智能采礦是21世紀(jì)礦業(yè)發(fā)展的重要方向和前瞻性目標(biāo)。在礦床開采中，以開采環(huán)境數(shù)字化、采掘裝備智能化、生產(chǎn)過程遙控化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)營管理信息化為特質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)的采礦工藝過程，稱為智能采礦。

　　地下礦山智能化關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)將打破了之前的傳統(tǒng)思維，它將綜合通訊平臺(tái)，有毒有害氣體的監(jiān)測監(jiān)控、人員設(shè)備的跟蹤感知、工作生產(chǎn)的可視化，從硬件的層面上集成到統(tǒng)一的物理設(shè)施平臺(tái)，從信息化管控的層面集成到三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。

　　礦山智能化關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)，對礦山的高效、智能開采奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，促進(jìn)了礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平，構(gòu)建一個(gè)經(jīng)濟(jì)的、規(guī)范的關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)對礦山行業(yè)的智能化建設(shè)與發(fā)展有非常實(shí)用的價(jià)值。

　　1、地下礦山智能化國內(nèi)外現(xiàn)狀

　　1.1 國外現(xiàn)狀

　　以電子技術(shù)和信息技術(shù)為先導(dǎo)的世界新技術(shù)發(fā)展成果，迅速滲透到礦業(yè)領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國家在實(shí)現(xiàn)礦業(yè)生產(chǎn)工藝化、機(jī)械化、大型化的基礎(chǔ)上，向信息化、智能化、無人化方向發(fā)展。機(jī)器人與人工智能和專家系統(tǒng)相接合，為礦山智能開采開辟了新的途徑。高性能大型裝備、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，以及遙控采礦為核心的地下采礦技術(shù)，極大地促進(jìn)了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

　　國際著名礦山企業(yè)——加拿大國際鎳公司(inco)從20世紀(jì)90年代初開始研究遙控采礦技術(shù)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)采礦過程的遙控操作。inco公司給遙控采礦下的定義是：利用目前*先進(jìn)的技術(shù)，包括地下通訊、定位、工藝設(shè)計(jì)、監(jiān)視和控制系統(tǒng)，去操縱采礦設(shè)備與采礦系統(tǒng)。遙控采礦工藝包括自動(dòng)鑿巖、自動(dòng)裝藥與爆破、自動(dòng)裝巖、自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、自動(dòng)卸巖和自動(dòng)支護(hù)等，其技術(shù)基礎(chǔ)是高速地下通訊系統(tǒng)和高精度地下定位、定向系統(tǒng)(要求達(dá)到mm級)。加拿大已制訂出一項(xiàng)擬在2050年實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)景規(guī)劃：即將加拿大北部邊遠(yuǎn)地區(qū)的一個(gè)礦山實(shí)現(xiàn)為無人礦井，從薩得伯里通過衛(wèi)星操縱礦山的所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)破碎和自動(dòng)切割采礦。

　　芬蘭采礦工業(yè)也于1992年宣布了自己的智能采礦技術(shù)方案，涉及采礦實(shí)時(shí)過程控制、資源實(shí)時(shí)管理、礦山信息網(wǎng)建設(shè)、新機(jī)械應(yīng)用和自動(dòng)控制等28個(gè)專題。

　　1.2國內(nèi)現(xiàn)狀

　　近年國家加大了整頓規(guī)范礦產(chǎn)資源秩序的力度，尤其是近兩年開展的資源整合、國家規(guī)劃礦區(qū)等工作，顯示了國家對礦業(yè)企業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向。此外，國家地勘體制正在深化改革，國有地勘單位內(nèi)部企業(yè)化改革也正處于攻堅(jiān)階段。真正具備實(shí)力的大中型礦業(yè)企業(yè)將迎來做大做強(qiáng)的機(jī)遇，在經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)經(jīng)營方式的調(diào)整，參與國有礦業(yè)企業(yè)和國際礦業(yè)公司的競爭。

　　我國地下金屬礦的自動(dòng)化、智能化開采技術(shù)遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家，嚴(yán)重制約了我國地下金屬礦開采效率和生產(chǎn)安全性的提高，無法滿足我國礦業(yè)快速發(fā)展的需求，因此國內(nèi)已經(jīng)開展了以信息化為基礎(chǔ)，采礦裝備智能化運(yùn)行以及采礦生產(chǎn)過程智能化監(jiān)控為目標(biāo)的地下金屬礦智能開采技術(shù)與裝備研究，突破地下金屬礦智能開采的關(guān)鍵技術(shù)，為提高我國礦業(yè)企業(yè)和開采裝備制造企業(yè)的市場競爭能力，促進(jìn)我國從礦業(yè)大國走向礦業(yè)強(qiáng)國提供技術(shù)支持?！笆晃濉逼陂g，國家開展了《地下采礦設(shè)備高精度定位和無人操縱鏟運(yùn)機(jī)的模型技術(shù)研究》、《數(shù)字化采礦關(guān)鍵技術(shù)與軟件開發(fā)》等與智能采礦相關(guān)的重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目;“十二五”又啟動(dòng)了《地下金屬礦智能開采技術(shù)》863項(xiàng)目等。

　　國內(nèi)大型礦業(yè)集團(tuán)，已基本上制定了適合自身企業(yè)的礦山智能化建設(shè)的相關(guān)規(guī)劃，積極地提高礦山的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的安全性。

　　2、地下礦山智能化關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)組成

　　2.1綜合通訊平臺(tái)

　　礦山井下環(huán)境比較惡劣，以及井下工程結(jié)構(gòu)規(guī)模龐大，可靠的通訊才能夠保障井下生產(chǎn)活動(dòng)調(diào)度與組織的正常進(jìn)行和井下工作人員的生命安全，穩(wěn)定的通訊環(huán)境是礦山智能化*基本的前提。綜合通訊平臺(tái)能夠滿足日常通信聯(lián)絡(luò)與搶險(xiǎn)救援雙重任務(wù)，井上調(diào)度人員能隨時(shí)與通信系統(tǒng)內(nèi)的任何一部電話建立聯(lián)系，并可隨時(shí)與上級主管部門建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)某一電話向多部電話的廣播，任意兩部電話之間的雙向通信。

　　在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中，由于生產(chǎn)區(qū)域不斷推進(jìn)，將井下劃分為若干個(gè)采區(qū)和掘進(jìn)面，每個(gè)子采區(qū)和掘進(jìn)面由無線加有線形成雙回路網(wǎng)絡(luò)，光纖基站之間通過交換機(jī)以單模光纖相連構(gòu)成一個(gè)井下主干環(huán)網(wǎng)，主干環(huán)網(wǎng)接入礦山總部核心交換機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)井下通訊網(wǎng)絡(luò)與礦山局域網(wǎng)乃至廣域網(wǎng)的連通。對每個(gè)子區(qū)，根據(jù)需要無線信號覆蓋和網(wǎng)絡(luò)通訊的范圍，每隔一定距離、在巷道岔口或重要監(jiān)測地點(diǎn)附近安裝一臺(tái)無線基站，基站之間以光纖連接，也可以利用無線基站形成自組網(wǎng)、自愈等無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并與子區(qū)接入其他基站構(gòu)成子區(qū)環(huán)網(wǎng)或子區(qū)樹形網(wǎng)。

　　2.2 監(jiān)測監(jiān)控

　　監(jiān)測監(jiān)控主要是有毒有害氣體、通風(fēng)、視頻的監(jiān)控監(jiān)測。有毒有害氣體監(jiān)測主要是針對回采和掘進(jìn)場所的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，確保人員進(jìn)入這些作業(yè)場所的安全;監(jiān)測內(nèi)容主要包括co、o2、no2等。在工程的實(shí)際設(shè)計(jì)與實(shí)施中，有毒有害氣體監(jiān)測以便攜式、具備wifi無線數(shù)傳功能的設(shè)備為主，并且能夠適應(yīng)作業(yè)點(diǎn)多且分散、推進(jìn)消失速度快、頻繁爆破的現(xiàn)實(shí)條件，克服與生產(chǎn)作業(yè)間的矛盾沖突。在地面將計(jì)劃用其監(jiān)測的地點(diǎn)信息輸入儀表，監(jiān)測人員攜帶儀表在相應(yīng)地點(diǎn)監(jiān)測后，連同監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測時(shí)間、監(jiān)測指標(biāo)予以保存，待自監(jiān)測點(diǎn)返回至有無線信號區(qū)域時(shí)，操作發(fā)送按鈕，將存儲(chǔ)信息傳回地面監(jiān)控中心。

　　通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測主要是針對總回風(fēng)巷和各生產(chǎn)中段回風(fēng)巷，以及通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，目的是監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況;監(jiān)測內(nèi)容主要風(fēng)速、風(fēng)壓和設(shè)備開停狀態(tài)等。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中，通風(fēng)監(jiān)測在硬件層次將直接構(gòu)建在井下綜合通訊平臺(tái)上，安裝的通風(fēng)參數(shù)智能采集分站和風(fēng)速、風(fēng)壓傳感器，以及智能電力儀表，分站與傳感器和儀表之間用數(shù)據(jù)線以rs485總線方式連接。

　　視頻監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)建立在綜合通訊平臺(tái)上的傳輸，因綜合通訊平臺(tái)接入礦山局域網(wǎng)，故在任何地方均可以顯示視頻圖像。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中，位于不同標(biāo)高的監(jiān)測感知點(diǎn)盡可能不共用一個(gè)視頻服務(wù)器，即使距離在視頻線有效通訊范圍內(nèi)。這主要是因?yàn)橐曨l線沒有加強(qiáng)材料，垂直安裝時(shí)，長度過長自重過大，極易導(dǎo)致線路斷裂，影響監(jiān)控監(jiān)測。

　　2.3 跟蹤感知及基于虛擬現(xiàn)實(shí)的集成

　　跟蹤感知主要是人員與井下移動(dòng)設(shè)備的跟蹤感知。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中，人員與井下移動(dòng)設(shè)備，如罐籠、機(jī)車等配備wifi電子標(biāo)簽，無線基站網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建在綜合通訊平臺(tái)，根據(jù)基站的位置及相應(yīng)算法，從而定位跟蹤感知，實(shí)現(xiàn)人員及移動(dòng)設(shè)備的出入井時(shí)間的感知及相應(yīng)井下位置的感知，并形成相應(yīng)的軌跡。

　　地下礦山虛擬現(xiàn)實(shí)就是把礦山地下工程結(jié)構(gòu)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合，通過vr功能得以擴(kuò)展，通過vr發(fā)布地下工程結(jié)構(gòu)信息、瀏覽其相應(yīng)的地下工程結(jié)構(gòu)空間信息，及其在相應(yīng)的空間信息基礎(chǔ)上的應(yīng)用。

　　監(jiān)測監(jiān)控、跟蹤感知基于虛擬現(xiàn)實(shí)的集成，完全基于三維可視化平臺(tái)，與礦山已經(jīng)建成的三維工程模型在數(shù)據(jù)上高度共享，以真實(shí)的三維井下場景為背景，顯示各應(yīng)用子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;高度的集成性，在統(tǒng)一的軟件界面下，實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、顯示和分析。在需要詳細(xì)了解各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和對其監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，協(xié)助管理人員做出決策時(shí)，在設(shè)備組中雙擊代表某一類子系統(tǒng)的某個(gè)設(shè)備，即彈出相應(yīng)子系統(tǒng)的詳細(xì)分析和操作界面。

　　3、結(jié)束語

　　盡管目前很多礦業(yè)企業(yè)已經(jīng)建立了井下通訊平臺(tái)、有毒有害氣體及視頻的監(jiān)控監(jiān)測、跟蹤感知、礦山虛擬現(xiàn)實(shí)等系統(tǒng)，但從硬件的統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，信息的集成共享，管控的智能決策層面，都是孤立的，沒有形成一個(gè)規(guī)范的關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)。

　　智能采礦是礦業(yè)未來發(fā)展的主體之一，但是，實(shí)現(xiàn)智能采礦是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，井下采掘運(yùn)輸大型裝備的智能化，井下**定位導(dǎo)航技術(shù)，先進(jìn)成熟的信息化的管控平臺(tái)等，需要多個(gè)方面的融合。

　　隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能的快速發(fā)展，盡管已有一些井下監(jiān)控監(jiān)測、跟蹤感知、虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品，但從智能采礦生產(chǎn)管控一體化的綜合信息平臺(tái)的角度，關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)才是一個(gè)開始，相信未來的礦山智能化建設(shè)，關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)的作用會(huì)越來越突出，同時(shí)也會(huì)涌現(xiàn)出相應(yīng)的性能更優(yōu)越、更智能的關(guān)鍵基礎(chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)品。

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