智慧礦山解決方案

智慧礦山解決方案在“兩化融合”、“新基建”、“企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”等一系列的國家政策背景下，采礦行業(yè)的信息化建設(shè)正在由數(shù)字化礦山、智能礦山向智慧礦山邁進(jìn)。建設(shè)新型現(xiàn)代化礦井是提高安全保障程度、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效、增加企業(yè)核心競爭力的可持續(xù)性發(fā)展之路，有利于緩解人力資源緊張，降低成本、提升效率、保障安全、提高資源利用能力。一、建設(shè)背景近年來，國家密集部署新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，持續(xù)推進(jìn)能源領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，“新基建”中明確將包括煤炭在內(nèi)的傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施納入到智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施的范疇，智能化煤礦不僅是煤炭行業(yè)未來的發(fā)展方向，也是礦業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要路徑。

國家政策大力支持智慧礦山建設(shè)新基建促進(jìn)智慧礦山智能化升級目前以5G網(wǎng)絡(luò)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心等為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已成為我國新一輪經(jīng)濟(jì)增長的新動(dòng)能。隨著新基建的不斷推進(jìn)，礦山行業(yè)也將逐漸進(jìn)入數(shù)字化、智能化時(shí)代。5G技術(shù)在礦區(qū)安防、生產(chǎn)設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制、井下定位、智能巡檢、無人礦卡等應(yīng)用場景方面發(fā)揮著重要作用，促進(jìn)礦山數(shù)字化、少人化、無人化轉(zhuǎn)型，提升企業(yè)的安全生產(chǎn)水平，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。二、概念定義智慧礦山是將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、人工智能、5G通信等技術(shù)與礦山生產(chǎn)自動(dòng)化裝備進(jìn)行底層融合，以排水、通風(fēng)、供電、生產(chǎn)經(jīng)營等關(guān)鍵子系統(tǒng)為建設(shè)重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一系列智能化設(shè)備的全面接入，形成完整的智能礦山系統(tǒng)，有效指導(dǎo)礦業(yè)企業(yè)科學(xué)、合理的向智能化轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)礦業(yè)行業(yè)“安全、綠色、高效”發(fā)展?；诋?dāng)前礦業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及智慧礦山建設(shè)理念、內(nèi)涵與要求，考慮不同類型礦井建設(shè)條件與建設(shè)基礎(chǔ)的差異性，以及未來一段時(shí)間科技裝備發(fā)展趨勢與水平，中國工程院王國法院士提出智慧礦山建設(shè)的近期、中期、遠(yuǎn)期目標(biāo)：三、智慧礦山建設(shè)架構(gòu)智慧礦山基本架構(gòu)主要分為五層，分別為泛在感知與執(zhí)行層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)字平臺(tái)層、應(yīng)用開發(fā)層、運(yùn)營展示層。泛在感知與執(zhí)行層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的感知與采集，同時(shí)對執(zhí)行設(shè)備下發(fā)控制指令。網(wǎng)絡(luò)傳輸層由私有云、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)信息和數(shù)據(jù)的雙向傳送。數(shù)字平臺(tái)層向下實(shí)現(xiàn)各種多源異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的接入，向上為智慧礦山應(yīng)用層的開發(fā)提供服務(wù)和工具。應(yīng)用開發(fā)層為用戶提供實(shí)際使用到的涉及礦井生產(chǎn)、安全、經(jīng)營管理、決策分析各環(huán)節(jié)的各類操作軟件及工具。運(yùn)營展示層主要包括綜合態(tài)勢大屏、綜合統(tǒng)計(jì)報(bào)表、告警、視頻監(jiān)控、移動(dòng)互聯(lián)App等功能，方便指揮/管理人員遠(yuǎn)程操控、精準(zhǔn)調(diào)度。四、智慧礦山建設(shè)方案智慧礦山圍繞“六個(gè)一”工程，構(gòu)建全面感知與高速傳輸網(wǎng)絡(luò)（一張網(wǎng)）、礦上地理信息系統(tǒng)（一張圖）、安全生產(chǎn)管控一體化平臺(tái)（一個(gè)平臺(tái)）、統(tǒng)一計(jì)算存儲(chǔ)管理（一個(gè)庫）、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口與編碼標(biāo)準(zhǔn)（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)），以及諸多智能化子系統(tǒng)與設(shè)備（一系列智能化設(shè)備），從而實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的統(tǒng)一管控。智能化升級打造智慧礦山示范樣板1通風(fēng)系統(tǒng)智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)的電壓、電流、振動(dòng)、風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度等運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程一鍵式啟停，一鍵式不停風(fēng)倒機(jī)，故障自動(dòng)倒機(jī)功能，對礦井通風(fēng)進(jìn)行科學(xué)管理和調(diào)整。（1）通風(fēng)可視化建立可編輯的礦井三維通風(fēng)系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)井巷、風(fēng)機(jī)、設(shè)備設(shè)施數(shù)字空間的三維模型建設(shè)，快速生成三維通風(fēng)立體圖、二維通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖、二/三維風(fēng)流圖。（2）智能通風(fēng)解算智慧通風(fēng)解算模塊由終端設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、智能預(yù)警、風(fēng)網(wǎng)解算與風(fēng)量調(diào)節(jié)、智能遠(yuǎn)程控制、通風(fēng)可視化組成。通過超聲波風(fēng)速儀精確測量的風(fēng)速，結(jié)合礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行通風(fēng)解算，提供礦井每一條巷道的當(dāng)前準(zhǔn)確風(fēng)速和風(fēng)量，滿足通風(fēng)全過程的智能化，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)異常的自動(dòng)感知、診斷與預(yù)警。1通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型提供對通風(fēng)巷道參數(shù)及通風(fēng)構(gòu)筑物配置參數(shù)進(jìn)行管理，動(dòng)態(tài)修改通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和線段。2動(dòng)態(tài)解算提供根據(jù)井下風(fēng)網(wǎng)各分支的風(fēng)阻和主通風(fēng)機(jī)的特性，解算整體網(wǎng)絡(luò)的通風(fēng)情況，估算各分支的風(fēng)量和風(fēng)向信息，為系統(tǒng)的智能通風(fēng)決策和災(zāi)變應(yīng)對做支撐。3災(zāi)變模擬提供模擬事件類型，設(shè)計(jì)爆破點(diǎn)，通過事件產(chǎn)生污染物的擴(kuò)散風(fēng)向及流動(dòng)速度，預(yù)演未來一定事件內(nèi)污染物的濃度及擴(kuò)散范圍。4預(yù)案管理提供調(diào)整的模型和巷道參數(shù)信息作為管理方案儲(chǔ)存及應(yīng)用。▲智能通風(fēng)解算算法2供電系統(tǒng)智能化對變電所和工作面移動(dòng)變電站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測量、保護(hù)和控制，并記錄各種信息，實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備無人值守運(yùn)行。具備供電系統(tǒng)可視化遠(yuǎn)程控制、開關(guān)柜遠(yuǎn)程電動(dòng)操作、斷路器及接地刀閘狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，電子掛牌、開關(guān)柜資產(chǎn)健康管理、高壓開關(guān)故障診斷等功能。3供排水系統(tǒng)智能化集數(shù)據(jù)采集、水泵自動(dòng)輪換、控制、狀態(tài)顯示、故障播報(bào)等多種功能于一體，①實(shí)現(xiàn)井下水泵排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，建立多臺(tái)泵自動(dòng)輪換工作制，實(shí)現(xiàn)排水用電自動(dòng)削峰填谷，做到無人值守；②智能優(yōu)化排水方式，實(shí)現(xiàn)能耗自評估和故障自診斷，具備智能報(bào)警、智能分析統(tǒng)計(jì)涌水量、管網(wǎng)調(diào)配等功能；③具備數(shù)據(jù)采集、水泵自動(dòng)輪換、水泵自動(dòng)控制、狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示，故障播報(bào)與報(bào)警和現(xiàn)場視頻聲音上傳等功能。4壓風(fēng)系統(tǒng)智能化實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，反映壓風(fēng)機(jī)的排氣壓力、壓風(fēng)機(jī)分管路壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)曲線，采用變頻控制方式，實(shí)現(xiàn)按需供風(fēng)。提供壓風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控用標(biāo)準(zhǔn)界面，通過模擬畫面動(dòng)態(tài)顯示地面壓風(fēng)機(jī)和井下壓風(fēng)機(jī)、閥門等主要設(shè)備的運(yùn)行工況。對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測，如：空氣壓縮機(jī)電機(jī)定子及軸承溫度檢測，空氣壓縮機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)溫檢測，風(fēng)量的檢測等。具備壓風(fēng)系統(tǒng)事故報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)無人值守，記錄每條報(bào)警信息，并根據(jù)要求生成報(bào)表。實(shí)現(xiàn)每個(gè)主電機(jī)開停動(dòng)作時(shí)刻記錄，生成報(bào)表；按合理的時(shí)間密度記錄模擬量傳感器、主電機(jī)電流等動(dòng)態(tài)參數(shù)（風(fēng)道環(huán)境參數(shù)由安全監(jiān)測系統(tǒng)采集），生成統(tǒng)計(jì)圖。安全管控系統(tǒng)筑牢智慧礦山安全生產(chǎn)屏障以安全標(biāo)準(zhǔn)化十四要素為建設(shè)重點(diǎn)，構(gòu)建安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理系統(tǒng)，涵蓋法律法規(guī)管理、基礎(chǔ)信息管理、設(shè)備監(jiān)測管理、危險(xiǎn)源監(jiān)測分析、隱患排查與治理模塊、職業(yè)健康管理、安全教育培訓(xùn)管理、應(yīng)急救援管理、安全績效考核管理、安全生產(chǎn)會(huì)議模多個(gè)功能模塊。1視頻監(jiān)控通過視頻流媒體中臺(tái)接入現(xiàn)有監(jiān)控?cái)z像頭設(shè)備，并且通過在邊緣側(cè)部署AI網(wǎng)關(guān)，為傳統(tǒng)攝像頭加載AI算法，實(shí)現(xiàn)對礦區(qū)內(nèi)的人、車、物、事的自動(dòng)監(jiān)測、智能化記錄與報(bào)警，在面對潛在的安全事件時(shí)，由被動(dòng)監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)防御，全面提升場所的綜合安防管理水平。2人員定位構(gòu)建基于UWB技術(shù)的精確人員物資定位管理系統(tǒng)，結(jié)合視頻聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)考勤、電子圍欄、歷史軌跡、智能巡檢等平臺(tái)功能，準(zhǔn)確掌握井下作業(yè)人員區(qū)域分布和實(shí)時(shí)活動(dòng)軌跡，有效提升安全管理效率。3設(shè)備監(jiān)測管理實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測分析、故障預(yù)警、巡檢維修和報(bào)廢再生的全生命周期閉環(huán)管理，延長設(shè)備壽命，保障設(shè)備運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，降低修護(hù)費(fèi)用，同時(shí)為管理人員提供運(yùn)維檢修指導(dǎo)，提高業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)規(guī)范化、高效化水平。4多災(zāi)害綜合防治建立災(zāi)害感知預(yù)警系統(tǒng)，集中監(jiān)測礦井水、火、瓦斯、頂板、煤塵、沖擊地壓6大自然災(zāi)害的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)對礦山安全態(tài)勢的動(dòng)態(tài)評估、預(yù)測、預(yù)警，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急設(shè)施設(shè)備、應(yīng)急救援物資、應(yīng)急避災(zāi)路線等信息的關(guān)聯(lián)顯示和業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)。手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)智慧礦山遠(yuǎn)程掌上管理智慧礦山手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用集全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化控制管理、車輛管理、人員定位、巡檢規(guī)劃、能耗管理、報(bào)警推送、多種報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析等功能為一體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“掌上”管理，支持為客戶量身定制手機(jī)APP/小程序。五、智慧礦山價(jià)值體現(xiàn)1實(shí)現(xiàn)安全管理數(shù)字化實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的數(shù)字化、精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)全流程的質(zhì)量監(jiān)控，保證礦山生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定；基于安全生產(chǎn)十四要素，將安全管理和安全監(jiān)察工作數(shù)字化，提升安全管理工作效率，實(shí)現(xiàn)事前有依據(jù)、事中有標(biāo)準(zhǔn)、事后有回溯。2提高礦山管理水平通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的精細(xì)化管理，實(shí)時(shí)可監(jiān)控、歷史可查詢，提升管理效益、降低維護(hù)成本、減少設(shè)