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。     

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以5G和F5G双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。提出了基于双5G网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:(1)高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用5G和F5G双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;(2)智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;(3)以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。     

紫金山金铜矿地测采三维协同平台开发实践

随着三维可视化、大数据、人工智能等先进技术的兴起,我国矿山正在积极推进矿山数字化、智能化建设。越来越多的矿山开始应用三维矿业软件,实现了矿山地质、测量、采矿等技术工作由二维到三维的转变。Surpac软件是国内外应用非常广泛的一款三维矿业软件,通过人机交互方式完成采矿生产内业的各项任务,操作复杂、效率低,易形成信息孤岛,在一定程度上制约了矿山智能化建设。在分析Surpac软件应用现状和矿山生产技术的基础上,提出了融合Surpac软件及其二次开发技术的协同办公解决方案。通过开发协同办公平台系统,采用软件容器、软件进程间通信技术,将Surpac三维矿业软件与协同办公平台无缝融合,利用TCL/SCL脚本技术,在Surpac软件上开发了地质、测量、采矿业务功能模块。研究表明：平台系统实现了地质、测量、采矿专业技术工作按流程化管理和权限管理等功能,专业数据互通共享;所有作业文件和成果数据存储于服务器和数据库中,从平台上形成各种地质、测量、采矿的生产报表。该平台系统的开发及应用对于推进智能矿山建设具有一定的意义。     

金属矿山生产全流程协同管控技术与平台研究

针对金属矿山数字化和信息化建设过程中,各软硬件系统之间存在数据孤岛、数据断层和系统壁垒,导致各生产环节的协同作业效果难以体现等问题,围绕矿山各生产流程之间的协同管控模式和实现方法开展了研究,开发了金属矿山生产全流程协同管控技术和平台.以实现数字化、自动化和智能化为目标,以数据标准化、流程规范化和开放体系为基础,对传统工艺进行优化升级,对现有设备进行智能化改造,研发相关软硬件系统,建设矿山数据中心,形成金属矿山生产全流程协同管控平台.国内某大型贵金属矿山的应用实践表明,该平台有助于实现矿山各应用系统之间的数据集成和共享,促进矿山生产技术和生产管理间的高效协同,提升企业的现代化管理水平,实现矿山企业的降本增效.     

海螺集团全椒数字化智能矿山建设探讨

为推进水泥行业数字化智能矿山建设，提高矿山管理水平，围绕数字化智能矿山建设背景，重点论述了海螺集团全椒数字化智能矿山的总体建设方案、建设内容、建设效果。该矿山建设了矿山数据中心，数字采矿软件平台、生产执行系统平台和三维可视化管控平台，形成了“一个中心+三大平台”的完整数字化智能矿山建设协同平台，可大幅度提高管理水平、提升生产效率、降低企业运营成本，可为类似矿山企业数字化智能矿山建设提供参考。     

神华智能矿山建设关键技术研发与示范

探讨了智能矿山的内涵,指出智能矿山是以矿山物联网为技术手段在数字矿山基础上的发展与创新,是将感知信息提炼为决策智慧、将决策智慧转化为执行能力的过程。设计了智能矿山5层架构体系并对其关键技术进行攻关,包括面向3个聚焦感知的泛在智能感知技术、面向海量感知数据的"一网一站"传输技术、面向区域矿井群的一体化软件平台研发和面向集团战略落地的业务流程标准化,实现从感知、传输、分析、决策的智能化和一体化。以锦界煤矿为示范点,展开了智能矿山示范工程建设。在示范工程实施过程中,除智能传感与集成化传输、生产过程自动化控制、矿山生产集成化系统监控、计划协同与生产执行系统外,重点强化了智能矿山体系中的"智慧"和"能力"平台建设,主要包括大数据中心和决策分析平台。实践表明,智能矿山可大幅提升生产效率、降低运营成本,是促进煤矿集团转型升级的关键举措。     

枞阳海螺水泥矿山智能化体系建设实践

随着枞阳海螺水泥矿山的不断开采,矿山的开采、运输、生产等环节由于信息化水平较低,导致现阶段生产效率不高,生产成本逐年增加,迫切需要通过新技术的应用,提高矿山的智能化水平。枞阳海螺水泥矿山智能矿山系统于2019年开工建设,主要由“一个中心、三个平台及一个应用系统”组成。该系统首先对矿山管理进行数字化,将矿山开采规划、生产调度、质量搭配、管理决策等进行深度融合,研发了炮孔坐标信息自动获取功能与手机APP系统,开发了防堵料优化算法,融合了安全环保远程监控等功能。系统投用后改变了传统的管理模式,实现减员增效、稳定生产配料、降低运营成本,提高废石搭配能力,实现数字化、智能化生产与管理,是数字化转型的成功案例。     

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。     

有色金属矿山智能协同作业系统的一致性控制技术研究

近些年来,智能矿山已经成为国家及有色金属行业的研究和建设热点方向.然而,为了实现最终的少人、无人化作业,势必涉及到多个装备、系统进行协同作业问题,这些装备与系统构成了典型的多智能体系统,在矿山恶劣条件下能够实现智能作业的重点,就是系统的执行一致性问题.为解决具有时延问题的多网络节点多智能体构成的领导者-追随者模型的执行...     

矿山工程信息物理系统研究及挑战

针对现有矿山工程信息系统缺乏安全生产相关运行模式的系统性设计,梳理分析了当前监测监控、工业总线、无线通信、生产控制和物联网等矿山信息技术领域存在的问题,从信息物理系统的角度,阐述了矿山工程信息物理系统(Mine Cyber-Physical Systems,MCPS)体系结构及主要问题;将矿山生产活动过程从单一设备、单一系统运行状态控制上升到全系统过程协同,提出多源信息感知、时空信息融合交互、异构网络统一传输、协同控制和工程标准化等MCPS技术挑战,构建"深度嵌入、泛在互联、智能感知和交互协同"的矿山工程信息物理系统。     

某高寒高海拔矿山智能化建设探讨

对国内某高寒高海拔矿山采冶项目进行了智能化建设设计, 以“无人、少人”开采、智能化运营为目标, 构建了以LTE 4G专网为基础的ICT平台、智能化支撑系统、生产自动化系统、管理信息化系统等智能化建设方案, 旨在打造装备与管理一流、智慧智能、本质安全、绿色环保、人文生态和谐的矿山开采-矿浆输送-冶炼一体化工程, 实现对该矿山项目的智能化开发。     

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。     

基于OneNET的矿山综合监控系统的研究

随着"智慧矿山"的不断推进,结合当前正在兴起的物联网技术,提出了一套基于物联网平台的矿山综合监控系统。该系统借助中国移动提供的物联网平台-One NET平台,搭载矿灯智能充电管理单元、环境信息移动监测单元以及矿山电力负荷监测单元,实现了集矿灯充电管理、人员考勤管理、矿山电力负荷及环境信息监测等多角度、全方位的矿山监控功能。     

翟镇煤矿智慧矿山生产模式研究与实践

针对翟镇煤矿井下综采装备落后、生产效率低、矿井运行体系复杂的问题,提出了智慧矿山生产模式,围绕煤矿八大系统,建立了智慧生产系统评价模型,分析了智慧矿山建设中八大系统的权重.在翟镇煤矿研究应用了采煤工作面无人化开采智能集控技术、掘进工作面智能化自动控制技术、矿井运输系统无人化巡检及自动控制技术、矿井生产保障系统自动化控制技术、基于数据融合的安全检测智能控制技术及智慧矿山综合信息平台与手机APP软件等,形成了智慧生产系统关键技术体系.实践证明,翟镇煤矿智慧矿山建设后,采煤效率提高了35%,掘进效率提高了30%,辅助系统高度智能、安全监控系统更加可靠,单班下井人数减少了115人,实现了煤矿生产的少人化和自动化,为我国智慧矿山建设提供了理论与技术借鉴.     

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。     

煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术

随着我国在智能开采和智能掘进技术方面不断取得重大突破,矿井各子系统智能化程度不均,矿井生产控制单一分散,各系统信息孤岛化等问题突显,因此需要建立智能一体化辅助生产系统,实现矿井所有设备的集中控制,数据的集中管理和信息的高度集成与共享,打破各系统信息壁垒,真正实现煤矿多系统智能化发展目标。针对智能矿山的发展现状和趋势,指出智能矿山的建设是由单个系统智能化向多系统智能化方向发展,矿井生产控制是由单一分散式向综合智能一体化方向发展,煤矿智能辅助生产系统是智能矿山建设不可或缺的一环,提出了智能一体化辅助生产系统建设的"五个一"基本原则。神东矿区通过融合智能主/辅运输技术、智能供电技术、智能排水技术、智能通风技术及智能通信技术,建立了煤矿智能一体化辅助生产技术体系。引入模块化管理理念,将矿井综采(综放)、掘进、主运输、供电、供排水、通风及安全监测监控等所有矿井生产系统高度集成在同一个平台,将各子系统数据接入区域煤矿集中控制中心,设计出一套集地面与井下为一体的辅助生产系统的整合控制方案,形成管控一体化平台。采取从采掘、运输和分选加工等煤炭生产一体化管理模式,形成了专业调度体系,优化了生产控制指挥流程,实现了"五矿六井"大区域煤炭生产的集中控制和海量数据管理及信息的高度集成与共享,形成新型煤炭生产体系。实践表明,神东矿区智能一体化辅助生产系统可对全矿区全周期生产数据进行分析应用,减少工作人员400人,降低人工成本8 000万/a,节电25%,设备利用率提高5%,全员工效提高16%。     

数字化矿山现状及发展展望

针对国内数字化矿山建设还处于起步阶段的现状,总结了国内外数字化矿山发展进程和存在的问题,提出了智能安全、智能生产和智能物流等数字化矿山的发展思路。通过分析国内外数字化矿山建设中存在的理念多样、缺乏整体性、缺乏安全保障体系、缺少信息融合等问题,提出今后还需要进一步研究数字化矿山技术标准和规范、新型传感与智能化装备、数字化矿山综合软件平台、矿山安全保障环节等关键技术,提出数字化矿山的发展将从简单的数据集中转变为对重点关注数据的利用,未来数字化矿山将为煤炭企业的安全、高效和绿色生产提供有力保障。     

综采工作面智能化开采路径及关键技术

智能化开采是煤矿开采技术演进的必由之路,目前我国总体处于智能化开采的初级阶段,智能化开采理论体系尚需不断完善。通过分析我国不同煤矿开采阶段在生产信息获取、处理及控制技术等方面的技术特点,发现信息感知、分析和控制技术是煤矿开采方式进步的本质原因;基于智能化开采的基本要素,明确综采工作面智能化开采的内涵是以"互联互通"的智能化成套综采装备为载体,以物联网技术、人工智能技术、大数据技术、云计算技术、通信技术等现代技术与煤矿生产技术的深度融合为基础,通过智能信息感知、智能信息分析决策、智能控制与反馈,实现具有人工智能特征的工作面自动化采煤技术。提出综采工作面智能化开采的技术路径包含生产物理场景智能感知与矿山大数据储存,矿山大数据关联分析与智能决策,智能化生产装备精准协同控制等3个方面内容。结合目前我国智能化开采发展阶段和发展方向,提出了综采工作面智能化开采亟须突破的关键技术:开采全生命周期地质精准探测与建模技术;工作面生产场景精准感知技术;建立通信协议标准化的信息传输系统;复杂生产环境下的智能决策技术;智能化综采装备系统可靠性增强技术。结合工程实践介绍了基于人-装备-环境多源信息数据的特厚煤层智能化综放开采模式的初步应用。     

基于工业互联网的智能矿山研究与设计

阐述了基于工业互联网平台建设智能矿山的意义与目标;指出,打造煤炭工业互联网平台,就是要通过工业互联网技术使煤炭产业各环节间进行有机联动,实现产业链的真正融合,打造矿山新型数字生态,助推煤炭行业高质量发展。研究了基于工业互联网的智能矿山技术体系和业务架构;认为,基于工业互联网的智能矿山建设应首先进行算力及容灾体系建设,其次是要进行网络体系搭建,第三要搭建横纵贯通的数据中台业务。将目前我国煤炭企业智能矿山建设的发展阶段归纳为4个阶段:框架初步构建、实现采掘等单系统或单项技术智能化决策和运行阶段;多系统信息融合、实现采掘运智能联动阶段;形成智能生产、安全、管控智慧大脑阶段;形成全矿区、多产业链、多系统集成的智能矿山体系阶段。最后提出,智能矿山建设是一个科技创新和不断进步的过程,应注重顶层设计,做到传承与创新并重,基础平台、局部场景智能化建设要并行等具体建议。