本文是《智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践》的阅读笔记，由王国法等人撰写，发表于“煤炭学报”。文章围绕智慧矿山系统工程展开研究，阐述了其总体技术架构、系统模型、关键技术等内容，并通过实践案例进行分析，最后提出了发展趋势和建议，具体总结如下：

1. 智慧矿山系统工程概述

• 总体技术架构：将智慧矿山细分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统。

  
  

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• 存在问题：技术装备智能化水平不高、系统融合能力不足、对复杂条件适应性较差、主要系统智能化技术装备存在瓶颈、数据治理能力不足、5G 应用场景有待挖掘、系统装备可靠性与适应性较差。

2. 智慧矿山系统模型与数据基础

3. 智慧矿山系统工程模型：

• 信息实体：提取并描述物理实体，具有实体属性和关联属性。实体属性对信息实体进行基本描述，包括属性信息、结构信息、功能信息等；关联属性描述信息实体之间的关系属性，包括分组/分类等关联属性、层次关系属性、重要度关系、影响关系属性及行为属性等。

  

• 知识图谱：通过 Apriori 算法挖掘关联规则，构建基于开采行为的智慧矿山领域本体，建立智慧矿山各层次内部与外延对象间的逻辑关系模型。

• 数据共享：基于智慧矿山业务需求，对任务进行分解，得到控制决策的本体知识，将匹配数据推送给控制对象，实现数据资源的共享交互和生产信息化管理。

  
  

  

1. 智慧矿山系统工程模型：包括通信网络、大数据、云计算、物联网、工业互联网和智慧矿山机器人，为矿山企业生产运营提供基础支撑。

   

4. 地下空间重构与模型动态更新

• 地下空间重构流程：包括稀疏重建、稠密重建、空间表示和纹理贴图四个模块，以机器视觉传感数据为主，其他传感数据为辅，构建矿山井下场景的三维视觉空间模型。

  
  

  

• 矿山井下场景三维视觉与空间重建框架：以可见光 / 红外光视觉数据为主，辅以激光、UWB、IMU 等数据，通过设计多传感器时空标定理论、噪声抑制策略，实现数据的融合增强，获取高质量视觉图像，进行典型目标的精准识别和矿山场景空间模型的高效重建。

  

  
  

  
  

5. 地下复杂环境机器视觉测量技术

• 液压支架单设备位姿检测：通过安装在液压支架顶梁上的 RGB - D 相机，对液压支架的支护高度、顶梁相对于底座的姿态角进行测量。

  

• 综采装备（群）姿态同时空测量：采用基于 Transformer 架构的分割模型进行结构化细粒度辨识，基于装备标志物的已知结构尺寸进行位姿提取。

  
  

  

  

• 煤岩分界面识别：基于视图的煤岩分界面提取流程包括图像噪声预处理、图像分割、形态学处理、轮廓提取、分界线提取等。

  
  

  

6. 井下瓦斯环境下射频引爆风险分析

• 现行标准试验方法分析：6W安全限值不适用 5G 频段，相关试验方法也不适用于 5G 技术，且相关评价指标存在极大的安全系数。

• 射频电磁能防爆试验方法设计：基于半波偶极子天线设计了射频电磁能防爆专用试验装置，试验结果表明，至少可以将 700MHz 频段基站功率限值由阈功率 6W 提升到端口功率 20W 以上。

7. 全时空信息感知与闭环管控系统

• 矿井全时空信息感知技术架构：感知控制层负责信息感知和防控指令执行，网络传输层实现信息传输，智能支撑层进行数据融合和管理，应用业务层具备防治方案设计等功能。

  

• 矿井全时空信息感知与融合预警技术：包括瓦斯灾害多源信息融合预警技术、火灾综合预警技术、矿井水害预警系统、顶板与冲击地压灾害预警技术、井下粉尘智能防治技术、煤矿安全态势融合预警技术。

8. 煤矿智能化技术标准体系

• 构建原则：给出总体布局和发展规划，理顺标准关系，统一规范关键技术，便于了解标准情况。

• 体系框架：包括基础通用、信息基础、赋能平台与软件、生产系统与技术装备、智慧园区与运维管理五个标准子体系。

  

• 重点标准化方向及领域：基础通用标准子体系包括基础共性标准、设计标准、安全通用标准、智能化共性技术和评价与评估标准等；信息基础设施标准子体系包括矿井信息网络、数据标准、边云协同、煤矿信息安全等；赋能平台与软件标准子体系包括地理信息平台、大数据平台、综合管控平台与煤炭工业软件、人工智能系统、数字孪生系统等；生产系统与技术装备标准子体系针对地下、露天生产和煤矿洗选三大生产场景中的智能化生产装备和系统；智慧园区与运维管理标准子体系包括智能化园区、设备状态保持、运行维护管理、生产经营管理等。

9. 智能化煤矿巨系统建设实践

• 张家峁煤矿智能化系统建设实践：

• 高速传输网络建设：覆盖矿井工业场地、行政办公、安全生产，5G 基站覆盖半径至少达到 150m。

• 煤矿安全生产管控一体化平台：基于煤矿安全生产智能化管控平台、煤矿大数据与数据管理平台以及煤矿智能化综合监控平台构建。

• 智能化生产及辅助系统：建成多个智能化综采工作面，研发了智能化快速掘进系统，建设了智能通风系统等。

• 智慧园区建设：构建了智慧园区综合管控系统，实现了园区内信息的统一采集、存储、计算、管理和应用。

• 柠条塔煤矿机器人集群建设实践：

• 煤矿复杂应用场景下目标定位识别方法：研发了基于多视觉传感器的多元信息拼接算法和多维特征空间全局特征描述方法。

• 煤矿机器人标准化接入技术：采用基于 OPC UA 的统一机器人通信协议与中间件进行开发，保证数据接入标准化及数据模型对象化。

• 机器人作业调度策略：提出同类机器人覆盖作业调度策略，保障区域内机器人响应时间最短。

• 机器人集群管控与协同调度平台：分为机器人群层、通信接入层、应用服务层、数据发布层与数据交互层。



10. 金属矿（井工）智能化建设实践

• 金属矿智能化开采技术架构与关键技术：以智能开采共性关键技术为支撑，以智能化采矿装备与工作系统为载体，总体架构包括规划与调度层、控制层、安全保障层、执行层和验证与示范层，关键技术包括泛在信息采集技术、井下无线通信技术、井下高精度定位与智能导航技术、地下装备智能控制技术、地下金属矿多装备协同控制技术、井下无人采矿作业多区域安全控制技术、无人采矿生产运营一体化集控平台。

  

• 金属矿（井工）典型智能开采装备：包括地下智能铲运机、地下智能矿用汽车、地下智能装药车、智能中深孔全液压凿岩台车等。

11. 结语与展望

• 发展趋势与展望：深入开展基础理论研究，推进 5G 应用场景探索与实践，推进矿山企业数字化转型升级，加快突破智慧矿山关键技术与装备，聚焦矿山装备产业创新发展，开展煤矿机器人相关基础共性关键技术研究，推进相关院校矿业工程类专业优化调整，推进智慧矿山建设向智能整体化、系统化迈进。