三維全息數字化礦山管理平臺系統在塔山礦的應用實踐

張 興，宋選民

（1太原理工大學采礦工藝研究所，太原 030024；2.大同煤礦集團大唐塔山煤礦公司，山西 大同 037001）

三維全息數字化礦山管理平臺系統在塔山礦的應用實踐

張 興1，2，宋選民1

（1太原理工大學采礦工藝研究所，太原 030024；2.大同煤礦集團大唐塔山煤礦公司，山西 大同 037001）

為了提高塔山礦的煤炭生產與安全技術管理水平，與科研單位合作開發研制出適應塔山礦的三維全息數字化礦山管理平臺，并在日常技術管理上進行實踐應用。該平臺將開采的地理信息、實時安全監控信息、生產調度信息、設備位置及開停運轉信息、無線通訊及人員定位信息等全部融合到一個系統中，用于全礦的信息共享和生產決策。

數字化礦山；三維；管理平臺；塔山礦

1 塔山礦信息化建設存在問題

塔山礦的信息化建設在礦井基建期間開始起步，通過幾年的發展，目前仍處在滿足礦井現代化建設基本硬件系統要求的初始階段，既缺乏引領行業發展的高度、又缺乏滿足企業現代化管理橫向聯系的廣度、還缺乏提升企業管理文化底蘊的深度。不僅沒有領先煤炭行業的發展，甚至在集團內部也喪失了優勢。

傳統方式的礦山生產，無論在礦井設計還是生產管理上，運行成本過高，生產效率過低，這對煤炭企業在能源市場上的競爭提出了巨大的挑戰，實現礦山的數字化，將會大大降低生產成本，提高生產效率，在能源市場競爭上占據主動[1]。

現代化生產的礦山企業對于煤礦地質的了解和掌握是提高煤礦生產效率和安全保障的重要條件，煤礦地質工作的主要任務之一是根據巖礦樣品和地質構造編制準確的鉆孔柱狀圖、剖面圖、平面圖等一系列圖件，為編制礦山生產計劃、礦山生產管理服務。但是二維圖件不僅空間上孤立的，信息之間無法銜接，對于一些空間分析和全空間數值模擬帶來困難，而且在生產者也難以對新圖件形成起輔助和指導作用，存在較大人為誤差，二維圖件制作過程也難以綜合利用地質勘探和測量數據。隨著煤礦安全生產保障體系的提升完善，煤礦更迫切需要了解地下全空間的地質構造和地質異常分布情況。同時，隨著近年來煤礦信息化工作的大力開展，各煤礦構建了功能強大的基礎地學數據庫和生產數據管理數據庫，可以方便地查詢、查看各類不同時間內的數據。但這些數據也僅僅處于被管理、難利用的“尷尬”境地，還無法對煤礦生產提供有效有利地實用價值[2]。煤礦也迫切需要一種方法能有效的利用好這些數據，基于這些數據進行二次開發，指導煤礦安全生產。

2 三維全息數字化系統

該系統的開發建設，嚴格采用目前國內外最為先進的全息化三維場景構建技術，建立集大范圍三維地形地貌、礦山企業地表生產設施、三維地質構造及煤層賦存模型、井巷工程真實三維場景、所有管線設備真實位置和形貌等全要素一體化的顯示系統，在此基礎上實現各類實時生產數據的三維呈現和實時顯示，通過該全息數字化礦山管理系統平臺的建立，可將真實的礦山企業“搬”到計算機系統中，做到足不出戶即能對礦山地上、地下所有信息了如指掌，而且以身臨其境的視角關注和管理各類業務信息，切實解決礦山企業面臨的管理難題和技術瓶頸。

2.1 三維地理信息顯示與查詢

在本平臺系統中，能夠將企業所處地理位置及其周邊地形、地貌清晰的展現出來，運用不同類型的地理信息數據建立真實的三維地景，在三維場景中能夠可視化顯示廠（礦）區周邊縣、鎮（鄉）、村行政區等相關信息，點擊查詢時被選中區域加亮或著色，同時閃爍顯示行政區域政府所在地，并突出顯示行政區域名稱及有關信息。礦壓三維模擬，井下巷布置，見圖1-圖2。

系統支持對礦區進行地質剖切及對各巖層進行定位查詢，將平時看不到的地下巖層、巷道、設備進行直觀展示，便于日常業務中相關信息的查詢調閱以及搶維修時快速了解和掌握。

系統支持實時地理信息查詢、標繪等功能，用戶可以在三維場景下進行道路、建筑物、區域等信息的標繪，并可在二維界面下選中查看或標繪信息，保證二、三維數據的無縫融合及實時共享。

2.2 空間量測及地測數據植入與管理

系統以空間地理信息平臺為基礎，系統支持在三維場景中進行針對地表起伏狀況的空間量測：如傾角、坡度、起伏變化等；支持地表直線距離、垂直距離、地表面積、投影面積測量，高度、坡度、北向夾角測量等，測量精度不低于原始數據的精度，且測量結果的顯示響應時間≤10 ms。

系統提供針對地測科室地質數據（礦界、地層、磷礦層、等高線、勘探線、鉆孔、斷層、陷落柱、積水區、保護煤柱和水文地質等）管理的專業存儲機制，建立地質數據庫。碳系煤層三維模擬，勘探線與鉆孔位置，見圖3、圖4。

通過建立數據標準、地質數據庫，保證陷落柱、斷層、積水區等地質構造的數據模型準確，以及同其他外系統集成后的數據同步更新。

3 三維數字礦山系統的生產管理

1）在三維數字礦山系統，可提供綜采面、皮帶運輸、裝車外運等專用模塊，點擊相應模塊即可在系統顯示生產運行各環節的三維場景及實時作業狀況，包括不斷移動的采煤機實時跟蹤,采煤機周圍支護、前后運輸機、煤壁，各種綜采設備與設施的工作參數等信息，皮帶運行開停信息，實時裝車外運信息。礦井管理決策者可通過對這些可視化信息的了解和掌握，快速地了解生產過程并進行相應的調度管理。

2）現有各監控信息系統的集成與融合?；谑褂孟到y具有的開放通訊接口及通訊協議標準，將對生產、安全等相關各系統進行集成與融合，以便在煤礦生產的三維場景中實時查詢各個設備和生產環境的關鍵運行參數和具體工況信息。

該三維數字化礦山管理平臺系統集成有綜采監控系統、環境監測系統、人員車輛定位系統、束管監測系統、礦井壓風系統、皮帶監測系統、瓦斯抽放系統、裝車外運系統、視頻監控系統等相關第三方子系統。

3）井下交通信息管理。該系統能夠整合井下機車運行系統的實時監測數據，宏觀地屏顯礦井無軌膠輪車的當前位置與運動狀態（停或動）。系統提供車輛綜合監控系統集成接口，能夠對各類車輛運行狀態、位置信息、載人載貨信息、調度指令等進行跟蹤和定位顯示，結合巷道的路由計算，對井下所有安裝了定位芯片的車輛進行實時動態跟蹤和位置記錄，實現人員與車輛定位的雙重監測；同時結合井下無線通訊系統，可以有效地提高礦井車輛人員調度指揮的實時性和有效性。

4）全息化礦井應急預案處置與管理。針對煤礦開采生產中涉及的數量巨大的應急預案，該系統可以制作生成預案處理事件的樹狀結構圖，按照事故發生后的處置過程來提示每一個關鍵步驟的執行者和參與者。事件處理結構圖中，每一個事件框，關聯了主要的參與人員角色及電話號碼，也能通過事件的引導節點來查詢建議的處置內容和預案要求，給應急處置人員提供可選擇的決策參考。

該系統通過對預案處理結構的分析，提供相應的預案制作模板，方便煤礦用戶根據行業的標準預案制作模板制定各種應急預案，并進行分類保存，實現預案的分類結構管理和模板細化管理；系統還可實現預案的版本更新管理和快速的更新維護，方便迅速地調用相關預案，提高應急預案的實際利用效率。借助全息化數字礦山管理平臺系統，授予權限的相關部門人員可以迅速將分類好的預案，按照企業的業務流程進行評審、發布，并可將評審意見進行過程化精細管理。

4 結論

1）全息化數字化礦山管理平臺是一種全新的礦山信息化管理技術手段，該平臺依托世界領先的3D-GIS技術和虛擬仿真技術，通過構建一體化的三維可視化平臺，將礦山地形地貌、地表設施、井巷工程、礦體圍巖等客觀空間構造，在平臺系統中真實再現，同時將各類實時監控數據、生產數據、設備信息、人員信息、管理信息等植入系統，從而構建成能真實反映企業復雜生產環境和狀態的三維數字化礦山；在此基礎上，根據企業不同層級、不同部門的業務需求，定制相應的業務功能，為企業運營管理提供可視化的信息支持。

2）通過三維全息數字化礦井的建立，實現構建數字化礦山，以信息化、自動化和智能化帶動礦區的創新發展，開創安全、高效、高產、綠色和可持續的煤炭企業發展新模式，是實現礦區全面、協調、可持續發展的必由之路。三維全息數字化礦山管理系統是一個高效、便捷的一體化平臺，能夠實現通過地上、地下漫游，全方位、立體化、多角度的展示數字礦山；能夠對地層、巷道、鉆孔等的任意剖切查看，以及管理地質地測數據；能夠實現生產調度信息管理、安全監管監控等；能夠用于企業形象展示、可視化生產調度管理、預警預測、輔助決策分析等業務；能夠提高勞動生產率，降低生產成本，提升企業競爭力和管理水平，可以實現煤礦的科學化、現代化管理，保障煤礦安全高效生產，提高煤炭行業的科技發展水平。

[1]車仁浦.神華新街礦區三維數字化管理平臺的建設研究[J].中國煤炭,2012（7）：148-149

[2]薛志剛.煤礦信息化建設的研究與思考[J].山東煤炭科技,2013（3）：276-277.

Practice of 3D Hologram Digital Mine Management Platform in Tashan Mine

ZHANG Xing1,2,SONG Xuanmin2
(1.Mining Technology Institute,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Datang Tashan Mine,Datong Coal Mine Group,Datong 037001,China)

To improve the level of coal production and safety management in Tashan mine,3D hologram digital mine management platform for Tashan Mine was developed through the cooperation with a research institute.The platform has been put into routine technological management.The system integrates mining geographic information,real-time safety monitoring information,production scheduling information, device position and operational information,and wireless communication and personnel position information,which is helpful for information sharing and production decision in the mine.

digital mine;three-dimension;management platform;Tashan Mine

TD67

A

1672-5050（2015）01-0070-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.023

（編輯：薄小玲）

2014-10-30

張興（1982-），男，山西大同人，在讀工程碩士研究生，工程師，從事礦山機電技術與管理工作。