加強(qiáng)智慧礦山建設(shè)的探索與研究

摘 要：為解決煤炭企業(yè)通過儀器的人工控制，設(shè)備能夠進(jìn)行自動(dòng)化的運(yùn)行，本文通過對(duì)目前智慧礦山發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行分析、結(jié)合當(dāng)前智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)實(shí)際情況，對(duì)加強(qiáng)智慧礦山軟件系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述、重點(diǎn)闡述了智慧礦山軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障系統(tǒng)、安全保障預(yù)控與應(yīng)急救援系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度指揮與協(xié)同集控平臺(tái)、經(jīng)營(yíng)績(jī)效決策平臺(tái)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和實(shí)施方法及步驟。

關(guān)鍵詞：智慧礦山；智能；自動(dòng)化；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算

1.智慧礦山定義

主要包括礦山的安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等各方面內(nèi)容，涉及的理論廣而深，比較關(guān)鍵的研究依據(jù)包括：適用于礦山日常生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化需求的三維自動(dòng)建模技術(shù)，根據(jù)二維數(shù)據(jù)即可自動(dòng)生成三維模型。模型快速自動(dòng)更新技術(shù)，根據(jù)二維數(shù)據(jù)的更新而實(shí)現(xiàn)三維模型的快速自動(dòng)更新。虛擬和和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR和AR）技術(shù)，綜合利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)技術(shù)、多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)采掘、運(yùn)輸、提升、通風(fēng)等礦井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果和生產(chǎn)狀態(tài)的虛擬仿真。

2.研究?jī)?nèi)容

以鄂爾多斯市國(guó)源礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司為示范礦，建立鄂爾多斯市國(guó)源礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司智慧礦山軟件系統(tǒng)，利用精細(xì)建模、智能傳感、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，通過龍王溝礦井四維可視化、生產(chǎn)管理內(nèi)容的協(xié)同智能應(yīng)用、生產(chǎn)調(diào)度指揮與集控、安全保障預(yù)控與救援、經(jīng)營(yíng)績(jī)效決策與管理等建設(shè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全過程智能監(jiān)控、礦井信息資源的高度共享、礦井資源的優(yōu)化配置等，從而提高企業(yè)核心的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1四維地理信息系統(tǒng)

四維地理信息系統(tǒng)是指在統(tǒng)一空間（x、y、z）和時(shí)間（t）框架下，科學(xué)合理地組織礦山各類信息，將海量異質(zhì)的礦山信息資源進(jìn)行全面、高效和有序的管理和整合，基于勘探、地質(zhì)、測(cè)量、生產(chǎn)、安全、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等礦山數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)管理礦山全部的圖視內(nèi)容、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和屬性信息。主要包括完備的繪圖功能、由數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)成圖、由圖自動(dòng)建庫(kù)、圖庫(kù)雙項(xiàng)查詢、能自動(dòng)計(jì)算長(zhǎng)度、面積和體積、由2GIS可以自動(dòng)建立3DGIS、通過與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成可以自動(dòng)變成4DGIS，可以和常用格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換、能夠進(jìn)行2-3維空間的網(wǎng)絡(luò)分析、緩沖區(qū)分析、疊加分析、拓?fù)浞治龅瓤臻g分析功能，四維地理信息系統(tǒng)能夠快速查詢到任何一個(gè)時(shí)刻，礦山任何一個(gè)地點(diǎn)或區(qū)域的人員分布、生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)、危險(xiǎn)源信息以及它們的關(guān)聯(lián)關(guān)系和演變態(tài)勢(shì)，為各種管理和決策提供信息支撐。

2.2智能化礦井通防系統(tǒng)

基于四維地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井通防智能化管理，徹底解決依靠人工或其它軟件無法完成的按時(shí)按需供風(fēng)的技術(shù)難題。主要包括自動(dòng)生成通風(fēng)系統(tǒng)圖、立體圖、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖和壓能圖，測(cè)點(diǎn)布局優(yōu)化計(jì)算、阻力測(cè)定數(shù)據(jù)處理、測(cè)定平差和誤差消除，通過與安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控集成，可自動(dòng)進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)和最優(yōu)設(shè)計(jì)與改造、風(fēng)機(jī)優(yōu)選與優(yōu)調(diào)、正常時(shí)期和災(zāi)變時(shí)期的按需調(diào)風(fēng)與控風(fēng)、通風(fēng)狀態(tài)模擬；能滿足風(fēng)網(wǎng)管理，風(fēng)機(jī)管理，以及瓦斯、防塵、防滅火等相關(guān)通風(fēng)報(bào)表和臺(tái)賬管理等。一旦建立了比較完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)風(fēng)設(shè)施，就可以把該系統(tǒng)改造成全局自動(dòng)化通風(fēng)系統(tǒng)。

2.3安全生產(chǎn)一張圖管控系統(tǒng)

提供采礦行業(yè)地上地下的二三維一體化管理平臺(tái)，建立安全生產(chǎn)管控一張圖系統(tǒng)，一張圖中可以集成地形、地質(zhì)、測(cè)量、儲(chǔ)量、水文、采掘、運(yùn)輸、提升、供電、通風(fēng)、排水、壓風(fēng)、瓦斯抽放等系統(tǒng)內(nèi)容，并且系統(tǒng)具有分層疊加、協(xié)同刷新、屬性管理、監(jiān)控系統(tǒng)集成以及故障診斷、安全態(tài)勢(shì)分析和三維可視化等功能，并且提供地測(cè)、機(jī)電、通防、生產(chǎn)設(shè)計(jì)、供排水等生產(chǎn)專業(yè)的高級(jí)計(jì)算功能，為相關(guān)人員提供決策支持。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所有生產(chǎn)系統(tǒng)在一張圖平臺(tái)上的集中管控和協(xié)同管理。

2.4災(zāi)害預(yù)警與災(zāi)害防治決策系統(tǒng)

通過建立煤礦全息災(zāi)害預(yù)警模型和算法，充分利用四維地理信息系統(tǒng)管理的地形、巖層、斷層、陷落柱、褶皺、巖漿侵入、火燒等構(gòu)造信息，地溫、水壓、巖移、沉陷、煤柱、井巷、硐室、工作面、采空區(qū)等空間分布信息，支護(hù)、卸壓、充填、瓦斯抽放、排水等災(zāi)害防治工藝等信息，以及相關(guān)的，以及沖擊傾向性測(cè)試和相關(guān)防突測(cè)試數(shù)據(jù)和相關(guān)的微震、地音、爆破信號(hào)、電磁輻射、應(yīng)力、礦壓、錨桿阻力、離層和位移、瓦斯?jié)舛取⒁谎趸肌L(fēng)速、溫度、束管、瓦斯抽放流量、水文等監(jiān)測(cè)信息，隨著采掘工作面的不斷推進(jìn)實(shí)時(shí)探測(cè)危險(xiǎn)源，實(shí)現(xiàn)工作面頂板、巷道大變形、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水透水、自然發(fā)火等災(zāi)害的超前預(yù)警，并結(jié)合各種災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理和演化規(guī)律對(duì)災(zāi)害防治提供決策支持。

2.5礦山安全隱患閉環(huán)管理系統(tǒng)

系統(tǒng)通過建立標(biāo)準(zhǔn)化管理模型和數(shù)據(jù)庫(kù)，健全管理制度和考核辦法，分解工作流程和任務(wù)，建立層級(jí)誠(chéng)信履職體系，優(yōu)化檢查管理流程，促進(jìn)管理重心下放，改進(jìn)區(qū)隊(duì)、班組、員工傳統(tǒng)三級(jí)管理模式，以信息技術(shù)為支撐，避免“人情”管理，實(shí)現(xiàn)安全管理信息化，使員工（包括管理人員）安全意識(shí)發(fā)生本質(zhì)轉(zhuǎn)變，由人管向機(jī)管轉(zhuǎn)變。通過處罰、整改、復(fù)查、評(píng)價(jià)等閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)人員無失誤、設(shè)備無故障、系統(tǒng)無缺陷、管理無漏洞的人、機(jī)、環(huán)境和管理高度融合的礦井恒久性安全目標(biāo)。

2.6煤礦應(yīng)急指揮系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了災(zāi)變時(shí)期的應(yīng)急指揮與調(diào)度。能根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)情況迅速啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)；能夠通過連接先進(jìn)探測(cè)手段和技術(shù)來感知事故發(fā)展的情況；能夠利用四維地理信息系統(tǒng)來計(jì)算和分析事故數(shù)據(jù)；能夠合理的配置各方面的人力、物力和財(cái)力，使其協(xié)同配合，聯(lián)合救災(zāi)。

3.實(shí)踐成效

經(jīng)濟(jì)效益：通過智慧礦山項(xiàng)目研究和實(shí)施，將極大提高礦井的安全生產(chǎn)水平，直接減少作業(yè)人員50%以上，礦井的生產(chǎn)效率提高30%以上，安全效率進(jìn)而提升80%-90%以上，同時(shí)，由于質(zhì)量的提高，將大大降低各類生產(chǎn)和用工成本，進(jìn)一步提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。社會(huì)效益：通過智慧礦山各系統(tǒng)的建設(shè)，極大地改善礦山安全健康環(huán)境，降低各類安全隱患的發(fā)生，使礦山安全環(huán)境產(chǎn)生根本性的改變，為我國(guó)乃至世界其他采掘單位的智慧礦山建設(shè)起到了很好的示范作用，對(duì)促進(jìn)智慧礦山產(chǎn)業(yè)更好更快的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

李欣然，男，本科，央企職員，主要從事大數(shù)據(jù)云計(jì)算，智能煤炭開采、運(yùn)銷及智慧礦山研究工作。