矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。     

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。     

张家峁智能化煤矿巨系统关键技术研发与应用

为进一步加强传统采矿工程与新一代信息技术的不断深入融合发展，构建安全、智能、绿色、高效的煤矿，以张家峁煤矿为例介绍了智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设。以智慧煤矿总体规划及综合管理操作平台设计、智能化无人生产系统、智能化巷道掘进系统、环境感知及辅助系统、智能场区建设等为主线，进行张家峁智慧煤矿巨系统的建设。通过对煤矿5G移动通信技术，透明矿山三维管控平台关键技术，煤矿生产危险源分析预测技术，矿山采掘接续一张图集成技术，智能化无人工作面协同控制技术，环境感知及一通三防智能化技术等关键技术的应用解决了信息孤岛，提升了智能化采掘能力，提高了数据驱动决策，实现了矿区全域多源数据深度融合，生产效能、安全态势与业务流程协同优化的多维场景平衡综合分析决策，形成矿区智能化管理、高效协同运行新体系。     

智慧矿山数字孪生技术研究综述

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。数字孪生面向煤炭工业互联互通及智能化应用,发挥连接物理世界和信息世界的桥梁与纽带作用,将在煤炭开采、视频监控、人机交互等方面提供更加实时、智能、高效的服务。面向智慧矿山技术需求,提出了基于数字孪生+5G的智慧矿山建设新思路,将"数字孪生+5G"与AI技术相结合,为实现智慧矿山提供一种创新的方法。首先从智慧矿山建设进展及应用方面存在的问题入手,系统地梳理和分析了当前智慧矿山研究和发展现状,通过研究新一代信息技术与工业技术融合应用,阐述了数字孪生的概念内涵,指出数字孪生是智慧矿山发展的必然趋势并将为智慧矿山赋能;然后针对智慧矿山建设的难点和痛点问题,提出了基于"数字孪生+5G"的智慧矿山体系架构理论,通过构建矿山数字孪生模型(MDTM)实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射与实时交互。聚焦智慧矿山建设目标,以智慧矿山系统建设、优化和关键技术为核心,基于矿山信息物理空间的数字孪生和深度学习方法,以实际矿井为原型设计了智能开采的数字孪生一体化方案,构建了全域感知、边缘计算、数据驱动和辅助决策的智慧矿山平台。最后针对智慧矿山的数字孪生应用需求,提出并探讨了数字孪生赋能智慧矿山的关键技术问题,并指出了未来需要实现的关键技术路径。旨在通过对智慧矿山的数字孪生技术研究,为数字孪生模型构建、协同控制与交互优化等提供思路,为未来智慧矿山建设与设计提供理论借鉴。     

基于智慧矿山体系下的煤矿智能化通风系统的构建与应用

随着智能化时代的来临,中国煤矿行业也将迎来一场技术革命.煤矿企业在着力打造智慧矿山体系的同时,以物联网+5G通信网络为基础,依靠软件技术层和装备层的支撑,构建并应用与智慧矿山体系高度相融的煤矿智能化通风系统成为现代化煤矿建设一个重点.在构建智能化通风系统过程中,需要配套高速网络传输系统、智能分析与调控系统、高精准感知技...     

智慧煤矿主体架构设计与系统平台建设关键技术

针对煤矿建设过程中存在的信息孤岛、子系统割裂等问题,提出了以"自主感知与控制-信息传输系统一操作平台-井下系统平台-生产经营管控平台"为主线的智慧煤矿建设主体架构,通过底层的自主感知系统对井下的"人-机-环-管"信息进行全面感知,并对感知信息的数据格式、通信协议、存储方式等进行统一,构建了井下多源异构大数据共享平台,实现了井下各子系统之间的数据统一管理与信息共享。利用统一操作平台对井下生产系统、安全保障系统、综合保障系统进行统一管理,解决了信息孤岛、子系统割裂等问题。井下系统平台不仅为上层的生产经营管理平台提供数据支撑,而且为底层机械设备的智能操控提供决策依据,实现了井下信息感知、分析、决策、控制的智能化操控。将智慧煤矿智能生产系统细分为地质及矿井采掘运通信息动态管理平台、井下精准定位导航通信管理操作平台、智能化少人采掘系统综合管理平台,详细阐述了智能综采子系统间的组织架构与实现路径。按照井下危险源的种类对智慧煤矿智能安全保障系统进行了分类,搭建了智能安全保障系统的主体架构,分析了井下危险行为、危险区域识别系统的技术路径。基于井下采掘工程需求分析,对智慧煤矿智能综合保障系统进行了分类,构建了智能综合保障系统的主体架构,详细论述了井下设备在线诊断与远程运维系统的实施过程。从基础理论、信息感知、数据处理、高效传输、精准控制5个方面,对未来需要突破的智慧煤矿建设关键技术进行了展望。     

陈蛮庄煤矿智慧矿山建设的探索

陈蛮庄煤矿通过完善基础设施建设,搭建智慧矿山基础平台--3D GIS平台、构建企业数据库,优化集成各矿山管理信息化及工业自动化系统,研制生产技术管理系统,开发智能化决策支持系统,建立智慧矿山门户网站等建设智慧矿山。实现了矿山开采环境安全数字化、技术装备智能化、传输网络化、管理信息化、决策科学化。     

郑庄煤矿智能矿山创新建设探索与实践

以晋能控股煤业集团郑庄煤矿为对象,进行智能矿山创新建设探索与实践。基于智能化矿井平台建设的构想,从智能化矿井建设架构、实施及平台设计等方面阐述了智能化矿井平台应具有的功能和效果。郑庄煤矿智慧矿山的建设和应用,大幅度提高了煤矿生产效率,降低了煤矿企业安全管理成本,安全水平跃上了一个新的台阶。     

智慧煤矿2025情景目标和发展路径

智慧矿山是煤炭行业转变发展方式、提升行业发展质量的核心驱动力,是矿山技术发展的最高形式。基于数字矿山技术发展现状,结合生产系统智慧化特征及要求,给出了智慧矿山概念及内涵:将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合,形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统;到2025年,实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展,建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架,初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。资源开发利用水平显著提高,煤矿职业健康和工作环境根本改善,矿山生态恢复和保护全面实施。     

智慧矿山系统工程与关键技术探讨

针对矿山企业生产、经营管理特点及其信息化需求,在自动化、数字化、智能化矿山的基础上阐释智慧矿山概念。基于智慧地球理念,以透彻感知、深度互联、智能应用为核心特征,通过对采矿系统工程及矿山工程价值链的分析,构建了智慧矿山系统3层架构,即物联感知层、深度互联层和智能应用层,研究了物联化、互联化和智能化涉及的关键技术及其实现路径,旨在构建智慧矿山理论框架和方法体系,为智慧矿山工程实践提供参考。     

智能化煤矿数据模型及复杂巨系统耦合技术体系

煤矿井下同步运行着通信、传感、控制等大小上百个子系统,形成了越来越复杂的智能化巨系统.针对整个矿井智能化巨系统缺乏统一数据模型、传感器数据不完备、跨系统数据融合等难题,提出统一的多源异构数据融合处理方法——基于"分级抽取-关联分析-虚实映射"的数据逻辑模型,构建了完整的煤矿井下跨系统全时空信息数字感知体系,形成集井下现...     

煤矿智慧矿山建设策略研究

智慧矿山建设能够改变原先煤炭企业粗放发展的方式,是实现煤矿高质量发展的重要支撑。通过描述智慧矿山发展的背景,分析当前国家和地方政府关于促进智慧矿山发展出台的相关政策与取得的成就,深入剖析了煤矿智能化发展遇到的管理和技术两个方面问题,并且从设备感知层、网络传输层、数据支撑层、应用决策层四个维度构建了智慧矿山未来发展的框架,提出了实现智慧矿山高质量发展的关键技术,包括信息化网络架构、安全生产管控模式、智能决策和态势分析模式,最后提出促进智慧矿山高质量发展的对策建议。     

麻地梁煤矿智能化装备应用与生产管理变革的思考

随着互联网技术、5G、智能装备等高新技术的快速发展，以智能感知、智能决策和智能控制为代表的的智能化开采越来越成为煤炭安全高效开采的发展方向。本文首先从检修班、生产班、设备库存、生产管理等方面对传统煤矿装备及生产管理现状进行阐述，分析现有煤矿装备及管理模式存在的问题。然后，以内蒙古智能煤炭有限责任公司麻地梁煤矿智慧矿山智能化工作面建设为工程背景，从智能化装备的组建、功能、库存管理、生产管理、运行优势和成功实践等角度介绍智能化装备的应用与生产管理，构建了以煤矿大数据库为基础的管理体系，提出了 “管设备，就是管生产、管安全”的新的管理理念。该体系的建立及理念的提出，可为突破传统生产管理模式、进行新型智能化煤矿建设提供借鉴和参考。     

基于数据仓库的矿山生产经营决策支持系统的应用研究

建立数据仓库，服务于企业的生产经营管理和决策支持是矿业公司的当务之急。论文首先介绍了基于数据仓库的矿山生产经营决策支持系统框架，然后着重讨论了基于数据仓库的矿山生产经营决策支持系统在某矿业公司的应用，通过应用，提高了矿山企业的管理水平，产生了显著的社会经济效益。     

Mine operating costs and the potential impacts of energy and grinding

An understanding of the breakdown of mine costs is an important tool for researchers and developers who seek to place novel cost-reducing unit operations in the wider general cost context. This paper provides a breakdown of operating costs in 63 mines by dividing them into three main categories: mining, milling, and general and administrative (G & A) costs. The study looks at patterns in mining type, mill processing type, mineral type, and the differences between costs expressed in feasibility studies vs. operating mines. The paper explores the reasons for the relationships observed and then presents a total average mine cost breakdown. It was found that the mean relative mining and milling costs did not differ significantly, and that on average they had equal shares of the total enterprise operating costs. Effects of mine and mineral type were observed, with underground milling costs being significantly less than open pit milling costs and gold mines occupying a significantly larger share of mine operating costs than copper-containing mines. The overall relative operating costs were found to be in the ratios between (43:43:14) and (45:45:10) (Mine:Mill:G & A). A treatment of potential unit operations and innovative technologies is provided at the conclusion of the paper, including coarse particle recovery by flotation and novel grinding technologies.     

基于“互联网+”智慧露天煤矿建设发展新构想

智慧露天煤矿建设不是各种信息化系统的简单堆砌,而是通过将物联网、大数据、云计算、人工智能、移动互联网、无人机、三维激光扫描等技术和装备与露天矿山开采有机结合,形成露天矿山互联、感知、分析、自学习、预测、决策、控制的完整的具有符合露天矿智能开采的“智慧大脑”系统。通过对露天矿山“智慧大脑”的构建,从无人机测量、智能调度及物料流规划、违章行为智能识别以及多源数据融合等角度出发,最终实现露天矿采掘、运输、排土、洗选、物流、风险预警、生态保护、安全管理等各个生产环节的智能化、开采资源利用的最大化、生态开采扰动的最小化、生态恢复的最优化、职业卫生危害的降低和矿山生产的无人化,实现“互联网+”的露天矿山智慧化生产、精细化开采,对我国金属、非金属露天矿山智能化建设同样具有重要借鉴。     

煤矿装备云制造资源服务平台研究与应用

为解决煤机装备设计与制造企业对设计资源的需求,基于区域性行业需求分析,阐述了“煤矿装备云制造资源服务平台”建立的必要性和设计特征,在描述“平台”体系结构、关键技术、开发工具等基础上,研究了“平台”的设计方法,并完整描述了“平台”的三大功能体系,包括针对一般机械装备的通用技术支持系统、针对煤矿装备的技术服务支持系统和关键技术创新支持系统,最后对“平台”的运行机制和应用推广进行了分析和研究,应用实践证明理事会、会员制和公司制相结合的方式是云制造资源服务平台运行和推广应用的有效途径。建立的“煤矿装备云制造资源服务平台”功能完整,使用方便,可为煤矿装备设计和应用单位提供资源服务、数据服务、计算服务、软件应用和技术支持,同时可为其他机械装备建立云制造资源服务平台提供借鉴和参考。     

智慧矿山技术体系研究与发展路径

基于我国矿产资源开发现状,分析了智慧矿山建设的必要性、建设理念与内涵,阐述了现阶段智慧矿山建设存在的关键共性难题,提出了我国智慧矿山建设的近期、中期、远期目标。针对我国煤炭资源开采条件与智能化建设基础存在的差异性,构建了智能化煤矿建设总体技术体系架构,从生产矿井与新建矿井两个维度提出了智能化煤矿建设技术路径,明确了不同建设条件矿井进行智能化煤矿分类、分级建设的重点内容。系统阐述了张家峁煤矿、巴拉素煤矿智能化建设经验与阶段性成果,并提出了我国智慧矿山实现高质量发展的主要技术路径。