智慧矿山建设的发展与实践（11.4）.pdf

云南昆明 2019年11月4日 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 单机自动化单机自动化 综合自动化综合自动化 感知矿山感知矿山 智慧矿山智慧矿山 煤矿信息化发展历程及趋势 1999 2005 2025 2035 近近1010年煤矿信息化建设使矿山行业面貌焕然一新，随着年煤矿信息化建设使矿山行业面貌焕然一新，随着““四化建设四化建设””与与““两化融合两化融合””工作工作 的推动，必然要求更上一个新台阶。的推动，必然要求更上一个新台阶。 技术进步推动智慧矿山建设 在“两化”深度融合的大形势下，工业领域正迎来产业发展的巨大变革。 目前，煤矿安全高效矿井系统的机械化程度达到 90 以上，单机自动化也日趋完善，建成了一批千万吨级矿井 群，并开发了初级的多系统数字矿山综合自动化系统。 技术进步推动智慧矿山建设 新的问题 工艺滞后 缺兵少将 信息不畅 事故仍多 随着政府监管力度加大以及装备水平的提高，近年来煤矿安全形势得到了很大的改善，但也随着政府监管力度加大以及装备水平的提高，近年来煤矿安全形势得到了很大的改善，但也 面临新的问题。面临新的问题。 安全生产需要智慧矿山建设 中央领导战略指向智慧矿山建设 ◆2014年6月13日，提出“四个革命，一个合作” 能源安全新战略。 ◆2018年5月28日，院士大会上指出要加快传 统产业数字化、智能化。 ◆2019年9月17日，视察郑煤机时指出要加强 自主创新，发展高端制造、智能制造。 中央领导战略指向智慧矿山建设 ◆2017年8月23日，国务院常务会议上提出加 快向数字化、网络化、智能化转型。 ◆2019年10月11日，国家能源委员会会议上指 出要科学规划煤炭开发布局，推动煤炭安全 绿色开采。 ““推进煤炭工业科技进步，大力发展智慧矿山建设，推进煤炭工业科技进步，大力发展智慧矿山建设， 为实现煤矿企业“零死亡”提供科技保障为实现煤矿企业“零死亡”提供科技保障”” 黄玉治局长黄玉治局长 行业专家鼎立推动智慧矿山建设 ““建设智慧矿山是煤矿发展的必由之路，是提高矿企建设智慧矿山是煤矿发展的必由之路，是提高矿企 业业核心竞争力、实现可持续发展的必然选择核心竞争力、实现可持续发展的必然选择”” 王国法院士王国法院士 国家政策大力支持智慧矿山建设 能源技术革命创新行动计划（能源技术革命创新行动计划（20162016- -20302030年）年） 提升煤炭开采效率和智能化水平，研发智能化工作面等提升煤炭开采效率和智能化水平，研发智能化工作面等 技术，到技术，到20302030年重点矿区基本实现工作面无人化。年重点矿区基本实现工作面无人化。 关于促进煤矿智能化发展的指导意见关于促进煤矿智能化发展的指导意见 拟从国家层面给出煤矿智能化发展“三步走”战略目标。拟从国家层面给出煤矿智能化发展“三步走”战略目标。 煤矿机器人重点研发目录煤矿机器人重点研发目录 提出“机械化换人，自动化减人”科技强安专项行动，提出“机械化换人，自动化减人”科技强安专项行动， 从政策层面支持大力研发应用煤矿机器人，在全世界率先构从政策层面支持大力研发应用煤矿机器人，在全世界率先构 建了煤矿机器人技术体系。建了煤矿机器人技术体系。 国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备” 为了适应煤矿智能化发展要求，从技术支撑角度，将为了适应煤矿智能化发展要求，从技术支撑角度，将 “煤矿智能开采安全技术与装备研发”、“智能机器人”列“煤矿智能开采安全技术与装备研发”、“智能机器人”列 为重点公关专项。为重点公关专项。 国家发改委 国家能源局 国家煤监局 国家科技部 国家政策大力支持智慧矿山建设 关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见 20192019年年5 5月月2929日习总书记在日习总书记在““全面深化改革委员会第八全面深化改革委员会第八 次会议次会议””的讲话的讲话 新一代人工智能发展规划新一代人工智能发展规划 20182018年年2 2月国务院提出到月国务院提出到20202020年智能机器人大规模应用，年智能机器人大规模应用， 实现生产设备网络化、生产现场无人化。实现生产设备网络化、生产现场无人化。 智慧矿山信息系统通用技术规范智慧矿山信息系统通用技术规范 20172017年年1010月，国家标准化管理委员会对信息技术在矿山月，国家标准化管理委员会对信息技术在矿山 的应用提供了国家标准和规范。的应用提供了国家标准和规范。 煤矿安全生产“十三五”规划煤矿安全生产“十三五”规划 20172017年年6 6月，国家安全监管总局煤矿安监局印发安监总煤装月，国家安全监管总局煤矿安监局印发安监总煤装 [2017]64[2017]64号文件。号文件。 国家政策大力支持智慧矿山建设 山西省能源生产和利用山西省能源生产和利用 设施智能化改造实施意见设施智能化改造实施意见 关于加强全省煤矿智慧化建关于加强全省煤矿智慧化建 设和智能化改造的指导意见设和智能化改造的指导意见 河南省煤矿智能化建设河南省煤矿智能化建设 实施方案实施方案 深入推进贵州省煤矿智深入推进贵州省煤矿智 能化、机械化升级改造攻能化、机械化升级改造攻 坚方案（坚方案（20192019- -20202020年）年） 云南省煤炭产业高质云南省煤炭产业高质 量发展三年行动计划量发展三年行动计划 （（2019201920212021）） 智慧矿山包含内容 智慧矿山 安全生产 后勤 办公调度 运营 1.1 智慧矿山概念 智慧矿山是智能工业物联网及软件定义技术在矿山领域的全面应用。 融合联动 通过软件定义，实现井上下人、 机、环、管信息的强实时关联、 融合与智能联动 利用大数据与人工智能AI等技 术，迭代升级煤矿安全、生产、 经营的智能分析、自我学习与 辅助决策 智慧决策 基 于 GIM 时 空 一 张 图 （GISBIM）为智慧矿山提供 三维可视化、协同设计、仿真 模拟、矿山及设备全生命周期 管理等服务 时空服务万物互联 全面感知井下人、机、环等的 位置、状态，并可以对设备进 行控制 1.2建设存在问题 安全高效 绿色智能 智慧矿山 信息和数 据孤立 被动灾 害监测 系统缺乏 协调 缺乏智 能分析 各控制系统都处于 局部和有限控制， 缺乏“智慧大脑” 实现协调和联控 多为子系统独立建 设，系统缺乏统一 集成实施，数据和 信息缺乏关联和融 合 被动的、事后响 应式的灾害监测 多数靠经验判断、单 点判断式的，缺乏对 数据信息的可靠共享 和智能分析 目前对智慧矿山的认识存在几目前对智慧矿山的认识存在几 个现象个现象 过度 包装 盲目 抵触 标准 不统一 分步实施分步实施 智慧矿山智慧矿山 智慧矿山建设的实施原则 地理信息系统 （GIS） 一张图一张图 统一物资编码 一个标准一个标准 统一数据存储 一个库一个库 管控一体化平台 一个平台一个平台 智慧矿山智慧矿山 ““六个一六个一””工程工程 一系列智能化设备一系列智能化设备 （机器人） 智慧矿山建设的顶层设计 统一数据传输 一张网一张网 智慧矿山网络架构图 煤矿智能化系统总体规划框架煤矿智能化系统总体规划框架 信息化建设整体架构图 通过对标和吸取国内同类煤炭企业矿井信息化建设的先进技术和经验，在充分利用信息化提高煤矿生产自 动化的基础上，采用物联网和智慧矿山等技术手段做好煤矿生产、管理数据的规范和梳理，引进国际先进生 产管理理念，构建煤矿整体框架。 应用系统框架 采用面向应用架构思想SOA，利用企业综合业务数据支撑系统将异构系统如人力资源系统、财务系统、 综合自动化系统等集成，对系统数据进行抽取、整合及分析，形成公司的大数据信息共享平台，指导公司的 人力、财务、物资、机电设备等科学管理，支撑公司领导的决策支持、公司管理人员的业务集成应用及综合分 析，从而实现生产精细化管理和经营管控一体化；云计算数据中心为生产过程、生产执行、经营管理提供所需 的资源服务，形成统一管理、维护平台。技术支撑框架如下图所示。 智慧矿山建设的目标 加强监管智能改造 1 1 信息化标准体系建设信息化标准体系建设 2 2 业务流程体系建设业务流程体系建设 3 3 基础设施建设基础设施建设 3.1 数据中心建设 3.2 网络传输平台建设 3.3 智能化管控指挥中心建设 4 4 智能管控平台及其应用系统建设智能管控平台及其应用系统建设 4.1 智慧矿山智能管控平台 4.2 智慧生产 4.3智慧安监 4.4 生产执行系统 4.5 经营管理系统 4.6 大数据决策分析应用系统 4.7智能移动APP应用 1.7 智慧矿山建设内容 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 2.1 标准体系建设 数据体系及其标准规范是矿井智能化建设的基础，将直接关系到整个智慧矿山数据共享、系统集成、信息融合与联动应用的成功与否，关 系到矿井智能化建设的持续接入与应用扩展。 2.2 业务流程梳理 结合智能化矿井建设 1、岗位需求编制 2、部门职能划分 3、业务部门的输入与输出 4、日常业务流程梳理 5、订单式生产流程梳理 6、异常处理流程梳理 岗位按需求定岗 部门按职能重组 流程管理扁平化 智能管控平台协同、联动 业务流业务流 程梳理程梳理 （（BPR）） 业务流业务流 程管理程管理 （（BPM）） 业务流业务流 程自动程自动 化（化（BPA）） 业务流业务流 程优化程优化 （（BPI）） ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 3 基础设施建设 网络建设云数据中心建设 模块化机房建设 业务应用系统设计 管理运维设计 网络安全设计 万兆工业环网系统建设 全矿井4G无线通信系统建设 企业办公网建设 智慧矿山指挥中心 大屏显示系统 智能调度台 智能会议系统 3.1 基础设施建设网络架构 3.2 基础设施建设-网络安全 3.3 基础设施建设-指挥中心 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 4 智慧矿山操作系统 GIS平台 GIM 时空平台 组态化平台 数据标准化统一接入智能网关 实时数据综合服务平台 后端即服务平台 设计协同平台 大数据分析平台 BI及报表工具 工作流引擎 4.1 智能网关 4.2 GIS平台 GIS开放平台 4.3 GIM时空一张图平台 规划划 概念概念设计 细节设计 分析分析 出出图 预制制 4D/5D 施工施工 施工物流施工物流运运营维护 拆除拆除 翻翻 新新 BIM 建筑信息模型建筑信息模型 GIS侧重于表达工程与环境的自然信息 BIM侧重于表达工程资产的详尽信息 参数化设计、图档一致、数据协同、智能设计、 从宏观到局部、从环境到工程、 总体规划 可行性研究 资源勘探 资产管理 监测传感竣工验收 生成准备 施工组织 施工组织 建设准备 井工设计 规划运维 设计施工 精准算量、剖切出图、透视巡检、高效协同 GIM 二维→三维粗略→精准宏观→局部信息孤岛→数据协同 灾害预警 4.4 组态化平台 采用可配置的、前后端分离的微服务架构，支持全面的组态化开 发，支持应用界面与业务逻辑的快速组态化构建，能够满足各类智慧 矿山应用的功能与性能需要。应用主流Web技术，拥有先进、友好的 UI，支持多平台、多终端、多浏览器访问。 4.5 实时数据综合服务平台 实时数据综合服务平台负责处理所有感 知层数据的采集、存储、历史数据查询与统计、 订阅与推送，并对外提供接口。平台屏蔽了不 同子系统厂家的差异，提供统一的数据采集工 具，只需要进行简单的配置或二次开发，便可 接入一个新的子系统实时数据。平台同时也屏 蔽了不同数据库之间的差异，用户无需关系具 体的数据库，只需通过接口便可以直接访问数 据，进行数据的查询和统计操作。 4.6 协同设计平台 协同设计协同设计 煤层地质模型 巷道模型 各生产系统模型 图纸 工程量 真实数据 设备信息 生产信息 专业参数 关键设计参数 多人同时操作一个模型进行设计多人同时操作一个模型进行设计 设置修改访问权限 灵活视图控制显示 实时更新实时更新 自动备份 修改监视修改监视 专业划分 每个人获取最新设计信息 问题共享 问题记录问题记录 方案变更记录 沟通记录 专业矛盾问题专业矛盾问题 巷道支护模型 煤矿中心文件煤矿中心文件 图模档联动一致图模档联动一致 三维模型、图纸、工程量清单相同数据库不同维度的表现 形式，实时关联，一处修改，自动更新平立剖图纸以及工程量。 维护修改方便，一套标准模板，复用性程度高。 自动成图自动成图 模型数据丰富、根据矿山井巷工程预算及工程量清单计价的要 求，快速提取工程量信息，生成工程量清单。 自动算量清单自动算量清单定额定额 在进行工作面巷道布置设计时，可在三维空间视图随时查看当 前步骤的设计成果，直观、仿真、高效。 在进行工作面巷道布置设计完成后，利用完成的三维模型，输 出设计图纸和工程量统计清单，实时测量巷道空间坐标数据。 跨专业协作、问题协调、共享和可视化 三维模型 出图样板库 全参数图纸，全参数图例，定制企业标准图纸库、图例库、线性、图案库， 满足煤矿出图规范。 工作面设计图纸 4.7 后端即服务平台 后端即服务平台（BaaS）是指专为应用开发者 提供整合云后端的服务。开发者无需过多研究服 务器端程序，而只需调用云平台提供的API，使 用相应SDK，就能迅速完成数据存储、消息推 送、权限控制、云端代码逻辑整合等功能。 （1）开发周期缩短 （2）节省成本 （3）对团队技能要求少 4.8 BI及报表工具 4.9 工作流引擎 4.10 AI及大数据分析平台 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 5.1 智能管控平台 智能管控平台利用GIM时空 “一张图”对矿井空间对象数据、业务属性数据以及安全生产实时历史数据进 行综合集成，采用2DGIS、3DGIS、组态、BI等多种技术手段进行数据融合和展示，提供人员管理、安全监控、 生产过程监控等位置化联动服务与应用，实现二维以及三维地理空间下矿井场景的浏览以及生产业务数据的查 询、统计和智能分析，进而实现矿井安全生产信息与采掘工程、地质环境、采掘状态的动态关联、综合化管理、 自动化管理与智慧化管理，直接服务于矿山安全生产指挥与决策。 5.1 智慧矿山综合门户报警联动与区域协同 5.2 智能管控平台平台展示示例 井上下对照三维任意剖切 任意剖切线 任意开窗边界 三维任意开窗三维半透明模式 5.2 智能管控平台平台展示示例 5.2 智能管控平台平台展示示例 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 6 智慧生产智能综采工作面系统 综采工作面自动化控制系统包括高速通信平台高速通信平台、可视化平台可视化平台及工作面设备远程控制平台工作面设备远程控制平台 实现功能工作面工作面GIM时空一张图系统时空一张图系统、、工作面直线度控制工作面直线度控制、、工作面调高控制工作面调高控制、、机架协调控制机架协调控制、、端头设备一体化控制端头设备一体化控制、、 煤流负荷平衡控制煤流负荷平衡控制、、工作面瓦斯浓度关联控制工作面瓦斯浓度关联控制、、液压支架姿态与防片帮控制液压支架姿态与防片帮控制, 采煤机在工作面煤层的三维实时展示采煤机在工作面煤层的三维实时展示，，基于捷基于捷 联惯性导航的采煤机定姿定位联惯性导航的采煤机定姿定位。 6 智慧生产 智能通风系统 智能通风系统利用现代通信技术、监测监控技术及自动化控制技术进行矿井通风网络、实施方案的优 化及风量、风速的智能实时控制。通过通风参数的在线实时监测，感知井下不同区域通风状态，依据在线 风网解算结果及安全规程要求，进行通风设施的智能调控。 6 智慧生产 智能运输系统 智能运输系统，首先利用自动化技术对井下皮带实现集中管控，并采取综保措施，最终在大数据 基础上实现视频调速。最终达到节能降耗的目标。 6智慧生产 利用PaaS平台开发的皮带智能调速系统APP 6 智慧生产 智能供电系统 通过对井上下各变电所安装电力监控系统、更改或加装部 分微机综合保护测控装置和视频联动系统，能够对供电高压 电气设备、供电线路和用电负荷全面安全保护、运行、监测、 计量和远程操作控制，实现电力运行管理、实时用电计量管 理、实时温度监测，故障定位管理，视频监控管理，进一步 实现‘防越级跳闸’和“六遥”功能，达到设备高效安全运 行、无人自动值守和智能化管理。 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 7 智慧安全 安全监控系统 国家煤矿安监局关于印发煤矿安全监控系 统升级改造技术方案的通知，煤安监函 〔2016〕5 号文件，煤矿安全规程、煤 矿监控系统总体设计规范、MT/T899-2000 煤矿用信息传输装置和煤矿监控系统中心 站软件开发规范的对安全监测监控系统提出 了具体要求。 矿用本安型分站 矿用隔爆兼本安型稳压电源各类传感器 矿用本安型定位基站矿用本安型位置监测仪 7 智慧安全 井下作业人员精确定位系统 人员精确定位管理系统需采用无线多跳自由 组网技术，采用基于UWB/TDOA双边测距算法 的精确定位技术，实现井下人员设备的跟踪定 位，精度达1米以内，同时具备人员管理系统、 考勤管理系统等常用管理功能，并具有井下精 确电子地图作为监测定位的基准坐标，在三维 GIS动态视图显示。 矿用本安型数据传输分站 矿用本安型无线分站 7 智慧安全 自定位瓦斯巡更系统 自定位瓦斯巡更系统与井下人员定位系统， 矿井GIS系统及煤矿安全监控系统结合，做到 瓦斯巡检工作的定人、定点、定时，可减少及 避免人为因素对数据真实性的影响，同时实现 多系统的融合，开启了井下设备物联网服务。 该系统采用高精度、免标校的TDLAS激光 气体检测技术、无线自组网多跳技术、精确定 位技术实现井下瓦斯巡更管理。主干网采用 1000M以上工业以太环网，由环网交换机搭建， 无线激光甲烷便携仪将信息数据通过无线基站 上传到工业环网上，最终数据汇总到中心站软 件。 7 智慧安全 智慧安监平台 智慧安监平台利用GIM时空一张图对矿井空间对象数 据、业务属性数据以及安全实时历史数据进行综合集成， 采用2DGIS、3DGIS、组态、BI等多种技术手段进行数据 融合和展示，提供人员管理、安全监控等位置化联动服务 与应用，实现二维以及三维地理空间下矿井场景的浏览以 及安全业务数据的查询、统计和智能分析，进而实现矿井 安全信息与采掘工程、地质环境、采掘状态的动态关联、 综合化管理、自动化管理与智慧化管理，直接服务于矿山 安全指挥与决策。 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 8.1 生产技术协同设计系统通防协同设计系统 通防协同设计系统是典型的AutoCAD与GIS完美结合的面向煤矿一通三防行业特定应用需求定制开发的专业软件产品，具体功能 如下 1）面向“一通三防”应用构建了其基本图例库并可扩展。 2）基于灵活的样式与巷道位置坐标实现通风系统图、通风网络图、通风立体图、防尘系统图等通防专题图元实体的绘制与管 理。 3）基于图形特性可以灵活赋予或自动计算通风巷道分支与节点的各种属性值与实测值，构建风网风阻数据库，主要包含以下 信息分支（巷道）编号、分支名称、分支起始节点编号、分支末节点编号、始末点标高、始末点气压、始末点干温度、始末点湿 温度、始末点风速、分支断面形状、分支支护形式、分支断面规格（基本参数、面积、周长）、分支长度、分支风速、分支风阻、 分支百米风阻、分支摩擦阻力系数、分支风量、分支风压等。 4）可实现新建矿山通风网络系统设计、解算和矿井风流动态模拟；生产矿山通风网络解算，通风现状分析，通风系统调整方 案设计、分析，通风系统风流动态模拟；任意风路固定风量、固定风压、矿井风量按需分配解算及动态模拟。 5）动态解算和模拟巷道贯通、新掘或废弃巷道分支后通风系统的风流分配；自动根据风量要求反算调节风阻和调节风窗面积， 动态模拟风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果。 6）计算并动态模拟井巷断面或长度变化后通风系统的变化；可进行风机调速、反风计算和动态模拟。 7）自带主流风机数据库，可在风网优化设计的基础上自动进行风机选型，并进行风机运行工况点分析。 8）实现不同通风解算方案的比较与同步。 8.1 生产技术协同设计系统供电协同设计系统 矿井供电系统设计系统是集绘图、计算、管理、优化、统计于一体，可以同时完成设备参数库的建立、供电系统图 的绘制、数据调用、标注、修改、储存、输出，故障电流计算、继电保护装置整定计算，电网数据的可视化管理等。 系统除了具备通用软件功能外，还应具备与矿井供电设计相配套的专业功能。如提升运输设计主要建立提升运输的 详细技术参数，自动绘制提升运输系统图并自动计算各种参数，根据参数自动进行设备及附机推荐选型。 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 采矿系统设计系统是基于煤矿采掘基础数据管理的基础上，结合BIM技术，面向煤矿采掘行业特定应用需求定制 开发的专业软件产品。 工作面设计需要大量复杂的计算和图形处理，为了提高设计的科学性、准确性，开发自动化程度高、交互性友好、 界面友好的计算机三维辅助设计系统 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 样式库管理 提供满足煤矿制图标准满足煤矿制图标准的图形创建样板，用户 也可自定义编辑图形样板。 包括巷道线型样式、图签样式、图框样式、各 类图例及符号库等 比二维更强大的样式库功能 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 构件库管理构件库管理 提供满足煤矿制图标准满足煤矿制图标准的常用设备构 件库，用户也可自定义编辑设备构件添加到 构件库中。 可以工作面设计过程中，如设备选型、 生产系统布置设计时 直接调用布置直接调用布置，提升工作效率提升工作效率。 具有11真实三维外观，以及二维表达图例。 全参数化，快速布置模型，三维视图显示真 实模型，平、立、剖视图显示二维图标。 包含厂家信息包含厂家信息 设备专业参数设备专业参数 采掘机械； 运输机械； 支护机械； 通讯设备； 监测监控设备； 供电设备； 压风自救装置； 照明设备； 传感器等生产系统设备仪器。 丰富专业、开放的设备构件库功能 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 协同管理 数据收集整理采掘工作面设计 通过 发起工作面设计任务 指定项目设计负责人 工作面设计原则设计会审移交实施 不通过、修改设计 设计批复 采掘工作面设计生产管理审批流程 确立组织架构、岗位职责划分、制定审批审核流程 灵活的流程自定义功能 审批管理审批管理 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 通过三维模型直观查看直观查看矿区位置、范围及地形情况 （地理位置、交通、地形地貌、水系、气象）辅助设计 决策。 通过三维模型可透视直观查看透视直观查看掌握矿井开拓布置及主要生产系统空间布局矿井开拓布置及主要生产系统空间布局 情况（井田开拓方式、井筒、水平、采区、开采顺序；采掘、供电、通风、运 输、压风、排水系统、安全监测监控、压风自救、供水施救、通讯联络、紧急 避险） 直观了解设计工作面与矿井现有生产系统之间的空间衔接关系空间衔接关系，方便工作 面设计过程中对各系统的统筹规划。 强大的三维透视功能强大的三维透视功能 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 利用计算机的三维图形处理 功能，样条线差值、平滑过 渡）,运算处理煤层实测数据， 生成煤层实测数据模型，和 实测煤层顶底板数据。 依据现有煤层赋存请况资料， 推测当前设计工作面煤层赋 存情况（煤层厚度、走向、 倾向等）。 Txt\csv或者其他格式的各地 质层空间xyz坐标数据（含地 质层、煤层、断层、溶洞 等）。建立实测工作面的实 测煤层模型。 巷道实 测导线 数据 巷道实 测探煤 孔数据 穿层钻 孔数据 超前钻 探数据 地质勘 探数据 精准勘 探技术 数据 煤层煤层预想预想模型模型 矿井数字化模型矿井数字化模型 基础数据基础数据 资料库资料库 地质资料分析模块地质资料分析模块 煤层赋存情况分析预测 工作面掘进回采后揭露煤层 的赋存实际情况。 煤层模型修复数据 三维煤层、三维地质、三维地形 持续迭代丰富的三维地质功能持续迭代丰富的三维地质功能 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 （（1）煤层赋存情况分析）煤层赋存情况分析 系统根据数据库煤层数据建立三维煤层地质模型， 可直观的进行煤层特征、煤层结构、煤质、可采储 量计算等分析 （（3）顶底板情况分析）顶底板情况分析 在三维地质模型上可直观查看工作面所处空间范围 内的煤层顶底板情况，方便在工作面设计时井下顶 底板管理设计。 （（2）地质构造分析）地质构造分析 断层、摺曲、地堑、地垄等，可利用三维模型直观 进行工作面范围地质的煤层走向和倾向坡度分析 （（4）水文地质情况分析）水文地质情况分析 根据水文地质资料建立地下含水层分布模型，查看 设计工作面与地下含水层的空间关系，预测可能出 现的涌水情况，预测涌水量 三维煤层地质模型三维煤层地质模型 数据可视化的地质分析功能数据可视化的地质分析功能 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 （1）平面布置设计 （2）巷道剖面设计 （3）设置巷道断面 基于BIM的三维联动设计，平、纵、横、三维联动设计。 利用BIM参数化驱动特性，实现巷道的三维数字化设计。 工作面长度、顺槽长度、 切眼长度、底抽巷布置等 平面尺寸参数。 巷道布置参数巷道布置参数 基础数据资料库基础数据资料库 矿井数字化模型矿井数字化模型 三维数字化设计三维数字化设计设计成果设计成果 智能设计智能设计 BIM三维联动设计 巷道绘制编辑巷道绘制编辑 地质条件 地层起伏状态、倾斜度等 煤层赋存条件 有无煤岩、瓦斯二氧化碳突出 开采技术条件 采煤方法工艺 采区运输方式 工作面设计生产能力 净宽、净高、安全间隙、检修操作空间、 人行空间的要求 参数化的三维巷道设计功能参数化的三维巷道设计功能 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 采煤工艺 设备选型及参数 支架类型 工艺配合 循环组织 顶板管理 采掘方法选择 采煤工艺设计 掘进工艺设计 设备安装布置 设备布置 运输安装 采 掘 工 艺 设 计 地质条件地质条件 顶底板稳定性、地质构造、倾角等 煤层赋存情况煤层赋存情况 厚度、赋存状况、瓦斯含量、自燃发火等 安全规程、设计规范及安全规程、设计规范及上级有关规定上级有关规定 三维地质模型 基础数据基础数据 资料库资料库 检索 浏览 掘进方式 设备选型及参数 设备安装布置 循环组织 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 三维辅助采煤工作面设备选型与布置三维辅助采煤工作面设备选型与布置 W＝LShrc W循环生产能力 L工作面切眼长度 S循环推进度 h采高， r煤的密度t/m3； c工作面的采出率 生产能力计算生产能力计算 根据煤层三维模型分析计算工作面采高，输入工作 面设计参数（切眼长度）、循环推进度和采出率计算单 循环产量 根据循环进度安排（每日循环次数、安全规程和 设计规范规定的班组制度和330天工作日制度）自动计 算出日产量、月产量、月推进度及年产量。 服务年限计算服务年限计算 设置工作制度，再根据工作面预测可采储量， 预测设计工作面的服务年限 主要经济技术指标主要经济技术指标 相关成果数据自动汇总记录在经济技术指标中， 用于设计方案对比 胶带输送机能力 转载机能力 运输能机力 采煤机生产能力 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 三维辅助设计建模三维辅助设计建模 根据矿井和采区各生产系统的空间布局情况、生产能力情况、设备型号参数情况、按照安全规程和设计规范安全规程和设计规范的要求，选择合适的工 作面生产系统设备型号参数，进行各生产系统设计生产系统设计参数自动计算，生成生产系统三维布置模型三维布置模型。 （1）生产各系统设计图纸 生产系统设计成果输出生产系统设计成果输出 巷道三维布置模型 现有各生产系统情况 各系统智能设计计算选型各系统智能设计计算选型 生产系统设计生产系统设计 （1）主运输系统 （3）通风系统 （2）辅助运输系统 （4）综合防尘供水系统 （5）综合防灭火系统 （6）瓦斯抽采 （7）供电系统 （8）排水系统 （9）压风系统 （10）监测监控、通讯照 明等子系统 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 生产系统设计生产系统设计 （1）主运输系统 （3）通风系统 （2）辅助运输系统 （4）综合防尘供水系统 （5）综合防灭火系统 （6）瓦斯抽采 （7）供电系统 （8）排水系统 （9）压风系统 （10）监测监控、通讯照 明等子系统 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 作业规程编制作业规程编制 8.1 生产技术协同设计系统采矿协同设计系统 设计方案对比 在进行工作面巷道布置设计时，可同时进行多方案设计，对不同方案的经济技术指标进行综合比较； 在满足安全规程、设计规范等有关规定的条件下，得出更为合理的设计方案。 方案一 方案二 工作面经济技术指标表 8.2 生产技术协同管理系统 生产技术协同管理系统主要是基于网络、工作流与WebGIS等技术实现矿井地质、测量、采掘、通防、机电、调度、安 全等专业业务的网络化与流程化管理。实现专业文档、数据、报表与图形的网络填报、汇总与审批，是一套面向矿山生 产技术应用的ERP系统。 8.3 安全管理系统 安全管理系统是安全生产信息化建设的一个重要组成部分，是信息化创一流的重要标志之一。它将采用当前各种先进的信 息化技术，特别是采用时空GIS“一张图”、知识管理、协同管理、即时通讯、工作流等核心技术，并集成手机App系统 功能、GIS地理信息系统功能，对集团、煤业公司安监生产部门及各下属各矿的关键工作业务流程、关键业务进行数字化、 标准化、信息化加工统一管理，构建出功能强大、界面友好、使用方便的安监生产信息管理系统，从而提升企业的安全管 理水平，降低安全风险事故。 ⚫ 1. 智慧矿山概述 ⚫ 2.标准体系与业务流程建设 ⚫ 3.基础设施建设 ⚫ 4.智慧矿山操作系统 ⚫ 5.智能管控平台 ⚫ 6.智慧生产系统 ⚫ 7.智慧安全系统 ⚫ 8.智慧矿山生产执行系统 ⚫ 9. 智慧矿山经营管理系统 9.1基于GIM的设备全生产周期管理 盘活闲置设备资产 基于GIMGIM设 备全生命周 期管理 智能化 流程化全方位 无纸化 标准化 提高设备利用效率 设备预知性维护 提供决策数据支持 合理控制设备成本 实现目标 管理模式 实物追踪 通过现场管理系统追 踪实物处理情况，并 将处理过程和处理结 果实时反馈在业务受 理界面 履历归档 通过业务处理结果与 实物追踪情况的比对， 判断业务是否办理成 功并自动生成设备履 历信息 设备入账 在系统中录入相关数 据来创建设备，并配 置好二维码、电子标 签、功能位置等必要 信息 业务处理 通过在线业务申请， 将审批通过的设备变 更业务结果转换为实 物处理要求发送至管 理现场 精细化、精准化管理 9.1基于GIM的设备全生产周期管理 管理模式 运用程序化、标准化、数据化和信息化的手段，使矿相关组织单元得以精确、高效、协同和持续运行。建立矿、区队 、班组、个人四级市场体系，涵盖物资市场、设备市场、安全市场、资金市场、服务市场等内部市场交易，实现各层级市 场主体的预算、核算与结算，有效提升全员绩效。主要功能包括价格管理、工作任务、结算、分析评价、考核与综合管 理等功能。 是 以预算为统领、定额与价格为基础、绩效考核为保障的闭环管理信息系统。实现“班清班结”、“日清日结”、“ 月清月结”，实现预算的实时动态控制，形成内部精细化的全面结算管理。 实现方式主要有 （1）采用条码技术、射频技术、智能识别技术等，保证数据获取的准确性、及时性、高效性。比如区队领料时，物 料发放员手持条码枪，通过扫描条码，将所需物资的信息，包括名称、规格、型号、数量、价格自动汇总到内部市场结算 中心的数据库中。 （2）通过移动平台、网络、手机终端等技术手段，为远程、移动办公提供支持。比如职工上井后可以通过触摸屏终端 ，直接查询当天的结算工资。领导可以随时随地查询内部市场运行情况及相关数据。可以通过手机短信及时提醒相关业务 信息，并且可以通过移动平台进行操作。 9.2 内部市场化管理系统 矿井 科室、队组 技术小组、班组 职位、岗位、员工、外聘 9.2 内部市场化管理系统 预算分解 任务下发 预算分解 任务下发 预算分解 任务下发 成本汇总 成果反馈 成本汇总 成果反馈 成本汇总 成果反馈 内部市场化多级管理及关联关系 9.2 内部市场化管理系统 ⚫ 异常征兆来源 ⚫ 异常征兆的抓取 ⚫ 相关关系规则库 ⚫ 异常征兆显示界面 ⚫ 信息关联 ⚫ 生成工单 准确的预警主要来源于一线操作人员、技术人员、分管理领导长期以来发现的征 兆规律。征兆的数据来源于井上下各子系统安装的大量传感器及信息化管理系统中 的数据，如下图 在矿井的各子系统及智能管控平台中，基本已经实现了单传感器特征值的超限报 警等功能，部分系统实现了系统内传感器组合报警等功能。我们把整个矿井的数据 糅合在一起，实现了系统间传感组合特征的抓取和分析，真正实现了动态多目标分 析。如下图所示 9.3大数据决策分析应用系统 针对平台，设计开发数据抓取软网关。软网关按照预先设置的特征 组合规则库实时对矿井大数据进行扫描，并对扫描过程和结果进行实 时记录和处理。 9.3 大数据决策分析应用系统 ⚫ 异常征兆来源 ⚫ 异常征