智慧绿色矿山建设技术研究

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摘要:信息化技术的长足发展不断影响着传统采矿行业，使煤矿企业向数字化、信息化和智能化方向发展。本文探讨数字化矿山、智能化矿山、绿色矿山和人文矿山建设等方面的关键技术，并对煤矿企业智慧绿色矿山建设提出相关建议。

关键词:煤矿;数字化矿山;人工智能;绿色矿山

煤炭行业作为国民经济的支柱产业，长期以来为国家和社会的经济发展做出了巨大贡献。随着科技水平的进步发展，信息化技术的长足发展逐渐影响并改变了采矿业，使其从传统采矿向数字化、信息化和智能化方向转变［1］。传统的煤矿单一追求生产、安全需求的时代一去不复返，不止国家产业政策引导煤矿企业朝着智慧绿色矿山发展，更重要的是出于企业自身发展的需求。基于当前战略形势，煤矿企业开展切合自身的智慧绿色矿山发展方向研究十分必要，为矿井转型升级、改善面貌、提高竞争力助力加油。

1数字矿山建设关键技术

1．1专用地理信息系统软件平台技术。智慧矿山空间数据框架是指在同一区域内抽象定义的、使用频率最高、最基础、最具有权威性的矿山空间数据资源［2，3］，专用地理信息系统软件平台技术是专门对这些数据资源进行处理存储的专业转件技术，其发展和应用取决于空间数据基准和编码标准、信息元数据标准的统一和数据库的建设和丰富。随着国家行业标准的推进建设、计算机技术的发展，该平台技术功能更加完善、处理速度加快。1．2面向智慧矿山的物联网关键技术。研究先进的物联网和传感器技术［4］，实现煤矿企业的传统六大灾害的超前探测和预报，并将数据进行传输、保存等，实现矿井智能感知。此外，对煤矿生产流程(包括采掘机运通五大系统)也应通过物联网技术(如三维模拟等)进行集成处理，将各种信息通过可视化平台呈现和传输、操控。1．3煤矿安全生产信息移动互联技术。随着智能手机和通信技术即将进入5G时代，目前煤矿已建立基于移动终端的短信预警平台技术、生产信息共享技术，但并未充分发挥智能移动终端的作用［5］。煤矿移动终端在功能发挥方面大有可为，通过对矿山现有系统进行集成和升级、功能扩展，可实现矿山各类系统集成、多级联网、综合监管、应急指挥、安全信息管理、安全监管办公、矿山信息共享、矿山移动社交生活平台等功能。具体分为:(1)服务职工生活办公，通过软件开发和集成，可使煤矿职工通过统一的办公平台(类似于移动OA系统)进行公文传输、会议室预约、考勤、远程会议、网络票选、社交平台、移动支付等应用。(2)服务煤矿生产，通过权限划分和软件开发，实现各级领导可根据权限远程查看、了解矿井地面和井下生产、运输、灾害等安全生产信息以及操控设备。

2智能矿山建设关键技术

2．1智能化煤矿装备研发与应用。目前，我国煤矿企业基本还属于劳动密集型企业向智能化企业转变的起步阶段，设备的智能化水平相对较低，而且与其他行业相比差距较大。因此，我国煤矿目前智能化装备的研发和应用需求十分迫切，其主要方向是自动化开采技术及装备、智能综合机械化采掘装备、智能瓦斯抽采技术及装备以及井下超前探测、煤炭运输、煤炭洗选、瓦斯利用等方面。此外，国家也在大力发展和研制无人化技术及装备，包括无人机和矿山机器人等等，这些设备和技术在煤矿探测、生产、巡查和应急救援方面有重要的、广泛的应用前景。2．2人工智能技术。人工智能技术是通过计算机完成以往只有人完成的工作，采用程序控制计算机模拟人的思维过程和智能行为［6］。人工智能技术在各个领域都发挥着重要的作用。煤矿企业可以通过各个生产程序和环节中产生的海量数据，通过人工智能综合分析，从而参与方案决策和参数优化，能极大提升煤矿企业的技术和管理水平。2．3虚拟现实技术应用。通过虚拟技术平台集成煤矿井上下的各种数据［7］，包括环境监测系统、瓦斯监控系统、矿山压力监测系统、人员定位系统、灾害事故预警及报警系统等，实现井上下人员和各种设备运行状况的实时在线可视化监测，能提供煤矿企业各类安全生产信息的准确信息，从而为决策层提供强大的数据支撑。2．4智慧煤矿决策支持系统。基于云计算平台以及决策支持系统，尽量实现矿井的智慧生产和管理，包括:动态生产数据的实时处理，如精细三维地质模型和巷道模型的动态修改、通风网络智慧解算、应急预案自动修改;实现对重大危险源的识别、预测和预警;多源空间信息融合、综合处理、实时分发服务;专家会诊煤矿安全事故。

3绿色矿山建设关键技术

3．1矿井资源综合利用技术。矿井资源综合利用技术，即通过对煤矿开采过程中的地下水、煤矸石、瓦斯等采用利用技术以及对生产过程中产生的“三废处理”采用资源循环利用技术。3．1．1煤矿水资源综合利用技术。煤矿井下具有丰富的地下水资源，而矿井生产、生活需要较多的水资源，通过建立地下水收集和地面供水循环系统，集中进行水质过滤或软化系统，可满足设备冷却用水、生活用水、防尘用水等多种用途。3．1．2煤矿瓦斯综合利用技术。目前，国内在瓦斯利用方面已形成了瓦斯蓄热氧化利用、提纯和发电等相结合的梯级利用技术体系，针对不同浓度的瓦斯进行梯级高效利用。主要包括低(超低)浓度瓦斯蓄热氧化热能利用、瓦斯发电或提纯、高浓度煤层气直接加工利用、低浓度瓦斯安全输送及自动混配等系列化技术与装备，可提供瓦斯治理、开发、利用一体化系统解决方案。尤其是对多数矿井瓦斯浓度低、瓦斯利用规模小，可大力推广蓄热氧化燃煤锅炉替代技术。在我国北方，冬季还可对风筒进行加热。3．1．3煤矸石再利用技术。煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，煤矸石的大量堆积，不仅占用土地、污染环境，同时也存在一定的安全隐患，如自燃或垮落等。煤矸石也是一种资源，可以加以利用，我国“九五”以来对煤矸石的综合利用有很大的发展，技术水平也在不断提高。煤矸石的利用途径主要包括充填塌陷区、解决土地复垦、制作建筑材料和发电等。不少煤矿企业通过煤矸石的综合利用带来了巨大的经济效益和社会效益。3．2煤矿节能减排技术。煤矿节能减排对绿色矿山建设至关重要，应在煤矿开采设计阶段就应进行考虑，从开采方法、巷道布置、灾害防控、生产设备方面进行优化设计，不仅满足国家节能标准，应尽可能采用节能减排设备、工艺。具体做法有:(1)从节能方面考虑，必须淘汰落后的高耗能机电设备，同时研究绿色煤矿开采和利用新技术，提高资源回收率和利用率，大力推广和发展循环利用技术和余能余热利用技术。(2)从减排方面考虑，通过煤矿生产、运输、洗选等各个环节，不断优化产业结构，同时加大产业技术创新的力度，构建合理化的矿山低碳经济模式，对煤矿产生的“三废”物品，运用高科技手段综合治理，并充分加以回收和利用，净化生态环境，保护生态平衡。3．3矿山地质环境保护与治理恢复技术。根据煤矿实际，矿山地质环境防治工程主要有矿山地质环境预防保护措施、矿山地质环境治理恢复工程、矿山地质环境监测工程三大类，运用现代化的监测仪器、材料和工艺逐步发展形成矿山地质环境保护与治理恢复技术。其中预防保护措施主要为矿山地质灾害预防保护措施、含水层破坏的预防保护措施、地形地貌景观破坏的预防保护措施;治理恢复工程主要为地面塌陷、地裂缝治理工程、土地资源恢复工程和地貌景观恢复工程;监测工程主要包括地面塌陷监测、地裂缝监测、含水层监测、地形地貌景观监测、土地资源监测等。

4人文矿山建设关键技术

企业管理有个名词叫“人文企业”，重视以人为本的思想，注重以“人性文化”为主的企业文化，充分发挥其在管理中应用与创新的重要作用。煤矿企业虽然是粗放型资源企业，但也应注重人文矿山的建设:(1)推进企业文化建设。通过开展良好企业精神文明建设，建立公平发展环境(包括员工公平竞争上岗机制)、营造创新氛围、塑造良好的企业文化。(2)加强人才培养。①招聘专业的技术人才;②通过对企业职工开展不同层次培训教育、提供继续深造机会提升技术水平和素质能力;③企业建立员工创新奖励机制，激励员工自主上进。(3)保证员工待遇。包括为职工创造安全的工作环境、安全防护装备、开展收入体系改革、保证职工收入随企业发展良性增长。此外，为落实国家人性化煤矿管理指导思想，减少煤矿职工(尤其一线员工的)长时间作业和夜班，非必要岗位人员试行弹性工作机制。(4)关注职工健康建立职工身体健康、职业病危害、心理健康数据库和档案管理，定期进行心理咨询评估和辅导，成立帮扶小组，帮助困难职工进步发展。

5对策和建议

(1)在矿井前期开展“数字化矿山示范工程”，加快数据中心和安全生产管控平台数据存储、处理能力升级，同时加快水、火、瓦斯、顶板、粉尘灾害防控一体化平台建设，运用物联网和云计算加快煤矿智能决策大系统建设。(2)争取国家和集团公司专项科技资金，矿井建立专项资金使用机制。(3)与国内外科研院校合作，在智能化装备、大数据等先进技术装备研发和推广应用方面取得突破。(4)对井下抽采瓦斯进行提浓技术研究，进一步提高目前瓦斯发电站利用规模，同时对于部分乏风瓦斯考虑引进乏风氧化蓄热发电技术。(5)全面推进矿井节能减排综合技术研究、对煤矿开采的废水、余热、煤矸石进行综合利用。

参考文献:

［1］王莉．智慧矿山概念及关键技术探讨［J］．工矿自动化，2014，40(6):37－41．

［2］李梅，等．智慧矿山框架与发展前景研究［J］．煤炭科学技术，2017，45(1):121－128，134．

［3］王莉，等．智慧矿山空间数据库建设研究［J］．工矿自动化，2014，40(12):25－30．

［4］霍中刚，武先利．互联网+智慧矿山发展方向［J］．煤炭科学技术，2016，44(7):28－33，63．

［5］谭章禄，陈晓．煤炭企业信息化建设现状及发展对策探讨［J］．工矿自动化，2016，42(7):63－65．

［6］葛世荣，朱华．危险环境下救援机器人技术发展现状与趋势［J］．煤炭科学技术，2017，45(5):1－8，21．

［7］张辉，等．煤矿虚拟现实技术应用与发展［J］．煤矿安全，2016，47(10):118－121．

作者:秦红梅 张韵 范晓刚 单位:1.重庆工程学院 2.重庆化工职业学院 3.中煤科工集团