第一节 数字矿山发展概述

一、数字矿山的内涵

（一）数字矿山定义

数字矿山是吸收成熟的、先进的信息技术，进行应用创新，在统一的时空框架下，对矿山资源勘探、规划建设、安全生产、经营管理和决策等全过程进行数字化的表达，并对相关属性进行加工、处理、利用，实现信息的集成和共享，实现矿山生产管控一体化，建设“安全、高效、绿色、智能”的现代化矿山。

（二）数字矿山建设目标

数字矿山的建设须采取“统一规划、分步实施”的原则，有序推进，逐步全面提升煤炭企业的生产管理水平。具体目标有：

（1）完成数字矿山标准体系建设，采取急用先行的原则推进相关标准的制定，对数字矿山建设的各个环节提供依据和指导，保证数字矿山建设的规范化、标准化和先进性。

（2）进行一体化生产监控综合平台和生产执行系统平台的研发，通过信息的高效集成和共享实现生产过程的集中监控与管理，提升煤矿安全生产管理水平，提高煤炭企业的生产经营效率和效益。

（3）采取示范先行的实施策略进行数字矿山示范矿井的建设，打造引领国内外数字矿山建设方向的样板工程。

（4）在总结示范矿井数字矿山建设经验的基础上全面推广实施，确保数字矿山建设的整体应用效果和世界一流水准。

数字矿山建设是技术创新与体制创新、管理创新的有机结合，是对现有煤矿生产管理模式和管理理念的一次重大变革。推进数字矿山建设，就是要实现煤矿的信息采集全覆盖、数据资源全共享、统计分析全自动、业务管理全透明、人机状态全监控、生产过程全记录，通过深化自动化、信息化和智能化技术的应用进一步减员增效，打造世界一流的安全、高效、绿色、智能的现代化矿山，最终目标是实现井下的无人化开采。

二、国外数字矿山建设实践

国外数字矿山建设最早源于自动采矿技术，主要解决生产过程中的自动化控制。早在20世纪90年代初，一些国外矿业公司或组织就开始探索远程遥控采矿技术，并研发采矿调度等生产管理系统。

德国鲁尔集团通过和PSI公司合作，开发了PSImining监视、管理和控制系统，将所有的井下开采生产数据集成到地面中央控制中心，实现井下生产的集中监管和控制。

巴西卡拉雅斯（Carajas）露天矿集中控制室采用ABB公司的控制中心方案，整体控制室的工艺设计按照露天开采、矿物处理、铁路运输等环节统筹设计规划，整体布局合理，充分体现了一体化集中调度管理的特征，在调度室设计和布局方面值得借鉴。但是在控制中心的各系统之间没有进行数据集成共享和联动，自动化系统、视频监控、运输管理、车辆定位均是独立运行的系统，缺乏统一应用整合软件平台。

加拿大托腾（Totten）采用ABB公司的800XA监控系统，实现了部分生产设备远程监控辅以就地岗位工，实现了按需通风自动调节功能；实现了对设备数据的采集和人员车辆定位，定位精度20米；采用集成无线对讲功能的矿灯；采用思科公司的通信设备在井下部署Wireless无线通信系统。

瑞典艾铁克（Aitik）露天矿的选矿厂采用ABB未来操作室的布置方式，监控系统为ABB的800XA，在操作室实现了对全厂的综合监控，就地无人值守功能。但在控制中心没有实现各系统之间的数据集成、共享和联动。瑞典ABB研发中心目前正在根据露天煤矿未来建设需求，研究有关露天矿所有流程的在线控制，并通过传感器技术、生产控制技术、生产优化技术，无线通信技术、车辆定位技术，实现采矿工艺的数字化、智能化。

久益（JOY GLOBAL）公司依托煤矿装备生产和自动化领域的丰富经验，目前正着手无人综采工作面等智能制造方面的研究，以引领和占据煤矿装备制造业的制高点。

三、国内数字矿山建设现状

中国煤炭产业集中度相对较低，数字矿山建设水平参差不齐，一些大型煤炭集团紧跟世界潮流，在信息化、自动化、智能化方面开展积极有益探索。潞安矿业集团于2006年开始数字化矿山研究，建成了全国第一个自动化电液控制采煤工作面，建立了中央指挥中心，实现了综采工作面和智能化掘锚一体机的远程遥控，并引用三维可视化技术，建立了安全生产综合管理信息平台。国投新集刘庄煤矿创造了全国闻名的新集经验和新集模式，通过引进PSI技术，建设区域集中控制，在总部生产指挥中心实现了对100KM以外设备的远程遥控，并建设了高清视频会议系统、生产调度系统、矿井制冷降温等系统。

中国数字矿山建设目前面临的主要问题是：

（1）建设起步晚、起点低。中国煤炭行业的产业集中度低，目前尚有6000余家煤矿，其中小型煤矿的所占比例较高，与电力、化工等行业相比，煤矿从业人员素质普遍偏低，受限于人员能力和认识水平，煤矿自动化、信息化建设水平总体而言一直相对较低。

（2）建设标准化程度低。煤矿自动化、信息化系统建设主要由厂商主导，由于没有统一的行业标准，导致系统的开放度低，通信接口五花八门，信息集成难度大，信息孤岛现象严重。

（3）管理模式相对落后。中国煤矿用人数量多，从全员工效、吨煤成本和百万吨死亡率等指标上来看存在不小的差距，大型、特大型煤矿事故时有发生。这一方面体现的是生产技术装备水平的相对落后，更重要的还是在管理体制机制和管理手段上，我们还存在较大的提升空间。

四、数字矿山发展趋势

随着数字矿山应用技术的不断发展、创新，矿山的生产和组织方式将会变得越来越“安全、高效、绿色、智能”。

（1）更透彻的感知。通过运用各种感知技术，能够更加全面、准确、实时地感知人、物和环境的信息。例如，在数据采集方面，将会从手工录入向自动采集，并且实现一次录入，全员共享方向发展；在装备方面，将会更加可靠、更加智能，故障修复将会从人工经验诊断、人工修复向系统自我诊断、系统自愈方向发展。

（2）更全面的互联互通。运用网络、通信、交互、集成等技术，实现人与人、人与物、物与物间的信息交互，系统间的横向集成和纵向互通。例如，在通信与网络技术方面，将会从有限的互联互通向泛在的互联互通方向发展，带宽将会越来越宽，网络将会越来越稳定可靠；在系统人机界面方面，将会从二维平面向三维立体方向转变，并且支持多种终端界面，如PDA、iPad、手机等；在信息系统方面，将会从烟囱式、孤岛式信息系统向集成统一平台方向发展，支持SOA架构。

（3）更深入的智能化。运用数据挖掘、知识发现、专家系统等人工智能技术，实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能，实现矿山的智能化。例如，在控制技术方面，将会从手动干预、有人值守向自动控制、无人值守方向发展，从局部的、有限的控制向全局的、泛在的控制方向发展；在安全管理方面，将会由被动的、事后响应式管理向主动的、事先预警、预控方向发展；在决策支持方面，将会从经验决策向智能化决策方向发展。