矿山物联网、感知矿山与智能采矿

物联网 (Internet of Things, Io T) 是继计算机、互联网之后世界信息产业的第3次浪潮。Io T源于美国麻省理工学院自动识别实验室 (Auto ID-Labs) 所提出的无线射频识别 (RFID) 系统, 是通信、嵌入式及微电子技术快速发展的结果。狭义物联网是指连接物与物的网络, 实现物品的智能识别与跟踪管理;广义物联网则可视为信息空间与物理空间的融合, 将一切事物数字化、网络化, 建立物与物、人与物、人与人之间的内在联系, 实现高效的信息交互, 并通过新的服务模式将各种信息技术融入社会行为^[22]。物联网的实质是拥有感知、计算和通信能力的微型智能传感器及以其为节点形成的传感网, 是传感网技术在社会生产与生活过程中的具体实现。

矿山地质采矿条件复杂、生产体系庞大、采掘环境多变, 需要应用物联网技术进行实时监测监控。矿山物联网可由感知层、传输层、分析层和应用层组成。依托覆盖矿山井上井下的高速网络 (千兆光纤环网、无线覆盖等) 建设矿山传感网, 通过多种、泛在的传感器将矿山环境、设备及人员实时联接起来, 对矿山体征 (矿山灾害环境、设备健康状况、人员安全态势) 的实时监测、感知、交流与控制, 是为“感知矿山” (perception mine) , 也可视为“矿山数字神经系统”^[23]的具体实现。基于数字矿山, 感知矿山不仅可提升矿山安全管理技术水平, 还可促进矿山综合自动化 (管控一体化) , 带动智能采矿与无人矿山建设。“感知矿山的核心问题是3个感知:即感知矿山灾害征兆, 实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境, 实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况, 实现预知维修”^[24]。

传统观念把采矿视为技术而非科学, 主要因为传统采矿的信息化程度低, 常在数据不足、信息不准、知识不全的情况下凭直觉和经验进行采矿活动。智能采矿则指借助足量数据、准确信息和全面知识的充分支持, 进行科学、精细和明智的采矿决策与生产。智能矿山 (Intelligent mine) 的出处可回溯至1992年芬兰提出的智能矿山 (Intellimine) 计划, 该计划涉及采矿过程实时控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题, 拟通过采用高新技术提高矿山生产效率和经济效益, 实现硬岩露天矿和地下矿山的设备自动化和生产实时控制^[25]。美国Modular采矿系统公司则将其采矿管理集成化决策平台 (Dispatch) 命名为Intellimine。智能矿山建设是一项复杂的系统工程, 涉及现代信息、自动控制、可视化和虚拟现实技术, 以及采矿、地质、测绘、系统工程等多学科, 是矿山生产、管控与决策过程的智能化, 可分为局部装备与局部流程的智能化和全矿山智能化两个层次。