智能矿山大数据关键技术与发展研究

2022-06-26郝跃

世界有色金属 2022年4期

大数据概念最早是在20世纪80年代提出的，大数据研究的核心并非是数据量的大小，而是如何有效、有序、系统地处理大数据，包括对数据的访问、收集、存储、管理、分析、挖掘、辅助决策等。目前大数据已经逐渐渗透到各个领域，本文主要对智能矿山大数据关键技术应用与发展进行了有效的分析。

1 大数据概述

大数据是数据的集合，运用传统计算机技术无法实现有效获取、存储和处理，由于信息量的指数化增加，导致在工作中无法运用常规软硬件设备进行分析处理。大数据具有海量化的特征，尤其当前数据量和数据规模随着信息化技术的发展而加快。同时，数据类型也呈现出多样化的特征，包括了文本数据、图像数据、视频数据等，对于管理工作的要求更高。在海量数据中，只有加强对有价值信息的筛选与利用，才能真正挖掘其潜在价值，优化传统管理模式。

2 智能矿山大数据

2.1 特征

数字矿山建设期间，利用信息技术的日益逐步实现生产过程的自动化、智能化自动监控系统，变电站无人值守的工作人员等等，这些智能系统的智能矿山逐步应用现代信息技术为基础，在服务信息领域，建设智能大数据矿山。智能矿山大数据的主要数据源有两个方面。首先是内部数据。内部数据主要指生产和经营状况等企业安全管理制度，实施系统的数据生产矿井的数据网络和数据等相关设备，生产各类矿山、机械和设备。外部数据主要来自社会服务和煤炭市场信息和工业设备供应商的信息。

2.2 使用意义

智能矿山大数据技术，是与传统矿山人工开发技术相对应的一种资源开采形式。前者主要是依靠虚拟数据程序，对地区矿山开发情况进行指导与分析，为此，只要数字化程序有序的融合在矿山开发的具体工作中，就可以借助虚拟数据模型，对矿山结构进行标准化勘测和指导，这是智能矿山大数据技术中资源勘测精度提高的直接体现；同时，智能矿山大数据技术的应用，是按照人工程序设定的基本情况，按部就班的进行大数据技术研究，为此，技术操作的具体模式自然不会出现挖掘规划不科学等问题，矿山开发工作可以循序渐进的开展；此外，智能矿山大数据技术在具体实践探索过程中，善于结合矿山开发的具体情况，实行矿山开发前目标化处理，因地制宜的选择操作手段，这一点也体现了该技术资源开采方法合理化的优势。以上三方面，是智能矿山大数据技术的使用意义。

3 实际案例分析与研究

以国能新疆准东能源有限责任公司选煤厂中级智能化建设项目实施方案为例，详细研究了智能矿山大数据关键技术，以供参考。

3.1 智能化建设过程中存在的主要问题及解决措施

3.1.1 数据采集及传输

（2）数据接口：硬件层：具有标准RS232、RS485或RJ45通讯接口，提供清晰准确的相关参数和点表。软件层：上位机软件应提供OPC服务、网络型关系数据库、ftp文本数据文件上传等通用形式的数据接入方式。

为了查清水位奇异变化的现象是否真实、客观，调查组6月30日14:00对现场水位进行校测，实测值为41.261 m，与模拟水位显示的41.6 m基本一致。可判定数字化水位仪测值45.94 m为错误数据，突降幅度5.238 m是不真实的。且在水中上下移动数字水位仪探头，测值无任何变化，初步判定数字化水位仪探头出现故障。重新更换新探头后，测量值显示正常为41.24 m左右，与模拟水位测值基本一致，水位固体潮显示清晰，基本恢复正常状态。因此认为，模拟水位产出的观测数据是客观的、真实的，此次水位突降为0.104 m。

3.1.2 智能控制系统

如表2。

3.2 智能化建设技术方案

（2）破碎站智能调速系统：现状及存在问题：破碎站已实现远程操控，网络通讯及状态监测；破碎机具有断电、过载、失速、堵料等保护装置；给料机已具有过载、失速、断链等必要的安全监测装置。尚未实现数字化料斗、破碎站无人值守，卡车的智能卸载，给料机、破碎机可自适应协同调速。建设方案：破碎站智能调速系统，由来车识别（可接卡调系统）功能、料位检测及信号（红绿灯）控制功能、料位与煤量输出（刮板机、胶带机调速）协同控制功能组成。破碎站智能调速系统实现对煤流的智能控制。根据煤仓料位以及刮板机输出煤量的设定，来控制输出刮板机的频率，并根据来车情况以及当前煤位控制信号灯，控制车辆。保证煤仓不空、不压车的情况下，给煤机（控制输出频率）维持在设定的煤量范围。破碎站系统数据接入与露天矿卡车调度系统，可以建立破碎站能耗最低的最优控制策略和数学模型。

“对了一半。”刘雁衡点头说，“还有，流星的光虽然不是最亮的，但在无边的黑暗中，同样能点亮我们的眼睛。流星最可贵之处在于，有非同一般的牺牲精神，千万不要小看那一瞬间的光亮，只要它溅落油锅一般的人间，就能轰的一下……”

3.2.3 数据采集与处理

如图1。

患者入院后立即抽取静脉血或骨髓行真菌培养，或者根据病情留取痰、中段尿、粪便、脑脊液、肺泡灌洗液等样本行真菌培养。与此同时，抽取静脉血行G试验和GM试验，根据试验结果，设定了两个联合方案[5]。方案一：任一单项检测结果阳性，判为联合检测阳性；方案二：任一单项检测结果阴性，判为联合检测阴性。

3.2.4 自动控制系统

（1）数据采集：生产系统及设备的运行信息、生产过程数据信息分系统采集。煤质信息应分系统、分工艺环节采集。消耗信息应分车间、分班组、分系统在线计量。保证数据的实时性、可靠性和准确性。

学校为特色课程的实施提供了坚实的支持资源。对场室和环境做了精心谋划，营造了良好的艺术教育氛围。在硬件保障方面，学校改建了音乐楼、美术楼、音乐厅和书画院等，添置数码钢琴80台，添置琴房、乐器房50间，建成演播室，改造了画室、书法室、陶艺室共8间，增添了同步多媒体联动教学平台。按照特色学校发展需要，学校组建了美术、舞蹈、音乐教师团队，共18人。学校还聘请了16位高校艺术专家、教育专家作为学校教育发展顾问，聘请了11位校外艺术指导教师。学校还与12所初中建立了生源基地关系。师资保证与专家指导保障了特色课程的实施。

如表1。

（3）数据储存：使用虚拟集群技术，划分虚拟机，统一对计算机资源、应用软件进行分配部署。一类是用于部署数据采集及存储服务，第二类用于部署基础服务，第三类用于部署应用服务。

两百多年前，一只好奇的喜鹊叼着一粒红色的果实，从西庄山隔河对岸的山上款款飞来，落在树上歇息，正欲大饱口福时，树下一只狐狸吼叫了一声，喜鹊受了惊吓，松开金口。那颗椭圆形红色的果实随之落到了地面，没有被吞到喜鹊那美丽花白羽毛覆盖着的肚皮中去。随后那颗红色的果实在一堆狐狸粪便旁边萌生，借着自身以及狐狸粪便的营养，我诞生了，从一棵小草般的嫩芽长到枝繁叶茂。现在的我已经有农村烧水用的水壶粗细，用行话说直径也有一尺开外吧，两层楼高的树干，使得我可以傲视山峦和丛林。更绝的是，我的分枝极有层次和分寸，九个分枝在不同的层次，朝不同的侧面展开，每个分枝上长满浓绿的叶子，就像九团绿云飘在空中。

如图2。

3.2.2 数据采集与传输

（1）远程集中控制系统：两种设备，一种为PLC系统升级，另一种为软件推送功能。现状及存在问题：矿厂主要设备都已接入集中控制系统，翻板闸板等辅助设备信号未接入集控系统，5处PLC主站CPU型号不统一，部分CPU型号较老，已不能满足生产需要，无法实现分级定点推送功能。建设方案：更换PLC模块，将所有翻板、闸板信号接入集控系统；现场控制网络全部更换为工业以太网。预留块煤系统和材料线系统的数据传输接口。增加分级定点推送到岗等功能软件。

（3）智能装车系统（图3）：现状及存在问题：现有1座火车装车站，装车能力5400t/h，产品煤经由产品仓输送至装车站，装车外运。现场工作人员手动控制闸门进行装车作业。劳动强度大，装车效率低。建设方案：根据火车装车任务，实现车皮身份识别，根据车皮位置和煤仓的落煤数据，实现对车皮的均量装车，并形成记录，进一步实现无人操控、智能装车。

3.2.1 智能化基础平台

现场实测与理论计算结果表明，本文方法能较准确地描述桩身负摩阻力传递过程以及沿桩身的分布，且计算参数易于获取，是一种可行的基桩负摩阻力分析方法。

2015 年，党中央提出了破解发展难题，厚植发展优势，必须牢固树立“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念。创新发展居于首要位置，是引领发展的第一动力。显然，大港油田目前遇到的油气开发问题只有通过创新发展来思考、分析和解决。

（4）智能视频识别系统：现状及存在问题：选煤厂现有工业电视系统共有视频监控点位104个，覆盖破碎站、带式输送机走廊、转载站、火车装车站、配电室、厂区等区域。其中一系统视频监控点位68个，二系统视频监控点位36个。摄像机为海康威视模拟摄像机，数据不稳定，不能进行网络融合。

在8月22日召开的2018钾盐钾肥大会暨格尔木盐湖主论坛上，盐湖股份总裁谢康民表示：“我国自1958年开启中国钾盐史，60年间已掌握世界上全部钾肥生产技术，钾盐综合利用率由最初的27%提升至80%以上，钾盐自给率由完全依赖进口上升至58%的自给率，在提升中国国际钾肥市场话语权的同时，中国已成为世界钾肥贸易价格洼地。盐湖钾肥、盐湖循环产业已经成为青海在国家乃至世界的品牌。”在国内规模最大、规格最高的盐湖资源综合性国际行业大会上，盐湖股份向世界展示了自己，展示了中国钾盐钾肥在技术开发方面的实力。

建设方案：结合准东矿选煤厂的实际情况：工业电视系统摄像机全部更换为数字网络摄像机。在破碎机驱动、带式输送机驱动、刮板机驱动等处安装防爆热成像摄像机，在变配电室、箱变处安装热成像摄像机，具有超温识别、火灾探测和消防报警功能。主要生产区域、关键设备、危险区域等重要部位安装防爆AI摄像机，实现人员越界报警、皮带跑偏洒料、物料粒度超限等视频分级报警闭锁功能，实现胶带机走廊越线、不安全行为、个人安全防护检测的巡视报警。

（5）环境监测系统：在筛分破碎车间、煤仓、储煤场等处设置11台粉尘浓度传感器，读取封闭空间内的粉尘颗粒物质浓度，可以更准确地掌握扬尘状态的同时，还可以与除尘系统联动，根据粉尘浓度决定实时开启除尘系统，以确保生产车间内的环境状态良好。

3.3 建议

在方案实施前，进一步理清矿厂智能化建设与露天矿整体智能化建设的关系。在方案具体实施过程中，要统筹安排设计、系统改造、系统开发、设备采购、安装及调试等各项工作进度。矿厂智能化建设是一个庞大的系统化工程，涉及到工艺、数据分析与人工智能等多个学科。项目建设必须有统一的管控才能实现后期子系统间的平台与数据融合，建议采用精通矿厂工艺流程、精通矿厂智能化建设整体架构的牵头单位整体管控负责，多单位协同合作实施。

4 智能矿山大数据发展

4.1 矿山安全生产应用发展

①以信息化建设为切入点，积极转变安全生产管理模式，强化大数据优势的合理运用立足新的发展阶段，矿山企业为了求得长远发展，信息化建设成为必由之路，尤其是对于安全生产，信息化建设能够提供更加全面与可靠性的数据信息。基于此，要合理使用大数据，借助先进的算法，探寻数据背后隐藏的规律与原则，为矿山安全生产提供更加可靠的数据。在长期发展中，矿山企业收集了海量数据，要重视对其进行全面分析与整理，强化数据合理应用，转变思维模式，正视大数据环境下数据的多样性与复杂性，借助先进的分析工具，掌握数据之间的联系，有效降低主观因素产生的不良影响。②加强大数据在井下设备运行中的应用，强化设备有效监测，切实提高设备故障处理率随着矿山井下作业自动化程度的增强，需要重点做好设备故障排查工作，构建针对性维修措施。借助大数据，能够实现对机械设备常见故障的总结，同时，能够强化对设备的监控与检测，做好相关数据收集工作，掌握设备运行实际，全面监测设备异常，为设备维修工作提供依据，保证生产顺利进行，提高生产安全性。

4.2 在矿山安全监测管理中的应用发展

与传统的矿山安全监测管理相比，大数据技术有效的避免了依靠安全管理工作人员的专业知识进行矿山安全监测的局面，使得矿山安全监测从“经验”向“数据”方向转变，逐渐实现了以矿山生产实际环境数据、生产新技术和安全管理人员思维为主的现代化安全管理。随着我国监管部门以及矿山信息化技术的应用，形成了数量庞大的海量数据，包含了大量的矿山生产过程的细节信息和未知的规律，早期的技术违法实现数据类型多、数据量庞大的信息处理，限制了矿山生产信息的综合利用率。大数据技术的应用，可以有效的提高数据处理效率，使得原来没有发现的规律逐渐呈现出来，促进了不同数据信息之间的比对、分析，为提炼出新的规律奠定基础。此外，随着数据模型技术的不断完善，可以通过电子沙盘等技术进行模拟演练，尽可能的挖掘可能发生的安全事故，从而实现了早期阶段的从“宏观”把控安全生产环境的方式逐渐转变为以“微观”的数据法分析进而判断安全事故的发生概率，提高了矿山安全监测管理的科学性和水平。