建设智慧矿山的现实与基础.docx

建设智慧矿山的现实与基础（一）智慧矿山技术的发展现状1. 国内智慧矿山技术研究的现状与发展趋势智慧矿山概念从2010年从发达国家传入国内，一经传入，既在我国矿业届 引起了极大震动，许多矿山、设备研发制造厂家和科研单位、大学纷纷推出了自 己对智慧矿山的理解。山东省明确将建设智慧矿山定为基本省策。并通过了建设 智慧矿山的一系列的规范、规定，开始了首个智慧矿山省的建设。我国矿山技术的发展经历了原始阶段-机械化一数字化-正在向智慧化方向迈 进。智慧主要生产系统方面进行了无人采煤工作面的建设，情况如下：2000年铁法小青（德国DBT北京煤机厂）、2003年马兰、2005年大同引进 DBT刨煤机自动工作面。2007年东滩煤矿完成首个自主知识产权的无人面，2010 年龙口矿业集团完成首个海下无人面。神化神东公司2005年先后建成榆家梁煤 矿哈拉沟半截深、补连塔全截深工作面。河南义煤集团首个综放工作面，预计今年10月投产。河北峰峰、山东新汶华恒等，以开采“三下压煤”实现地面不塌陷目的的自 动充填工作面系统，应用效果很好，并在推广之中。提供技术装备的公司和研究机构有：自主知识产权的研究方面：国家863项目2009年在西安启动，参加研究的 单位有中国矿业大学、西安煤机厂和陕西煤矿化团，名称“煤矿井下采掘遥控关 键技术”。北京煤机厂：运输机等。兖州矿业煤机厂：液压支架山西科达自动化公司致力于研发自主知识产权的智慧采煤工作面系统的成 套产品集成，并取得了可喜成果，完成晋城古书院和阳泉荫营煤矿自动化工作面 项目，控制系统的建设。安徽山河矿业装备公司：薄煤层无人面。非煤矿山智慧采矿工作面：非煤矿山的采矿受地质条件的限制，主要在智慧爆破采矿方面。在此方面发 展了数码雷管爆破采矿技术。智慧掘进工作面主要有：智慧化煤巷机械化掘进工作面，在自动掘进、自动支护（锚网支护）、自动 运输、智能综合降尘等方面有较大突破，代表作是潞安矿业的王庄煤矿。在智慧化岩巷掘进工作面，岩巷机械化掘进线、喷浆机器人喷浆支护方面取 得了进展。智慧化普掘工作面，智能爆破监控、综合防尘等方面取得了明显进展。掘进 工作面的智能化还没有达到无人值守水平。智慧生产辅助系统：就是实现以无人值守为主要特征的智慧运输系统（含皮带运输、辅助运输） 智慧提升系统、智慧供电系统、智慧排水系统、智慧通风系统、智慧调度指挥系 统、智慧通讯系统。辅助系统的智慧化工作，近年来发展非常迅速，大批的具有自主知识产权的 技术产品被广泛用于煤矿辅助系统。例如，山东省在全省主要煤矿系统全面强制推广了智慧无人排水系统、智慧 无人供电系统、智慧无人皮带集中控制系统、智慧无人压风系统、智慧无人提升 系统、智慧主风机无人系统。山东能源集团等在矿井调度指挥、通讯方面进行了 智能化建设，实施了“e”矿山工程、矿井“一卡通、物联网”工程，在通讯技 术方面，装备了井下无线通讯、有线通讯、广播通讯以及井下千兆光纤环网通讯 系统，调度智能化工程等，大大提高了智慧化水平，极大地促进了安全生产、经 济效益。山西、河南、安徽等省，以及神化、中煤等大型国有煤矿也推出了大量的智 慧辅助系统。大大促进了矿井辅助系统的技术进步。中国矿业大学、山东科技大学、北京科技大学、煤矿总院等高校和研究单位 积极投入有关研究，山西科达自动化等一大批国内设备制造企业投入相应的研究 和生产，取得了很大大进步。智慧职业健康与安全环保系统智慧职业健康与安全环保系统将安全管理的理念大大前移，从传统的以保护 生命为目标的“安全生产，关爱生命”，跃升为以促进健康和幸福为目标的“洁 净生产，关注健康”的战略高度。智慧安全环保就是对影响职工身心健康的安全 环境超前预防、超前控制、实现本质安全。在这方面近年来取得的技术突破主要有：激光光纤传感器技术，由激光驱动的传感技术，实现了无电工作，无电传输， 免维护。是传感技术的革命性进步。二氧化碳防灭火系统，实现了智慧化，在易操作性，防灭火效果等方面大大 超过了氮气防灭火系统。智能爆破监控系统，依照本质安全理念，智慧控制的理念，实现了对爆破全 过程的自动监控自动控制，实现了“爆破本质安全，不安全就不能爆破”。无线传感与物联网技术，物联网就是一种基于无线传输、自动组网技术的传 感器组合系统，传感器的无线化和自动组网功能大大提高了安装使用的效率和适 应性，为监控数据的获取传输、利用，提供了更加方便的技术手段，开拓了更加广 阔的空间。智慧清洁生产技术方面，主要发展了智慧防尘技术，包括智慧注水技术和设 备、智慧高压、净水技术和设备、喷雾添加剂、智慧风流控制技术、粉尘监控技 术等等，对于综采、综掘、普掘、普采作业工作面的防尘、降尘、除尘都产生了 非常好的效果，使煤矿的生产安全环境由重污染，快速向洁净生产方向转变。为 保障实现洁净生产，消除尘肺病，实现职工的身心健康做出了很大贡献。例如山 东能源枣矿高庄煤矿就在洁净生产方面就取得了惊人的业绩。冲击地压是最近几年才越来越突出的一种灾害，在山东等开采深度大的矿井 引起了多起事故。在这方面，一方面引进波兰等一些国家的先进技术，另一方面 北京科大、山东科大、中国矿大等，做出了深入的研究，形成了基本成熟的理论 体系模型和相应的监控系统，正在使这一新的灾害获得控制。在人员监控方面，正在发展的精确定位系统，将改变现有人员管理系统定位 不准或者不能定位的缺点，扩大人员管理系统的应用范围。智慧通风系统方面，在自动风门、主扇风机变频自动控制、局扇自动控制、 通风参数监测、通风网络自动解算和整个系统自动控制等方面，都进行了一些深入研究，其目标就是实现全矿井通风系统的智慧化，无人值守，自动调节。水害监控的智慧化方面，有水文监控系统、水害探测系统、自动排水系统等进 -LB 步。智慧视频监控系统，发展了基于无线传输的系统、光纤数码传输系统、海量 图片的储存识别系统，并向高速摄像、自动脸谱识别方向快速发展。应急救援智 能化、通讯、人员探测等技术方面也有较好的发展。在环境保护方面，快速发 展了污水处理、砰石处理、除尘等技术。在安全距离智慧监控方面，正在向自动 实时监控、自动成图方面发展。智慧（技术管理后勤）保障系统：发展了地、测、采、掘、机、运、通、调度、计划、设计等的信息化、智慧 化系统。是指针对矿山的智慧化RP系统、办公自动化系统、物流系统、生活管 理、考勤系统等。智慧矿山的技术的发展的趋势就是，危险场所远程智能控制，无人值守。2. 国外智慧矿山技术研究的现状与发展趋势国外文献中有“智能矿山及其实现”论文（Intelligent Mine And Its Implementation”是由芬兰科学家佩卡普基拉，尤卡（Sarkka, Pekka ; Pukkila, Jukka ）发表在 APCOM（国际计算机及运筹学在矿业中应用学术会议）2002 - Application Of Computers And Operations Research In The Minerals Industry APCOM 2002年（在采矿业中应用计算机和运筹学 论文集）的Information Technology Implementation （信息技术的实现）章节中，其中介绍了芬兰在智 慧采矿技术方面的成果。还有一些美国、加拿大等采矿智慧化的介绍。通过这些介绍，可以看出发达国家的采矿业已经全面向智慧方向推进，并取 得了非常好的高效率、高安全的业绩。总体来讲，就是采用计算机程序控制、运筹学技术等，达到减少人员占用，尽量采用工业机器人技术，达到危险环境无人值守的高效率、 高安全的目标。（二）矿山安全生产形势与现状根据国家煤矿安全监察局统计数据，“十一五”期间共发生煤矿事故10339起、死亡16811人。煤矿事故起数和死亡人数逐年连续保持较大幅度下降。2010 年与2005年相比，事故起数减少1903起、下降57.6%，死亡人数减少3505人、 下降59%。0050004000500030心 O O2O O 6人？匚死0040OO1 O6 O O 27OO218份200年9 O O 2O 1X O2“十一五”期间煤矿事故统计图较大事故总体下降。“十一五”期间共发生较大事故750起、死亡3414人， 较大事故起数和死亡人数呈不断下降趋势。2010年与2005年相比，较大事故起 数减少98起、下降47.1%，死亡人数减少360人、下降41%。见图。“十一五”期间煤矿较大事故统计图重大事故总体下降，但有波动。“十一五”期间共发生重大事故125起、死 亡1957人。2008、2010年有所反弹，但总体呈下降趋势。2010年与2005年相 比，重大事故起数减少29起、下降61.7%，死亡人数减少484人、下降62.2%。 见图。-4扼图1-1-5 “十一五”期间煤矿重大事故统计图特别重大事故较大幅度下降，但未得到根本遏制。“十一五”期间共发生特 别重大事故24起、死亡1108人。特别重大事故起数在2008、2010年有反弹， 但扭转了 2004、2005年煤矿百人事故相对多发的势头。2010年与2005年相比， 特别重大事故起数减少5起、下降45.5%，死亡人数减少723人、下降75.2%。 见图。图“十一五”期间及2005年煤矿特别重大事故统计图煤炭生产百万吨死亡率持续下降，煤矿安全生产形势持续稳定好转。图 “十一五”期间百万吨死亡率统计图与世界主要产煤国家可对比指标分析：“十一五”期间，与世界主要产煤国家相比，中国煤炭产量持续保持世界第 一，2009年占世界煤炭产量43.9%；煤矿死亡人数、百万吨死亡率仍然较高，与 世界其他主要产煤国家相比仍有一定差距，尤其是与发达国家相比差距明显，但 差距在逐年缩小。见附表。附表6 “十一五”期间世界主要产煤国家安全生产情况表主要产煤国家安全指标2006年2007年2008年2009年2010 年中国煤炭产量（百万吨）233178252342274857304989325000死亡人数47463786321526312433百万吨死亡率2.041.4851.1820.8920.749美国煤炭产量（百万吨）1054.851040.231063.07973.2死亡人数47333018百万吨死亡率0.0440.0320.0280.018俄罗斯煤炭产量（百万吨）309314.52328.8300.6死亡人数8428415957百万吨死亡率0.270.9030.4840.19印度煤炭产量（百万吨）419384425558死亡人数1351286881百万吨死亡率0.310.300.160.15南非煤炭产量（百万吨）244.78247.67252.25250死亡人数20151518百万吨死亡率0.0780.0560.060.07澳大利亚煤炭产量（百万吨）373.8399401.5409死亡人数2304百万吨死亡率0.0050.00800.01波兰煤炭产量（百万吨）155.2145.8143.9135死亡人数45162536百万吨死亡率0.290.110.180.266世界煤炭产量合计（百万吨）6186.66408.16793.66940.6中国煤炭产量占世界百分比（%）37.739.340.543.9当前，我国还处于生产安全事故高风险时期，制约煤矿安全生产的新老问题 并存，煤矿重特大事故还没有得到根本遏制。安全形势依然严峻。十二五期间煤矿安全面临的问题1. 市场对煤炭需求疲软，煤炭价格下滑，许多煤矿处于亏损状态，盲目发展， 产能过剩，扭转了供需关系，加大了煤矿安全生产压力。煤炭市场需求预计到 2015年将达到40亿吨，产能达到60亿吨左右。2. 安全基础仍然薄弱，保障能力低。当前我国煤矿约14000处，产能30万 吨/年以下的煤矿仍有9000余处。大多数生产工艺技术落后，设备陈旧老化，安 全管理水平低。煤矿尘肺病等职业危害仍较为严重。3. 煤矿灾害日趋严重。我国煤矿约91%是井工矿，在世界主要产煤国家中开 采条件最复杂。煤矿开采深度平均每年增加20米以上，随着开采深度和开采强 度的不断增加，相对瓦斯涌出量平均每年增加1立方米每吨左右，高瓦斯矿井数 量每年增加4%，煤与瓦斯突出矿井数量每年增加3%。矿井突出危险性加大，水、 火、冲击地压、热害等灾害越来越严重，防灾抗灾难度加大。十二五期间非煤矿山安全形势与存在问题2010年底全国非煤矿山基本数据分类方式生产矿山（座）占总数在建矿山（座）金属矿68749.05%按矿产资源分按开采方式分按生产规模分非金属矿能源及水气矿地下矿 一露天矿其他矿大型矿 中型矿小型矿67716134780326786243671183773429非煤矿山合计7593789.18%1.77%10.58%89.37%0.05%0.88%2.42%96.7%373065090167591948110239“十一五”期间非煤矿山企业生产安全事故情况年份总事故数其中较大事故重大事故特别重大事故起数死亡人数死亡人数与 上年相比起数死亡人数起数死亡人数起数死亡人数200618722277 2.78%7430022700200718612188 3.9%7930124600200814162068 5.5%632491192326200912301540 25.5%4517647000“十二五”期间非煤矿山安全生产面临严峻形势与挑战。是事故总量依然较大。“十一五”期间每年死亡人数逾千人，近50%的事故集中并高发于中西部和矿业大省，非法违法生产造成的事故后果严重；占33.8% 的事故死亡人数是“三违”所致；因施救不当造成事故扩大的现象时有发生。二是安全生产基础薄弱。小型矿山占非煤矿山总数的96%，因规模小，普遍 存在安全生产保障能力差、安全装备水平低、企业安全管理薄弱、安全投入和技 术力量普遍不足、员工整体素质差和企业安全生产主体责任不落实、不到位的现 象，非煤矿山应急救援技术水平不高、经验不足。三是安全生产法制机制建设仍不适应发展需要。四是非煤矿山安全生产压力较大。五是全社会对安全生产的期望值越来越高。（三）信息化与工业化深度融合的基础“两化”融合是工业转型升级的重要动力，“两化”深度融合是“四化”同步发展的引擎。推动信息化和工业化（以下简称“两化”）深度融合，是党的十 八大作出的一个重要的战略部署。我国提出转方式、调结构的任务已15年了， 全国政协经济委员会副主任、工业和信息化部原部长李毅中指出“'两化融合 的当务之急是传统产业的改造升级，产业升级的主要意义不是“高端产业”对“中 低端产业”的简单替代，而是各类产业全方位的节约化、清洁化、信息化、服务 化。只有在制造业高度发达的基础上，才能真正拓展现代服务业的发展空间。”2011年工信部关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见提出 以科学发展为主题，以加快转变经济发展方式为主线，坚持信息化带动工业化， 工业化促进信息化，重点围绕改造提升传统产业，着力推动制造业信息技术的集 成应用，着力用信息技术促进生产性服务业发展，着力提高信息产业支撑融合发 展的能力，加快走新型工业化道路步伐，促进工业结构整体优化升级。同时指出 四大基本原则为：创新发展，绿色发展，智能发展，协调发展。智慧矿山建设旨在政策引导下，建立以企业为主体，社会服务力量广泛参与， 政府营造环境的“两化融合”推进体系。智慧矿山是本质安全矿山、高效矿山、 清洁矿山。智慧矿山建设是以信息化创新研发设计手段，促进产业自主创新能力 提升。推动生产装备智能化和生产过程自动化进程中，加快建立现代生产体系。 同时，也是以信息化推动绿色发展，提高资源利用和安全生产水平。提升信息产 业支撑“两化”深度融合的能力，促进信息产业加快发展。（四）智慧城市建设加快推进的引导国务院关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干意见指出： 大力推进信息化发展和切实保障信息安全，对调整经济结构、转变发展方式、保 障和改善民生、维护国家安全具有重大意义。推动城市管理信息共享，推广网格 化管理模式，加快实施智能电网、智能交通等试点示范，引导智慧城市建设健康 发展。智慧城市建设是贯彻党中央、国务院关于创新驱动发展、推动新型城镇化、 全面建成小康社会的重要举措。十二五”期间，320多个城市在建设“智慧城市”上的直接投资合计超过 3000亿元。业内人士估算，“十二五”期间用于建设“智慧城市”的投资总规 模将可能高达5000亿元，而随着日后更多城市启动“智慧城市”建设，以及相 关服务的推出，“十二五”期间各地“智慧城市”建设将带来2万亿元的产业机会。智慧矿山建设是实现住建部国家智慧城市（区、镇）试点指标体系（试行） 提出的“智慧管理与服务”的重大专项应用，同时也是“智慧产业与经济”提 出的产业规划、升级，重点产业发展方向是实施策略。（五）深入推进科技强安，加快安全生产形势根本好转国家安全生产监督管理总局、国家煤监局在煤矿安全生产“十二五”规划、 非煤矿安全生产“十二五”规划中提出的主要任务和重点工程是：煤矿主要任务（一）完善煤矿企业安全生产保障体系，提高煤矿安全水平和事故防范能力。（二）完善煤矿安全监察监管和社会监督体系，提高监察执法和群防群治能 力。（三）完善煤矿安全科技支撑体系，提高技术装备的安全保障能力。（四）完善煤矿安全法律法规和政策标准体系，提高依法依规安全生产能力。（五）完善煤矿安全生产应急救援体系，提高事故救援和应急处置能力。（六）完善煤矿安全宣传教育培训体系，提高安全素质和自救互救能力。煤矿重点工程（一）瓦斯综合治理工作体系建设工程。（二）水灾、火灾和冲击地压等矿井重大灾害治理工程。（三）煤矿井下安全避险“六大系统”建设工程。（四）安全质量标准化达标工程。（五）煤矿机械化改造提升工程。（六）安全技术研发与推广工程。（七）安全教育培训工程。（八）职业危害治理工程。（九）应急救援队伍建设工程。非煤矿主要任务：（一）提高安全生产准入门槛。（二）着力推进安全专项整治。（三）进一步完善非煤矿山安全生产法制建设。（四）加强安全监管能力建设。（五）提高安全生产科技水平。（六）提高应急救援能力。（七）加强安全生产教育培训工作。（八）强化职业危害管理。非煤矿重点工程（一）重大安全隐患治理工程。（二）安全监管队伍及装备建设工程。（三）安全技术支撑体系建设工程。（四）安全教育培训基地建设工程。（五）安全科技创新与示范工程。（六）安全监管信息化建设工程。从中，可以看到，科技兴安、科技保安的分量。怎样的科技才能兴安？怎样 的科技才能保安？显然，智慧矿山技术能够实现无人、能够实现本质安全，实现不安全就不能 生产。今后深入推进科技装备的方向、加快推进科技装备的方向就是智慧矿山技术。（六）深化科技体制改革，以企业创新为主题，建设创新型国家 的必然选择中共中央、国务院关于深化科技体制改革加快国家创新体系建 设的意见提出：以提高自主创新能力为核心，以促进科技与经济社 会发展紧密结合为重点，进一步深化科技体制改革，着力解决制约科 技创新的突出问题，充分发挥科技在转变经济发展方式和调整经济结 构中的支撑引领作用，加快建设中国特色国家创新体系，为2 0 2 0 年进入创新型国家行列、全面建成小康社会和新中国成立10 0周年 时成为世界科技强国奠定坚实基础。主要原则是：坚持创新驱动、服务发展，坚持企业主体、协同创 新，坚持政府支持、市场导向，坚持统筹协调、遵循规律，坚持改革 开放、合作共赢。智慧矿山建设大力提高自主创新能力，实现创新驱动发展。同时 智慧矿山产业联盟突出企业技术创新主体作用，强化产学研用紧密结 合，促进科技资源开放共享，各类创新主体协同合作，提升国家创新 体系整体效能。制定智慧矿山标准体系，统筹发挥政府在战略规划、 政策法规、标准规范和监督指导等方面的作用与市场在资源配置中的 基础性作用，营造良好环境，激发创新活力。智慧矿山产业联盟作为智慧矿山建设的主体，在加强技术创新， 推动技术改造，促进传统产业优化升级方面起到引领带头作用。联盟 围绕节能降耗、生态环境、安全生产等重点，完善新技术新工艺新产 品的应用推广机制，提升传统产业创新发展能力。针对行业和技术领 域特点，整合资源构建共性技术研发基地，在重点矿区建设技术创新 平台。同时，完成了智慧矿山白皮书，提出了智慧矿山示范省 建设指导意见与实施细则、智慧矿山示范矿建设指导意见用与实 施细则，建立健全了知识转移和技术扩散机制，加快科技成果转化 应用。拟定了智慧矿山建设标准体系与智慧矿山发展总体规划， 做到统筹部署和协同创新，提高创新体系整体效能。智慧矿山的建设从企业主体创新出发，充分发挥科技在转变经济 发展方式和调整经济结构中的支撑引领作用，为2 0 2 0年进入创新 型国家行列矢志笃行。