关于井下矿山建设智慧矿山的思考

牛世刚

（新疆钢铁雅满苏矿业有限责任公司）

1 前言

随着智慧制造的推进，矿山企业也迎来了智慧矿山建设的一次好机遇。但是由于矿山企业性质、矿山规模、矿山服务年限及矿山盈利状况等差异较大，矿山企业对如何建设智慧矿山各持己见。笔者通过对矿山行业的特点、矿山发展历程进行分析，对在当前情况下矿山企业如何基于自身的特点来进行智慧矿山建进行了分析思考。

2 对智慧矿山的理解

近两年一些矿山企业为寻求自身的发展也在积极探索并进行智慧矿山建设，矿山发展是工业化、信息化及矿山自身技术发展的综合体现，一般认为矿山的发展要经历几个阶段：传统矿山、规模矿山、数字矿山、感知矿山和智慧矿山[3]。

在规模矿山阶段矿山主要系统及作业活动全面实现机械化，随着机械化的实现小矿山已经不适应市场，被关停或被大型矿山企业整合；在数字矿山阶段，矿山企业将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、矿山安全、运输等综合信息全面数字化，基本完成综合自动化系统的完善与集成，并利用管理信息化与工程数字化的建设成果来管理矿山；在感知矿山阶段[3]，矿山企业以综合自动化信息系统为基础，进一步深入建设与推进管理信息化与工程数字化的构建与实施，扩大泛在感知网络建设，达到信息系统与矿井开采的各项生产流程、业务的充分衔接，并以此对生产管理、安全管理、经营管理提供计算机辅助决策来管理矿山。

根据矿山在各发展阶段工业化发展、矿山地测采技术发展及通信发展情况，将矿山各发展阶段特征列入表1。

表1 矿山各发展阶段特征

2.1 关于信息共享

在数字矿山和感知矿山建设阶段[3]，一些矿山为确保各系统数据传输的安全性和保护知识产权，采用的开发技术、编码规则、数据命名和数据描述各不相同，系统开发各自为政，这导致建设的各矿山子系统无法互联互通，更无法对子系统的数据进行深度挖掘，随着系统建设越多信息越难以融合。矿山各系统建设成的实际运营中，还会出现井下系统之间、井上系统之间及井上和井下系统之间都无法互联互通的现象。“数字鸿沟”[3]和“信息孤岛”[3]现象的凸显,使得数据无法共享，信息无法共享，各系统产生的珍贵数据无法发挥作用。这不仅难以对矿山企业领导者提供生产经营管理方面的决策支持，而且还不利于生产经营管理类数据的管控，严重阻碍了整个矿山信息化的发展。因此，这也是矿山企业急需要智慧矿山建设解决的一难题。

智慧矿山阶段就需要矿山企业通过综合自动化、管理信息化和工程数字化“三化”的融会贯通，从根本上解决生产过程中不断移动的人员设备管控及管理信息无阻碍传输这些问题，并结合互联网、大数据、云计算、人工智能、虚拟仿真、可视化等先进信息技术，通过这些技术的应用在矿山人、财、物、产、供、销、存、采、掘、机、运、通、安全监测等业务领域，实现矿山人员、设备、环境、灾害等的主动全面感知，实现矿山人与人、人与物、物与物的互联互通，以及矿山开采、矿山生态、矿山安全预警、矿山运输与销售等环节的智能化管理。最后以高效、安全、绿色开采为目标，建设高度智能化、自动化、人性化的智慧矿山，以创建“无人开采”生产模式为最终目标。

2.2 关于信息沟通

在矿山生产组织过程中为生产矿石服务的人员及设备随着时间的推移，作业空间位置也在不停的变化，这就导致在生产组织时如何进行信息传递、任务跟踪及数据采集反馈成为了一个难题。

为了减少基建投入，目前一些矿山企业采用生产外包的经营方式。例如一些井下矿山在运营过程中将全部施工工作承包给了多个单位，承包单位性质的不同也决定了其组织结构及管理方式各不相同，这种组织结构的复杂性，更加导致了信息沟通的不畅，工作协调困难，影响到矿山管理人员的管理及决策。因此，通过智慧矿山建设可以解决信息沟通不畅的问题。

3 实例分析及建议

矿山企业相对于其他制造企业而言并不属于高精尖行业，但为了保证矿石能够顺利的开采出来，不但要求为矿山服务的矿山传统八大辅助系统及安全六大系统的配合和协调是最佳的，而且还要求矿山各系统相互之间在信息、能量和物质的交换中，保持有机的联系，这样才能安全有效的保证矿石的正常生产。因此，为能合理判断矿山处于矿山那个发展阶段以及能在后续建设时确定最终建设的内容，以某金属矿山井下矿为例，对该井下矿各系统当前建设情况进行对比分析，如表2所示。

表2 某金属矿山井下矿各系统机械化自动化信息化程度建设情况表

通过表2井下矿中各系统建设情况的分析可以看出，为保证矿石生产的整体系统运行时，系统中一些子系统按照矿山发展的阶段是处于高层次的，另一些是低层次的；一些系统处于支配地位，另一些处于从属地位。正因为各子系统任务不同，这就要求矿山在建设过程中要基于对矿石生产过程的追踪确定出哪个系统最为重要。才能确保在矿井总系统运行时，生产管理可划分为矿、区、队、班、组实现有效运行。技术管理划分为地质、回采、掘进、设备、运输、安全、财务等有效运行。如此，从上到下命令有序传达，从下到上生产情况逐级上报，矿山生产得以有序协调地进行。

因此，通过现状分析并结合智慧矿山建设的最终目标，该矿山在确定建设内容时，应将矿山各系统建设的最高标准确定为无人化；如果不能实现无人化，应该尽可能减轻工人的劳动强度并能够实现过程管控。

基于这一思路对该矿山智慧矿山建设提出建议：

（1）为实现作业时位置不断变化的人员设备的管控及生产过程的管控优先建设高质量通信网络及高精度定位技术，并对工作设备架设随车无线视频监控与定位系统，实现作业过程的管控及信息的网络传递；

（2）利用高精度定位技术建设电机车运输无人驾驶系统；

（3）同时建设矿山三维综合管理平台，实现信息的及时传递及工作情况的及时反馈与动态可视化虚拟显示；

（4）推行爆破作业机械化装药；对处于三维空间中的设备加快自动化建设，实现无人值守，集中控制开停机及运行状态远程监测和异常报警。

4 结语

通过分析，笔者认为无论采取何种方式建设智慧矿山，智慧矿山建设的最终目标是解放人的劳动、提高效率减少人员或实现无人化。但智慧矿山建设需要大的资金投入，同时要求矿山改变各系统均有维护队伍的运营模式向综合性维修队伍发展并加强维护队伍的能力，维修人员也需要向高技能专业化且一专多能的方向去发展。因此，智慧矿山建设是一个长期的过程，应采取总体规划分步实施的策略，首先应实现设备自动化，同时应通过信息化及矿山数字化建设解决好生产中人员及设备的过程管控、信息传递等最基本的问题。