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王国法院士:2025年智慧煤矿情景目标

来源:煤矿自动化网  日期:2019年01月28日  文字:【 加粗】【高亮】【还原

21世纪的前15年,互联网、人工智能技术飞速发展,给许多传统行业都带来了颠覆性变革。将高新技术与传统技术装备、管理融合,实现产业转型升级正成为越来越重要的发展趋势。智慧矿山正是在这样的背景下提出和快速发展起来的。


煤炭资源开采是人类在地下进行的生产活动。矿山地质条件复杂多变,为创建适于设备运行与人员工作的安全可靠的开采环境,井下需同时运行探测、通风、排水、防火、供电、工作面开采装备、运输等多达90多个子系统。这些子系统就像人体的器官,共同形成了一个大规模复杂运行体系。然而,目前煤矿总体的信息化程度还有待进一步提高,生产过程中的各种数据和信息还无法实现有效关联,还缺乏“智慧的大脑”对所有子系统实施协调、联控。


智慧矿山是煤炭行业转变发展方式、提升行业发展质量的核心驱动力,是矿山技术发展的最高形式。


在定义智慧矿山概念之前,首先需要明确什么是智慧?对于人类,智慧是大脑深刻地理解人、事、物、社会、现状、过去、将来,是思考、分析、探求真理的能力,是智力器官的终极功能;而对于一个生产系统而言,智慧可定义为:通过不断地收集、学习和分析数据、知识和经验,具有自动运行、自我分析和决策、自学习能力,使系统的人、机、环境处在高度协调的统一体中运行;可以不断吸取最新的知识,实现自我更新和自我升级,使系统不断优化、更加强大。


智慧矿山概念、内涵及组成


王国法院士团队在近期发表的《智慧煤矿2025情景目标和发展路径》一文中对智慧矿山的定义:智慧矿山是基于现代智慧理念,将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合,形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统,实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。


智慧矿山的技术内涵是将现代信息、控制技术与采矿技术融合,在纷繁复杂的资源开采信息背后找出最高效、最安全、最环保的生产路径,对矿井系统进行最佳的协同运行控制,并根据地质环境及生产要求变化自动创造全新的控制流程。与数字矿山相比,智慧矿山不仅仅是数据采集、数据处理和自动系统的集成,更多的是大数据、人工智能技术的运用,需要智能化地响应生产过程中的各种变化和需求,做到智能决策支持、安全生产和绿色开采。这里需要明确的是,智慧矿山并非是云计算、物联网、人工智能、大数据等技术的简单堆积,而是如何采用这些技术手段解决煤矿开采中的效率问题、安全问题和效益问题。


智慧矿山的技术特征是建立在矿井数字化基础上,采用现代智慧理念完成矿山企业所有信息的精准适时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化运行和智能化服务的智慧体。


智慧矿山技术特征


智慧矿山的理念和技术应用于煤矿,形成智慧煤矿。智慧煤矿涉及到90多个子系统,可以分为3部分:智慧生产系统、智慧职业健康与安全系统、智慧技术与后勤保障系统。


2025年智慧煤矿目标及情景描述


智慧煤矿的发展是一个不断进步的过程,随着科技水平的提高,智慧化的程度也将不断提升,目前正处于数字煤矿向智慧煤矿的过渡期。


智慧煤矿的发展目标可分为3阶段。


智慧煤矿第1阶段目标:构建一个初步智慧煤矿系统框架,实现采掘运主要环节单个系统、单项技术的智能化决策和自动化运行,即实现一个系统、一个岗位的“点上的无人作业”;目前一些先进矿井已实现第1阶段目标。


智慧煤矿第2阶段目标:构建一个多系统信息融合的智慧煤矿综合架构,实现工作面开采、主煤流运输等系统的区域化智能决策和自动协同运行,达到“面上无人作业”。


智慧煤矿第3阶段目标:构建整个煤矿及全矿区多单元、多产业链、多系统集成的智慧煤矿体系,全面实现生产要素和管理信息的数字化精准实时采集、网络化实时传输、可视化展现,采、掘、运、通、洗选等全部主要生产环节的智能决策和自动运行,达到“全矿井一线无人化作业”。


在未来5~10年,即到2025年左右,在单个系统的智能化取得突破的基础上,实现智慧煤矿第2阶段目标,即实现区域化智能决策和自动协同运行。在达到技术目标的同时,开采效率、安全和效益也随之大幅提升。到2025年,通过智慧矿山建设,使全国煤炭科学先进产能大幅度提高,煤炭产业从业人员总数下降一半、工效提高一倍以上,资源开发利用水平显著提高,煤矿职业健康和工作环境得到根本改善,矿山生态恢复和保护全面实施。


2025 年智慧矿山情景逻辑


到2025年,智慧煤矿可以实现单个系统智能化,开始向多系统智慧化方向发展,建立“感知→互联→分析→自学习→预测→决策→控制”的基本运行框架,初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧矿山第2阶段目标。其中,安全系统对生产的支持、以及保障系统对生产的支持基本可以实现,但保障系统与安全系统的结合还需要人工智能技术的支持,将在智慧矿山的第3阶段完成。此外,智能化管控平台在大数据技术的支持下可以对整个矿山运行的状况进行分析,并通过互联网上传到云平台,但真正做到云计算、达到为生产决策和管理服务还需进一步突破数据结构优化、分布式计算等核心技术。

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