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。     

智慧矿山关键技术研究初探

通过分析智慧矿山建设中存在的问题,对西山煤电集团官地矿智慧矿山建设提出"搭平台、搞集成、建标准"三步走战略,初步完成智慧矿山建设任务,建议适时提出国家或行业的建设规范标准,达到智慧矿山建设的格式统一和标准化。     

智慧矿山顶层架构设计及其关键技术

智慧矿山建设目标是在工业互联网技术的基础上,能够完成对矿山"人、机、环"数据进行精准化采集、网络化传输、规范化集成,从而实现可视化展现、自动化操作和智能化服务的矿山智慧体。目前,智慧矿山的建设主要以单一的业务逻辑为基础,较少从数据运营、技术服务和业务逻辑等多方面,深入研究智慧矿山的体系架构问题,难以实现通用性和扩展性较强的智慧矿山建设目标。为解决上述问题,基于已有智慧矿山的基本概念及内涵,在对国内外智慧矿山研究现状分析的基础上,提出智慧矿山的基本内涵及其建设原则,并引入数据标准化、网络协同化、系统一体化和技术智能化的建设理念。提出智慧矿山顶层架构体系及其关键技术。该顶层架构体系主要包括智慧矿山总体架构、业务逻辑架构、技术架构和数据架构4个部分,从总体设计、业务分析、技术实现和数据流转的不同角度,可以较为综合和全面地构建智慧矿山。之后,探讨和研究了智慧矿山顶层架构体系建设过程中涉及到的智能控制技术、通信网络技术、三维可视化技术、空间信息技术、大数据分析与挖掘技术、物联网技术、机器学习理论方法、媒体智能技术等关键智能技术。最后,在总结智慧矿山顶层架构设计及关键技术内容的基础上,指出了未来智慧矿山建设过程中需要解决的一些关键理论问题及系统设计、优化问题,为不断完善智慧矿山顶层架构的设计和智慧矿山的深入发展明确了研究方向和实现目标。     

智慧矿山建设架构体系及其关键技术

针对矿山信息化建设存在缺乏信息化标准、信息孤岛严重等问题,研究了智慧矿山建设的架构体系及其关键技术,提出了包括数据采集与执行层、传输层、存储层、智慧决策与控制层、展示层等5层架构体系,描述了该架构体系中各层应构建的相关系统或建设原则;探讨了智慧矿山建设涉及的空间信息技术、智慧采煤技术、真三维地质模型与集成应用技术、先进的矿用传感器技术、自动控制技术、矿山数据仓库技术、数据通信技术、组件式矿山软件、虚拟现实技术、云网融合技术、基于大数据的智能决策技术、人工智能技术等关键技术。     

智慧矿山资源技术系统构建的关键技术

智慧矿山是矿山发展的必然趋势,针对作为智慧矿山的重要组成部分的矿山资源系统构建,分析传统资源技术管理的缺陷和不足,分别从基于矿山开采全周期构建资源技术系统架构、规范业务管理流程、统一业务数据标准、数据增量存储、存储消重等关键技术进行论述,以达到人员结构优化、节支降耗的效果,保证矿山资源技术系统的完整构建和高效运行。     

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。     

智慧矿山“一张网”系统的建设及关键技术

智慧矿山是传统煤炭行业的最终转型模式,是驱动传统矿山工业的核心力量,为实现矿山由传统向智慧的转变,提出了智慧矿山"一张网"系统,探讨了智慧矿山"一张网"系统的内涵,提出了智慧矿山"一张网"系统的平台设计架构,该平台通过物联感知数据、大数据存储、AI智能分析应用,实现矿山拓、掘、运、选、安全生产管理等,从而达到安全、高效、绿色的矿山生产运营目标。     

智慧献矿山

1975年8月,方国胜到朱庄矿当上了一名采煤工。五年后,由于他勤奋吃苦,积极上进,区领导安排他从事煤机的检修工作。20年来,方国胜扎根煤海,练就了一身技术绝活,在百里淮北矿区有“煤机大王”之称。他五年为企业增效1000多万元,先后2次被淮北市评为“劳动模范”,连续五年被淮北矿业集团公司评为“劳动模范”,还多次荣获市、集团公司五好职工、矿山功臣、技术状元、岗位职业道德明星等荣誉称号。     

智慧矿山多系统传感层设备融合关键技术北大核心

针对国家能源局、国家矿山安全监察局在2021年下发的《煤矿智能化建设指南(2021版)》文件中智能安全监控系统对多系统井下融合及“人-机-环”应急联动的需求,分析了不同系统传感层设备共性特点以及实时采集的数据不定期误报、冒大数等问题;同时,从边缘计算设备的角度结合智能矿山发展趋势对井下多系统融合数据采集处理的实时性与不丢帧的要求,深入研究了安全监测类系统传感层设备的统一采集、采集数据不丢帧、传感层设备数据异常检测等3个关于多系统传感层设备融合的关键技术,提出了采用数据采集中间件方法建立统一采集体系结构、采用双缓存队列实现多线程间数据采集不丢帧、采用以时间序列为计算因子的传感层数据异常实时检测算法,并给出了详细的实现方法。     

数字矿山关键技术研究与示范

总结了数字化矿山国内外发展现状,分析了数字化矿山建设中存在的主要问题,提出了数字化矿山项目实施的方法及需要解决的若干关键技术,如高带宽信息可靠传输技术、数字化安全监测监控技术、安全及生产过程一体化管控技术、三维地质体及实景场景构建技术、多系统数据融合及针对矿井的大数据分析挖掘技术等。以天地王坡煤矿数字化矿山建设为示范,介绍了天地王坡煤矿数字化矿山建设取得的研究成果和应用效果,展望了未来数字矿山建设的重点研究内容及其发展方向。     

智慧矿山框架与发展前景研究

首先回顾了我国数字矿山的现状,阐述了当前数字矿山建设的主要内容,并剖析了当前数字矿山建设中存在的问题和挑战。从创新技术角度提出了智慧矿山的技术框架,并对智慧矿山发展中面临的安全、管理、效益等关键技术问题进行了研究,提出物联网、大数据挖掘与知识发现、虚拟现实、柔性生产、扁平化管理等新思路将成为未来矿山企业发展新的契机。     

数字矿山及关键技术

阐述了数字矿山的内涵、现状、发展,概括了在建设数字矿山过程所涉及的数据存储、传输及处理与展示等关键技术,重点阐述了无线自组织网络技术在数字矿山建设过程中的详细工作过程、应用及缺陷,以及该技术在应用过程中出现的传感器节点的部署,节点的能量耗尽,通信信道的稳定状况等问题与改进措施,为今后数字矿山的建设提供一定的理论依据。     

科技力量 智慧矿山

<正>2020年3月,国家发改委、国家能源局、应急管理部等联合发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(发改能源[2020]283号)。8月11日,国务院安委办、应急管理部召开安全发展示范城市创建工作第二次视频推进会议。会议强调,各地区要认真贯彻落实习近平总书记关于安全生产重要论述和指示批示精神,要坚持以人民为中心的发展思想和"人民至上、生命至上"。智慧矿山已成为煤矿智能化发展的主要方向。智慧矿山就是对生产、职业健康与安全、技术和后勤保障等进行主动感知、自动分析、快速处理的无人矿山。     

浅谈智慧矿山总体规划

介绍了智慧化矿山发展的必要性及发展智慧矿山的优势,阐述了智慧化矿山最终目标,并对平台建设、大数据服务等智能管理进行了论述。     

矿山垂直钻井救援关键技术与装备

矿山垂直钻井救援是矿难发生时,无法通过生产矿井救援而采取的特殊救援方法,其关键技术包括生命探测钻孔、生命信息探测、大口径救援通道施工和垂直救生舱救生技术,矿山垂直钻井救援的关键技术装备是垂直钻井的钻机及配套钻具、生命探测系统、救生舱装置。我国在矿山垂直钻井救援技术与装备方面已逐步发展形成一套行之有效的救援体系。     

数字矿山系统框架与关键技术研究

数字矿山是当今采矿科学、信息科学、人工智能、计算机技术和3S技术发展与高度结合的产物,它将深刻改变传统的采矿生产活动和人们的生活方式。分析了数字矿山的内涵和基本特征,对数字矿山的层次结构和系统框架进行了研究,讨论了数字矿山战略实施的关键技术,并对数字矿山的发展前景做了初步的展望。     

智能矿山车联网体系架构与关键技术

矿山车辆作为矿山生产的重要设备,其管理水平直接影响矿山生产、安全、经营管理的各个方面,应用车联网技术提升矿山车辆管理智能化水平是智能矿山建设的重要内容。为避免车联网在矿山车辆管理应用中因概念不清、目标不同、路径不同、体系架构不同、技术应用重点不同造成发展方向分散、重复建设投入、系统融合困难的问题,以智能煤矿为例,提出了矿山车联网的概念,并对其体系架构、关键技术和典型应用进行了分析探讨:首先,在回顾智能矿山和车联网发展的基础上,定义和阐述了矿山车联网的概念;然后参考车联网和矿山物联网体系结构,设计了由感知控制层、网络层、服务支持层和应用层构成的矿山车联网体系架构;综合车联网和智能矿山信息系统关键技术,分析了矿山车辆定位与监控、矿山车辆智能感知和控制、矿山车辆无线通信、矿山车联网协同计算等关键技术;最后从"人、车、环、管"4个方面出发,对矿山车辆及驾乘人员监控、矿山车辆自动驾驶及无人驾驶、基于矿山车辆的矿山安全监测、矿山车辆智能调度等矿山车联网典型应用进行了探讨。研究成果为推动车联网技术在智能矿山车辆管理中深入有序应用奠定了基础,同时丰富了矿山物联网技术内涵,为矿山物联网其他技术分支在智能矿山建设中的应用积累了经验。