1、第 卷 第期 年月工矿自动化 文章编号：（）：王莉 智慧矿山概念及关键技术探讨 工矿自动化，（）：智慧矿山概念及关键技术探讨王莉（河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 ）摘要：从国内外矿山信息化建设的现状出发，阐述了智慧矿山的概念及特点；详细介绍了空间信息技术、云网融合技术、矿山技术规范和标准、数据挖掘技术、三维模拟和虚拟现实、智能采矿和服务技术、安全保障体系等智慧矿山的关键技术；给出了智慧矿山的研究意义。关键词：智慧矿山；数字矿山；空间信息技术；物联网中图分类号：文献标志码：网络出版时间：网络出版地址：（，）：，：；收稿日期：；修回日期：；责任编辑：盛男。基金项目：国家自然科学基2、金项目（）；河南省教育厅自然科学基金项目（）；河南理工大学博士基金项目（）。作者简介：王莉（），女，辽宁营口人，讲师，博士，主要研究方向为地理信息系统和数字矿山，：。引言信息化、网络化、数字化、智能化、自动化技术深刻影响着传统采矿业，从人力矿山、机械矿山发展为信息矿山、数字矿山，并逐步迈向感知矿山、智能矿山、智慧矿山、绿色矿山。受全球信息演进的“智慧地球”影响，采矿业已经迈向自动化开采和无人开采。智慧矿山是一个新兴的、发展中的概念，是理论性 和 实 践 性 都 很 强 的 多 学 科 交 叉 的 前 沿 技 术。年，吴立新提出“数字矿山”的概念，年，中国矿业大学提出“感知矿山”的概念，随后又有3、人提出“智能矿山”、“智慧矿山”等概念。但是对“智慧矿山”还没有作出统一的定义，许多学者都根据自己的观点出发进行定义。同时智慧矿山还存在空间数据地理框架不够完善、基础理论体系尚未建立、空间数据格式编码标准和矿山行业的地理信息元数据标准等关键技术还没有突破的问题。鉴此，笔者在介绍国内外矿山信息化建设现状的基础上，探讨了智慧矿山的概念及特点、关键技术和研究意义。国内外矿山信息化建设概况 国外研究现状随着信息技术和自动化采矿技术的飞速发展，许多矿业发达国家已制定了矿山信息化长远发展规划，矿山信息化和自动化程度越来越高。加拿大国际镍公司从 世纪 年代初开始研究自动采矿技术，拟于 年在某矿山实现无人采矿4、，通过卫星操纵矿山的所有设备，实现机械自动采矿。芬兰于 年开始了智能矿山技术计划，开展自动采矿技术研究，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、高速通信网络、新机械应用和自动采矿与设备遥控等 个专题 。年美国对地下煤矿的自动定位与导航技术进行研究，获得了商业化的研究成果。随着专家系统、神经网络、模式识别、遗传算法等人工智能技术，全球卫星导航技术，并行计算技术，射频识别技术，遥感技术等在矿山设计、矿山开采、矿山生产、矿山灾害预警等领域的应用，国际上一些大型露天矿山已实现在办公室生成矿床模型，制定矿山开采计划，并与矿山开采设备相连，形成矿山动态管理与遥控指挥系统。国内研究现状受矿业发达国家矿山信息化的5、影响，越来越多的中国矿业科研人员在思考如何推进中国矿山信息化改造与发展智慧矿山技术，政府和部门也对矿山信息化高度重视。年出现“数字地球”概念之后，年，吴立新、朱旺喜等围绕数字矿山的概念、理论、目标、框架、特征、技术与应用问题展开了热烈的讨论，达成了许多共识，并递交了 关于发展数字矿山，促进矿山资源高效与绿色开采的建议。年中国召开了数字矿山学术会议，矿山信息化相关的科研论文、成果纷纷呈现。中国矿业大学在矿山机器人、矿山地理信息系统等多方面进行了研究，于 年成立了中国矿业大学物联网（感知矿山）研究中心。感知矿山建设的核心内容包括：感知矿山灾害风险，实现灾害预报预警；感知矿山设备工作状况，实现预知维6、修；感知矿业人员周围环境，实现主动的安全保障。智慧矿山的概念和特点智慧矿山的内涵包括基础理论、各种技术、系统功能的界定，因研究对象和目的不同而有所差别，尚无广泛共识，缺少精确性。国内众多学者和机构从不同角度对数字矿山、感知矿山、智慧矿山建设的关键技术和建设方案提出了各自的看法及思路。从空间信息技术的角度来看，智慧矿山就是矿山数据的实时获取、普适的数据通信和集成、智能化数据处理及面向需求的智能化服务。具体是指采用遥感技术和全球定位系统对矿山进行测量和监测，获得实时数据，通过物联网进行数据通信，在虚拟的数据中心进行数据处理和集成，并采用专业模型进行数据分析、挖掘和预测，最终实现面向行业应用的智能化7、服务。智慧矿山的核心是数据处理，载体是物联网，关键是智能化，目标是服务，即实现以最便捷的方式给最需要的人提供最需要的服务。从矿山角度来看，“智慧”是指智能的信息获取、智能的生产运营、智能的决策管理个方面，而“智慧”的体现是这些方面以协同的方式相互连接、相互促进、相互保障，从而有效地提高矿山企业生产经营效率及生产管理水平。从概念内涵上看，数字矿山的核心是对真实矿山及其相关现象的统一认识和模拟再现，而智慧矿山更强调在数字矿山基础上的智能化服务。从技术角度看，数字矿山所涉及的技术多是空间信息技术，如测绘、遥感、全球定位系统、地理信息系统等。而智慧矿山是网络技术和空间信息技术的融合。智慧矿山以物联网、8、云计算、等信息技术为基础，通过各种传感器实现对真实矿山数字化、网络化、模型化、可视化和智能化管理，即将矿山工程地质、矿山开采、矿山安全预警、产品运输与销售、矿山生态等综合信息全面实现智能化管理，将现代智能采矿技术与传感器网络技术、空间信息技术、现代控制技术等紧密结合，构成人与人、人与矿山、矿山与矿山相联的矿山网络，管理者能实时动态地控制矿山安全生产与运营的全过程，保证矿山的生态稳定和经济可持续增长。智慧矿山应该具有以下特点：具有功能齐全的各类传感器；具有高速的网络系统；具有功能齐全的数据库系统；具有工程三维模拟仿真、计算机分析、制图平台；具有多功能数据挖掘工具；具有功能齐全的数据采集、数据转换9、系统；具有完整的数据标准与规范；具有矿山安全指挥调度和用户管理系统；具有全面的采矿设计与计划编制系统等。智慧矿山关键技术目前，智慧矿山大多还只是停留在概念和功能的描述上，对其关键技术缺乏全面规范的研究，而这些技术正是智慧矿山功能实现的关键。智慧矿山的关键技术要准确无误地给出还有困难，笔者尝试从空间信息技术角度给出智慧矿山的关键技术。其构成如图所示，具体包括以下几个关键技术。（）空间信息技术。随着信息技术、通信技术、网络技术的发展，以测绘、遥感、全球定位导航技术、地理信息系统为基础的空间信息技术将形成空天地一体化的传感网，并与全球信息网格集成，从而实现实时化、自动化、智能化和全球化的矿山信息采集10、处理和服务机制。工矿自动化 年第 卷图智慧矿山关键技术构成（）云网融合技术。云网融合是将物联网和云计算相融合的全新理念。物联网是将射频识别、红外感应器、全球定位系统、三维激光扫描仪等信息传感设备，按约定的协议与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。所以物联网既包括传统的网络基础设施、无线传感器网络，也包括各种传感器技术等。云计算借助互联网整合、管理、调配分布在网络各处的计算资源，以统一界面同时向大量的用户提供服务，是分布式计算和网格计算的进一步延伸和发展。年，云计算经过几年的飞速发展，已经进入“低谷期”，即成为产品的阶段。云网融合旨在将云计算11、与物联网紧密相连，实现最好的融合，以便迎接未来互联网技术变革带来的各种挑战。只有物联网与云计算实现了真正的融合，才能为各类矿山带来更高的价值和更广泛的应用。云网融合技术必将成为实现智慧矿山信息资源整合和数据分析处理的关键技术。（）矿山技术规范和标准。要建立一个真正的智慧矿山必须有一套完整、综合、全面的技术规范标准体系，并逐步形成地方、行业甚至国家标准，使其对智慧矿山有一个统一的度量。在物联网环境下，目前的矿山面临空间基准不一致、空间数据时态不一致、数据存储格式不一致、通信接口技术不统一、安全监测技术规范不统一、语义描述不一致、数据分类编码不一致、元数据标准不一致、生产管理技术规范不统一、矿山信12、息集成方式不统一等问题。矿山技术规范和标准是智慧矿山建设和数据处理转换的基础 。因此，建立统一的矿山技术规范是实现物联网环境下智慧矿山的重要工作。需研究与智慧矿山数据采集、转换、存储与处理相关的标准，矿山空间信息分类编码标准，矿山空间信息元数据标准等，以实现矿山空间数据智能化处理和智能服务。（）数据挖掘技术 。随着智慧矿山各种类型海量数据的获取和集成，从矿山数据库中挖掘知识成为智能服务的一个瓶颈问题。采用图像处理、模式识别、关联规则、分类与预测、时空序列分析等方式进行数据挖掘和知识发现，从海量数据中提取有用的知识，基于此建立决策支持和智能服务的专家系统，是实现智慧矿山的关键技术。（）三维模拟和13、虚拟现实。借助虚拟现实、三维模拟和人工智能技术建立起来的矿床模型、采矿模拟、地下矿井仿真、井下围岩力场仿真等，能够实现矿井上下三维实体及景观的计算机动态显示，帮助矿山企业了解矿体形态、构造，模拟地下矿井火灾场、井下围岩力场和地下矿井水灾场，实时跟踪监控矿井人员，为矿山决策和工程计算提供功能服务。（）智能采矿和服务技术。智慧矿山需要智能采矿技术理论的支持，包括无人采矿技术、井下勘探与物探技术、井下快速定位与自动导航技术、地下矿井人员定位技术、自动化指挥调度系统等。智慧矿山需要实现从提供矿山数据到提供智能服务的转变，智能服务模式主要包括智能空间信息服务的语义模型、空间服务网络模型等的设计和实现。（14、）安全保障体系。矿山生产（特别是地下开采）有许多难以探测和预计的危险，如瓦斯爆炸、塌方、突水透水和淹井、火灾以及机电运输等事故隐患，严重威胁人身安全。智慧矿山以严格规范的管理、完善实用的方法、先进科学的技术真正实现无人员失误、无机器故障、无系统缺陷、无管理漏洞（“四无”）的人、机、矿山和管理高度融合的矿山安全目标。其具体内容包括安全检查评价、事故仿真研究、灾害预警、事故预测预报等。智慧矿山的研究意义智慧矿山是继数字矿山之后又一个新兴的学术方向，是空间信息技术、采矿工程、物联网等领域知识的交叉，具有很强的理论性、技术性和实践性。通过对智慧矿山系统的研究、建设与应用，能够提高中国矿产资源开发利用水15、平及社会经济效益。智慧矿山的研究意义表现为以下几个方面。年第期王莉：智慧矿山概念及关键技术探讨（）研究智慧矿山能够促进矿产资源开发利用，提高矿山企业市场竞争力。研究并建设智慧矿山能够推进传感器、空间信息技术、监测监控系统、智能采矿设备、高速通信网络、计算科学及虚拟现实、海量存储及信息处理技术在矿产资源开发利用领域的集成应用，并能提高企业市场竞争力。（）研究智慧矿山有助于提高矿产资源开发潜力，降低矿山开采风险。智慧矿山能够系统地将矿山生产过程中的勘察、开采、矿物加工等环节以及矿井、采场、巷道状态实时展现在工作人员面前，使之有效应对矿产资源开发利用中的问题，提升开发潜力；实时监测矿山生产环境并进行16、安全评价，有助于降低和避免矿山灾害风险，保障矿山高产、高效和安全生产。（）研究智慧矿山便于改善矿产资源管理模式，提高企业生产效率。研究和建设智慧矿山可以为全面、动态、实时、准确地掌握矿产资源的储量和变化，合理科学地开发利用和保护矿产资源，保障矿产资源可持续发展提供技术手段，有助于实现矿山企业管理信息化，提高煤炭企业科研创新能力，提高企业生产效率。（）研究智慧矿山可以为建设智慧城市、智慧中国添砖加瓦。智慧矿山作为矿山行业的智慧系统，是构成高层智慧系统如智慧矿区、智慧城市、智慧中国、智慧地球等系统的基本单元。研究和建设智慧矿山可以促进和支撑高层智慧系统的发展和应用，为高层智慧系统提供数据及信息。结17、语智慧矿山是基于数字矿山、物联网和云计算而建立的现实矿山与数字矿山的融合，以实现对矿山的感知、控制和智能服务。智慧矿山为矿山信息化建设和矿山企业的发展提供各种智能化的服务，从而使矿山更加协调地发展。智慧矿山相关理论的研究、技术的突破、信息基础设施的建设，以及政府、相关管理部门和矿山企业的重视，有利于实现矿山安全生产，提高矿山企业生产效率，为智慧地球提供支持，并促使智慧矿山更快发展，从而走向绿色矿山、无人矿山。参考文献：吴立新，殷作如，邓智毅，等论 世纪的矿山 数字矿山煤炭学报，（）：吴立新，殷作如，钟亚平再论数字矿山：特征、框架与关键技术煤炭学报，（）：吴立新，朱旺喜，张瑞新数字矿山与我国矿山18、未来发展科技导报，（）：吴立新中国数字矿山进展地理信息世界，（）：张申，丁恩杰，徐钊，等物联网与感知矿山专题讲座之一 物联网基本概念及典型应用工矿自动化，（）：张申，丁恩杰，徐钊，等物联网与感知矿山专题讲座之二 感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化工矿自动化，（）：吴立新数字地球、数字中国与数字矿区矿山测量，（）：王青，吴惠城，牛京考数字矿山的功能内涵及系统构成中国矿业，（）：毕思文，殷作如，何晓群，等数字矿山的概念、框架、内涵及应用示范科技导报，（）：汪云甲 数字矿山与矿区资源绿色开发 科技导报，（）：曹代勇，余志伟，赵扬，等 数字矿山及其关键技术探讨 铜业工程，（）：左仁广 浅析数字矿山的几19、个核心技术 中国矿山工程，（）：秦德先，陈爱兵，燕永锋，等 矿山数字化信息系统及其应用研究 中国工程科学，（）：僧德文，李仲学，张顺堂，等 数字矿山系统框架与关键技术研究 金属矿山，（）：王李管，曾庆田，贾明涛 数字矿山整体实施方案及其关键技术 采矿技术，（）：郑彬彬，张俊文现代化矿山 数字矿山的概念及其基本结构 煤炭技术，（）：张申，丁恩杰，赵小虎，等数字矿山及其两大基础平台建设煤炭学报，（）：刁鑫鹏，贾朋风“数字矿山”基本框架及其构建技术的研究企业导报，（）：骆力 数字矿山特征及建设探析 金属矿山，（）：涂兴子，林在康 数字煤矿的研究与探讨 中国煤炭，（）：，（）：，：工矿自动化 年第 卷20、收稿日期：；修回日期：；责任编辑：张强。作者简介：郝亚兵（），男，河南禹州人，硕士研究生，主要研究方向为矿井通风和矿井瓦斯治理，：。通讯作者：王飞（），男，内蒙古巴彦淖尔人，副教授，博士，主要从事矿井灾害防治技术研究工作，：檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿。，：，（）：，：戴喜良，魏雨辰，滕春阳 浅谈物联网技术在矿山中的应用科技致富向导，（）：李一帆数字矿山技术与应用郑州：郑州大学出版社，：李德仁，姚远，邵振峰 智慧地球时代测绘地理信息学的新使命测绘科学，（）：信春华，朱玉同，李春华基于结构的煤炭技术标准体系信息系统研究 中国煤21、炭，（）：，王军，邓开艳，戴建祥 城市基础地理空间框架平台建设研 究 测 绘 与 空 间 地 理 信 息，（）：冯菊霞 数字矿山建设探讨 科技情报开发与经济，（）：胡晋山，何宗宜，康建荣，等 数字矿山的数据组织及其不 确 定 性 分 析 测 绘 科 学，（）：李岩，谢战良 数字矿山建设中多源异构地测数据整合初探能源技术与管理，（）：聂兴信，刘书香数字化矿山构建过程中的数据挖掘模型研究 计算机与网络，（）：柳林，李德仁，李万武，等 从地球空间信息学的角度对智慧地球的若干思考 武汉大学学报：信息科学版，（）：李德仁地球空间信息学的机遇武汉大学学报：信息科学版，（）：张建平，柴洪静 数字化矿山综合调22、度指挥平台研究 中国煤炭，（）：，（）：王大江，张英，李永明 构建数字矿山存在的问题与对策中国矿业，（）：第 卷 第期 年月工矿自动化 檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧殧殧殧实验研究文章编号：（）：郝亚兵，王飞，王星，等 并列双 型通风方式下采空区瓦斯运移规律研究 工矿自动化，（）：并列双型通风方式下采空区瓦斯运移规律研究郝亚兵，王飞，王星，刘祥（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 ）摘要：为了更好地分析和掌握并列双 型通风方式下采空区瓦斯分布和运移规律，针对某矿综采工作面并列双 型通风系统的特点，建立了 模型，数值模拟了并列双 型通风方式下采空区瓦斯运移规律；分析结果表明，在综采工作面采用并列双 型通风方式，由于位于采空区上隅角附近联络巷的作用使采空区的大部分瓦斯可以随漏风进入辅助回风巷连续排出，使采空区和流经上隅角的瓦斯减少，有效解决了综采工作面瓦斯超限的问题。关键词：采空区；并列双 型通风系统；瓦斯运移；模拟中图分类号：文献标志码：网络出版时间：网络出版地址：