智慧綠色礦山建設(shè)技術(shù)研究

1、智慧綠色礦山建設(shè)技術(shù)研究 摘要:信息化技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展不斷影響著傳統(tǒng)采礦行業(yè)，使煤礦企業(yè)向數(shù)字化、信息化和智能化方向發(fā)展。本文探討數(shù)字化礦山、智能化礦山、綠色礦山和人文礦山建設(shè)等方面的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)煤礦企業(yè)智慧綠色礦山建設(shè)提出相關(guān)建議。 關(guān)鍵詞:煤礦;數(shù)字化礦山;人工智能;綠色礦山 煤炭行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期以來為國(guó)家和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著科技水平的進(jìn)步發(fā)展，信息化技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展逐漸影響并改變了采礦業(yè)，使其從傳統(tǒng)采礦向數(shù)字化、信息化和智能化方向轉(zhuǎn)變1。傳統(tǒng)的煤礦單一追求生產(chǎn)、安全需求的時(shí)代一去不復(fù)返，不止國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)煤礦企業(yè)朝著智慧綠色礦山發(fā)展，更重要的是出于企業(yè)自身

2、發(fā)展的需求?；诋?dāng)前戰(zhàn)略形勢(shì)，煤礦企業(yè)開展切合自身的智慧綠色礦山發(fā)展方向研究十分必要，為礦井轉(zhuǎn)型升級(jí)、改善面貌、提高競(jìng)爭(zhēng)力助力加油。 1數(shù)字礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù) 11專用地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)技術(shù)。智慧礦山空間數(shù)據(jù)框架是指在同一區(qū)域內(nèi)抽象定義的、使用頻率最高、最基礎(chǔ)、最具有權(quán)威性的礦山空間數(shù)據(jù)資源2，3，專用地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)技術(shù)是專門對(duì)這些數(shù)據(jù)資源進(jìn)行處理存儲(chǔ)的專業(yè)轉(zhuǎn)件技術(shù)，其發(fā)展和應(yīng)用取決于空間數(shù)據(jù)基準(zhǔn)和編碼標(biāo)準(zhǔn)、信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)和豐富。隨著國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)建設(shè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，該平臺(tái)技術(shù)功能更加完善、處理速度加快。12面向智慧礦山的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。研究先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和傳感

3、器技術(shù)4，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的傳統(tǒng)六大災(zāi)害的超前探測(cè)和預(yù)報(bào)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、保存等，實(shí)現(xiàn)礦井智能感知。此外，對(duì)煤礦生產(chǎn)流程(包括采掘機(jī)運(yùn)通五大系統(tǒng))也應(yīng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(如三維模擬等)進(jìn)行集成處理，將各種信息通過可視化平臺(tái)呈現(xiàn)和傳輸、操控。13煤礦安全生產(chǎn)信息移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)。隨著智能手機(jī)和通信技術(shù)即將進(jìn)入5G時(shí)代，目前煤礦已建立基于移動(dòng)終端的短信預(yù)警平臺(tái)技術(shù)、生產(chǎn)信息共享技術(shù)，但并未充分發(fā)揮智能移動(dòng)終端的作用5。煤礦移動(dòng)終端在功能發(fā)揮方面大有可為，通過對(duì)礦山現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行集成和升級(jí)、功能擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)礦山各類系統(tǒng)集成、多級(jí)聯(lián)網(wǎng)、綜合監(jiān)管、應(yīng)急指揮、安全信息管理、安全監(jiān)管辦公、礦山信息共享、礦山移動(dòng)社交生活

4、平臺(tái)等功能。具體分為:(1)服務(wù)職工生活辦公，通過軟件開發(fā)和集成，可使煤礦職工通過統(tǒng)一的辦公平臺(tái)(類似于移動(dòng)OA系統(tǒng))進(jìn)行公文傳輸、會(huì)議室預(yù)約、考勤、遠(yuǎn)程會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)票選、社交平臺(tái)、移動(dòng)支付等應(yīng)用。(2)服務(wù)煤礦生產(chǎn)，通過權(quán)限劃分和軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)可根據(jù)權(quán)限遠(yuǎn)程查看、了解礦井地面和井下生產(chǎn)、運(yùn)輸、災(zāi)害等安全生產(chǎn)信息以及操控設(shè)備。 2智能礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù) 21智能化煤礦裝備研發(fā)與應(yīng)用。目前，我國(guó)煤礦企業(yè)基本還屬于勞動(dòng)密集型企業(yè)向智能化企業(yè)轉(zhuǎn)變的起步階段，設(shè)備的智能化水平相對(duì)較低，而且與其他行業(yè)相比差距較大。因此，我國(guó)煤礦目前智能化裝備的研發(fā)和應(yīng)用需求十分迫切，其主要方向是自動(dòng)化開采技術(shù)及裝備

5、、智能綜合機(jī)械化采掘裝備、智能瓦斯抽采技術(shù)及裝備以及井下超前探測(cè)、煤炭運(yùn)輸、煤炭洗選、瓦斯利用等方面。此外，國(guó)家也在大力發(fā)展和研制無人化技術(shù)及裝備，包括無人機(jī)和礦山機(jī)器人等等，這些設(shè)備和技術(shù)在煤礦探測(cè)、生產(chǎn)、巡查和應(yīng)急救援方面有重要的、廣泛的應(yīng)用前景。22人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)完成以往只有人完成的工作，采用程序控制計(jì)算機(jī)模擬人的思維過程和智能行為6。人工智能技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。煤礦企業(yè)可以通過各個(gè)生產(chǎn)程序和環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，通過人工智能綜合分析，從而參與方案決策和參數(shù)優(yōu)化，能極大提升煤礦企業(yè)的技術(shù)和管理水平。23虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用。通過虛擬技術(shù)平臺(tái)集成煤礦井上下

6、的各種數(shù)據(jù)7，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、災(zāi)害事故預(yù)警及報(bào)警系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)井上下人員和各種設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)在線可視化監(jiān)測(cè)，能提供煤礦企業(yè)各類安全生產(chǎn)信息的準(zhǔn)確信息，從而為決策層提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。24智慧煤礦決策支持系統(tǒng)。基于云計(jì)算平臺(tái)以及決策支持系統(tǒng)，盡量實(shí)現(xiàn)礦井的智慧生產(chǎn)和管理，包括:動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，如精細(xì)三維地質(zhì)模型和巷道模型的動(dòng)態(tài)修改、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)智慧解算、應(yīng)急預(yù)案自動(dòng)修改;實(shí)現(xiàn)對(duì)重大危險(xiǎn)源的識(shí)別、預(yù)測(cè)和預(yù)警;多源空間信息融合、綜合處理、實(shí)時(shí)分發(fā)服務(wù);專家會(huì)診煤礦安全事故。 3綠色礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù) 31礦井資源綜合利用技術(shù)。礦井資源綜合利用技術(shù)，

7、即通過對(duì)煤礦開采過程中的地下水、煤矸石、瓦斯等采用利用技術(shù)以及對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三廢處理”采用資源循環(huán)利用技術(shù)。311煤礦水資源綜合利用技術(shù)。煤礦井下具有豐富的地下水資源，而礦井生產(chǎn)、生活需要較多的水資源，通過建立地下水收集和地面供水循環(huán)系統(tǒng)，集中進(jìn)行水質(zhì)過濾或軟化系統(tǒng)，可滿足設(shè)備冷卻用水、生活用水、防塵用水等多種用途。312煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)在瓦斯利用方面已形成了瓦斯蓄熱氧化利用、提純和發(fā)電等相結(jié)合的梯級(jí)利用技術(shù)體系，針對(duì)不同濃度的瓦斯進(jìn)行梯級(jí)高效利用。主要包括低(超低)濃度瓦斯蓄熱氧化熱能利用、瓦斯發(fā)電或提純、高濃度煤層氣直接加工利用、低濃度瓦斯安全輸送及自動(dòng)混配等系列化技

8、術(shù)與裝備，可提供瓦斯治理、開發(fā)、利用一體化系統(tǒng)解決方案。尤其是對(duì)多數(shù)礦井瓦斯?jié)舛鹊?、瓦斯利用?guī)模小，可大力推廣蓄熱氧化燃煤鍋爐替代技術(shù)。在我國(guó)北方，冬季還可對(duì)風(fēng)筒進(jìn)行加熱。313煤矸石再利用技術(shù)。煤矸石是我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，煤矸石的大量堆積，不僅占用土地、污染環(huán)境，同時(shí)也存在一定的安全隱患，如自燃或垮落等。煤矸石也是一種資源，可以加以利用，我國(guó)“九五”以來對(duì)煤矸石的綜合利用有很大的發(fā)展，技術(shù)水平也在不斷提高。煤矸石的利用途徑主要包括充填塌陷區(qū)、解決土地復(fù)墾、制作建筑材料和發(fā)電等。不少煤礦企業(yè)通過煤矸石的綜合利用帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。32煤礦節(jié)能減排技術(shù)。煤礦節(jié)能減排對(duì)

9、綠色礦山建設(shè)至關(guān)重要，應(yīng)在煤礦開采設(shè)計(jì)階段就應(yīng)進(jìn)行考慮，從開采方法、巷道布置、災(zāi)害防控、生產(chǎn)設(shè)備方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅滿足國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡可能采用節(jié)能減排設(shè)備、工藝。具體做法有:(1)從節(jié)能方面考慮，必須淘汰落后的高耗能機(jī)電設(shè)備，同時(shí)研究綠色煤礦開采和利用新技術(shù)，提高資源回收率和利用率，大力推廣和發(fā)展循環(huán)利用技術(shù)和余能余熱利用技術(shù)。(2)從減排方面考慮，通過煤礦生產(chǎn)、運(yùn)輸、洗選等各個(gè)環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)加大產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的力度，構(gòu)建合理化的礦山低碳經(jīng)濟(jì)模式，對(duì)煤礦產(chǎn)生的“三廢”物品，運(yùn)用高科技手段綜合治理，并充分加以回收和利用，凈化生態(tài)環(huán)境，保護(hù)生態(tài)平衡。33礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)

10、技術(shù)。根據(jù)煤礦實(shí)際，礦山地質(zhì)環(huán)境防治工程主要有礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)防保護(hù)措施、礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)工程、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工程三大類，運(yùn)用現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)儀器、材料和工藝逐步發(fā)展形成礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)技術(shù)。其中預(yù)防保護(hù)措施主要為礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防保護(hù)措施、含水層破壞的預(yù)防保護(hù)措施、地形地貌景觀破壞的預(yù)防保護(hù)措施;治理恢復(fù)工程主要為地面塌陷、地裂縫治理工程、土地資源恢復(fù)工程和地貌景觀恢復(fù)工程;監(jiān)測(cè)工程主要包括地面塌陷監(jiān)測(cè)、地裂縫監(jiān)測(cè)、含水層監(jiān)測(cè)、地形地貌景觀監(jiān)測(cè)、土地資源監(jiān)測(cè)等。 4人文礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù) 企業(yè)管理有個(gè)名詞叫“人文企業(yè)”，重視以人為本的思想，注重以“人性文化”為主的企業(yè)文化，充分發(fā)揮其在

11、管理中應(yīng)用與創(chuàng)新的重要作用。煤礦企業(yè)雖然是粗放型資源企業(yè)，但也應(yīng)注重人文礦山的建設(shè):(1)推進(jìn)企業(yè)文化建設(shè)。通過開展良好企業(yè)精神文明建設(shè)，建立公平發(fā)展環(huán)境(包括員工公平競(jìng)爭(zhēng)上崗機(jī)制)、營(yíng)造創(chuàng)新氛圍、塑造良好的企業(yè)文化。(2)加強(qiáng)人才培養(yǎng)。招聘專業(yè)的技術(shù)人才;通過對(duì)企業(yè)職工開展不同層次培訓(xùn)教育、提供繼續(xù)深造機(jī)會(huì)提升技術(shù)水平和素質(zhì)能力;企業(yè)建立員工創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)員工自主上進(jìn)。(3)保證員工待遇。包括為職工創(chuàng)造安全的工作環(huán)境、安全防護(hù)裝備、開展收入體系改革、保證職工收入隨企業(yè)發(fā)展良性增長(zhǎng)。此外，為落實(shí)國(guó)家人性化煤礦管理指導(dǎo)思想，減少煤礦職工(尤其一線員工的)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)和夜班，非必要崗位人員試行彈

12、性工作機(jī)制。(4)關(guān)注職工健康建立職工身體健康、職業(yè)病危害、心理健康數(shù)據(jù)庫(kù)和檔案管理，定期進(jìn)行心理咨詢?cè)u(píng)估和輔導(dǎo)，成立幫扶小組，幫助困難職工進(jìn)步發(fā)展。 5對(duì)策和建議 (1)在礦井前期開展“數(shù)字化礦山示范工程”，加快數(shù)據(jù)中心和安全生產(chǎn)管控平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理能力升級(jí)，同時(shí)加快水、火、瓦斯、頂板、粉塵災(zāi)害防控一體化平臺(tái)建設(shè)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算加快煤礦智能決策大系統(tǒng)建設(shè)。(2)爭(zhēng)取國(guó)家和集團(tuán)公司專項(xiàng)科技資金，礦井建立專項(xiàng)資金使用機(jī)制。(3)與國(guó)內(nèi)外科研院校合作，在智能化裝備、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)裝備研發(fā)和推廣應(yīng)用方面取得突破。(4)對(duì)井下抽采瓦斯進(jìn)行提濃技術(shù)研究，進(jìn)一步提高目前瓦斯發(fā)電站利用規(guī)模，同時(shí)對(duì)于部分乏風(fēng)瓦斯考慮引進(jìn)乏風(fēng)氧化蓄熱發(fā)電技術(shù)。(5)全面推進(jìn)礦井節(jié)能減排綜合技術(shù)研究、對(duì)煤礦開采的廢水、余熱、煤矸石進(jìn)行綜合利用。 參考文獻(xiàn): 1王莉智慧礦山概念及關(guān)鍵技術(shù)探討J工礦自動(dòng)化，2014，40(6):3741 2李梅，等智慧礦山框架與發(fā)展前景研究J煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，45(1):121128，134 3王莉，等智慧礦山空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究J工礦自動(dòng)化，2014，40(12):2530 4霍中剛，武先利互聯(lián)網(wǎng)+智慧礦山發(fā)展方向J煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44(7):2833，63 5譚章祿，陳曉煤炭企業(yè)信