数字矿山的概念内涵与进展Word文件下载.docx
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LUXin2ming1,2,YINHong2
(1.ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao256510,China;
2.ShandongLionkingSoftwareCompanyLtd.,Taian271000,China)
Abstract:
Atpresent,anintrinsicsafetytypehighproductionandhighefficientminebuiltwithdigitalminetechnologyhasbecomeatar2getsoughtbythecoalminingenterprisesinChina.Withthecompleteddefinitionofthedigitalmine.Thepaperbrieflydescribedmaincontent,technologyconnotation,constructionregulationandsystemfunctionsofdigitalmine,thepaperstatedtheresearchprogressandtheapplicationstatusofthedigitalminetechnologyinmineenterprises,whichcouldprovidethereferencestotheenterprisesdecisionmakerandengineeringtechnicalpersonnelofthedigitalmineconstructiontobe
implementedorinimplemented.
1概述
随着运算机技术、信息技术、通信技术、自动操纵技术、3S(GIS,GPS,RS)技术、网络技术的进展,国内众多研究机构和学者对数字矿山建设的关键技术和建设方案从不同角度提出了各自的观点及思路[1-17]。
成立数字矿山既能够实现平安治理的数字化,为打造本质平安型矿井提供信息保障,也是实现生产治理的精细化,为打造高产高效矿井提供决策手腕。
因此,中国有很多矿山企业都加大了信息化建设的投入,为打造数字矿山而尽力,大多数现代矿井和大型集团公司都实现了瓦斯监测系统联网,有些公司实现了部份综合自动化;
有些公司实现了部份ERP项目、设备治理或资产治理;
大部份公司实现了运算机辅助地测制图;
有些公司已经开始实施地理信息系统建设;
有些采矿企业数字矿山建设已成雏形。
但由于矿山是一个以资源为开发对象的离散生产系统,要紧作业处于地表深处,地质条件复杂,环境恶劣,瓦斯、粉尘、水害、顶底板事故,火灾隐患难以探测和辨识,大型事故时有发生,给我国矿业生产造成了重大损失,也严峻危及了矿工的人身平安。
因此,数字矿山既不是“数字地球”概念的简单延伸,也不是一般ERP概念的简单复制,而是一个包括二者部份特性的崭新概念。
中国矿山在矿山勘探、计划、设计、生产、治理、全进程监控等信息化领域与发达采矿国家的差距愈来愈大,中国矿山既没有把信息资源看成矿山的重要战略资源之一加以统筹开发和利用,更没有形成系统性能稳固、信息资源充沛的矿山信息基础设施,也没有形成“数字矿山”建设标准,很多学者和企业技术人员对数字矿山的概念、内涵和作用仍是比较模糊,本文通过数字矿山的完整概念,简要描述了数字矿山的技术特点、建设内容、技术标准、系统功能,结合国家“863”重点项目
《数字化采矿关键技术与软件开发》的时期功效,论述了我国数字矿山技术的进展概况及其在矿山企业的应用现状。
2数字矿山的概念
数字矿山也称聪慧矿山,是成立在矿山数字化基础上能够完成矿山企业所有信息的精准适时搜集、网络化传输、标准化集成、可视化展现、自动化操作和智能化效劳的数字化聪慧体。
1)数字化基础:
已把矿山的所有内容处置成现代运算性能够同意、贮存、拷贝、加工和网络传输的数字信息,并保证信息的完整性。
2)精准适时搜集:
能准确地搜集到任何地址、任何时刻所需要的平安、生产和治理等信息,并保证信息的及时性。
3)网络化传输:
所有信息包括实时数据、多媒体数据和治理数据能够通过局域网和广域网进行准时、靠得住、平安的传输,必要的数据要保证时钟同步。
4)标准化集成:
通过标准的数据格式、开放的通信协议和统一的治理标准所概念的数据仓库实现各类应用中信息的互连互通,确保数据的唯一入口和一致性。
5)可视化展现:
关于数据仓库中的所有信息和模型都可用四维地理信息系统技术、虚拟现实技术、模拟仿真技术、多媒体技术和可视化分析技术进行表达和展现,实现透明治理。
6)自动化操作:
关于要紧生产执行环节、监听监视环节、时限性强、准确度高的环节和环境恶劣、易疲劳环节实现操作自动化或无人化。
7)智能化效劳:
在一些诸如危险辨识、灾害预警、事故报警、方案设计、打算编制、进程操纵、经济分析、调度优化等方面提供智能化工具和综合决策支持,最大限度地降低脑力劳动强度,幸免人为决策失误。
8)数字化聪慧体有2层含义:
①通过数字化再造使整个矿山具有自我分析能力和决策能力,使矿山的人、机、环境处在高度和谐的统一体中运行;
②通过不断地搜集、学习和浓缩相关专家的最新知识,使数字矿山的神经中枢具有众多专家集体决策的能力。
3数字矿山要紧内容和技术内涵
数字矿山的建设内容如图1所示。
矿山ERP系统
生产技术管理
本质安全保障体系与软件系统
四维地理信息系统和可视化平台
安全监测监控
工业自动化
矿山数据仓库
基础网络平台
图1数字矿山建设内容
基础网络平台
基础网络平台不仅要知足企业内部数字化内容传输和有线无线通信的需要,也要知足对互联网的需求,通过宽带光纤环网、现场总线和商用数据库、多媒体数据库、实时数据库实现信息的搜集、传输、贮存、分析、决策、操纵、发布和查询,不仅要保证信息的互连互通,更要保证信息的靠得住性、平安性和及时性。
矿山数据仓库
矿山数据仓库不是各类数据库的简单堆积和组装,必需实现从散乱数据到标准化的数据集成,其技术关键是针对地质、矿床和生产信息的复杂性、海量性、异质性、动态性及多源、多精度、多时相和多尺度等特点和各类专业应用,成立化分标准的主题层,成立标准的数据库库结构,概念标准的元数据、索引数据和数据立方体,便于数据的导入导出和自动挖掘,排除矿山“信息孤岛”和数据冗余,实现面向各类引用的快速检索和转送,实时数据库必需实现各类事件的主动触发并保证时效性。
矿山工业自动化系统
矿山工业自动化系统包括井下输送带监控系统、主副井提升监控系统、矿山供电监控系统、矿井排水监控系统、瓦斯抽放监视系统、要紧通风机房监测系统、压风机房监测系统、供水防尘监控系统、注浆监控系统、矿井降温监控系统、风量调剂与操纵系统、产量计量系统、地面生产监控系统等,它们相当于数字矿山的腿和手,尽管都能完成各类动作但必需受控于大脑,那个地址的大脑确实是系统集成平台软件,通过它能够有效协同数据仓库、安监系统、平安治理系统、生产系统和调度系统,实现自动操纵和远程操纵,达到真正的管控一体化,而不是各子系统的简单连接和堆积。
平安生产监测系统
平安生产监测系统确实是矿山平安的眼睛、耳朵和鼻子,要紧包括有线通信、无线通信和移动通信系统、矿井人员定位系统、视频监控系统、平安生产环境监测系统、水文监控系统、矿压监测系统、火灾监控系统、降雨量监测系统、地表岩移监测系统,通过它们向数据仓库、平安治理系统、调度系统等提供实时信息,供决策支持系统利用。
四维地理信息系统与可视化集成平台
基于统一的空间和时刻四维坐标,将矿山中的所有信息(包地形、建筑、地层、构造、矿床矿体、危险源、井巷工程、开采单元、采场、工作面、设备、人员、监控系统等)可视化后,配置完整的属性信息,成立真三维矿山地理信息模型,再利用3S(GPS,GIS,RS)技术和各类勘探、测量、搜集手腕获取动态信息对模型和属性进行实时修正,形成完整的四维时态地理信息系统,实现地上地下所有对象的透明治理和虚拟现实系统仿真。
其关键技术是不借用任何第三方软件,实现所有二维图形的自动绘制、三维模型的自动生成和面向专业应用的拓扑分析、网络分析、叠置分析、剖切分析、构造分析、地质预警分析、进程仿真和透明诊断(若是借用第三方软件就不可能实现各类应用的无缝集成和动态联动),只有实现了这一功能,才可能实现灵活有效的运筹与决策。
本质平安保障体系与软件系统
矿山企业与其他生产企业的重要区别之一确实是矿山生产(专门是地下开采)有许多难以探测和辨识的危险源,有诸如冲击地压、冒顶和塌方、突水透水和淹井、火灾、瓦斯突出和爆炸、煤尘突出和爆炸和机电运输等事故隐患,大型伤亡事故时有发生,严峻要挟着人身平安。
本质平安保障体系与本质平安检查体系有本质的区别,保障体系是借助先进的四维地理信息系统,实现地面地下所有对象的透明治理,从而使整个矿山从设计、生产到治理都能专门好地兼顾工艺的先进性、设备的靠得住性、环境的平安性,大幅提高抗灾能力和生产效率,在精细的管控体系下,以严格标准的治理、完善有效的方式、先进科学的技术真正实现人员无失误、设备无端障、系统无缺点、治理无漏洞的人、机、环境和治理高度融合的矿井恒久性平安目标。
其具体内容如下。
1)成立本质平安的检查、监督和评判体系。
2)成立重大灾害事故发生机理研究和事故仿真体系。
3)成立危险源辨识和灾害预警体系。
4)成立隐患排查和事故预测预报体系。
5)成立灾害防治关键技术决策支持体系。
6)成立煤矿本质平安信息化保障系统。
7)成立煤矿本质平安长效治理体系。
生产技术治理系统
生产技术治理系统是数字矿山的核心内容,要紧包括地测地理信息系统、采矿协同设计系统、智能化矿井通防系统、输配电地理信息系统、工业管网地理信息系统等。
但要注意的是此生产技术治理不是把手工方式搬到运算机上,而要实现科学的标准治理和高智能的技术支持。
例如,地测地理信息系统不是地测制图,而是通过精细化的矿山测量和地质勘探,达到矿床、地质体、危险源和井巷工程的精准圈定和可视化计算,能够自动完成各类测量更正、误差估量、测量平差、地表沉陷估量等计算,并实现所有计算的所见即所得,而且能够自动生成任意比例尺的各类矿图,为矿山的生产、平安和治理提供地质保障;
基于三维地理信息系统的采矿协同设计系统能够完成包括巷道布置、岩移估量、爱惜矿柱(煤柱)计算、支护选型和采、掘、机、运、通、安等各类设计,并生成相关文件等;
智能化矿井通防系统的要紧目的确实是保证正常生产时期和灾变时期的实时按需供风;
输配电地理信息系统的要紧功能是任意复杂电网实现设备的最优选型、故障电流计算、电压和能量损失计算、电容电流计算、动稳固热稳固计算和爱惜装置整定计算,配合供电SCADA系统实现遥信、遥测、遥调和遥控;
其他系统依次类推。
这些都是仿照人工方式所不能完成的。
矿山ERP系统
矿山ERP系统是实现精细治理的信息保障系统,要紧包括人力资源治理系统、设备治理系统、50卢新明等:
数字矿山的概念、内涵与进展2020年第1期物资治理系统、运销治理系统、生产打算治理系统、物业治理系统、预算与本钱治理系统、财务治理系统、办公自动化系统等。
其特点是必需和其他系统实现无缝集成,例如人力资源治理、生产打算治理、物资需求、预算与本钱治理必需以设计功效、生产技术为基础,设备治理、物资治理、运销治理必需借助于地理信息系统才能实现现场治理和最优配送,其他子系统也是类似的,要么是基础数据来源于其他系统,要么为其他系统效劳,它们都可通过数据仓库进行无缝集成,不然就变成了信息孤岛。
综合指挥调度系统
数字矿山的综合指挥调度系统并非是把监测监控、工业自动化、人员定位和通信系统进行一些简单集成,外加一些诸如生产调度日记和报表。
而是基于三维可视化平台,实现监测监控、通信和人员定位系统,和生产技术治理、平安治理和矿山ERP的强集成,要紧实现以下功能。
1)正常生产时期:
能够通过一个调度界面看到当天和累计的平安信息、产量信息、本钱信息、储量信息、设备信息、煤质(矿石品质)信息、销售信息和三维矿山模型中的地质模型、井巷工程、采场或工作面、生产设备、人员分析和各类监测监控系统,若是需要能够钻取任何部位、任何时刻的详细数据,并自动生成所需要的统计图表。
2)决策分析时期:
只要输入业务需求,
系统就能够够利用数据挖掘工具自动调出所需要的数据、文档、图形、多媒体和三维模型供决策团队进行叠置、剖切、变换、计算和模拟等分析,必要时能够挪用相关的方式库进行辅助决策。
3)救灾指挥时期:
一旦发生了灾变,除进行决策分析、故障诊断之外,能够充分利用该系统的时空治理能力和快速反映功能,实现调度优化和可视化应急指挥软件,把损失降到最低。
4数字矿山建设标准
要依照数字矿山的概念成立起一座真正的数字矿山必需有一套完整的建设标准,以期形成地址、行业乃至国家标准,使其对数字矿山有一个统一的气宇。
其标准应包括以下内容。
1)数字矿山技术标准总那么,包括原那么和组网、软件、数据搜集、通信、操纵等通用技术。
2)矿山信息分类编码标准。
3)矿山数据仓库技术标准,包括大体构架、数据类型、主题层、元数据格式、索引格式、数据立方体结构等。
4)监测监控通信接口技术标准:
搜集-贮存(实时数据库)-操纵等通信协议、触发机制和时限性操纵等。
5)矿山平安监测系统技术标准,包括各类监测内容和空间布局、时刻布局、技术指标等。
6)矿山工业自动化子系统技术标准,靠得住、自动、智能、闭环、联动、易集成和减人为标准。
7)矿山四维地理信息系统技术标准,
包括地质、储量、测量、水文、设施等动态空间信息治理。
8)矿山生产技术治理子系统技术标准,除地测之外的所有生产系统。
9)矿山本质平安保障体系和软件系统技术标准。
10)矿山ERP系统技术标准。
11)矿山信息集成方式与集成平台技术标准,包括联动规那么等。
12)矿山综合指挥调标准度系统技术标准。
5数字矿山研发进展
随着运算机网络技术的进展和众多硬件厂商的尽力,数字矿山的网络平台和有关硬件的研究已经取得了长足进展,不管是技术仍是应用都已经大体成熟。
众所周知,数字矿山软件系统的技术关键是先进的理念、科学的模型和快速的运算机算法,通过众多学者的研究,已经冲破了包括三维精细化快速建模,矿体圈定和精细储量评判,各类矿图的自动生成,矿山四维地理信息系统技术标准建设,矿山灾害仿真、预警和事故预测预报,专业系统分析等一系列理论难题,例如,关于矿井通风系统及各类非线性流体网络的模型和算法文献[18-20]就给出完整的研究功效,解决了其中的关键难题;
该项目组基于完全自主版权的CAD/GIS平台成功地开发了《地理信息系统平台》《地测地理信息系统》《采矿协同设计系统》《智能化矿井通防系统》《输配电地理信息系统》《设备治理系统》《人力资源治理系统》《物资治理系统》《本钱操纵系统》《平安治理系统》《调度治理系统》和《虚拟矿山系统》等一些软件产品,实现了数字矿山关键技术的本质冲破。
6数字矿山建设情形
1)兖矿集团地理信息系统建设。
兖
矿集团的信息化建设一直走在我国采矿行业的前列,为了提高平安治理和生产治理的科学性和标准性,兖矿集团开辟性地成立了我国首个集团公司级的网络地理信息系统,该系统的用户能够依照自己的权限通过集团公司效劳器和Web阅读器查询到任何一个矿的采矿、地质、储量、测量、通风、机电、排水和生产调度等专业的所有图件和完整的属性信息,而且能够完成各类地理信息统计分析和专业计算,为平安生产治理提供完整的信息支持,也为实现数字矿山奠定了坚实的基础。
2)山东临沂矿业集团王楼煤矿的数字矿山建设。
通过2a的尽力,从制定数字矿山建设方案和数字矿山治理标准,到工业自动化建设和治理信息化建设,王楼煤矿率先建成了我国第一个真正意义上的数字矿山。
不仅有比较完善的工业自动化系统,而且成立了包括地理信息系统平台、地测地理信息系统、采矿协同设计系统、智能化矿井通防系统、输配电地理信息系统、设备治理系统、人力资源治理系统、物资治理系统、本钱操纵系统、平安治理系统、调度治理系统和虚拟矿山系统等比较完善的软件系统,较完全地实现了“两化”融合。
另外,例如,平煤天安十二矿、淮北矿业集团青东煤矿、神华宁煤集团枣泉煤矿、山东招金集团的夏甸金矿和尹格庄金矿等都在进行真正的数字矿山建设。
7结语
归纳性地描述了数字矿山的新理念、要紧内容、建设标准、研究进展和应用情形,限于篇幅,有关数字矿山中的关键技术,如真三维地质建模、精细储量评判、专业建模和专业分析、采矿协同设计与可视化、事故仿真和灾害预警、生产打算自动编制、虚拟矿山与实时三维调度等核心内容将陆续在其他文献中表达。
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作者简介:
卢新明(1961-),男,河南济源人,教授,博士生导师,从事数字矿山方面的教学与研发工作。
Tel:
0538-8503766,E-mail:
lionkingsoft@2631net
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