白音华三号矿智慧矿山建设体系

贾宏君

（内蒙古白音华蒙东露天煤业有限公司，内蒙古锡林郭勒盟 026200）

智慧矿山是以云计算、大数据、物联网、移动互联、虚拟现实、无人驾驶和人工智能等技术为基础，实现矿山的智能管理、智能诊断、智能分析、智能决策，实现少人化甚至是无人化作业，达到矿山的绿色、安全、高效、智能开采的目的[1-2]。

1992 年，芬兰首次提出了智慧矿山计划，计划中的智慧矿山开采要以搭建矿山信息管理、生产数据的实时传输和汇总以及对开采过程的实时监控为基础[3]。1998 年美国副总统戈尔提出了“智慧地球”理念，现阶段智慧矿山概念主要从“智慧地球”理念演化而来[4]。我国学者卢新明和王金华等认为智慧矿山的核心是数字化，要实现对矿山生产过程中产生的各种数据进行实时准确采集、汇总和发布，从而实现矿山生产的智能服务和可视化展示[5-6]。在2020年2 月，我国发改委出台了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，《指导意见》中要求分3 个阶段实现我国智慧化矿山建设。

从20 世纪开始，美国、加拿大、澳大利亚、德国等发达国家不断加大在露天矿山开采自动化、信息化等方面的研究和投入。先后制定了“智能化矿山”和“无人化矿山”的发展规划。21 世纪以来，国内露天矿在设计规划研究、教育科技、矿山开发等方面的信息化、自动化等也得到了一定的发展。华能伊敏露天矿、神华准能集团、中煤平朔集团、白音华二号矿等大型矿山信息化和智能化建设提升了数字化设计工具普及率、关键工艺流程数控化率以及矿山生产运营管理的自动化程度[7-8]。

1 白音华三号矿生产及信息化现状

白音华三号矿位于白音华煤田中部，设计生产能力为1 400 万t/a，设计服务年限为60.4 年，主要的开采工艺包括：露天矿剥离采用单斗-汽车间断工艺及单斗-自移式破碎机-转载机-带式输送机-排土机半连续工艺，煤炭生产采用单斗-汽车-半移动破碎站半连续工艺。

白音华三号矿信息化现状如下：

1）煤炭生产管理系统。主要功能是统计对应标段的设备工作量，便于从系统查询、导出设备工作报表，此系统可以实现自动录入设备工作量。生产调度系统，主要功能是实时显示、查询设备运行状态、设备运行时间，用4 种颜色表示设备情况，由进度条表示设备运行（停机）时间，并且这些都对应到每一台设备，实现对现场作业的实时监控。

2）地面生产系统。主要功能是对带式输送机连续系统的管理，控制带式输送机运输系统的起停，监测运输系统的运行状态，煤仓储量等。

3）电话及对讲机系统。主要功能是控制现场设备的起停，配车，接收现场人员的报量以及车辆故障、了解现场情况等。

4）视频监控系统。主要功能是大屏幕显示办公区域、半连续系统、矿出入等的实时状况。

5）边坡监测系统。主要功能是通过雷达系统监测边坡实时动态，可以生成边坡滑移速度影像图，位移影像图，据此可以进行边坡预警。

总的来看，白音华三号露天矿信息化建设和应用属于起步阶段，生产管理主要沿用传统的人工现场指挥的方式；安全环保管理主要采用人员现场排查、抽查的方式，存在管理手段相对落后、管理效率较低、安全环保风险较大等问题。

2 白音华三号矿智慧矿山建设体系

2.1 白音华三号矿智慧矿山建设思路

白音华三号矿以自身数据数字化、生产自动化和管理信息化建设为基础，参考国内外先进矿山的建设经验并结合自身实际发展需要，提出分3 阶段建设智慧矿山得思路：

1）初级阶段。为期2 年，以智慧矿山管控平台为中心，对智慧子系统进行融合，初步形成生产、生产、机电等主要生产环节的信息化传输和自动化运行，基本实现地面系统安全重点区域的少人化和无人化作业。

2）中级阶段。为期2 年，实现智能化，采、运、排和地面系统等环节实现智能化决策和自动化协同运行。三号矿基本实现生产过程的自动化、安全监控的数字化、信息管理的模型化、生产管理的可视化和过程管控的智慧化。

3）远期目标。为期4 年，对所建智慧系统进行再次改进和提升，最终将建成智能感知、决策支持、自动执行的智慧化矿山。

2.2 白音华智慧矿山建设构架

白音华三号矿智慧矿山建设构架以1 个智慧管控平台和4 个业务系统为总体建设构架基础。白音华三号矿智慧矿山建设构架如图1。

1）露天矿智慧管控平台。将GIS 可视化集成展示平台、智能搜索查询统计平台、安全生产监测监控平台、安全生产数据融合平台和可扩展开放式操作平台融为一体，并以专家知识库和大数据分析为基础，为后期各智慧子系统的建设进行全方位的服务。智慧管控平台对下将各类生产信息进行整合和融合，将露天矿已建和拟建的各类智慧子系统融入智慧平台内，为智慧矿山APP 软件开发提供基础。智慧化平台是露天矿智慧矿山建设的重要基石，为后续露天矿智慧建设起到了保驾护航的关键作用。

2）露天矿智慧生产系统。对爆破、采掘、运输、排土和煤炭加工等生产环节进行智慧化规划，广泛应用物联网技术，实现作业数据的自动采集和作业环节的远程控制。与智慧平台相结合，通过对所采集的数据进行综合分析，向各生产环节下达准确的作业任务，将原本粗犷式的作业方式转变为精细式作业方式，减少无用功，提升生产作业的精准度，同时可以减少作业人员单一重复性工作，提升作业效率，达到减少现场作业人员的目标。

3）露天矿智慧机电系统。通过物联网技术、计算机技术、RFID 无线射频识别技术、大数据、信息化等先进技术提升机电设备的维护维修、使用和管理水平。实时获得和监控机电设备运行状态，捕捉作业信息，实现机电设备从初期管理阶段（规划、调研、选型、采购、运输和安装等）、运营管理阶段（维护、维修、点检和使用等）和报废阶段的全生命周期管理。使露天矿设备管理真正做到科学化、合理化、信息化和扁平化。通过与智慧矿山平台相结合，建立大型机电设备健康诊断系统和矿山能耗分析系统。前者可以实现大型机电设备的智能预警、智能分析和智能诊断，减少设备故障，提高设备实动率。后者可以实现全矿区用电量、耗能量等数据的自动统计和智能分析，实现用能调配、节能核算和能耗预测等功能，减少矿山的能源消耗，降低生产成本。

4）露天矿智慧安全系统。运用AI 人工智能和大数据等技术，以露天矿智能管控平台为基础，围绕矿山安全生产管理建立智慧安全系统，实现系统预警、系统报警、管理预警、管理报警、生产过程可视化、生产管理协同化、安全管理智能化的建设目标，有效支撑所有业务中心的高效运转与流程无缝衔接。智慧安全系统主要实现的功能包括违章行为的智能识别、安全风险的智能辨识和分析、安全隐患的智能排除和安全责任的智能追究等功能。

5）露天矿智慧管理系统。基于智慧管控平台和智慧生产、机电和安全系统所产生的各项数据，通过分析总结各作业环节的特点，采用大数据分析等先进的技术手段实现各作业环节的生产效能智慧化分析，生产成本的实时管控。对矿山企业领导者的各项决策提供支撑，提升管理水平，进一步实现少人和无人化作业，减少甚至杜绝露天矿安全隐患，实现矿山的本质安全。

3 结语

智慧矿山建设是煤炭企业转变发展方式的最优途径，是提高煤炭企业发展质量的最有力手段，也是煤炭企业科学技术发展的最终目标。白音华三号矿作为国内露天矿智慧化建设先行者之一，首先提出了1 个智慧管控平台和4 个业务系统的智慧化总体构架，其智慧化建设思想和总体建设结构，也为推动我国露天矿山信息化、智慧化和现代化建设贡献了一份力量。