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元宇宙应用—分享智慧矿山里的元宇宙

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矿产在现代国民经济中的地位举足轻重,因为对矿产的大规模应用人类开启了工业化时代,可以说是一根扁担两头挑,一头挑国计一头挑民生。

在全球范围内,矿产在很长一段时间内都是劳动密集型产业,矿工费时费力工作效率却难有保障,又与警察、消防员等职业一样高危。不仅是工作环境的险象环生,各种职业病也是屡见不鲜。

因此推进建设智慧矿山是堪称利国利民的积极事业。

智慧矿山的显著标志就是“少人化”到“无人化”,即从开采到掘进等全流程场所,设备等都逐渐过渡到“少人化”,“无人化”,直到最终整座矿场都实现无人作业,矿场内外各个方面都在智慧机器人和智能设备下操作完成。

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从技术发展的角度说,矿山的发展大体经历了四个阶段:原始阶段-机械化阶段-数字化与信息化阶段-智慧化阶段,下面简要介绍一下。

1、原始阶段

矿工主要通过简单的工具如镐刨、锨挖进行采掘活动,生产主要依靠人力,效率极为有限,开采范围也仅限浅层地表,且受外部条件如天气等的影响很大。

2、机械化阶段

矿山在采掘、生产等方面开始使用炸药、雷管、导火索等爆破设备,在运输、勘探、后勤等方面大量使用机械化设备,在原有矿山的基础上顺着矿脉发掘,矿石产量和生产效率大大提高,矿井用人数量大大减少。

3、数字化与信息化阶段

电脑的飞速发展与普及,给矿场等传统产业的发展带来了巨大机遇。科技革命成果的运用给矿场带来翻天覆地的变化,生产效率前所未有的提高。现代的信息化则是主要是解决数据传输与呈现问题,“少人化”,“无人化”也迈进了一大步。

4、智慧化阶段

目前发达国家在国民经济各领域都快速迈向智慧时代,我国也在逐步加强有关基础设施等的建设部署。随着智能化水平不断提高,智慧矿山一词作为新兴概念也逐渐被各国接受。

智慧矿山虽然目前更多的还处于蓝图阶段,但仅凭现有技术和经验推测也不难发现,它需要的设备是不可能毕其功于一役的。

下面简单说几点本人的见解,欢迎补充。

一、物联网

1.感知层;

主要负责识别物体、收集信息,主要设备有GPS,AR,传感器等,具体过程是通过传感器等设备收集数据,利用蓝牙设备等技术手段传递数据,解决数据获取的题。

2.网络层;

利用网络将感知层采集的数据进行编码、认证以及实时传输。在传统的矿产开采过程中,信息传递主要靠架设无线网络和利用局域网。随着信息技术的发展,全国范围内开始推广4G/5G井下地面网络全覆盖等技术,为矿产信息的收集与传输提供了行之有效的保障,也为智慧矿山的建设提供了更多可行性依据。

3.动态处理层;

利用大数据、视频图像处理等技术,对矿压预测、应急事故实现实时监控,动态管理,提高数据管理与推送的准确性,提高矿山信息可视化建设水平。动态处理系统能够对系统各项数据进行动态分析调整,指导日常生产,降本增效。

4.应用层;这层负责数据输出,可以直观的反应物联网的应用效果,保证建设效果。以物联网为基础,合理处理传输协议,组建物联网的信息编码。同时为了保证对矿井下生产的实时监测,还需将信息及时反馈,实时监控检测其运行状态,同时做好远程故障的应急处理工作。

这里要说一家企业和新闻,近日,京能集团(北京能源集团有限责任公司)所属昊华能源西部能源的首个6.5米大采高智能化综采工作面正式投入生产。此外,这套系统还集成了快速掘进工作面,以及对主通风系统,供电系统,主运输系统,主排水系统,和压风系统的智能化改造,加快建设智慧矿山、绿色矿山,以数字化转型为集团“三个京能”建设贡献智慧力量。

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二、无人驾驶

矿场基本都处于荒郊野外,且环境污染也较重,基本不适宜人类生活。即便有健全的劳动安全保障,安全事故,职业病等还是令人谈之色变。矿场因为内外交通线路相对简单,也利于自动驾驶的应用。目前国内一些企业如百度正在积极探索发展无人矿用卡车,也渐入佳境。本月中旬,低速无人驾驶产业联盟将在杭州举行“2022中国低速无人驾驶行业发展年会”,届时还有《矿区无人驾驶行业发展蓝皮书(2022版)》公布,值得关注。

这里要介绍全球工程机械的龙头企业之一,美国的卡特彼勒。早在1985年时,卡特彼勒就启动了自主研发采矿卡车的计划,同时也积极参与开发自主采矿系统。据官网报道,卡特彼勒装备MineStar(矿山之星)的无人矿卡已在全球范围内安全运输了超过50亿吨的货物,其中10亿吨都是在近九个月内完成的。卡特彼勒无人矿卡正在每年刷新纪录,预计今年的运输量将超过15亿吨。

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卡特彼勒的成就离不开其自研的矿山之星系统,该系统集成了全面的采矿作业和移动设备管理系统,由五个智能模块构成:车队、地形、探测、车况、指令。从车队分配到情况监控,再到远程或自主控制等一切事务,矿山之星系统都能应对自如,提高了生产效率和安全性,进而帮助矿区进行更好地管理。得益于这套系统,卡特彼勒目前已经在全球三大洲的矿场里实现了7X24小时完全无人运行。

三、数字孪生

目前任何一种大规模的工业设施都在积极探索数字孪生的应用,矿场也不例外。基于数字孪生建立矿场智能管控系统,保证对矿场设备实时监控,便于矿工更好的提供远程服务,采集数据后进行智能分析,优化矿山运营,保证矿山生产安全,高效地进行。

数字孪生不仅限于建模,可用于矿山生产流程的各部分。以露天矿场为例,其开采范围线、开采深度与开采量、矿量消耗数据是需要监测的关键信息,是评判企业是否依法开采的重要依据。因此更需要及时准确地掌握露天矿山资源已开采的概要信息、变化存储量、矿坑挖掘节点、矿量消耗情况,应用数字孪生技术对露天矿山开采全程进行全天候多方位监测,缩短工期,打破传统监测形式,为资源管理部门提供全面、客观的数据支持。

当露天矿场发展到地下阶段时,数字孪生及其丰富的可视化图表和动画效果,集成供水、通风、运输、设备运作及井下漫游画面,形象的对井下多种应用场景进行详尽的数据解释。同时还可结合智能感知设备数据,实现对矿井的生产环境、工作视角、设备分布、工艺流程、产量走势、巷道划分、设备运行实时状态的真实复现,达到矿井上下管理透明化,扁平化等目的。

这里要介绍下南京奥特智慧数字科技有限公司,拥有一流的数字孪生技术水平。其智慧矿山以数字孪生技术为基础,整合矿企各部门现有信息系统的数据资源,深度融合5G、大数据等前沿技术应用,覆盖安监生产、综合集控、智能巡检、经营管理、智能掘进、智能开采、智能运输等多业务领域。在系统流程中可以实现

矿山全要素可视;

汇聚人员、环境、设备等全要素信息,在系统中构建与现实完全一致数字孪生矿山。

矿山全态势感知;

通过对不同专业的实时业务数据进行汇总、治理和分析,实现看到系统即是了解现场。

矿山办公数字化;

将日常办公、报表分析、智能巡检等业务流程和表单的管理数字化,实现闭环管理,确保业务安全可控。

矿山业务分析智能化;

构建调度指挥、安全生产、综合集控、智能巡检和经营管理五大中心,为生产经营提供数据业务服务。

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智慧矿山是矿产业转型升级的战略方向和目标,它的核心在于智能化。现在,新一代信息技术,主要是5G技术带来的发展机遇非常难得,并且需要兼顾数字化与信息化矿场建设,以及矿产的安全高效开发和清洁利用。技术创新永无止境,信息化、人工智能、大数据等新技术的使用对提升和改造传统矿产业是显而易见的,因此不断开创安全、高效、绿色和可持续的智慧矿山发展新模式就很有意义。

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