矿井数字化及自动化的建设
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【摘 要】数字化矿山是我国煤矿继综采机械化之后又一次重大革命。数字化矿山建设是一个庞大、复杂的系统工程，因此，信息化的矿井在实施之前，应做一个整体规划和设计，然后再分步按设计要求实施。
1.数字矿山的内容
“数字化矿山”最近成了采矿行业的一个热门话题，并引起了国家科技部门和许多企业的重视，是采矿业以后的发展方向。
所谓“数字化”是指利用计算机技术把电类或语音、文字或图像等非电类的信号转化成数字信号，按一定规律编码，用于信息的处理传输与应用过程。“数字化技术”是指以处理“O”、“1”为基本逻辑单元，经过数字编码、数字压缩、数字传输等信息处理技术。数字矿山提法源自“数字地球”，20世纪90年代美国首先提出“数字地球”的概念，随后便有了“数字中国”、“数字城市”、“数字政府”等等。我国煤矿地理信息系统的科技工作者提出“数字化矿井”及“数字化矿山”的概念。
数字矿山的两个层次：一是将数字矿山中的固有信息（即与空间位置直接有关的相固定的信息，如地面地形，井下地质、开采方案、已完成的井下工程等）数字化，按三维坐标组织起来一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山及矿体；二是在此基础上再动态嵌入所有相关信息（即空间位置有关的相对变动的信息，如储量、安全、机电、人员、生产、技术、营销等等），并找出这些信息内在的联系，组成一个意义更加广泛的多维的数字矿山。
我们认为第二层次才是完整的“数字矿山”，而“数字矿山”是需要多个学科、多个专业、高校、科研院所和煤炭企业的科技人员协同作战、长期奋斗才能实现的。
数字矿山≠矿山数字化
2.煤矿数字化、信息化和自动化
“信息化”是实质、“数字化”是表达形式、“自动化”是目的和基础。
2.1“信息化”是现代化矿井的实质
（1）现代化矿井实质上依赖对矿井地理、生产、安全、设备、管理和市场等方面的信息进行采集、传输、处理、应用和提升，达到信息增值的目的。
（2）主要内容包括信息的采集、传输、处理、信息的应用与集成（自动化）等。
（3）信息是未来煤矿企业的重要战略资源，是企业提高生产能力，保证安全，提高管理水平、市场应变能力和竞争能力的重要保障。
（4）生产、安全、地理和设备的信息通过网络（通信线路）实时传送到地面调度中心，使得煤矿的安全、生产管理决策优化，实现了电子化生产。
（5）减少设备及其零配件的库存量，进一步降低吨煤成本，注重供应链的管理，大力推进以计算机、网络和数据库为基础的电子供应链。
（6）以市场客户为中心，重视客户关系管理，实现自动配煤，满足用户对各种不同煤质的需要，推动电子商务。
（7）先进采煤国的煤炭企业正向管控一体化和产供销一条龙发展，实现企业信息化。
2.2“数字化”是信息的表达形式
（1）“数字化”是信息的表达形式，而且是信息最高、最先进的表达形式。
（2）计算机技术、微电子技术，尤其是网络技术的飞速发展，许多煤矿的地理信息、生产信息、安全信息、设备工况信息从采集（传感器）开始，就实现了数字化、网络化。
（3）传感器在采集信息的同时，它可以对信息进行处理、自校正等等，不仅使被采集的信息更准确，而且可以在一根总线上挂许多个传感器，使信息传输系统更简便。被采集的信息不会因传输距离和环境使精度受到影响。
（4）由于信息是以数字的形式进行采集、处理、传输和应用，因此，生产、安全、管理、市场等等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流，使所有的信息能得到更充分的应用，使所采集到的信息得到更大的增值。
2.3“自动化”（管控一体化）是基础与目的
基础：
（1）信息化（数字化）的信息绝大部分来自于各种生产、工况、安全综合自动化系统的自动检测装置（传感器），这些是信息化（数字化）的基础。
（2）综合自动化的网络和数据库是信息化矿山的主要组成部分。
目的：
（1）利用先进的控制理论（如人工智能、专家分析等）建立煤矿安全生产所需的决策支持系统，实现矿井安全、生产和效益的多目标优化。
（2）自动化是指机械设备或生产过程（煤矿包括环境安全）、管理过程（DA、BA）在没有人的直接参与，经过自动检测、信息传输、信息处理、分析判断、操纵控制，实现所要达到的目标。信息化（数字化）的目的是实现生产自动化、安全监测自动化、管理自动化、办公自动化，最终实现无人化矿山。
3.数字矿山信息集成的内容
（1）矿产资源信息和矿山设计、矿井建设及开采过程的数字化、可视化。
（2）煤矿生产过程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化。
（3）各种检测仪器仪表、自动化设备在恶劣生产环境中的安全可靠应用与设备间的关联联动信息共享。
（4）图像监视和传输的数字化、网络。
（5）煤炭企业管理信息化及电子商务系统。
（6）基于信息融合技术渗透到生产、安全与经营各个层面的决策支持系统。
4.煤矿综合自动化网络平台
统一传输网络平台和统一软件及数据仓库平台是从硬件结构和软件配置上保证信息化矿山中的各子系统模块具有统一的传输模式、统一的数据表达形式、统一的数据处理格式和统一的数据管理方式。
（1）自动化矿山对传输网络平台的要求：
1）网络具有良好的可靠性。
2）网络具有良好的冗余性。
3）各子系统与网络平台形成透明传输，并能方便地上，下网络，相互构成联系。
4）各子系统内部应能形成各自的逻辑网。
5）有限制网络流量的能力。
6）丰富的网管功能。
7）最大限度的使用网络资源。
（2）工业以太网：
以太网是目前应用最为广泛的计算机网络，工业以太网是为工业应用专门设计，是一种国际标准、开放的网络，其数据传输率高，实时性好，是今后发展的方向。
1）工业以太网传输平台的特点是能很好的满足上述对传输网络平台的要求，同时能实现数字、音频、视频的三网合一，真正实现综合业务传输。同时采用高可靠性工业以太网协议，可满足控制网实时性的要求。
2）不足是由于工业以太网通信节点通常是以太网交换机，而对煤矿生产设备的控制仍需要基于工业现场总线的控制器。1000M环形网交换机需要通过100M口实现与基于工业总线的控制器的连接，实现对现场设备的监测与控制，投资较大。另外，在协议转换上需要在各种工业总线协议与TCP/IP协议之间进行转换。
3）我国投入运行的工业以太网系统，有100M工业以太环网和1000M工业以太环网。而真正能实现三网合一的是1000M以太网。
5.结束语
“数字矿山”是一个美好的设想，“数字矿山”是矿山未来发展的方向，“数字矿山”需要经过几代人的努力才能实现的目标。而信息化、自动化是“数字矿山”最现实、最踏实的基础。现在人类已经进入了信息化的时代，我国煤炭企业应该抓住数字化带来的矿山企业改造与发展机遇，利用信息技术，改造传统产业，将数字矿山建设与整个煤炭企业的技术创新、管理改革相结合。
【参考文献】
[1]钱建生.浅谈数字化矿山.
[2]李世银.基于光纤传输和计算机网络的煤矿综合调度通信系统.