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摘要:信息化技術(shù)的長足發(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等方面的關(guān)鍵技術(shù)，并對煤礦企業(yè)智慧綠色礦山建設提出相關(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)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，長期以來為國家和社會的經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。隨著科技水平的進步發(fā)展，信息化技術(shù)的長足發(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)、安全需求的時代一去不復返，不止國家產(chǎn)業(yè)政策引導煤礦企業(yè)朝著智慧綠色礦山發(fā)展，更重要的是出于企業(yè)自身發(fā)展的需求?；诋斍皯?zhàn)略形勢，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、改善面貌、提高競爭力助力加油。

1數(shù)字礦山建設關(guān)鍵技術(shù)

1．1專用地理信息系統(tǒng)軟件平臺技術(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)軟件平臺技術(shù)是專門對這些數(shù)據(jù)資源進行處理存儲的專業(yè)轉(zhuǎn)件技術(shù)，其發(fā)展和應用取決于空間數(shù)據(jù)基準和編碼標準、信息元數(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)庫的建設和豐富。隨著國家行業(yè)標準的推進建設、計算機技術(shù)的發(fā)展，該平臺技術(shù)功能更加完善、處理速度加快。1．2面向智慧礦山的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。研究先進的物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)［4］，實現(xiàn)煤礦企業(yè)的傳統(tǒng)六大災害的超前探測和預報，并將數(shù)據(jù)進行傳輸、保存等，實現(xiàn)礦井智能感知。此外，對煤礦生產(chǎn)流程(包括采掘機運通五大系統(tǒng))也應通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(如三維模擬等)進行集成處理，將各種信息通過可視化平臺呈現(xiàn)和傳輸、操控。1．3煤礦安全生產(chǎn)信息移動互聯(lián)技術(shù)。隨著智能手機和通信技術(shù)即將進入5G時代，目前煤礦已建立基于移動終端的短信預警平臺技術(shù)、生產(chǎn)信息共享技術(shù)，但并未充分發(fā)揮智能移動終端的作用［5］。煤礦移動終端在功能發(fā)揮方面大有可為，通過對礦山現(xiàn)有系統(tǒng)進行集成和升級、功能擴展，可實現(xiàn)礦山各類系統(tǒng)集成、多級聯(lián)網(wǎng)、綜合監(jiān)管、應急指揮、安全信息管理、安全監(jiān)管辦公、礦山信息共享、礦山移動社交生活平臺等功能。具體分為:(1)服務職工生活辦公，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(類似于移動OA系統(tǒng))進行公文傳輸、會議室預約、考勤、遠程會議、網(wǎng)絡票選、社交平臺、移動支付等應用。(2)服務煤礦生產(chǎn)，通過權(quán)限劃分和軟件開發(fā)，實現(xiàn)各級領(lǐng)導可根據(jù)權(quán)限遠程查看、了解礦井地面和井下生產(chǎn)、運輸、災害等安全生產(chǎn)信息以及操控設備。

2智能礦山建設關(guān)鍵技術(shù)

2．1智能化煤礦裝備研發(fā)與應用。目前，我國煤礦企業(yè)基本還屬于勞動密集型企業(yè)向智能化企業(yè)轉(zhuǎn)變的起步階段，設備的智能化水平相對較低，而且與其他行業(yè)相比差距較大。因此，我國煤礦目前智能化裝備的研發(fā)和應用需求十分迫切，其主要方向是自動化開采技術(shù)及裝備、智能綜合機械化采掘裝備、智能瓦斯抽采技術(shù)及裝備以及井下超前探測、煤炭運輸、煤炭洗選、瓦斯利用等方面。此外，國家也在大力發(fā)展和研制無人化技術(shù)及裝備，包括無人機和礦山機器人等等，這些設備和技術(shù)在煤礦探測、生產(chǎn)、巡查和應急救援方面有重要的、廣泛的應用前景。2．2人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)是通過計算機完成以往只有人完成的工作，采用程序控制計算機模擬人的思維過程和智能行為［6］。人工智能技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。煤礦企業(yè)可以通過各個生產(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。2．3虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用。通過虛擬技術(shù)平臺集成煤礦井上下的各種數(shù)據(jù)［7］，包括環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、災害事故預警及報警系統(tǒng)等，實現(xiàn)井上下人員和各種設備運行狀況的實時在線可視化監(jiān)測，能提供煤礦企業(yè)各類安全生產(chǎn)信息的準確信息，從而為決策層提供強大的數(shù)據(jù)支撐。2．4智慧煤礦決策支持系統(tǒng)?；谠朴嬎闫脚_以及決策支持系統(tǒng)，盡量實現(xiàn)礦井的智慧生產(chǎn)和管理，包括:動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時處理，如精細三維地質(zhì)模型和巷道模型的動態(tài)修改、通風網(wǎng)絡智慧解算、應急預案自動修改;實現(xiàn)對重大危險源的識別、預測和預警;多源空間信息融合、綜合處理、實時分發(fā)服務;專家會診煤礦安全事故。

3綠色礦山建設關(guān)鍵技術(shù)

3．1礦井資源綜合利用技術(shù)。礦井資源綜合利用技術(shù)，即通過對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)。3．1．1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)，集中進行水質(zhì)過濾或軟化系統(tǒng)，可滿足設備冷卻用水、生活用水、防塵用水等多種用途。3．1．2煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)。目前，國內(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)合的梯級利用技術(shù)體系，針對不同濃度的瓦斯進行梯級高效利用。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混配等系列化技術(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)。在我國北方，冬季還可對風筒進行加熱。3．1．3煤矸石再利用技術(shù)。煤矸石是我國排放量最大的工業(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“九五”以來對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)濟效益和社會效益。3．2煤礦節(jié)能減排技術(shù)。煤礦節(jié)能減排對綠色礦山建設至關(guān)重要，應在煤礦開采設計階段就應進行考慮，從開采方法、巷道布置、災害防控、生產(chǎn)設備方面進行優(yōu)化設計，不僅滿足國家節(jié)能標準，應盡可能采用節(jié)能減排設備、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電設備，同時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)、運輸、洗選等各個環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，同時加大產(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)濟模式，對煤礦產(chǎn)生的“三廢”物品，運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，保護生態(tài)平衡。3．3礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復技術(shù)。根據(jù)煤礦實際，礦山地質(zhì)環(huán)境防治工程主要有礦山地質(zhì)環(huán)境預防保護措施、礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復工程、礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工程三大類，運用現(xiàn)代化的監(jiān)測儀器、材料和工藝逐步發(fā)展形成礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復技術(shù)。其中預防保護措施主要為礦山地質(zhì)災害預防保護措施、含水層破壞的預防保護措施、地形地貌景觀破壞的預防保護措施;治理恢復工程主要為地面塌陷、地裂縫治理工程、土地資源恢復工程和地貌景觀恢復工程;監(jiān)測工程主要包括地面塌陷監(jiān)測、地裂縫監(jiān)測、含水層監(jiān)測、地形地貌景觀監(jiān)測、土地資源監(jiān)測等。

4人文礦山建設關(guān)鍵技術(shù)

企業(yè)管理有個名詞叫“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)揮其在管理中應用與創(chuàng)新的重要作用。煤礦企業(yè)雖然是粗放型資源企業(yè)，但也應注重人文礦山的建設:(1)推進企業(yè)文化建設。通過開展良好企業(yè)精神文明建設，建立公平發(fā)展環(huán)境(包括員工公平競爭上崗機制)、營造創(chuàng)新氛圍、塑造良好的企業(yè)文化。(2)加強人才培養(yǎng)。①招聘專業(yè)的技術(shù)人才;②通過對企業(yè)職工開展不同層次培訓教育、提供繼續(xù)深造機會提升技術(shù)水平和素質(zhì)能力;③企業(yè)建立員工創(chuàng)新獎勵機制，激勵員工自主上進。(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。此外，為落實國家人性化煤礦管理指導思想，減少煤礦職工(尤其一線員工的)長時間作業(yè)和夜班，非必要崗位人員試行彈性工作機制。(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)庫和檔案管理，定期進行心理咨詢評估和輔導，成立幫扶小組，幫助困難職工進步發(fā)展。

5對策和建議

(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)管控平臺數(shù)據(jù)存儲、處理能力升級，同時加快水、火、瓦斯、頂板、粉塵災害防控一體化平臺建設，運用物聯(lián)網(wǎng)和云計算加快煤礦智能決策大系統(tǒng)建設。(2)爭取國家和集團公司專項科技資金，礦井建立專項資金使用機制。(3)與國內(nèi)外科研院校合作，在智能化裝備、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)裝備研發(fā)和推廣應用方面取得突破。(4)對井下抽采瓦斯進行提濃技術(shù)研究，進一步提高目前瓦斯發(fā)電站利用規(guī)模，同時對于部分乏風瓦斯考慮引進乏風氧化蓄熱發(fā)電技術(shù)。(5)全面推進礦井節(jié)能減排綜合技術(shù)研究、對煤礦開采的廢水、余熱、煤矸石進行綜合利用。

參考文獻:

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作者:秦紅梅 張韻 范曉剛 單位:1.重慶工程學院 2.重慶化工職業(yè)學院 3.中煤科工集團