智能礦山下的煤礦機(jī)電技術(shù)管理創(chuàng)新

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摘要：智能礦山是數(shù)字技術(shù)背景下的產(chǎn)物，隨著信息時代的到來，數(shù)字技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各種無線傳感器被廣泛應(yīng)用于煤礦開采與礦山安全管理工作中，從而有效提高了煤礦安全開采效率。從基礎(chǔ)視角來看，實(shí)現(xiàn)智能礦山安全管理目標(biāo)，必須注重基于智能礦山的煤礦機(jī)電技術(shù)管理創(chuàng)新機(jī)制，為煤礦資源的安全開采奠定充分的技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：智能礦山；煤礦機(jī)電技術(shù)；管理；創(chuàng)新

創(chuàng)新智能礦山的煤礦機(jī)電技術(shù)管理機(jī)制，確保煤炭資源的安全開采，就需要充分引入PLC技術(shù)、DCS技術(shù)、FCS技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能化技術(shù)、計算機(jī)自動化技術(shù)和云計算技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)煤炭資源安全開采自動化，并積極構(gòu)建智能礦山自動化監(jiān)控平臺。本文將簡單介紹智能礦山的基本定義，并從引入各種自動化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的安全開采，構(gòu)建自動化監(jiān)控平臺等三個方面綜合探討智能礦山的煤礦機(jī)電技術(shù)管理創(chuàng)新模式。

1智能礦山的基本定義

智能礦山屬于信息時代背景下的數(shù)字技術(shù)模擬礦山，與真實(shí)礦山結(jié)構(gòu)以及開采狀態(tài)極為相似。近年來，隨著礦山智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦企業(yè)采用各種智能化管理技術(shù)積極構(gòu)建智能礦山管理平臺，通過運(yùn)行該平臺對礦山進(jìn)行可視化管理，以便于實(shí)現(xiàn)對煤礦開采工作的安全控制。從整體架構(gòu)來看，智能礦山管理平臺是由“生產(chǎn)與感知”、“數(shù)據(jù)接入交換”、“數(shù)據(jù)處理”、“應(yīng)用與決策”和“多維展示”等結(jié)構(gòu)體系組合而成，其中，“生產(chǎn)與感知”又細(xì)分為測量定位系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、輔助監(jiān)測系統(tǒng)?！皵?shù)據(jù)接入交換”有三大結(jié)構(gòu)類型——結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，一般來講，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為實(shí)時數(shù)據(jù)，即熱數(shù)據(jù)；半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為增量數(shù)據(jù)，即溫數(shù)據(jù)；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為離線數(shù)據(jù)，即冷數(shù)據(jù)?！皵?shù)據(jù)處理”包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、指標(biāo)計算、合并寬測?！皯?yīng)用與決策”主要組成系統(tǒng)包括地質(zhì)保障系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、礦山ERP系統(tǒng)和應(yīng)急救援系統(tǒng)?！岸嗑S展示”主要包括領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙、三維虛擬礦山、礦山綜合門戶、礦山安全預(yù)警和礦山數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

2基于智能礦山的煤礦機(jī)電技術(shù)管理創(chuàng)新模式

2.1引入各種自動化技術(shù)

基于智能礦山的煤礦機(jī)電技術(shù)屬于高度集成技術(shù)，集合了多種技術(shù)優(yōu)勢。從整體結(jié)構(gòu)來分析，在煤礦資源開采工作中常用的自動化技術(shù)主要包括七種分支技術(shù)：一是PLC技術(shù)，PLC技術(shù)主要是采用嵌入式控制模式、回路調(diào)節(jié)模式和順序控制模式來完善數(shù)據(jù)信息儲存、傳輸、數(shù)據(jù)計算和時間限定功能；二是DCS技術(shù)，DCS技術(shù)主要應(yīng)用于煤炭設(shè)備連續(xù)工作過程中，具體應(yīng)用方案是運(yùn)用連接嵌入模式在監(jiān)控設(shè)備中設(shè)置高檔微機(jī)與工控機(jī)，優(yōu)化動態(tài)數(shù)據(jù)交互功能，收集煤炭設(shè)備運(yùn)行信息；三是FCS技術(shù)，F(xiàn)CS技術(shù)主要應(yīng)用于智能儀表設(shè)置中，該技術(shù)具備良好的調(diào)制作用，同時，F(xiàn)CS技術(shù)會聯(lián)合其他分支技術(shù)控制設(shè)備運(yùn)輸，做好材料下放工作；四是大數(shù)據(jù)技術(shù)，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于煤炭開采設(shè)備之中能夠全面提取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫對所有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整合與管理，做好各種信息記錄工作，其次，煤炭企業(yè)可以通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)來分析數(shù)據(jù)信息，根據(jù)分析結(jié)果制定最佳方案，對本企業(yè)煤炭設(shè)備機(jī)電自動化技術(shù)實(shí)施進(jìn)一步改善。

2.2實(shí)現(xiàn)煤炭資源的安全開采

實(shí)現(xiàn)煤炭資源的安全開采，須充分發(fā)揮安全自動化開采技術(shù)在煤炭開采設(shè)備中的應(yīng)用價值，應(yīng)配備安全采煤自動化技術(shù)、電控自動化技術(shù)和安全支撐自動化技術(shù)設(shè)備。安全采煤自動化技術(shù)主要是通過啟動采煤設(shè)備來開采煤炭資源，無須人工開采；電控自動化技術(shù)具有重要輔助作用，即通過電控來確保設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)；安全支撐自動化技術(shù)能夠營造安全的開采環(huán)境，設(shè)備能夠根據(jù)開采面積的變化自行移動，自動控制安全支架，在開采區(qū)域搭建安全支撐體系。

2.3構(gòu)建自動化監(jiān)控平臺

做好煤礦資源開采作業(yè)，提高安全自動化開采技術(shù)質(zhì)量，健全煤炭設(shè)備自動化系統(tǒng)，科學(xué)搭建自動化監(jiān)控平臺，必須充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)全面優(yōu)化優(yōu)化煤炭設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控平臺搭建技術(shù)路線，完善平臺功能。當(dāng)代大數(shù)據(jù)技術(shù)是繼信息技術(shù)的新發(fā)展成果，該技術(shù)具有4V特征，分別是Volume（海量數(shù)據(jù)規(guī)模）、Velocity（數(shù)據(jù)高速流轉(zhuǎn)）、Variety（數(shù)據(jù)類型多樣化）、Value（數(shù)據(jù)價值巨大）。目前，大數(shù)據(jù)已成為一種方法論和價值觀，引起了人類思維的變化和各行業(yè)的變革。通過分析和挖掘海量數(shù)據(jù)能夠優(yōu)化巨大產(chǎn)品服務(wù)體系，加強(qiáng)對產(chǎn)品的深度認(rèn)知。從宏觀層次來分析，大數(shù)據(jù)時代對人類思維的轉(zhuǎn)變著重體現(xiàn)在三個方面：一是人類在分析數(shù)據(jù)時不再只依據(jù)小樣本數(shù)據(jù)，會借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析；二是不僅追求微觀數(shù)據(jù)的精確性，而且注重宏觀數(shù)據(jù)的洞察力；三是不只關(guān)注傳統(tǒng)因果關(guān)系，而且會辯證分析所有相關(guān)關(guān)系，并將分析結(jié)果應(yīng)用于實(shí)踐工作中。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)會應(yīng)用先進(jìn)的傳感設(shè)備與超強(qiáng)的計算能力對現(xiàn)實(shí)世界、虛擬化世界與虛實(shí)相結(jié)合的世界中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與精確解析，做出正確的行為判斷，制定最佳決策。對于當(dāng)代智能礦山建設(shè)工作來講，大數(shù)據(jù)技術(shù)所支持的“數(shù)據(jù)接入交換”、“數(shù)據(jù)處理”、“應(yīng)用與決策”和“多維展示”等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中分類各種海量數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚鬟f、可量化和可捕捉的數(shù)字，推進(jìn)煤礦資源安全開采工作與監(jiān)控工作的關(guān)系步入數(shù)字化，同時，也推動了煤礦開采行業(yè)的變革。但不可忽視的是，最初所收到的數(shù)據(jù)信息屬于煤礦開采大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)內(nèi)容，在加工信息的過程中，需要從各種數(shù)據(jù)中挖掘有價值的數(shù)據(jù)，組建煤礦開采技術(shù)模型，辨析開采動態(tài)的安全與否，這樣方能提取最有價值的數(shù)據(jù)信息。從信息分析、信息挖掘和信息處理等三大過程來看，數(shù)據(jù)技術(shù)所支持的煤礦開采安全監(jiān)督管理工作會從起初的Data（數(shù)據(jù)）逐次演變?yōu)镮nformation（信息）、Knowledge（知識）和Wisdom（智慧）。對原始數(shù)據(jù)（Data）進(jìn)行挖掘會將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛袃r值的信息（Information），進(jìn)一步提取和綜合分析會生成知識（Knowledge），經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用會將知識升級到Wisdom（智慧）層次，從而有效推動智能礦山與煤礦安全開采監(jiān)督工作的數(shù)字化建設(shè)。其次，從宏觀層次來分析，設(shè)計完整的自動化監(jiān)控平臺技術(shù)路線，必須分別設(shè)計煤炭設(shè)備自動化控制系統(tǒng)、智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)決策支持系統(tǒng)，處理好這三者的銜接關(guān)系。自動化控制系統(tǒng)屬于前饋系統(tǒng)，是決策支持系統(tǒng)的智能化升級。此外，決策支持系統(tǒng)組合模塊與功能包括構(gòu)建大數(shù)據(jù)庫、收集和分析數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)倉儲挖掘、異常預(yù)報預(yù)警、工藝模擬優(yōu)化和故障診斷與修復(fù)。

最終，自動化控制系統(tǒng)會將反饋數(shù)據(jù)一并輸入智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之中。而且，智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備兼容性與獨(dú)立性，這樣方能實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)控信息的同步訪問。再次，煤炭設(shè)備自動化監(jiān)控平臺須包括自動運(yùn)行功能、煤炭開采處理過程管控功能、工況優(yōu)化功能、信息挖掘功能、異常感知功能和故障修復(fù)功能。與此同時，在搭建煤炭設(shè)備自動化監(jiān)控平臺的過程中，必須堅(jiān)持三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計原則：一是總體結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，在設(shè)計過程中，必須充分借助自動化控制技術(shù)和人工智能技術(shù)對平臺系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，然后，依次做好平臺系統(tǒng)設(shè)計、模塊設(shè)計、重要基礎(chǔ)設(shè)計、監(jiān)測布局設(shè)計和軟硬件配置設(shè)計等工作；二是功能化設(shè)計原則，設(shè)計師應(yīng)堅(jiān)持求真務(wù)實(shí)的方針，注重優(yōu)化平臺系統(tǒng)功能，做好各項(xiàng)功能模塊的技術(shù)研發(fā)工作，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，適當(dāng)拓展業(yè)務(wù)，加強(qiáng)軟硬件設(shè)備的開放性、通用性和標(biāo)準(zhǔn)性，擴(kuò)大硬件存儲容量，優(yōu)化軟件接口，以此促進(jìn)系統(tǒng)升級與數(shù)據(jù)信息共享；三是通訊保障自動化原則，設(shè)計師應(yīng)根據(jù)煤炭資源工作量，構(gòu)建煤炭設(shè)備運(yùn)行通訊網(wǎng)絡(luò)，為煤礦資源開采區(qū)域設(shè)備配置通訊網(wǎng)，并借助中心服務(wù)器促進(jìn)平臺網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)性。另外，在信息時代，搭建煤炭設(shè)備運(yùn)行自動化監(jiān)控平臺，須重視加強(qiáng)監(jiān)控平臺信息化建設(shè)。在此環(huán)節(jié)，煤炭企業(yè)應(yīng)根據(jù)各分支系統(tǒng)的不同功能，依次做好三步工作：一是搭建信息集中管理平臺，組建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，將自動控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)信息、煤炭資源開采效率、檢測報告分析結(jié)果等進(jìn)行分類管理，一并收入生產(chǎn)大數(shù)據(jù)庫之中；二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化分析，自動生成趨勢顯示結(jié)果，使煤炭設(shè)備技術(shù)參數(shù)、煤炭開采質(zhì)量參數(shù)、開采過程參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與能耗數(shù)據(jù)信息能在監(jiān)控平臺中自動生成動態(tài)趨勢報表或者分析圖；三是建立自動化標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)，優(yōu)化異常報警功能，煤炭企業(yè)應(yīng)充分利用智能化技術(shù)設(shè)計采集數(shù)據(jù)與設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)的自動比對程序，確保該程序能根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行評價、并判斷異常征兆，自動將預(yù)警信息及時發(fā)送給煤礦企業(yè)管理人員。

3結(jié)束語

綜上所述，全面推動基于智能礦山的煤礦機(jī)電技術(shù)管理創(chuàng)新，必須充分引進(jìn)各種安全自動化技術(shù)，科學(xué)配備安全采煤自動化技術(shù)、電控自動化技術(shù)和安全支撐自動化技術(shù)設(shè)備，構(gòu)建自動化監(jiān)控平臺。

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作者：喬海林 單位：晉煤集團(tuán)晉圣公司機(jī)電部