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1、摘要：随着我国社会的不断发展和进步，我国的科学技术水平 随之不断进步，目前，智慧矿山建设已经取得了显著的成绩，但是 已有的智慧矿山平台没有很好的实现信息交换、应用系统的敏捷开 发和快速上线、资源的弹性伸缩及自动化运维。为解决这些问题， 基于大数据、容器、微服务、DevOps等技术，本文提出了智慧矿山 能力开放平台架构，有效实现了敏捷开发、持续集成、弹性扩展及 全方位监控。在信息交换方面，提出了一种便于实现信息共享和系 统融合的信息交换技术，包括客户端与服务器之间的通信、微服务 之间的通信、大量异构系统之间通信的融合技术。基于平台的体系 架构和功能视图，通过对主流软件的优劣分析，实现了技术架构的
2、 资源层、内核层、应用层。通过对业务上平台途径、分布式平台架 构的建设方式、传统平台与新平台的双模式运行机制的分析和论 证，验证了本文平台具有较好的可用性和可扩展性。关键词：智慧矿山；架构体系；智能决策；人工智能引言随着国民经济步入新常态，煤炭行业面临着“需求增速放缓 期、过剩产能和库存消化期、环境制约强化期、结构调整攻坚期” 四期叠加的全新局面，煤炭行业必须不失时机地变化革命，促进转 型升级。在当前不利环境下，创新驱动发展将是煤炭行业转型升级 的重要途径。融合空间信息、智能采矿、自动控制、物联网、云计 算、大数据、人工智能等先进技术的智慧矿山建设将成为新时期煤 炭行业创新驱动发展的重要主题。
3、智慧矿山概念是由IBM提出的“智慧地球”理念衍生而来。智慧矿山相较于自动化矿山、信息化 矿山、数字化矿山，是一个技术更为先进的矿山发展阶段，是未来 矿山企业发展的一个新方向。智慧矿山建设是一个多学科交叉融合 的前沿研究领域，其理论性、技术性和实践性都很强。我国目前在 这方面的研究还处于理论研究的起步阶段，一些学者已从智慧矿山 定义、框架、关键技术、信息化标准等方面进行了探索研究，但存 在框架体系构建粗略、关键技术提炼不够完善等一些问题。鉴于 此，笔者在总结分析目前我国矿山信息化建设存在问题的基础上， 探讨了智慧矿山建设的架构及其关键技术。1矿山信息化建设中存在的各项问题随着我国各项技术快速发展
4、，在矿山信息化建设中仍旧缺乏相 应标准，导致各类系统在数据存储、描述以及分类编码中存在较大 差异性。我国多数地区在矿山信息化建设过程中只重视硬件，对软 件处于忽视态度。致使煤炭企业信息资源难以全面开发。现阶段矿 山信息化建设中诸多构成系统已经实现了网络化集成发展，但是由 于较多因素影响，不同构成系统之间数据难以有效共享，大多数都 停留在子系统数据独立化分析阶段，各个层级建设的信息化系统难 以有效对应，导致信息化系统组成更加复杂，系统管理效率难以提 升，有诸多矿山企业信息化系统应用功效未能全面发挥，在信息化 系统长期建设维护中仍需消耗较多成本投入与人力资源。2智慧矿山建设涉及的关键技术2.1智慧
5、采煤技术我国煤炭行业，通过多年大力推行机械化、自动化装备，综采 工作面装备目前已基本实现自动控制，其中有些甚至实现了智能 化，但大部分装备依然处于单机自动化控制阶段，智能采煤成套装 备与技术还有待研究，相关研究内容包括煤岩界面智能识别技术、 采煤机记忆割煤技术、设备感知及地面远程控制技术、惯性导航控 制技术、工作面视频监控系统、一键启停及保护系统、电液控制自 动跟机系统、输送机控制系统、地理信息及煤层跟踪系统。2.2采切方面的应用数字化矿山在应用中能够为采切提供更加全面的功能，包括参 数底部结构设计、井巷设计等。数字化矿山能够根据矿床的实际情 况，对开采切割进行模拟，并能够沿着任意方向将切割实
6、体投影， 生成投影轮廓线，方便工作人员确定巷道位置。数字化矿山可以设 计回采单元，包括结构参数设计、自动切割、底部结构参数设计、 可视化设计等，并能够计算工程量、金属量、储量等。2.3矿山真三维地质模型与集成技术当前在巷道设计中可以应用三维地质模型，对各项物探活动以 及测量操作进行数据过滤与整合，实现数据信息动态化调整，对矿 井生产中井下作业环境进行有效展示。矿井生产过程中诸多环节会 产生较多不同的安全生产问题，针对此类安全问题需要强化仿真模 拟，以地质体为基础构建有限元剖分模型。再分析矿井环境以及不 同监控系统获取具有针对性的监控数据，对井下生产环境危险性进 行综合评价。2.4虚拟现实技术利
7、用虚拟现实技术实现的多源信息融合、交互式的动态三维可 视化场景和实体行为体验，在大量领域均取得了令人瞩目的应用成 果。在矿山行业，目前已成功研制基于虚拟现实技术的安全培训系 统、开米模拟系统、车辆运行模拟系统、灾害过程模拟系统、三维 地震可视化分析系统、带式输送机远程监控系统等应用系统。随着 技术的不断进步，虚拟现实技术必将在矿井设计、生产管理、风险 评价、安全管理与培训、数据可视化直观展现以及各类综合应用分 析等方面提供更加完善的解决方案。2.6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。
8、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。2.7做好智慧矿山日常管理工作，重视新技术应用其一，智慧矿山的日常管理工作。智慧矿山的系统在综合运行 期间，必须要专门派遣管理人员去管理和指挥。专人管理与指挥， 可以及时掌握矿山运行和生产企划的衔接情况。在智慧矿山的管理 工作中，应设置综合指挥命令中心，把其作为智慧矿山运行管理司 令部，去指挥
9、和协调整个矿山的实际应用与运行。此外，在运行管 理期间，也需要做好日常维护以及升级改造。如，及时对数据信息 进行处理、利用GPS以及信息技术进行实时监控，存储，确保资源 的实效性。再如，对软件以及硬件设备进行维护、管理，及时发现 问题，第一时间的去解决问题。其二，智慧矿山的紧急情况处理。众所周知，矿山的井下作业 具有动态化特点，不安全因素较多，隐藏大量危险源，且危险源的 处理难度较大。如果在井下作业期间，出现突发事件，很难保证井 下环境安全性。如果出现包括塌陷问题、透水问题、岩爆问题等， 对工作人员人身带来较大伤害。因此，相关工作人员必须认识到这 一点，注重日常的安全管理以及监督发展，构建智能化系统，确保 井下作业的每个工作人员的人身安全性，实现安全智慧矿山建设目 标。结语近年来，许多行业都掀起了“智慧化”建设的热潮，“智慧 化”依然成为了继工业化、电气化、自动化、信息化之后，世界科 技革命又一次迎来的新突破。我国煤炭工业经过多年科技攻关和工 程建设实践，在信息化建设方面已经取得了许多积极的成果，但距 离智慧矿山还存在较大差距。要实现少人采矿、甚至无人采矿，建 设“智慧化”的矿山是一条可靠的途径。针对智慧矿山这一新兴概 念，笔者提出了智慧矿山建设的5层架构体系，并对其涉及的相关 关键技术进行了总结归纳，以期能为智慧矿山建设提供参考。
智慧矿山建设架构体系及其关键技术
