矿山数字化建设国内外现状
1． 1 国外发展现状 随着计算机技术、微电子技术、信息技术和网络 技术的迅速发展,欧美国家在煤矿大力推广自动化、 信息化技术,对主要设备均实现了子系统监测和自动 化生产控制。 矿业发达国家建设数字矿山的重点是 实现远程遥控和自动化采矿。 美国已成功开发出一 项大范围的采矿调度系统,采用计算机、无线数据通 讯、调度优化以及全球卫星定位系统(GPS)技术,对 露天矿生产计算机进行实时控制与管理,实现了露天 煤矿无人自动化开采。 德国鲁尔煤业的哈尼尔矿,采 用鲁尔公司的数字化矿山系统,通过建立地面监控调 度中心,对井下各个生产流程进行综合监视和集中控 制,实现从地面对井下人员调度和设备操作的整体的 整体控制,形成一个整体的数字化矿井解决方案。 安 徽口孜东矿于 2012 年引进了德国贝克公司的数字化 矿山系统,是国内第 1 个基于三级 SCADA 系统的管 控一体化矿山。 通过采用先进的中央集控模式,该矿 实现了对各系统、各区域、各类大型设备、各关键岗位 的实时监控与指挥,为矿井安全生产提供了现场监控 与监测,做到了对矿井的全面感知和对整个矿井的数 字化和智能化管理,使生产效率大为提高,安全状况 明显改善,减人提效效果显著。 1． 2 国内发展现状 国内煤矿数字化起步较晚,但是发展过程与国外 产煤发达国家相似,也经历了从单独信息系统建设到 分布式监测监控系统整合,再到全矿井的数字化的发 展历程,矿山数字化建设已经取得了一些先进适用的 技术成果。 如:神华集团神东公司的综合自动化采煤 系统、开滦集团的企业信息化与电子矿图系统、枣庄 柴里煤矿的生产与安全集中监测监控系统、伊敏露天 矿的卡车调度系统等 [3] 。 近年来,中国煤炭科工集 团有限公司依托国家重大专项、863 计划,国家科技 支撑计划专项等国家课题,取得了一大批科研成果, 如“无人工作面技术”、“突出冲击地压预警技术”、 “遥控自动化钻机技术”等。 中国矿业大学等学术团 体相继开展了采矿机器人、矿山地理信息系统、三维 地学模拟、矿山虚拟现实、矿山定位等方面的技术开 发,基于专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式 识别、遗传算法等先进技术,开发成功了人工智能技 术、GPS 技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向 岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等,已在矿 山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、矿山开采、计 划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。
1． 3 国内数字化矿山发展存在的问题 我国数字化矿山经过 10 a 的研究现已取得了初 步成效,大部分矿井已经建立了信息化、自动化系统, 实现了各局部生产环节自动化,煤矿井下安全避险、 监测监控系统在煤矿安全生产管理过程中正发挥着 重要作用,但是,到目前为止,涵盖煤矿安全、生产、运 营全过程的数字化矿山整体解决方案才刚刚起步,尚 没有建立真正意义上的煤矿数字化矿山工程,主要存 在以下几个方面的问题: (1)数字化矿山建设缺乏统筹性、整体性规划。 一方面,我国煤矿信息化建设发展时间较短,基础相 对薄弱,缺少从煤炭行业全行业高度上的统筹规划和 顶层设计,信息化整体规划的程度较低,煤炭工业信 息化缺乏统一规划和方向引导;另一方面,就矿山企 业而言,通常是不同阶段针对某项单一的具体项目分 开实施,造成了资源浪费、功能重叠和低水平重复建 设等现象,导致多层次、多部门、多专业的一体化数字 矿山建设推进缓慢 [4] 。 (2)各厂商间缺乏统一的矿用设备与集成标准 规范。 大部分矿山设备只考虑单一的设备应用,不同 厂家设备的信息编码、采集及处理标准各异,造成多 源异构系统中各类设备信息量大,信息规范缺乏的现 状。 而且现有井下网络通讯方式及协议种类繁多、兼 容性差,缺乏统一、可靠的传输协议与标准;各系统的 通信标准、接口协议各异,各数据流相互孤立,“数据 孤岛”问题普遍存在,导致异构系统的集成与互联严 重脱节。 (3)缺乏监测监控多维动态的统一化集成平台。 传统的煤矿数字化矿山建设多以中央调度室或控制 室为中心,以大屏幕显示器为主要显示手段,显示信 息分散,缺乏各系统信息间的交互。 而且多数情况下 调度显示平台和控制平台起点低、内容少、智能性差、 扩展空间小、开放性差,不利于后续新建子系统的接 入。 此外,由于监视与控制相互独立,使得监测和控 制系统二者信息不能有效地集成共享,不便于监测监 控操作的集中化和智能化。 (4)数字化矿山自动化控制关键技术及各系统 间协同联动尚待突破。 虽然煤矿企业生产中大多机 电一体化产品实现了设备的自动化,但没有通讯功 能,通常处于自动化孤岛状态,仍为就地控制模式,没 有实现远程集控。 由于各厂商受专业知识的限制和 技术的制约,大部分软件都只考虑了单一专业的局部 应用,井下的视频监控系统、无线通讯系统、电力监 控、运输控制系统等很难有效地解决各系统间的信息 共享、统筹分析与协同控制问题,在矿山生产优化控制与节能降耗管理过程中,没有真正达到人本安全、 节能降耗、减人提效的目的。 (5)现有的数字化矿山三维可视化软件的研发 及现场应用水平较低。 矿山井上、下空间复杂交错, 各类环境信息主要通过二维的 CAD 平面图纸进行记 录和交互,很难全面直观地反映矿山真实的空间环 境。 目前,国内主要使用的三维可视化软件虽然具备 了矿山基础信息数字化、矿体/ 矿床三维建模与可视 化等功能,但距离矿体储量动态管理、采矿过程模拟、 综合监控调度、安全隐患预警、应急救援三维实景支 持等需求还有很大距离,难以满足矿山业务集成和多 部门间的协同需要。