智慧矿山，未来的必由之路
01
智慧矿山一路走来
智慧矿山是指采用现代高新技术和全套矿山自动化设备等来提高矿山生产效率和经济效益，通过对生产过程的动态实时监控，将矿山生产维持在最佳状态和最优水平。新型数字化技术能够帮助传统采矿企业在生产供应链、设备管理、工业生产系统、新员工培训等环节实现提升，以优化管理、提升效率、节省成本，从而推动整个行业的持续发展。
2010年，智慧矿山概念从发达国家传入我国，随即在我国矿业界引起极大震动。
中南大学教授、博士生导师周科平认为，21世纪的矿业，就是要构建一种新的智能模式，实现资源与开采环境数字化、技术装备智能化、生产过程可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。
矿业企业“智能化”高速发展
2012年，陕煤化集团红柳林矿建成了国内首个智能化采煤工作面，初步实现了“工作面有人巡视、无人操作”的工作模式。
2018年3月，世界首套8.8米超大采高智能工作面、国内首个数字矿山示范矿井和世界首个智能煤矿地面区域控制指挥中心，在国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿建成投运。这也是我国高端采煤装备国产化进程中的一项重要突破。
目前，国内各大矿区都在推进智能化采煤工作面建设：兖矿集团成功研发1米以下薄煤层自动化安全高效开采成套技术装备与生产工艺；山东能源枣庄矿业集团的11个采煤工作面、陕煤化集团黄陵矿业公司所属4对矿井全部实施了智能化开采，形成了薄煤层、中厚煤层到厚煤层智能化开采的全覆盖……
据统计，我国煤炭行业已经建成了100多个智能化采煤工作面，实现了地面一键启动、井下有人巡视、无人值守。
政府鼎力支持
2016年，原国土资源部发布《全国矿产资源规划(2016～2020年)》，明确提出未来五年要大力推进矿业领域科技创新，加快建设数字化、智能化、自动化矿山，大力发展“互联网+矿业”。
2018年5月1日，国家标准《智慧矿山信息系统通用技术规范》(GB/T34679-2017)正式颁布实施，标志着我国智能化矿山建设已开始真正落地。
今年年初，国家煤矿安全监察局发布《煤矿机器人重点研发目录》，明确将大力推动煤矿现场作业的少人化和无人化。相关规划明确，到2020年，我国将建成100个初级智能化示范煤矿，2025年全部大型煤矿基本实现智能化。
“智慧矿山是新时代对矿山人提出的新要求，建设信息化、数字化、智能化、无人化的现代化矿山，不仅是党和国家交给矿业人的政治任务和目标，也是现实环境的要求。”青岛中鸿重型机械有限公司董事长宁晓峰表示。
02
智慧矿山的三头六臂
从技术的角度来看，智慧矿山就是矿山数据的实时获取、数据通信和集成、智能化数据处理及而向需求的智能化服务。主要包括以下关键技术：
空间信息技术
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实现矿山信息采集和处理的实时化、自动化、智能化。
智慧矿山建成，矿山全貌将一览无遗！
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。
这种技术将实现远程爆破、开挖、选矿、采矿、运输等复杂操作。
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。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。
采矿过程中有任何意外，计算机分析最好的解决方案，一键解决！
三维模拟和虚拟现实
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。
这项技术能帮助你在采矿前就能预知采矿会出现的所有情况，助你未雨绸缪！
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。
智慧矿山不仅提供矿山数据帮助，还能提供智能服务变，为你提出最优采矿路线、最优开挖点等！
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、先进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。
03
智慧矿山，未来能有多智慧？
科学技术的发展日新月异，很多东西都会随着时间的推进不断进化。如今最热门的5G、VR等技术已经不断武装智慧矿山了。
5G
在6月25日MWCS期间召开的"5GisON峰会"上，包钢（集团）公司副总经理兼包钢股份董事长李德刚，详细介绍了包钢集团在5G条件下的智慧矿山建设项目情况。"包钢正在逐步实现5G技术下的智慧矿山蓝图，运用于运矿车辆无人驾驶、无人机测绘地理信息、矿山生产调度监控，以及5G技术支持的无线数据传输等各个领域。"李德刚表示。
5G是怎么改变智慧矿山的呢？首先，从工业控制的角度看，引入网络时延小于20毫秒的5G技术以后，矿山控制将更快更及时！
其次，随着网络速度的加快，许多工业互联网应用场景将得到改变。因工业互联网对时延的要求非常高，之前很多远程检测和遥控的场景必须通过有线网络实现。例如：在工业现场存在大量移动设备和转动部件，对其检测或控制时采用有线网络就会受到限制或非常困难。而5G时代的到来，可以通过移动网络实现检测或遥控数据的传输，彻底解决了有线传输的困难问题，采矿控制进入无线时代！
VR
在智慧矿山中，VR虚拟现实技术可以通过在虚拟环境中的模拟实训，大幅降低在真实环境中操作的错误，从而提高安全水平以及应对安全事故的应急处置能力。
VR虚拟现实技术应用将大幅提升生产力，创造巨大经济价值。从而促进矿山行业可持续发展。VR技术走进矿业行业，让矿山更智慧、更安全。
未来，三维地图科技、X射线衍射科技的利用、轨道系统自动化、重新设计挖掘机、仿真模拟器、环境友好型矿石开发技术、隧道掘进自动化等一系列的黑科技会给智慧矿山带来巨变！
从目前情况来看，我国的智慧矿山建设仍有很多亟需完善的地方，第一是机械化特征。人工管理机械化手段，作弊和管理不完善，采用自动化生产和矿山生产设备仍旧不能全面普及。第二，矿山企业管理者对互联网矿山意识度不够，信心不够强大。第三，矿区生产环境复杂，矿山开采难度大。第四，矿山企业普遍存在重视程度不够、信息化和智能化投资不足、复合型人才缺乏。
智慧矿山深度研究报告
来源：工控兄弟连
●一、智慧矿山是未来发展趋势●
1.1智慧矿山是什么？
智慧矿山，是指基于现代煤矿智能化理念，将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、工业互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术深度融合，形成矿山全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的完整智能系统，实现矿井开拓、采掘、运通、分选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程的智能化运行。
通俗的讲，智慧矿山与传统煤矿就像智能手机和普通手机，智能汽车（无人驾驶）和传统汽车。以无人驾驶为例，通过“地图+规划+预测”结合“大数据平台+人工智能”可以实现信息化，通过“控制+定位”结合“机器学习+仿真训练”可以实现智能化驾驶。智慧煤矿也是在现有煤矿基础上开发应用各种新技术、不断发展完善新理念实现煤矿智能化。
普通煤矿如何发展成智慧煤矿，一是需要智能系统基站、远端控制平台等基础建设；二是需要煤机等装备智能化改造或购置；三是需要交互式信息平台、数据分析系统平台等软硬件建设；四是需要各子（分）控制系统和控制技术的相互衔接与融合，如综采子系统、综掘子系统、安全子系统、提升子系统等融合形成整个矿山的智能化成套控制系统。
智慧矿山的主要特点：
智慧矿山的显著标志就是“无人”，就是开采面无人作业、掘进面无人作业、危险场所无人作业、大型设备无人作业，直到整座矿山无人作业。整个矿山的各个方面都在智慧机器人和智慧设备下操作完成。
智慧矿山情景逻辑
1.2发达国家智慧矿山发展相对较早
西方发达国家从上世纪90年代就开始研究智能开采技术，尤其是加拿大、美国等国家，为取得在采矿工业中的竞争优势，曾先后制定了“智能化矿山”和“无人化矿山”的发展规划。
加拿大国际镍公司从20世纪90年代初开始研究自动采矿技术，拟于2050年在某矿山实现无人采矿，通过卫星操纵矿山的所有设备，实现机械自动采矿；美国1999年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；2008年，力拓集团就启动了“未来矿山”计划，部署了围绕计算机控制中心展开的无人驾驶卡车、无人驾驶火车、自动钻机、自动挖掘机和推土机，2018年底，力拓批准投资26亿美元，在西澳洲打造首个纯“智能矿山”项目；2018年，英美资源集团启动“未来智能矿山”计划。
海外大型矿山公司已经布局智慧矿山：力劲集团于2018年底决定投资26亿美元将Koodaideri铁矿项目打造成全球首个纯智能矿山；2018年英美启动“未来智能矿山”计划，采用机器人、虚拟技术、智能传感代替人工。
全球十大矿业公司基本信息
十大矿业公司2010-2019年合计营业收入变化
十大矿业公司2019年综合净利润变化
1.3煤矿开发经历机械化-自动化-智能化
（1）煤矿机械化程度逐年提升
我国从上世纪70年代引进综采综掘设备，80年代推行综合机械化开采，到自行研制大型煤矿机械装备，实现了煤机装备国产化，煤机装备制造位于世界领先行列。煤机主要包括掘进机、采煤机、刮板运输机、液压支架等。截止2018年，全国采煤机械化程度达到78.5%，相比1978年的32.3%显著提升。
高可靠性采掘装备是实现工作面自动化、智能化开采的基本保障。“十一五”以来，国产大型煤机装备发展迅速，攻克了一系列制约煤机装备发展的技术瓶颈，逐步建立了采、掘、运、支成套装备，成功研发了成套系列化国产煤机装备，采煤机装机总功率达到近3000kW，截割功率达到1150kW，截割高度突破8.8m，生产能力达到4500t/h，达到世界领先水平。
（2）煤矿采煤自动化逐步升级
为了满足煤矿开采技术要求，必须运用电气自动化控制技术对采煤机性能进行相应改良，从传统的机械采煤机逐步形成自动化控制程度更高的滚筒式采煤机。随着电气自动化技术的不断更新，在机械设备的操控方面，电液控制技术不断发展。采煤自动化技术在煤矿企业得到了广泛的应用，不仅可提高煤炭企业自身的生产效率，也减少人工成本。
（3）煤矿智能化是循序渐进的过程
智慧煤矿逐步由单个系统智能化向多系统智慧化方向发展，建立“感知→互联→分析→自学习→预测→决策→控制”的基本运行框架，初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧矿山。智能化管控平台在大数据技术的支持下可以对整个矿山运行的状况进行分析，并通过互联网上传到云平台，但真正做到云计算、达到为生产决策和管理服务还需进一步突破数据结构优化、分布式计算等核心技术。
煤矿开采技术逐步升级
煤矿机械化产品逐步升级
1.4新基建将助力智慧矿山
中共中央政治局常务委员会3月4日召开会议提出要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。随后，各地政府纷纷出台了大规模的新基建投资计划。可以预见，以5G网络、人工智能、工业互联网、大数据中心等为代表的新型基础设施建设将明显提速，并成为我国新一轮经济增长的新动能。
我们认为，新基建发展提速将促进我国煤炭行业加速转型升级，为煤炭行业智能化发展提供良好机遇。新基建提到的工业互联网、大数据中心、5G基站建设、人工智能等将极大提升煤炭行业智能化水平。
新基建包含的七大领域中四大领域与煤炭相关
1.5智慧矿山发展前景广阔
《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》提出，到2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。目前，煤炭智能化开采还处于示范阶段，适用于条件较好的工作面，随着技术水平的提升，未来10-20年内或将大范围应用。
存量煤矿改造市场规模上万亿：根据平煤集团智能化改造实践，单个煤矿投资约2亿元，在整个投资中的比例分为三部分：基础设施占10%，集成平台占10%，刮板机、运输等设备类投资占80%。目前，全国煤矿数量超过5000处，整体投资规模将达到上万亿，其中智能设备市场约8000亿，与智能化相关的基础设施、集成平台市场约2000亿。
新建单个千万吨级煤矿投资10亿元：除了存量煤矿的智能化改造，新建煤矿可以实现从顶层设计-施工建设-运行维护一体化，从一开始就最大程度解决智慧矿山可能遇到相关问题，较为彻底的实现智能化开采。2020年4月，天地科技开采设计事业部将与陕西延长石油巴拉素煤业有限公司合作新建智能化示范煤矿（千万吨级矿井），该项目研究、设计及部分系统建设经费近5000万元，矿方后期配套智能系统建设总投资10亿元。
智慧矿山可以应用到非煤矿山、智慧城市等领域。在非煤矿山方面，全国还有3万多座，非煤矿山的风险程度不亚于煤矿，智能化发展具有较大需求。在智慧城市方面，天地科技重庆研究院已经将智慧安监系统应用到智慧城市领域。
●二、政策大力支持智慧矿山发展●
2.1智慧矿山已经列入重点支持方向
煤炭智能化开采是国家重点支持的能源技术创新方向之一。2016年6月1日，国家发展改革委和国家能源局对外发布《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》行动计划，明确了能源技术创新的15个重点任务：一是煤炭无害化开采技术创新。2030年实现智能化开采，重点煤矿区基本实现工作面无人化，全国煤矿采煤机械化程度达到95%以上。
截止2019年底，智能开采已在国内主要的产煤地区进行试验和生产，先后在兖矿、神东、宁煤、中煤、陕煤、同煤、阳煤、平煤、晋煤、峰峰等矿区的200多个工作面进行了应用。天地科技智能化开采技术应用于国内第一座智能煤矿，首次研制的综采成套装备智能化系统在黄陵一矿推广应用，实现了“工作面有人巡视，无人操作；顺槽可视化控制，地面远程割煤”；工作面生产作业人员由11人递减至3人，生产效率提高25%。2019年，国家煤监局发布《煤矿机器人重点研发目录》，明确将大力推动煤矿现场作业的少人化和无人化。
煤炭智能化开采工作面应用采矿情况
2.2八部委发布政策为行业指明方向
2020年3月2日，国家发改委等8部委联合发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（以下简称“意见”），推动智能化技术与煤炭产业融合发展，提升煤矿智能化水平。《意见》提出，鼓励金融机构加大对智能化煤矿的支持力度。鼓励企业发起设立相关市场化基金，形成支持煤矿智能化发展的长效机制。
（1）《意见》实施分为三阶段
《意见》提出，到2021年，建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行技术体系，基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。
到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、采掘(剥)、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业，露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。到2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。
（2）《意见》提出了十大主要任务
包括加强顶层设计，科学谋划煤矿智能化建设；强化标准引领，提升煤矿智能化基础能力；推进科技创新，提高智能化技术与装备水平；加快生产煤矿智能化改造，提升新建煤矿智能化水平；发挥示范带动作用，建设智能化示范煤矿；实施绿色矿山建设，促进生态环境协调发展；推广新一代信息技术应用，分级建设智能化平台；探索服务新模式，持续延伸产业链；加快人才培养，提高人才队伍保障能力；加强国际合作，积极参与“一带一路”建设。
（3）《意见》提出与现代信息技术深度融合
《意见》提出，各部门要加快智能工厂和数字化车间建设，推进大型煤机装备、煤矿机器人研发及产业化应用，实施机械化换人、自动化减人专项行动，提高智能装备的成套化和国产化水平。要加快工业互联网和车联网、新一代通信技术、云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等现代信息技术在煤炭工业领域的推广应用。要打造煤矿智能装备和煤矿机器人研发制造新产业，建设具有影响力的智能装备和机器人产业基地。
（4）鼓励金融机构加大对智能化煤矿的支持力度
加大政策支持力度，建立智能化发展长效机制。对验收通过的智能化示范煤矿，给予产能置换、矿井产能核增等方面的优先支持。在煤矿安全改造中央预算内投资安排上，对积极推广应用井下智能装备、机器人岗位替代、推进煤矿开采减人提效的煤矿予以重点支持。对新建的智能化煤矿，在规划和年度计划中优先考虑。将煤矿相关智能化改造纳入煤矿安全技术改造范围，探索研究将相关投入列入安全费用使用范围。研究相关产业扶持政策，鼓励金融机构加大对智能化煤矿的支持力度。鼓励企业发起设立相关市场化基金，形成支持煤矿智能化发展的长效机制。
2.3重点省份出台政策支持智能开采
我国中东部地区煤矿开采时间较长，山东、河南、山西、贵州等省份由于开采深度不断下移，安全投入越来越高，纷纷发展煤矿智能化开采。
（1）山西
山西能源革命综合改革试点动员部署大会提出，要变革煤炭开采方式，向绿色智能时代迈进。山西将开展煤矿智能化改造试点及绿色开采技术试点示范，将智能化改造纳入煤矿安全技术改造、相关投入列入安全费用使用范围，对购置使用符合条件的煤炭清洁高效开发设备抵免企业所得税等政策，加大金融支持力度，有效解决绿色智能矿山建设投入难题。全力推进煤矿智能化改造，以5G通信、先进控制技术为牵引推进智能煤矿建设，大力实施煤炭充填开采、保水开采、煤与瓦斯共采等绿色开采技术，实现煤炭开采“无（少）人化、减损化”变革。
中国煤科与山西综改示范区签约智慧矿山创新基地项目：2020年3月2日，中国煤科与山西签约“全国智慧矿山创新基地（一期）示范生产线建设项目”，计划建设智慧矿山电液控制系统及安全监测系统示范生产线，预计年内完成首期建设。智慧矿山有限公司作为建设“全国智慧矿山创新基地”的平台公司，正在加速推进，将整合全球资源，创新体制机制，加大投资和研发力度，打造智慧煤矿生态圈，发展山西产业集群。
《关于山西省智能煤矿和智能综采工作面建设试点的通知》：要求各建设试点采取积极措施，加大工作力度，尽早建成智能煤矿和智能综采工作面，示范带动煤炭产业链整体质量效益的提升。
（2）河南
2019年，河南全面启动煤矿智能化建设，以推动煤炭产业转型升级为主线，应用先进装备和技术，加快煤炭生产技术变革，全面提升煤矿智能化水平，实现生产过程少人化、无人化，力争到2021年底，实现60万吨及以上煤矿基本完成智能化改造，60万吨以下煤矿全面实现机械化生产。
《河南省煤矿智能化建设实施方案》3年计划
（3）山东
为加快实现山东省煤炭行业高质量发展，助力全省新旧动能转换，山东省政府先后出台了《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》和《山东省煤炭行业加快新旧动能转换实现转型升级实施意见》，提出“到2022年，煤炭开采基本实现自动化、信息化和智能化，力争1/3以上工作面实现智能化无人开采、智能化开采产量比重达到40%以上，生产管理系统基本实现智能化远程可视控制，井下高危岗位职工人数再减少30%，加快建设一批智能、安全、高效的现代化矿井。”
山东已有多座煤矿在智慧化建设、改造方面取得成效；5G商业应用的兴起，助力山东煤炭行业的智能化发展。2018年下半年，兖矿集团先期开展5G技术矿业应用的研究与探索，与中国联通、中兴通讯等5G运营技术厂商进行多轮磋商后，在兖矿总部、东滩煤矿选煤厂、国宏化工公司分别进行5G基站实验性部署，实现重点区域5G网络覆盖，积极推进矿用5G智能传输平台研发设计、东滩选煤厂无人机视频巡检、国宏化工AR远程维修和VR安全教育等场景研究测试工作。
兖矿集团与山东能源集团智能化建设
（4）贵州
2019年5月20日，中国煤科与贵州省能源局签署战略合作协议。根据合作协议，双方将进一步加强煤矿智能装备产业合作，加快推动贵州省煤矿“两化改造”进程，加强科技合作，在智慧矿山、煤炭大数据中心等方面进行研究。
2019年10月，贵州省煤炭工业淘汰落后产能加快转型升级工作领导小组办公室印发了《深入推进贵州省煤矿智能化、机械化升级改造攻坚方案（2019-2020年）》（黔煤转型升级办〔2019〕54号），深入推进贵州省煤矿智能化、机械化升级改造。方案中提出，全面提高煤矿安全生产保障能力，有效提升煤矿生产效率。到2020年底，全省生产煤矿采煤机械化率达到96%、机械化改造实施覆盖率达到100%，辅助系统智能化、信息化服务管理和监控覆盖率均达到100%。
2.4科技创新将持续提升煤矿智能化
我国陆续建立了一系列煤矿领域创新联盟，“智慧矿山产业技术创新战略联盟”“煤矿智能化开采技术创新中心”“中国智慧矿山协同创新联盟”“中国矿业大学（北京）智慧矿山与机器人研究院”“煤矿机器人协同推进中心”“山东省煤矿智能开采工程实验室”“煤矿智能化创新联盟”等单位相继建立，为我国煤炭行业智能化开采技术推广和智能化矿井建设起到积极推动作用。
智慧矿山领域创新联盟
●三、智慧矿山新技术需求和八大系统●
物联网、大数据及人工智能、云计算技术等关键技术解决系统架构和互通、数据处理决策及高级计算问题，其研究及应用程度决定智慧煤矿的发展水平。
3.1智慧矿山新技术需求
（1）基于互联网+物联网平台
基于互联网+的物联网是智慧煤矿的信息高速公路，将承担大数据的稳定、可靠传输任务，起到了精确、及时上传下达的作用，决定了智慧煤矿系统整体的稳定性和可靠性。因此，智慧煤矿的物联网平台必须具有精确定位、协同管控、综合管控与地理信息一体化的特点。
（2）大数据处理及人工智能技术
智慧煤矿的核心技术之一便是大数据的挖掘与知识发现。大量传感器的应用必将产生海量的数据，数据的规模效应给存储、管理及分析带来了极大的挑战。需要充分利用大数据处理技术挖掘数据背后的规律和知识，为安全、生产、管理及决策提供及时有效的依据。
人工智能是近年来迅速发展的科技领域之一，它是在大数据处理的基础上研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法和技术。深度学习是人工智能的核心；能够实现系统自主更新和升级是其显著特征。智慧矿山要成为一个数字化智慧体就必须要有深度学习能力。
未来，在云平台和大数据平台上，融合多源在线监测数据、专家决策知识库进行数据挖掘与知识发现，采用人工智能技术进行计算、模拟仿真及自学习决策，基于GIS的空间分析技术实现设备、环境、人员及资源的协调优化，实现开采模式的自动生成和动态更新。
（3）云计算技术
智慧煤矿物联网使得物和物之间建立起连接，伴随着互联网覆盖范围的增大，整个信息网络中的信源和信宿也越来越多；信源和信宿数目的增长，必然使网络中的信息越来越多，即在网络中产生大数据；大数据处理技术广泛而深入的应用将数据所隐含的内在关系揭示的也越清晰、越及时。而这些大数据内在价值的提取、利用则需要用超大规模、高可扩展的云计算技术来支撑。高维的智慧煤矿模型需要计算能力高且具有弹性的云计算技术。
将上述物联网、大数据及人工智能、云计算技术与生产、安全及保障系统的现有技术装备结合，共同发展和建立智慧煤矿的八大系统。
（4）5G技术
随着煤矿生产智能化程度的提高，井下无人机、智能VR/AR等设备必将大量采用，以便能够对现场进行及时巡查，对设备故障进行远程会诊，而无论是无人机飞行控制、无人机巡检视频回传，还是VR/AR智能远程设备故障诊断与维修，不仅需要极大地消耗网络带宽资源，更需要快速的信息反馈和实时的状态控制。
5G网络的时延(典型)约为10ms，上行稳定带宽约为150Mbps，连接数为106个/km2，网络服务质量(QualityofService，QoS)最高可达99.9999%。5G网络为煤矿智能生产各业务场景的实现提供了强有力的支撑。
开采决策多样化的需求场景
（5）VR/AR技术
虚拟现实(VR)与增强现实(AR)是能够彻底颠覆传统人机交互内容的变革性技术，在煤矿的应用未来可期。其应用可分为3个阶段：
①主要用于三维建模和虚拟展示，如现在的裸眼3D等技术，其基本需求为20Mbps带宽+50ms延时，现有的4G+WiFi基本可以满足。
②主要用于互动模拟和可视化设计等，如多人井下培训系统，其基本需求为40Mbps带宽+20ms延时，Pre5G基本可以满足。
③主要用于混合现实、云端实时渲染和虚实融合操控，如虚拟开采、协同运维等，其基本需求为100Mbps~10Gbps带宽+2ms延时要求，需5G或更先进技术才可满足。
基于5G的多源决策控制示意
基于5G的远程运维场景
3.2智慧矿山的八大系统
将上述物联网、大数据及人工智能、云计算技术与生产、安全及保障系统的现有技术装备结合，共同发展和建立智慧煤矿的八大系统。
（1）基于北斗系统的精准地质信息系统
煤矿地质信息是一种随着采掘活动在时间与空间不断发生变化的四维动态资料，随着信息技术、遥感技术、网络技术等数据采集、储存、管理与传输技术的发展，以北斗系统定位导航、GIS、三维地质建模、虚拟现实等为基础的实时空间－地质信息技术将形成天地一体化的智能信息传感网，从而实现矿山地质信息的实时智能采集、存储与应用。
基于北斗系统的精准地质信息系统
（2）智能矿井通风排运系统
智能通风系统：利用现代通信技术、监测监控技术及自动化控制技术进行矿井通风网络、实施方案的优化及风量、风速的智能实时控制。智能运输系统：对带式输送机的带速、运量、滚筒温度、胶带状态等进行远程集中智能控制。
通风系统智能控制
（3）危险源智能预警和消灾系统
危险源智能预警和消灾系统是以风险预警为核心，对不同类型的危险源进行实时在线监测，利用危险源风险指数评价算法对矿井各区域发生灾害的风险性进行实时在线评估，确定风险类型、等级及解决方案。
（4）智能快速掘进和采准系统
实现智能快速掘进是解决采掘接续矛盾、快速形成采准系统和智能化开采的先决条件，智能快速掘进需要解决“掘－行统一”、“掘－支一体”和“掘－运连续”三大核心难题。
（5）机器人化智能开采系统
机器人化智能开采系统多工种机器人协同工作，机器人群组的控制、联动及协同是智能开采的核心。通过构建物联网系统，保证采－装－运－支等工序环节各机器人群组自动化运行，实现煤矿无人值守、远程监视、自主决策。
（6）矿井全工位设备设施健康智能管理系统
设备预测与健康管理(PrognosticsandHealthManagement，PHM)技术近年来得到广泛关注，主要在军工、航空航天等领域开始展开具体研究。健康管理的主要过程和内容是对大型机械系统全生命周期各阶段的管理和健康维护，主要包括对系统健康指标的建立、检查检测、健康评价和健康恢复等。
矿井全工位设备设施健康智能管理系统
机电系统综合维修决策数据库
（7）矿山绿色开发与生态再造系统
矿山绿色开发主要是指在煤炭开采过程中，最大程度的开发煤炭资源与伴生资源，并且将煤炭开采对地表生态环境、地下水资源等的影响、破坏降至最低，实现资源效益、生态效益、经济效益和社会效益的协调统一，如采用充填开采、煤与瓦斯共采、循环经济园区建设、分布式地下水库等。
（8）智慧煤矿集中管理系统
集成建设以云计算数据中心为基础，以安全管控平台和四维综合管理平台为核心的智慧煤矿系统，对矿井各个子系统进行有效整合、集中管控，及时处理、指导和调节各生产系统和环节的运行，建设智慧煤矿集中管理系统。其中主要包括生产计划管理系统、矿山能耗管理系统、供电及动力系统控制系统等。
智慧煤矿生产计划管理系统
智慧煤矿能耗管理系统
供电及动力系统
上述八大系统形成了基于四维多变量的“透明开采”系统，各个运行的子系统在矿井的所有空间剖面和时间剖面上都能够实现信息的相互关联、控制的相互协同；不但能够掌控生产过程的状态，而且可实现对开采各个系统变化的全要素“透视”，进而执行下一步控制策略，真正实现矿山信息化和智能化控制的深度融合。
●四、智慧矿山典型案例●
1.阳煤集团推动5G技术深度应用
2019年9月5日，阳煤集团与中国移动、华为公司联手推进5G矿用进程，建设全国首个5G煤矿专网。2020年4月29日全国首家取得无线传输设备的隔爆认证。5G煤矿专网为实现“5G+智能采煤”“5G+智能掘进”“5G+智能巡检”等各类5G矿井应用奠定了基础。阳煤集团将进一步丰富5G应用场景，以“5G”技术为牵引推进智能煤矿建设，实现井下“人、机、物、环”的自动监测、实时互联，打造全国“5G+智慧矿山”标杆。
2.大唐集团宝利露天煤矿实现5G赋能无人驾驶
2019年，中国联通内蒙古分公司和中国联通网络技术研究院，携手青岛慧拓智能机器有限公司、联通智网科技有限公司、华为技术有限公司签署框架合作协议，开展基于5G网络智慧矿山无人矿车驾驶示范项目实施，在内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗大唐集团宝利煤矿开展落地实测。5G智慧矿山在内蒙古矿山成功示范运营，解决了露天矿区运营生产痛点，满足智慧矿山的安全、经济、高效等各方面需求，进一步提高矿山运营安全，显著提升矿山作业挖掘效率。
阳煤集团井下5G装备
矿山远程驾驶系统
（3）兖矿集团鲍店煤矿实现井上井下智能化生产
兖矿集团深入推进智能矿山建设，从井上到井下，各种智能化的设备在提高生产力的同时，也为工人的安全提供了保障。在鲍店煤矿，7302智能综采工作面已经逐渐将“采煤无人”变为现实。在通信方面，兖矿集团与多家5G运营技术厂商达成战略合作并成立5G联合实验室，全力建设“5G+智能矿山”，走在了煤矿智能化的前沿。
鲍店煤矿实现了采煤机智能控制、三机一键启停、液压支架自动跟机、采煤机记忆截割、时间频次自动放煤以及可视化远程监控等功能，全力打造了“自动控制为主，人工干预为辅”的智能化生产新模式。
采煤机操作工作室
（4）5G助力全球最大稀土矿“智慧”转型
在全球最大的稀土矿——白云鄂博矿区，巨大的犹如天眼的矿坑里，大型矿用车辆正忙碌地穿梭着。这里有高6.8米、载重170吨的矿卡，也有长13.5米、宽度近8米、重达150吨的电铲车，但令人叹为观止的是，这些“巨无霸”里没有任何驾驶人员，前进、后退、转弯、装卸，都由车辆“自主”完成。
如果您也喜欢这篇文章，欢迎分享给更多的朋友。
你点的每个赞，我都认真当成了喜欢
晋能控股集团：高科技助力“智慧”矿山建设
近日，由晋能控股装备制造集团设计生产的首套智能化大采高综采成套设备，成功在王家岭煤业公司完成地面联合试运转。“这标志着我们集团造出了目前国内领先的高端智能化煤机成套装备。”智能制造事业部总经理高保同说。
打造高端智能化煤机成套装备、为煤矿装备“最强大脑”、加快推进5G+智慧矿山建设……晋能控股集团在煤矿智能化建设方面频频落子，加快智慧矿山建设布局。
打造高端智能化煤机成套装备
“此套设备是我们集团成立以来承揽的首套综采成套设备订单。”高保同说，“整体设计科学、对接密切，克服疫情、汛情、工期紧、任务重等因素影响，仅用时3个月就完成了包括1部采煤机、146架中间架、2架过渡架、6架端头架以及刮板输送机、转载机、破碎机等成套综采设备的设计制造、检验试验、组装调试任务，涉及上万个零部件，总重达到13000多吨。其智能化水平是国内一流的，采用了最先进的技术，实现了当前主流的所有功能，与传统采煤装备相比就是‘巨无霸’。”
据介绍，一套高端智能化煤机成套装备主要由采煤机、刮板输送机、转载机、支架、智能化控制系统“三机一架一系统”组成。
晋能控股装备制造集团瞄准系统最优、环节最简、稳定可靠、智能高效的目标，倾力打造集5G、云计算、大数据、物联网等新技术于一体的高端煤机成套装备，叫响“晋控装备”品牌，为煤矿全链条智能化建设提供硬件、技术、服务保障，助力煤矿井下“无人则安、少人则安”目标实现。
据了解，该套设备配套了永磁变频一体机、永磁直流电机、AI摄像头等先进水平的新设备，支架工作阻力达到2万千牛，支架最大高度6.8米，通过惯导技术、无线遥控、精准移架控制、红外、压力及角度传感器等多种技术手段，达到了地面、井下均可控制，可完全实现一键启停、记忆割煤、系统集中监控、煤流扫描、自动跟机、自动调直、视频全覆盖、智能集成供液、供电、事故预警等功能。
矿井“超级大脑”让煤矿工人“穿西装打领带”
智能化不仅仅体现在装备制造方面。日前以“而有为共创煤炭新价值”为主题的智能矿山创新实验室创新成果暨计算中心发布仪式在晋城成功举办。
“作为全国煤炭行业首家科研创新的人工智能计算中心，智能矿山创新实验室创新成果暨计算中心的成功发布对于中国煤炭行业发展具有重要的战略意义。”晋能控股集团副总经理、晋能控股装备制造集团党委书记、董事长宣宏斌说：“科研创新人工智能计算中心的建成，未来将汇聚矿山海量的生产数据，通过每秒2亿亿次的强大算力进行算法迭代，赋能矿井自动化生产、智能化升级，努力为全国煤炭行业提供‘山西方案’‘晋控模式’。”
据了解，山西人工智能矿山创新实验室由山西省人民政府、华为技术有限公司、晋能控股集团、山西云时代技术有限公司联合成立。自2021年2月9日揭牌以来，晋能控股集团一方面开放了实验环境，另一方面投入大量科研精锐力量，全面开展科研攻关工作。此次发布会上，智能矿山实验室共发布智能作业管理系统-管路队场景、矿山融合IP工业网、掘进作业序列智能视频分析、智能洗选-选煤参数优化等7项创新应用和3项创新研究阶段性成果。
记者了解到，智能矿山创新实验室可以帮助煤炭行业进行数字化、智能化转型，实现“少人、安全、增效”的生产模式，让煤矿工人可以“穿西装打领带”工作。计算中心是智能矿山创新实验室课题研究和创新孵化的必要条件与重要承载，可将矿山行业知识和数据进行收集、研究，构建行业知识图谱，开展创新方案研发和应用试点示范，能够有效推动煤矿智能化建设进程。
5G+智慧矿山大放异彩
将目光投向晋能控股煤业集团塔山矿智能化调度指挥中心和同忻矿智慧管控平台，只见工作人员正通过巨大弧形屏幕上的清晰画面，观察煤炭生产、运输等各项工作数据……
“塔山智能化调度是集数据实时共享、各专业快速联动为一体的智能化调度指挥中心，该指挥中心由智能化综采掘进、智能化主辅运输、智能化供电排水、地面经营与安全管理等系统构成，能够实现井下无盲点监控视频、现场无人化运行、整个安全生产流程全面管控等功能，推动了安全生产调度管理由单因素、单环节、数字化向多专业、多平台、智能联动转变。”塔山矿研发中心主任王伟光介绍说：“目前，我们已建成一大平台、十大系统、21个子系统和3个智能化综采工作面、1个智能化掘进工作面、12个无人值守场所，完成了矿井5G技术研究与应用和智能视频识别平台、无线传感器等全部试验，实现了地面与井下5G信号全覆盖。同时，应用开发了井下皮带、智能检矸、应急救援等机器人，全面应用了‘5G+智能采煤’‘5G+智能掘进’‘5G+智能巡检’等，构建了全面感知、5G传输、自主决策、协同控制的智能开采新模式。”
“如果说单一的智能化综放工作面操作系统、智能化安全监测系统、智能化微震监测系统是矿井安全开采、高效运行的‘智慧翼’‘千里眼’‘把脉手’，那么同忻矿的智慧矿山平台则是让这些系统打通信息孤岛、精准联动的核‘芯’元素。”同忻矿副总经理王冬波介绍说：“同忻煤矿智慧矿山平台以‘万兆工业环网+5G网络’为数据传输通道，以综合自动化建设为基础，集成了GIS全息一张图、生产执行系统、综合自动化平台、移动端APP平台、三维透明化矿山、智能决策平台等功能，将矿井管理带入了互联互通、智慧AI的新时代。”
据了解，塔山矿和同忻矿分别启用的智能化调度指挥中心和智慧管控平台系统，是晋能控股集团发力煤矿智能化建设的又一成果，开启了晋能控股集团智能化矿山建设新模式。
去年以来，晋能控股集团已建成塔山、沙坪、寺河等18座矿井27个智能化综采工作面，智能化装备产能达到8900万吨。今年年底将有50-100个智能化工作面全部投入生产。到2022年，将实现规模以上矿井的智能化全覆盖。
如今，智能煤矸分选机器人、智能巡检机器人、危险气体巡检机器人等各式各样的新型机器人已在晋能控股煤业集团塔山矿、同忻矿、麻家梁煤业公司等千万吨矿井投放使用，以矿山云图、主煤流系统智能化、数字化变电站、智能电网、5G﹢智能巡检等为代表的一系列智能化系统有力地提升了矿山智能化水平，5G+智能采煤、5G+智能辅助运输、5G+无人机巡检、5G+高清工业应用视频、5G+智能视频分析平台……5G+智慧矿山正在晋能控股集团大放异彩。