智慧煤矿基本概念和发展路径探析

1、智慧煤矿基本概念和发展路径探析摘要：在我国国民经济高速增长以及互联网、人工智能技术等现代科技手段快速发展，并给各行业带来前所未有变革机遇的社会背景下，智慧煤矿的概念逐渐应运而生。其中，针对现阶段煤炭行业发展情况，智慧煤矿的提出不仅能够显著提升整个煤炭行业的发展质量同时也能在赋予煤炭企业全新驱动力的基础上，充分促进可持续发展战略与煤炭经济的融合进步。在此基础上，文章基于智慧煤矿发展现状，结合煤炭行业发展需求，在概述智慧煤矿基本概念和主要技术的基础上从人工智能、大数据、移动互联网等多个角度详细分析了智慧煤矿2025年的情景目标和发展路径，旨在给予国内煤炭企业一定的帮助和建议，并最终在促进矿山生态恢

2、复、煤矿职业环境改善、煤炭资源持续利用等多方面工作进步的基础上，保障我国煤炭经济的进一步提高。近年来，基于大数据技术、人工智能技术、互联网技术等多种现代技术手段的不断发展，传统行业逐渐迎来了前所未有的发展机遇和风险挑战，其中，对于现阶段煤炭行业发展情况来说，在智慧煤矿概念的发展应用下，集矿山感知、互联、自学习、预测、决策、控制为一体的完整智能系统已经逐渐形成，不仅进一步就煤矿资源开发利用的整体水平进行了提高，同时也标志着煤炭产业的颠覆性变革。对此，需围绕智慧煤矿形成更加统一、更加完整的概念认识，在清楚规划我国煤炭行业发展方向的基础上为煤炭产业的转型升级铺垫良好基础，最终以此促进我国煤炭企业乃至

3、整个煤矿开采事业的可持续健康发展。一、智慧煤矿概述（一）智慧煤矿的发展背景在早期煤炭资源开发利用过程中，由于我国煤炭企业缺少对于可持续发展战略的清楚认识导致开发过程不仅忽略对于现场开采人员的安全管理，同时也因开发方案不够合理而造成了较为严重的资源短缺问题。对此，经过多年的发展，煤炭企业致力于为设备运行及人员工作提供安全可靠的开采环境，不仅集通风、排水、防火、供电、运输为一体的煤炭开采环境管理体系已经形成，同时煤炭产业也愈发呈现出机械化、单机自动化和数字化发展趋势。其中，从目前来看，我国煤矿安全高效矿井系统的机械化覆盖率已经达到90%，且新一批千万吨级矿井群已经具备了初级的多系统数字矿山综合自动

4、化系统。然而，虽然基于国家煤炭开采战略的逐渐施行我国煤炭资源开发事业已经取得了较大的进步，但归根结底煤矿管理的信息化程度仍相对较低，如何在智慧煤矿提出视角下构建包含设备健康管理、安全风险管控、环境生态调节等多项管理要素的煤矿管理体系，仍是煤炭企业谋求创新发展需要面临的关键问题。二）智慧煤矿的基本定义针对智慧煤矿，其是集信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化为一体的技术融合产物，其中，智慧煤矿不仅涵盖了计算机技术、信息技术、互联网技术等常见现代技术手段，同时也就煤炭开采行业所涉及的采矿科学、地理信息科学、遥感技术进行了整合，能够在信息表现形式反映煤矿开采过程各种动态及静态信息

5、的基础上实现自动化矿山系统的有机形成。此外，围绕智慧煤矿，人们多将其定义归为集物联网、云计算、大数据等多种技术手段为一体的全过程智能化煤矿管理体系，因此智慧煤矿能够在现代技术工艺的支撑下帮助开采人员找寻最高效、最安全、最环保的生产方案，有助于在表现如图一所示基本特征的基础上构建完善的煤矿开发智慧体。在智慧煤矿概念诞生后，经过多年的发展其已经涉及了煤矿开采工作的90多个子系统，其中，可从三方面就智慧煤矿进行概括：1、智慧生产系统针对智慧生产系统，其主要涉及生产系统和辅助生产系统，其中，包括无人值守、调度指挥、通讯协调在内的多项生产管理工作均属于智慧生产系统管理范畴，因此智慧生产系统是确保煤矿开采

6、作业有序开展的关键所在。2、智慧健康与安全系统考虑到煤矿开采作业往往会在外界因素或人为因素影响下出现各种安全隐患，因此为保障作业人员的健康安全，智慧健康与安全系统逐渐产生，其中，依托智慧健康与安全系统，企业能够围绕常见作业隐患构建完善风险防范机制，有助于在降低安全事故发生概率的基础上切实保障开采作业的安全开展。3、智慧后勤保障系统针对智慧保障系统，其主要涉及对于物流系统、生活管理系统、考勤系统、办公自动化系统的管理，是智慧生产系统的重要辅助单位，能够在保证现场操作人员管理水平的基础上确保各项企业工作的协调开展。二、2025年智慧煤矿发展目标及情景分析（一）2025年智慧煤矿发展目标在智慧煤矿概

7、念诞生以后，我国煤炭开采行业逐渐获取了较大的发展机遇，其中，在煤炭资源开发日益呈现出智慧化发展态势的背景下，可将智慧煤矿的发展目标分为三个阶段：首先，第一阶段，构建初步智慧煤矿系统框架，实现不同开采系统的智能化决策体系搭建完成单个系统的无人作业，这一点我国多数矿井均已实现；其次，第二阶段，形成完整多系统信息融合煤矿管理架构，实现不同开采系统智能决策的协同运行，完成真正意义上的“面上无人作业”；第三，围绕整个煤矿开采工程构建多单元、多系统集成智慧煤矿体系实现不同管理要素间的精准采集、传输及可视化分析，达到“全矿井一线无人化作业”。在此基础上，预计到2025年我国实现智慧煤矿第二阶段发展目标，即满

8、足区域化煤矿管理项目的智能决策需求，同时，在智慧煤矿发展影响下，预计2025年我国煤炭产业从业人数降低一半，人才工效提升一倍，且煤矿职工的工作环境得到彻底改善，满足国家的可持续发展战略要求。（二）2025年智慧煤矿情景分析根据智慧煤矿阶段性发展目标，到2025年我国智慧煤矿将实现由单个系统智能化到多个系统智慧化的有机过渡，同时集感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制为一体的智慧煤矿运行框架将初步形成，能够满足煤矿开采作业全过程管理的基本需求，并为智慧煤矿的第三阶段发展提供充足的经验支持基础。其中，2025年智慧煤矿的情景框架如图二所示。三、智慧煤矿关键技术及发展路径分析（一）加强智慧煤矿技

9、术应用1、互联网+理念及物联网技术在智慧煤矿发展过程中，互联网+理念的提出功不可没，同时，得益于互联网+背景下物联网技术的发展，智慧煤矿的信息交流获取了最为关键的交互渠道，有助于满足智慧煤矿精准定位、协同管理的实际需求2、大数据处理及人工智能技术通过对海量数据进行挖掘，在综合分析的基础上确保煤矿安全生产管理的决策正确性，这是智慧煤矿中大数据处理及人工智能技术的主要应用。一方面，针对大数据处理技术，可借助完善的事故数据构建系统的灾害监控预防体系，不仅可实现对于包括瓦斯泄漏、冲击低压在内多项事故的精准控制，同时也能通过数据挖掘以搭建GIS空间分析体系，进而确保不同设备、人员及资源间的合理调动；另一

10、方面，针对人工智能技术，其产生于大数据技术，目前已经涉及人脸识别、语音识别等多个领域，而在实际智慧煤矿运行过程中，可借助人工智能技术反映矿采系统的运行管理情况，并在模拟先进管理方法的基础上使智慧矿山真正成为一个数字化智慧体。3、云计算技术所谓云计算技术，其指的是在大数据技术应用基础上对海量煤矿管理信息进行计算分析的技术手段，其中，该技术依赖搭建系统模型来就不同数据进行监测控制，不仅具有较强的计算能力，同时计算精准度及弹性也远高于以往人工计算模式。（二）构建智慧煤矿系统体系1、基于北斗系统的精准地质信息系统在煤矿开采过程中，由于受到多种因素影响，煤矿地质信息会始终处于四维变化状态之下对此，借助北

11、斗系统形成精准地质信息系统，通过实时处理空间及地质信息以实现对于区域煤矿开采作业的全过程管理2、智能矿井通风排运系统运用现代通信技术及监测监控技术实现对于矿井通风网络风量和风速的实时控制，并借助布设针对风阻、风量等基本信息的智能监测传感器以确保监测控制的精确性和可行性，这是智能矿井通风系统的基本原理。此外，除可就矿井通风问题进行调节外，还可借助智能排水系统、智能运输系统来应对水害和运输问题，其中以运输系统为例，当运输设备出现故障时，智能矿井运输系统能够及时发出声光报警，并可以在数据统计的支持下帮助维修人员快速确定故障位置，进而在第一时间排除故障的基础上保障矿井开采的持续进行。3、危险源智能预警

12、及消灾系统针对常见矿井危险源，一般可包括能量释放、能量限制措施失效、人为操作不当三个方面而基于危险源智能预警及消灾系统，其能够全天候就矿井存在的危险源进行控制，并依托于以往的故障产生规律构建完善故障预防体系，在最大化降低故障风险指数的基础上保障生产人员的生命安全。4、矿井全工位设备设施健康智能管理系统考虑到技术发展已经使得我国矿井设备愈发先进，因此在应对常见设备故障时如何快速有效进行维修保养始终是企业所面临的关键问题。对此，可借助矿井全工位设备设施健康智能管理系统实现对于不同设备的精准控制，尤其是可依托对于设备运行过程各项参数的实时记录，不仅能够给予维修人员较多便利，同时也能对设备的升级、改造、保养提供充足的数据支持帮助。三）搭建智能煤矿技术标准体系在智能煤矿管理系统逐渐发展背景下，构建智能煤矿技术标准体系以确保