浅谈智慧矿山建设及煤矿的智能化开采.pdf

TECHNOLOGY AND INATION工业与信息化 科学与信息化2020年8月上 103 浅谈智慧矿山建设及煤矿的智能化开采 安江江 山西小回沟煤业有限公司 山西 太原 030499 摘 要 基于煤矿智能化发展的现状及要求，本文系统阐述了煤矿智能化开采的基本概念，以及煤矿智能化与智慧 矿山建设之间的关系，基于国家政策导向，探讨了煤矿智能化建设的发展目标，并在对煤矿智能化的理解基础上构 建了相应的智能化体系。 关键词 煤矿智能化；智慧矿山；政策导向；体系 引言 煤炭资源作为我国经济建设的重要能源支撑，为国家的 建设与发展做出了突出贡献。其中，煤矿如何保持安全高效生 产，提高企业行业核心竞争力，是国家、社会和煤矿企业共同 持续关注的热点话题。随着煤矿发展的日益进步与完善，我国 煤矿企业纷纷加大了矿井自动化和信息化建设，基本实现了数 字化矿山的建设。为了深入贯彻落实“四个革命、一个合作” 能源安全的新战略，加快推进煤炭行业供给侧结构性改革， 在人工智能、大数据、云计算等高新科技的支撑下，推进数字 化矿山向智慧矿山发展，推动智能化技术与煤矿产业的融合发 展，提升煤矿的智能化开采水平，成为煤矿发展的必然趋势。 2020年2月，国家发改委、国家能源局等八个部委联合印发了 关于加快煤矿智能化发展的指导意见的通知（发改能源 [2020]283号）（简称意见），对我国煤矿智能化建设提出 了指导建议，对我国煤矿智能化发展具有里程碑的意义[1]。 1 煤矿智能化开采的基本概念 煤矿智能化是将人工智能、大数据、云计算、物联网等 高新科技应用到自动化、信息化、机械化的煤矿企业，实现 煤矿开拓设计、地测防治水、采掘、运输、煤炭洗选、安全生 产监测管理、机械设备管理与监测等整个系统的智能化，实现 对矿井安全生产的各个环节进行智能化感知、智能化分析和决 策、智能化控制和执行，进而推进煤矿信息化向煤矿智能化的 转变。煤矿智能化的核心在于利用人工智能替代人来完成煤矿 生产活动，降低煤矿生产安全隐患，提高煤矿安全生产水平， 保障煤炭资源的稳定供应。王国法认为，煤矿智能化是煤矿综 合机械化发展的新阶段，是煤炭生产力和生产方式革命的新方 向。相对于现有煤矿发展阶段，煤矿智能化开采模式所应用的 生产机械设备和开采工艺更加智能化，受井下恶劣的生产环 境、工作空间限制更小、适应程度更高，安全生产效率更加保 障，井下作业人员数量更少，可以极大提高煤矿开采的可靠 性、精确性、操作灵活性[2]。 2 我国煤矿智能化建设目标 在受到全球疫情影响的大环境下，煤矿企业面临的人员、 材料、运输、设备等问题凸显，这也促使政府和煤矿企业不得 不深入思考煤矿转型发展的重要问题，如何转型、向什么方向 转型成为热议话题，习总书记关于能源安全的新战略以及意 见的提出，为煤矿转型发展指明了方向，同时也意识到智能 化能源开采对保障能源安全的重要性。意见中对我国煤矿 智能化建设提出了总体目标①2021年建设多种类型、不同 模式的智能化示范煤矿，初步形成智能化煤矿运行技术体系； ②2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现自动化，形成煤 矿智能化建设的技术规范和标准体系；③2035年，我国所有煤 矿基本实现自动化开采，构建全国型的煤矿智能化管理体系和 智能化集成系统。据统计，我国目前已经建成200余个不同层 次的智能化采煤工作面，在煤矿智能化建设方面取得了初步成 效，尤其是国家能源集团与中国煤科天玛公司等单位在神东榆 家梁煤矿建成的我国首个无人巡视、自主割煤的智能无人化工 作面，标志着我国煤矿综采智能化取得了重大进展。但智能化 采煤工作面与煤矿智能化相比，仍存在巨大差距，而与加拿 大、美国等煤矿智能化建设进程相比，我国煤矿智能化建设仍 旧处于初级阶段[3]。 3 煤矿智能化体系的构建 煤矿智能化是实现矿井从生产、安全监测、数据分析和决 策、生产经营等所有环节的智能化运行，所以煤矿智能化体系 的构建不仅包括智能化开采和掘进，还包括井下安全生产信息 的智能化感知、生产系统的智能化管理、煤矿生产的智能化操 作和大数据处理、高速度的物联网传输体系建设、生产经营的 智能化控制和决策等多个方面，按照智能化建设的构想，可以 将煤矿智能化体系分为设备感知层、基础设施层、数据服务层 和应用层，见图1（在文末）。 （1）设备感知层，即对井下安全生产的智能化感知，是 对井下生产的人、机械设备、生产环境、安全监测信息、生产 管理等所有环节进行智能化监测，并提出相应的初步决策和预 警，并基于已有的智能化应用情况和成果数据对井下安全生产 进行智能化控制。 （2）基础设施层，是煤矿智能化体系形成的桥梁，是基 于大数据、云计算、工业物联网等构建的一个体系管理中心， 是建立智能化信息接收、管理、存储、传输的控制中心[4]。 （3）数据服务层，是煤矿智能化体系的核心，包含了煤 矿生产管理所有信息数据，基于大数据平台构建了煤矿生产、 安全、管理、市场动态等多个大数据控制中心，为煤矿智能化 建设和生产提供地图服务、空间服务、生产管理服务、决策分 析、应急管理等。并担负对所采集的数据进行管理、存储，数 据建模分析，数据智能化学习，数据的可视化显示等功能。 （4）应用层。煤矿智能化的最终目标是建设智慧矿山， 实现煤矿地质信息透明化，生产、运输、洗选等生产环节的智 能化，调度管理的智能化，是煤矿智能化的执行层。 综上所述，煤矿智能化建设在数字矿山、综合机械化煤矿 生产的基础上构建“全局智能化、分级智能化、多点智能化协 同”的控制模式，以更为先进、智能的生产装备为基础，以大 数据、云计算、高效传输物联网为技术支撑，依托前沿科技实 现煤矿产业的智能化升级，建设“运营一大脑，矿山一张网， 数据一片云，资源一视图”的智能应用系统[5]。 （下转第105页） 科学与信息化 8月上 内文.indd 10312/08/2020 161534 TECHNOLOGY AND INATION工业与信息化 科学与信息化2020年8月上 105 3 测量平均值的相对不确定度 mrelT u的评定 （1） mrel Tu 读取8NTU 8次，测量数据为8.2；8.0； 8.0；8.1；8.0；7.9；8.0；8.1（NTU）则1 . 1RSD，规程规 定，实际每种浓度下测量3次，则测量平均值的相对不确定度 为。 （2） mrel Tu读取16NTU 8次，测量数据为15.8；15.6； 15.5；15.6；15.7；15.7；15.6；15.7（NTU）则6 . 0RSD。 规程规定，实际每种浓度下测量3次，则测量平均值的相对不确 定度为。 （3） mrel Tu 读取24NTU 8次，测量数据为23.2；23.4； 23.5；23.3；23.4；23.2；23.1；23.2（NTU）则6 . 0RSD。 规程规定，实际每种浓度下测量3次，则测量平均值的相对不确 定度为。 （4） mrelT u读取32NTU 8次，测量数据为31.1；31.1； 31.0；31.1；31.2；31.2；31.3；31.3（NTU）则3 . 0RSD， 规程规定，实际每种浓度下测量3次，则测量平均值的相对不确 定度为。 （5） mrel Tu 读取40NTU 8次，测量数据为40.7；39.8； 40.5；39.7；39.6；39.8；39.5；39.9（NTU）则1 . 1RSD， 规程规定，实际每种浓度下测量3次，则测量平均值的相对不确 定度为。 4 合成相对不确定度 4.1 不确定度一览 4.2 合成不确定度 校准点为8NTU时 校准点为16NTU时 校准点为24NTU时 校准点为32NTU时 校准点为40NTU时 综上，依据规程要求在量程上限不大于50NTU范围内， 均匀取五个测量点（（8NTU、16NTU、24NTU、32NTU、 40NTU））的相对扩展不确定度 校准点为8NTU时Urel3.3 k2； 校准点为16NTU时Urel3.5 k2； 校准点为24NTU时Urel3.2 k2； 校准点为32NTU时Urel3.1 k2； 校准点为40NTU时Urel3.3 k2。 参考文献 [1] 浊度计JJG8802006[S].北京中国标准出版社,2006. [2] 测量不确定度评定与表示JJF1059.1-2012[S].北京中国标准出 版社,2012. 图1 煤矿智能化建设的基本框架 4 结束语 煤矿智能化是建设安全、高效、绿色、智慧矿山的核心技 术支撑，是能源企业供给侧改革和保持行业竞争力的必经改革 之路。目前，我国仍旧处于煤矿智能化建设的初级阶段，煤矿 智能化建设的道路还很长，但随着现代科技的不断进步，和国 家政策支持和煤矿企业现代科技的不断驱动，煤矿智能化的进 程会不断加快。在这种大环境驱使下，煤矿企业更应当积极推 动煤矿智能化建设，不断开创煤矿智能化开采新模式，切实做 好我国煤矿智能化建设工作。 参考文献 [1] 田成金.煤炭智能化开采模式和关键技术研究[J].工矿自动 化,2016,421128-32. [2] 王国法,范京道,徐亚军,等.煤炭智能化开采关键技术创新进展与 展望[J].工矿自动化,2018,4425-12. [3] 王国法,杜毅博.智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向[J].煤炭 科学技术,2019,4711-10. [4] 王国法,庞义回,任怀伟.煤矿智能化开采模式与技术路径[J].采矿 与岩层控制工程学报,2020,211-15. [5] 王国法,杜毅博.煤矿智能化标准体系框架与建设思路[J].煤炭科 学技术,2020,4811-9. 作者简介 安江江（1988－），山西省太原市人；毕业院校中国矿业大学 （北京），专业采矿工程，职称助理工程师，现就职单位山西小 回沟煤业有限公司，研究方向煤矿安全生产技术管理等方面。 （上接第103页） 科学与信息化 8月上 内文.indd 10512/08/2020 161535