引言
智慧矿山在当前矿山信息化发展背景下应运而生，其是充分利用物联网、云计算、大数据、人工智能、多源异构数据融合、可视化等技术，结合现代管理方法进行流程再造，优化运行中的物质流、信息流、控制流、知识流、价值流，解决矿山信息化建设中数据利用不充分、系统联动程度低、技术应用不到位等关键难题，实现矿山企业生产经营过程中的透彻感知、深度互联、高度自治、深度学习、智能服务、可视化展现，实现“本质安全、高产高效、绿色环保”新型矿山的信息化发展阶段。
1智慧矿山建设的目标
智慧矿山就是要在矿山数字化的基础上，通过信息的精准实时采集、网络化高速传输、规范化集成，实现信息的可视化展现、设备的自动化操作和生产的智能化服务，实现矿山的绿色、高效开采。随着矿井综合信息化和自动化的不断推进，智慧矿山的建设将使我国矿山行业发生根本性变革，很多危险的工作将由机器人代替人工去完成，依托信息化、物联网、数字化、人工智能、大数据等新技术提升和改造传统采矿业，不断开创安全、高效、绿色和可持续的智慧矿山发展新模式。智慧矿山建设第一阶段的目标是初步实现采、掘、运主要环节的自动化运行和智能化决策。第二阶段将多个子系统互联起来，构建多系统融合的智慧矿山架构，实现综采、运输等系统的区域化自动运行和智能决策。第三阶段将建成全矿区、多系统集成、多产业链的智慧矿山体系，全面实现各环节、各系统的数字化精准实时采集、高速实时传输、数据虚拟化展现，采、掘、运、通、选等生产环节的自动运行和智能决策。
2智慧矿山构建总体架构
矿山开采受到诸多因素影响，如何实现矿山高效、安全开采是矿山行业发展面临现的现实问题。智慧矿山给矿山开采提供了切实可行的方向，国内的众多学者对智慧矿山展开研究，但是多是集中在理论层面，尚未形成一套完整的智慧矿山生产模式，矿山生产信息化水平仍有较大提升空间。构建的智慧矿山根据矿井生产结构组成可以细分为采、掘部分，运输部分，生产保障部分，安全保障部分以及信息化交互平台等。采、掘作业是矿井生产过程中安全风险最为严重的两个环节，文中重点其进行阐述。矿山工作面智能化是以采金矿机、截割深度控制，刮板输送机及液压支架自动跟机，远程可视化操控等为基础的智能控制与监控集中，可以实现刮板输送机、液压支架迁移、运输、降尘等工作智能化开展。掘进工作面智能化以综掘机姿态调整、自动截割、远程监控与控制等为基础的智能化掘进。采、掘智能化控制的目的是实现采、掘工作面远程无人化生产，从而降低采掘工作面临的安全隐患。
3智慧矿山物联网架构
根据物联网构架，智慧矿山物联网可分为感知层、网络层、应用层3层，（1）感知层由RFID感应器、RFID标签、各个监测位置与目标布置的传感器、环境监测布置的摄像头、地理位置信息收集布置的GPS等设备与传感器构成。（2）网络层起到中枢神经的作用，主要是将下游感知层采集的各种信息进行无损、快速传输，过去限于矿山无线网络的架设，局域网成为各个矿山进行信息传递的主要方式。当前，随着科技与信息技术的迅猛提升，2G、3G、4G网络在全国的普及，矿山进行信息传输有了更为经济、高效的传输方式，随着5G的来临，矿山智慧矿山的建设将拥有更多可能。（3）应用层是物联网架构的输出层，能最为直观反映物联网作用，智慧矿山的建设也是其作用出口之一。建立基于物联网的矿井生产实时监控系统，并形成一套物联网信息编码、传输、处理的协议，便于各个矿山间的信息沟通与交流。实现井下生产的实时监测，同时通过无线网络反馈到信息处理中心对设备运行状态进行分析，然后反馈到井下指导生产，实现矿山生产设备动态监控，并根据反馈的信息进行远程故障修复，建成基于综合一体化物联网的智慧矿山。
4智慧矿山的系统工程
（1）系统设备层。智慧矿山系统首先要感知、采集数据，因此智慧矿山系统的最底层应包括与矿山生产环境、生产过程监测相关的各种传感器、监控视频、监控音频，比如粉尘、烟雾、水、气等的监测设备，为智慧矿山提供原始数据；另一方面，这也是执行各类操作的地方，（2）传输与汇接层。智慧矿山的原始数据，都需要经无线、有线的网络以及工业以太网，传输到分析处理数据主机或机房，因此网络传输层应覆盖整个矿山。主机接到数据后，需要处理各个类型的接入方式、接入协议。比如，物联网设备的数据用消息队列遥测传输处理，传统工业自动化设备的数据用Modbus和OPC处理，而自定义ETL组件或开源工具Sqoop可以处理文本类型的以及传统关系型数据库的数据，等等。
5智慧矿山的现存问题与不足
①缺乏数据标准。建设智慧矿山，必然涉及矿山中的许多数据，但是种类繁多的智慧矿山系统之间并没有统一的数据标准，在数据描述、存储格式、分类编码、元数据标准、传输协议、通信接口、信息集成方式等方面都有较大差异，这就导致各个智慧矿山系统无法充分共享数据。②缺乏多专业交叉集成平台。智慧矿山涉及多个专业门类，既有矿山中需要的采矿、地测、安全、机电、通信、管理，也有企业经营管理中需要的管理、财务、决策支持，等等。然而，各个智慧矿山系统的厂家往往只专注于自家擅长的领域，管理机械的只管机械，监测环境的只管环境，管理人员的只管人员，管理财务的只管财务，导致各专业的数据无法整合利用，不能帮助采矿企业做决策。③轻视软件开发。以矿山行业的信息化矿山建设为例，投资中的70%用于硬件，而软件只得到了20%的投资。这种轻视软件开发的情况难以满足矿山实际生产中的需求。
6着力打造矿山企业创新发展模式
智慧矿山建设更重要的是通过不断摸索，创新矿山企业管理模式，形成更加符合企业特点的高质量发展的管理模式，核心问题在于瞄准制约企业发展的管理制度难点，打破机制、体制等深层次问题；引入市场化基金如风险投资、私募股权投资等支持矿区能源技术创新，强化对能源技术创新成果转化的激励，激发中小型矿山信息服务企业活力；在资金和政策的保障下，构建智慧矿山创新孵化平台，邀请国内外领先的信息化科研机构，如德国、澳大利亚、美国等地的科研机构，形成具有活力的产业集群，打造工业制造与互联网结合的生态圈，将“智能+”或者“互联网+”的模式逐步下沉到传统的矿山开采行业，实现矿山企业高质量发展的新模式。
7建立完善的智慧矿山诊断和评估体系
智慧矿山并非是云计算、物联网、虚拟现实、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资源型企业、资源型区域的高质量发展问题。政策引导方面要注意不追求和炒作信息化的概念，而应该注重先进性和实用性。建立完善的信息化管理、诊断和评估体系，明确监测与评价指标，对各个企业的信息共享与应用成熟度进行客观公正的评估。
结束语
智慧矿山高质量发展，能够改变传统资源型企业发展过程中出现的粗放局面，加快企业主动转型，建立以“知识、信息、人才”为驱动的可持续发展模式。因此，对于矿山企业来说，开展智慧矿山建设具有重要的意义。我国智慧矿山建设的不断推进，未来15～30年的发展，在工业互联网、云计算大数据、人工智能、无人或少人开采等技术支撑下，新一代信息技术在矿区建设领域的应用会产生巨大的引领效果，甚至发生颠覆性的变革，矿山企业必将实现以信息化为核心的绿色智慧矿区高质量发展，服务于全国甚至全世界。
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作者简介：杨少波（1969.05），男，山东莱州人，大专，工程师，研究方向：电气自动化。
