建设智慧矿山关键技术研究

引言

在全球能源结构调整与资源需求持续增长的双重背景下，传统矿山开采模式因生产效率低、安全风险高、环境污染严重等问题，已难以适应行业发展需求。智慧矿山以物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术为支撑，通过对矿山生产、安全、管理等环节的智能化改造，实现资源高效开发、安全生产和绿色发展，成为矿业转型升级的核心方向。

一、智慧矿山建设关键技术的重要性

1.1 提升生产效率

传统矿山生产依赖人工操作与经验判断，效率低下且易受人为因素干扰。智慧矿山建设关键技术的应用，彻底改变了这一局面。自动化开采技术通过部署智能采掘设备，结合精准定位与导航系统，可实现 24 小时不间断作业，极大提升开采效率。如某大型煤矿引入智能综采设备，通过液压支架自动跟机移架、采煤机记忆截割等功能，使单班产量提升 30% 以上，同时降低了工人劳动强度。智能运输与调度系统借助物联网与大数据分析，实时监控运输设备运行状态与矿道交通情况，动态优化运输路径，避免设备空转与堵塞，大幅提高运输效率。

1.2 保障安全生产

矿山作业环境复杂，瓦斯爆炸、顶板坍塌、透水等事故威胁着矿工生命安全。关键技术的应用为安全生产构筑起坚实防线。实时安全监测技术依托传感器网络，可对井下瓦斯浓度、温度、湿度、顶板压力等关键参数进行实时监测，一旦数据超出安全阈值，系统立即发出预警，为人员撤离与应急处置争取宝贵时间。某金属矿山部署的微震监测系统，能够捕捉岩体微小震动信号，通过数据分析预测顶板坍塌风险，提前采取支护措施，有效避免了多起顶板事故。应急救援与预警技术则通过构建三维可视化应急指挥平台，整合人员定位、通风系统、避灾路线等信息，在事故发生时，可快速制定救援方案，精准定位被困人员，提升救援效率与成功率，最大程度减少事故伤亡。

1.3 促进可持续发展

在资源日益稀缺与环保要求愈发严格的背景下，智慧矿山关键技术成为实现可持续发展的关键。资源合理利用技术通过地质建模与储量动态评估，精准掌握矿产资源赋存情况，优化开采方案，提高资源回采率。环境保护技术借助在线监测与智能处理系统，对矿山废水、废气、废渣进行实时监测与处理。如矿井水净化处理系统，通过膜分离、生物处理等技术，将矿井水净化后回用于生产与绿化，实现水资源循环利用；粉尘监测与智能降尘系统，根据粉尘浓度自动调节喷雾降尘装置，降低粉尘污染，改善矿区环境质量。这些技术的应用，推动矿山向绿色低碳转型，实现经济效益与生态效益的双赢。

二、智慧矿山建设关键技术面临的问题

2.1 数据采集与传输问题

矿山复杂的地质与作业环境，给数据采集与传输带来巨大挑战。在数据采集层面，井下环境潮湿、多尘、电磁干扰强，对传感器的稳定性和可靠性要求极高。传统传感器在这种恶劣环境下易出现故障，导致数据采集不准确、不完整，如部分温湿度传感器在高湿度环境中，短时间内就会出现测量偏差，影响对井下环境的精准判断。在数据传输方面，井下巷道结构复杂，信号衰减严重，无线通信覆盖存在盲区。即使部署了 5G 等先进通信技术，也会因巷道曲折、设备遮挡等问题，导致信号中断或传输速率下降，无法满足实时监控与远程控制对数据传输的高要求。

2.2 资金与成本压力

智慧矿山建设是一项资金密集型工程，从前期设备购置、系统开发，到后期运营维护，都需要大量资金投入。先进的自动化开采设备、高精度传感器、智能化管理系统等价格昂贵，一套完整的智能采掘设备系统成本可达数千万元，这对许多矿山企业，尤其是中小型企业来说，资金压力巨大。在运营阶段，成本压力同样不容小觑。智能化设备对维护技术要求高，需要专业的技术团队进行定期检修和保养，人工成本显著增加。资金短缺和高昂的成本，使得部分企业在智慧矿山建设过程中举步维艰，甚至出现项目停滞的情况。

2.3 人才培养机制不完善

智慧矿山建设是一个集合了采矿专业、自动化、信息化、数据挖掘等多领域领域的综合性工作，对从业人员的综合素质要求非常高。大学相关专业人才培养模式落后，师资力量课程讲授内容偏于传统的采矿专业知识，无法聚焦信息化、智能化技术学习，课程结构设计不合理、课堂教学实训锻炼机会较少、项目经验缺乏，难以迅速胜任智慧矿山的要求。

三、解决智慧矿山建设关键技术问题的策略

3.1 技术创新与突破

通信层面，加快推进 5G 矿山专网融合，依托边缘计算技术，在井下构建小型化、低功耗边缘计算节点，开展近端的本地化数据处理与初步分析，降低数据传输体量，降低网络压力。开展量子通信技术在矿山安全数据传输领域的研究，提高安全数据传输的可靠性、稳定性。搭建矿山大数据平台，将地质、生产、安全等多种源数据打通，通过深度学习算法，构建精准的预测模型，提前预警设备故障、灾害风险等。开展适应矿山复杂场景的智能决策系统开发，针对不同场景配置的强化学习算法，通过实时生产数据分析，自动分析优化开采方案、自动调度运输装备等，提升决策的科学性与时效性。

3.2 资金与成本管理策略

提高资金收入是解决智慧矿山建设资金的切实措施，政府应加强政策引导、安排智慧矿山专项资金来支持从事智能化建设的企业资金补贴和税收减免政策的实施，积极引导金融机构为企业开发相应的金融业务，如设备租赁、专利质押贷款等金融产品，为企业寻求新的资金来源的途径。成本上进行管控，对企业设备的选购，引入联合采购、设备集中招标模式，以尽量减少设备采购成本，为设备提供全生命周期设备管理平台，实时了解设备当前的运行状态，对设备进行预判断故障，提前给企业提供科学可行的维护措施，将不必要的维修成本降至最低。

3.3 人才培养与引进策略

完善的培养体系离不开高校与企业的共同努力，高校在采矿工程、自动化等相关专业优化课程结构，加大物联网、大数据分析、人工智能等方面的智能课程比例，企业将实际项目引入课堂进行实践教学，培养学生创造性思维能力和工程应用能力，建立校企互动的实习基地与联合实验室，让其参与到智慧矿山项目的建设中，将培养与企业需要之间距离进一步缩小。企业建立企业内部员工培训制度，按照不同层次以及分类分别制订培训计划，针对不同的岗位实施智能技术的专项培训，成立内部科技创新奖项资金，让其参与到内部技术的创新开发当中去，调动员工学习的积极性。

结语

本研究系统梳理了智慧矿山关键技术的重要性，剖析了现存的数据、资金、人才等问题，并针对性提出创新、管理与培养策略。随着 5G、人工智能等技术深化应用，智慧矿山将向更高效、安全、绿色方向发展。后续研究可聚焦技术融合创新与应用模式优化，持续推动矿业智能化转型升级。

参考文献

[1]张望杰,鲁杰,郑嘉璐,等.智慧矿山顶层设计建设及关键技术[J].内蒙古煤炭经济,2022,(04):16-18.

[2]于峰涛.智慧矿山概念及关键技术研究[J].电子世界,2020,(16):194-195.