王胜利
陕北矿业红柳林矿业公司 陕西省榆林市 719300
摘要：由于煤炭资源的重要性，使得其在未来较长时期内，在我国一次能源供应保障中的地位和作用难以改变。但由于我国煤炭开采主要是地下作业，生产环境恶劣多变，并受地质条件及瓦斯、水、火、冲击地压等多种自然灾害的威胁，煤矿安全生产面临极大挑战。同时，我国人口老龄化趋势加快，劳动力资源明显减少，也给煤矿未来发展带来巨大影响。随着科技的进步，物联网、大数据、云计算、5G、人工智能等技术得到快速发展，已成为新一轮科技革命及产业升级的重要着力点。采用新一代智能化技术改造煤矿传统生产方式，改善煤矿生产环境条件，减少井下作业人员，构建安全、高效、绿色的无人或少人化智能矿山，已经成为煤炭企业转型升级发展的重要举措。2020年2月，国家发展改革委、国家能源局等８部委印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》提出，到2021年，建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿；到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到2035年，各类煤矿基本实现智能化。煤矿智能化建设已经成为行业推进煤炭产业高质量发展的主要任务。基于此，本文主要对煤矿智能化建设顶层设计方案做论述，详情如下。
关键词：煤矿智能化建设；顶层设计；方案
引言
受疫情影响,全球制造业大面积停工、停产,一些经济活动趋于停滞.疫情对全球能源行业的冲击已经超越短期的市场震荡,BP、壳牌等国际石油公司受到巨大冲击,中美经济与技术对抗、贸易关税以及美国对主要石油生产国的制裁,加速了能源供需格局的重大调整.长期以来,煤炭作为我国的主体能源,是保障国家经济发展的重要基础能源.在当今世界经济、政治剧烈变化的大环境下,煤炭作为我国主体能源和国家能源安全的压舱石,仍然发挥着重要的作用。
1煤矿智能化建设过程存在的问题
第一，随着煤炭开釆的不断深入与快速发展，要求实现准确、高效、协同的智能化少人、无人开采新模式，客观上对全矿井网络化、智能化建设提出了更高要求；第二，随着煤矿网络化、智能化程度的提高，系统复杂性增加，传统的控制系统和信息化系统已不能承载多源异构、复杂网络系统之间的高效协同，需要构建更加智能的系统实现创新应用；第三，行业内对智能矿山认识程度不同，没有形成统一共识。智能化建设过程中，煤矿信息孤岛依然存在，信息不能共享。各子系统独立组网，传感网络、无线宽带网络相互独立没有融合，部分矿井虽然使用了基于LTE－4G／5G宽带的无线通讯网络，但功能单一，没有与生产数据相结合，未能实现数据高度融合，没有参与到控制系统中，也制约了矿山整体智能化技术的应用。
2煤矿智能化建设顶层设计方案
2.1科学顶层设计,实现煤矿智能系统化融合高效运行
智能化矿山建设需融合上百个子系统,实现总体优化、智能协同、安全生产。在这一过程中,需要根据实际情况进行科学的顶层设计,才能打通信息壁垒、解决信息孤岛、避免重复建设、跨系统跨平台集成应用等问题,真正实现智能化。顶层设计应以“网络互联互通、数据共享交换、信息融合安全、功能协同联动、能源节约利用”为总原则,将人工智能与采矿工艺技术深度融合,让智能化更好地替代人工操作。群体智能、系统交互、感知学习是未来人工智能技术的发展方向,实现群体智能首先需要给出科学、合理和完整的技术架构。煤矿智能化顶层设计架构需要在各个系统层面实现数据互通,打造横向一体化平台,在矿级、部门级和区队级实现业务、数据和人机协同;基于获取的大数据实现生产、安全和保障场景的流程再造。在实际建设过程中,分别针对生产矿井、新建矿井和露天煤矿智能化建设,总结了以下亟需加快完成的煤矿智能化建设的重点任务。认为,应循序渐进、重点培育,打造一批高质量的智能化示范煤矿,并对可复制的经验在总结后全面推广。
2.2煤矿智能化建设模型
煤矿智能化系统与工厂智能化系统不同，特别是井工煤矿属于地下采矿作业，由于存在工作环境恶劣（瓦斯爆炸、水害、顶板塌落、粉尘等各类灾害威胁）、地质条件多变、限定空间作业、工作场景移动（采掘工作面随开采进尺推进而不断移动，井下人员、车辆、设备也在不断移动）等特点，限制了很多地面先进技术直接在井下应用，给煤矿智能化建设带来了极大困难。部分在地面可以直接应用的技术，在煤矿井下应用需要进一步的研究与开发。煤矿智能化系统要根据煤矿特殊环境条件进行设计，充分考虑煤矿智能化开采阶段各生产要素和基础设施的变化，按照数字化、网络化、智能化的基本要求，面向煤矿安全生产管控、经营管理、行业管理与服务等业务需求进行综合设计。为此，提出煤矿智能化建设的顶层设计方案，概括为智能矿山“６＋１＋１”建设模型，即“一系列智能化设备”“一张网”“一张图”“一个标准”“一个库”“一个平台”６个子项构成煤矿安全生产管控层，加“一个运营管理中心”和“一朵云”，面向矿山经营决策管理和矿山云服务进行部署。此外，在智能矿山“６＋１＋１”建设模型中，在安全生产管控层与企业经营决策管理层之间设有工业非军事隔离区（ＩＤＭＺ安全隔离区），实现企业网与工控网的安全隔离，提升工业控制系统的网络安全水平。
2.3煤炭智能化开采的微服务系统平台架构
煤炭开采作为一个传统行业，在信息化建设过程中，煤矿桌面应用、Web应用、分布式网络应用等多种系统并存，呈现出应用复杂、系统兼容性和可靠性差等特性，必须针对不同应用和需求，突破传统系统架构建设体系思想，研究建立相应的业务模型，实现业务组件化、服务化和去中心化，极力构建安全、可靠、业务高内聚松耦合的微服务系统平台架构。
2.4智能化工作面设计的关键技术
井下设备位置、运动状态以及姿态的测量是实现智能化开采的基础。为此，需要对工作面三维成像、井下高清视频图像的获取以及综采设备实时位置和运动状况的监测等方面进行研究。工作面三维成像是为了实时了解工作面的实际开采情况，这个过程通常需要采用先进的三维激光扫描来完成。由于工作面附近的粉尘浓度过高且光线比较暗，必须采用具有很强防尘能力的镜头和低亮度感光元件，通常可以采用CCD元件的感光元件。井下卫星定位信号比较弱，很难对设备进行定位，为此采用惯性导航的方式来进行综采工作面的定位。稳定的围岩控制是实现安全开采的根本，这就要求液压支架具有足够的工作阻力。为此，需要对液压支架与围岩的自适应控制、采煤机的自适应控制进行研究。为了使液压支架与围岩具有一定的自适应能力，需要液压支架能对工作面的顶板应力进行实时的测量，并对工作阻力做出调整。目前，液压支架与围岩相互作用的机理比较复杂，这使得对围岩的自适应控制具有一定的难度。智能化开采的关键在于使综采工作面设备具有一定的自主学习能力，能根据实际情况做出最有利的判断。而要使机械设备具备自主学习的能力，就要使机械设备具有一个“大脑”。对于机械设备而言，“大脑”指的是微处理器和智能学习算法，而智能学习算法则是实现自主学习的关键。
结语
随着高新技术的迭代更新、煤矿智能化建设进程的不断加快和人工智能与煤矿开采的深度融合，煤矿智能化建设未来可期。
参考文献
［1］范京道，李川，闫振国．融合５Ｇ技术生态的智能煤矿总体架构及核心场景［J］．煤炭学报，2020，45（6）：1949－1958．
［2］袁亮，张平松．煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望［J］．煤炭学报，2019，44（8）：2277－2284．