**篇数字煤矿总体架构及其关键技术
智慧煤矿2025情景目标和发展路径
王国法，王虹，任怀伟，赵国瑞，庞义辉，杜毅博，张金虎，侯刚
（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013;2.中国煤炭科工集团有限公司，北京100013;3.煤炭科学研究总院开采研究分院，北京100013）
摘要：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*高形式。基于数字矿山技术发展现状，结合生产系统智慧化特征及要求，给出了智慧矿山概念及内涵：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;到2025年，实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展，建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架，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煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、釆掘、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。资源开发利用水平显著提高，煤矿职业健康和工作环境根本改善，矿山生态恢复和保护全面实施。
关键词：智慧煤矿;数字矿山；情景目标；大数据;人工智能
中图分类号：TD984 文献标志码：A 文章编号=0253-9993（2018）02-0295-11
2025 scenarios and development path of intelligent coal mine
WANG Guofa，WANG Hong，REN Huaiwei ，ZHA0 Guorui，PANG Yihui，DU Yibo，ZHANG Jinhu1，H0U Gang
（1. Coal Mining Technology Department， Tiandi Science and Technology Co.，Lid. ’Beijing 100013 ，China\ 2. China， Coal Technology & Engineering Group Corp. ，Beijing 100013 ，China； 3. Mining Design Institutet China Coal Research Institute，Beijing 100013 ，China）
Abstract ： The intelligent mine is the core driving force for the coal industry to change the way of development and to improve the quality of the industry. It is the highest form of the development of coal mine technology. Based on the development of mining technology and combined with intelligent generation system with characteristics and requirements， the concept and interconnection of the wisdom of mine are given. Based on digital mine，networking，cloud computing， big data，artificial intelligence and modem mining technology as the core technology，it will achieve the wisdom of selflearning ，prediction，decision，control of the whole intelligent system. By 2025，the intelligent system will run from single system to multi-system intelligent level，the basic operating framework of wisdom production，wisdom security and wisdom guarantee system will be established. The spatial digitization， integration of information， internet， virtual equipment integration and control network will be formed initially as the goal of intelligent coal mine for the second stage. It will realize the intelligent operation of coal mine development，mining，transportation， washing，safety，ecological protection ，production management and so on. The level of exploitation and utilization of resources will be greatly improved，the occupational health and working environment of coal mines will be fundamentally improved，and the ecological restoration and protection of mines will be fully implemented.
Key words ： intelligent coal mine ； digital mine ； scene target ； large data ； artificial intelligence
当前，我国国民经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、新旧动能转换的攻关期。在“两化”深度融合的大形势下，工业领域正迎来产业发展的巨大变革。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[1]。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。经过多年发展，这一体系先后经历了机械化、单机自动化、综合自动化、数字化等阶段。目前，煤矿安全高效矿井系统的机械化程度达到90%以上，单机自动化也日趋完善，建成了一批千万吨级矿井群，并开发了初级的多系统数字矿山综合自动化系统[3]。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“智慧的大脑所有子系统实施协调、联控，因而生产的过程控制、设备健康管理、安全风险防控、生态环保等都还没有实现*优化的管控。
智慧化是矿山技术发展的*高形式，只有实现了智慧化才能从根本上实现*优的生产方式、*佳的运行效率和*安全的生产保障。那么，什么是智慧呢?智慧矿山又该如何定义、智慧矿山的构成框架以及发展目标又是什么？学者们对此开展了大量的研究，不单单是煤炭领域相关学者及企业积极投身于智慧矿山的研究与应用，大量的非煤矿山企业和研究者也都加入智慧化建设之中。他们各自都根据自身的理解及研究基础、特长提出了智慧矿山的各种定义和架构，但未达成统一认识。
随着技术和实践的飞速发展，若没有对智慧矿山统一、完整及科学一致的认识，则无法规划煤矿未来的发展方向，必然直接影响煤炭产业转型升级，并可能使我们错过一次产业大发展、大提升的良机。因此，迫切需要深人研究智慧矿山的定义、情景目标及发展路径，规范概念、引领方向，推动煤炭行业由数字
煤矿向智慧煤矿方向发展，引领地下工程、深地资源开采、绿色开发与利用等领域的科技发展。
1智慧矿山概念、内涵及组成
1.1智慧矿山定义及内涵
数字矿山是基于信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化为一体，将采矿科学、信息科学、计算机技术、3S（遥感技术、地理信息系统、全球定位系统）技术发展高度结合的产物。于润沧院士[11]将数字化矿山分为3个层次：第1个层次是矿山数字化信息管理系统，这是初级阶段;第2个层次是虚拟矿山，是把真实矿山的整体以及和它相关的现象整合起来，以数字的形式表现出来，从而了解整个矿山动态的运作和发展情况;第3个层次是远程遥控和自动化采矿的阶段。
数字化矿山主要是从信息表现形式角度，强调人类从事矿产资源开采的各种动态、静态的信息都能够数字化，目前国内比较先进的矿井正走在实现第2层次虚拟矿山的路上。智慧矿山的提出主要是从信息相互关联性的角度，强调矿山系统自主功能的实现程度。
在定义智慧矿山概念之前，*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*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。
基于对生产系统智慧的理解，给出智慧矿山的定义：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*高效、*安全、*环保的生产路径，对矿井系统进行*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[4]。
智慧矿山的技术特征是建立在矿井数字化基础上，如图1所示，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。
1.2智慧煤矿构成
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。
（1）智慧生产系统。
包括主要生产系统和辅助生产系统。主要生产系统包括采煤工作面的智慧化和掘进工作面的智慧化，主要包括以无人值守为主要特征的采煤工作面和掘进工作面系统。辅助生产系统就是以无人值守为主要特征的智慧运输系统（含胶带运输、辅助运输）智慧提升系统、智慧供电系统、智慧排水系统、智慧压风系
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