显示、存储、并实现控制、报警等。通过各类执行器来完成超限时的瓦斯电、风电闭锁功能和区域声光报警功能。积极引导矿山企业深化应用云计算、物联网等新一代信息技术，全面提升矿山安全的自动监测和预警能力，提高矿山企业的信息数字化、管理智能化水平，推动矿山企业向智能化方向发展。智慧矿山是实现矿山高效生产、保障矿山安全、提高经济效益的重要手段。政府部门要深刻认识推进智慧矿山建设的重要意义，制定包括资金、人才、技术、管理等方面政策，加大对智慧矿山建设的扶持力度。目前，矿山企业都不同程度的构建了信息化系统，但是相对独立，信息孤岛严重，因此，很难达到信息共享，实现企业的一体化管控。在这种情况下需要厂商更加重视矿山一体化信息平台建设，为用户提供高质量的智慧矿山解决方案。智慧矿山建设必须与物联网、云计算、移动互联网等新一代信息技术紧密结合，才能实现矿山的管控智能、安全可靠、经济高效等目标。因此，厂商应加强新一代信息技术在矿山建设中的深入应用，以满足矿山企业智慧化建设的需求。三、对于用户关键项目的成功能够帮助企业建立信心，从而保证智慧矿山建设工作顺利推进。对于用户要重点关注智慧矿山建设中关键项目的实施和管理，保证项目建成后的应用效果，这样才能使智慧矿山的建设长期顺利推进。企业在进行智慧矿山项目建设后，要阶段性的对应用效果进行评估，对于应用效果不理想的部分找出原因，不断改进和提高，这样才能使智慧矿山建设在应用效益上持续改进，不断提高。1、案例概况(1)实施背景神华集团有限责任公司(简称神华集团)是于1995年10月经国务院批准设立的国有独资建设神华数字矿山规划研究项目依托神华集团承担的国家高技术研究发展计划(863计划)《数字矿山关键技术及应用研究》,紧密结合神华集团建设世界一流煤矿的要求。通过规划和建略目标。(2)主要内容1)应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和煤矿生产工艺技术。实3)保证煤矿生产安全，提高产量和质量，提高企业经济效益和竞争能力。4)提高对客户多种要求的响应能力。性程漫性要性程漫性要经营绩效管理系统企业决策支持系统(2个)审计管理节能减排管理办公自动化综合控制层)设备层火区监测环境监测工业电视系统水文地质监测边坡稳定监测卡车言区监测经营管理层!供配电控制炸药混装车监控连续生产执半连自动化网络疏干水系统集控系统车辆智能调度(9个)资料来源：研究团队2013,061)生产综合监控平台：集成露天矿各监控、监测系统的实时数据，做到对生产现场的监测、控制、数据共享和系统联动。2)生产执行系统平台：集成生产、调度、机电等生产执行层各子系统的过程管理数据，基于互联网技术，通过互联网上异构、自治的服务为神华集团公司矿山提供按需即取的服1)laaS:为数字矿山提供IT基础设施服务，通过网络为区域用户提供IT基础设施服务。2)PaaS:数字矿山在线开发服务平台，通过网络为区域用户提供可定制、可开发的平台服务。例如，应用开发环境、数据库服务等。3)SaaS:为数字矿山提供软件应用服务，通过网络向最终区域用户提供软件应用服务，为用户提供一站式服务。为解决真三维可视化环境下的矿山生产远程指挥与控制，实现生产过程管理的数字化与智1)矿山环境场景多源数据融合技术与实现；2)面向采矿特征的局部快速实时建模技术与实现；3)增量更新和大场景整体缝合技术与实现；4)后台真三维渲染技术与实现；5)前端大场景快速展现技术与实现。(1)矿井作业面人员考勤及定位；(2)高危作业安全自动监控；(3)工程基建现场安全质量远程监控；(4)重大基础设施安全防护；(5)重点企业门禁系统。2、智能物流应用实现(1)产成品仓储物流智能管理；(2)运输车辆智能调度与监控。3、智能环保应用实现(1)企业排污智能化远程监测监控；(2)烟尘黑度分析及智能预警。神华集团通过集成世界先进科技，建设安全绿色智能数字化矿山，实现刘庄煤矿是国投新集能源股份有限公司在新区开发建设的第一对矿井，项目是国家和省“十五”重点建设工程和省“861”计划重点项目，同时也是国家能源战略开发新形势下，两淮煤炭基地开工兴建的第一对特大型矿井。刘庄煤矿在生产、经营过程中对各种信息的采集、传输、应用和反馈是个闭环控制过程，所有的信息都将以数字的方式表现出来，实现了管控一体化。数字化刘庄煤矿的建设，实现全过程自动化无人采煤的理念和模式，填补了我国复杂工业状况下的全矿井综合自动化控制的空白，成为我国煤炭企业综合自动化控制系统建设的开发与应用示范工图6物联网应用架构可视化可视化生产计划主调度区远程支援太环网胶带输送机控制器rSM采据生产主调度区程序设计煤流系统主调度区技术支持-开下数据库服务生产轴助主数据库服辅助运输主调度区资源平衡主调度区安全环境主调度区数字声音传递采瓣面控制骤网络控制采懈机钻车资料来源：研究团队2013,06刘庄煤矿基于物联网模式下的自动化系统建设从矿井生产各环节的工艺选择和基础设备选型开始，通过引入大量的传感器、可靠的控制元件，实现各生产过程的可视化，最终达到远程监视和控制。图7物联网应用示意图设备执行机构地面集中控制中心矿井千兆工业以太环网传感器接口标准和协议的统一是实现各系统可视化是公司各矿井实现过程控制的重要先决技术条系统、地面110KV变电所、主井、副井、矸石井、制冷站、压风系载等10余个井下生产系统及23个生产车间进行远程监视；同时在集控中心可实现对瓦斯监控系三、开滦集团数字矿山(1)实施背景开滦(集团)有限责任公司是中国特大型煤炭企业，始建于1878年，享有“中国煤炭工业源头”、“北方民族工业的摇篮”等盛誉。1999年由开滦矿务局改制为开滦(集团)有限责任公司，是中国500强企业，河北省煤炭、煤化工、现代物流领军企业。2010年开滦在全国企业500强中，名列第103名；在煤炭企业100强排名中，上升到第8位。目前，开滦集团已经发展犁和准东、山西介休地区和海外加拿大盖森地区。在册员工7万多人。2010年，产原煤6087万吨，营业收入930亿元，企业利润12.65亿元。开滦集团近年来在企业信息化、自动化方面进行了积极探索和大胆实践，取得了显著成(2)主要内容2011年开滦集团基于国家工业与信息化部两化融合项目“煤矿井下重大事故危险源识别、识别及预测、预警技术的研究，以提高煤矿重大危险源预警能力，降低图8开滦集团数字矿山架构地理信息地理信息系统建立基于GIS的三维可视化集成数据平台，实现水、火、瓦斯、顶板等重大危险源数据的显示，实现了二维专用GIS和三维可视化系统数据的共享和动态更新。注氮系统瓦斯抽放系统选煤厂系统地面排矸系统压风系统锅炉系统井下排水子系统采煤工作面子系统通风子系统井下胶带运输子系统副井提升子系统主井提升子系统(用户可自己建立)消防报警系统紧急电话系统系统管理系统3、借鉴价值(1)全面推进矿井信息化、综合自动化基础建设，提升传统产业生产、安全水平。(2)加大科技创新力度，推进信息化、综合自动化重点科研项目的研究与应用(3)建设了矿井井下重大危险源检测、识别及预测、预警系统。实现了重大危险源在线检1、案例概况(1)实施背景中国国电平庄煤业(集团)有限责任公司(以下简称平庄煤业)是中国国电集团公司控股的特大型煤炭企业，前身为1959年成立的平庄矿务局，总部位于于东北经济区与环渤海经济圈结合部的内蒙古赤峰市境内，企业员工2.3万人，资产总额177亿元，2011年生产原煤3776万吨，全国煤炭产能排名21位。平庄煤业坚持以煤为主、多元发展，全面推进“五型一流”综合五”煤炭产量达到5000万吨，产值超百亿，稳步向亿吨煤炭企业和全国煤炭企业20强迈进。近年来，平庄煤业非常重视数字矿山建设工作，紧紧围绕国家煤炭生庄煤业智慧矿山总体规划，并通过大力推行数字矿山标准化矿井建设，不断加快新技术应用和(2)主要内容平庄煤业智慧矿山建设旨在通过应用云计算、物联网等新一代信息技术，引入国内外先进的技术装备，建设安全绿色智能的标准化数字化矿山，大力提