XX煤矿数字化矿山整体方案20160105 - 图文-.doc

煤矿数字化矿山技术建议书 北京龙软科技股份有限公司 2016年01月 目录 第一章项目概述 1 1.1项目背景和意义 1 1.2当前国内外煤矿行业信息化现状 1 1.2.1国外发展现状 1 1.2.2国内发展现状 3 1.3数字化矿山概况 8 1.3.1 数字化矿山建设历程 8 1.3.2 数字化矿山建设各阶段关键特征 9 1.3.3 数字化矿山定义 10 1.4XX煤矿概况及数字化矿山调研现状 10 1.4.1XX煤矿概况 10 1.4.2XX煤矿数字化矿山调研现状 10 1.5数字化矿山工程建设的目标和原则 22 1.5.1数字化矿山建设总体目标 22 1.5.2数字化矿山建设具体目标 22 1.5.3数字化矿山建设的预期效果 23 1.5.4数字化矿山建设指导思想 24 1.5.5数字化矿山建设原则 24 第二章数字化矿山建设设计依据与范围 27 2.1数字化矿山建设设计依据 27 2.2数字化矿山的建设范围 28 2.3数字化矿山建设与集团信息化的关系 30 第三章数字化矿山架构及建设模型 31 3.1 数字化矿山系统架构 31 3.1.1数字化矿山统一的平台或系统规划 32 3.1.2数字化矿山的六层架构 32 3.2系统建设的理论支撑和模型研究 34 3.2.1灰色地理信息系统的理论及技术 34 3.2.2灰色地理信息系统的相关概念 35 3.2.3灰色地理信息系统的定义及特征 37 3.2.4灰色地理信息系统数据模型 39 3.2.5 GGIS的功能特点 43 3.3高精度透明化三维动态地质模型和巷道建模 47 3.3.1矿井三维地质模型的自动构建 47 3.3.2巷道几何建模 50 3.3.3高精度透明化三维地质模型的动态生成 51 3.4面向多部门管理与信息共享应用的管理模型 65 3.4.1面向多部门协作与信息共享应用模型 65 3.4.2基于工作流的安全信息分级处理反馈管理模型 66 3.5矿井重大危险源评价指标体系和方法 68 3.5.1煤矿重大危险源分级体系 68 3.5.2评价指标体系构建的原则 69 3.5.3评价指标体系结构 70 3.5.4评价指标体系 73 3.5.5瓦斯、水害评价方法研究 86 3.6煤矿重大危险源预警模型 87 3.6.1基于GIS的煤矿重大危险源隐患识别预警模型研究 88 3.6.2其他数学模型的研究与应用 97 第四章数据传输与集成数据处理平台 102 4.1XX煤矿数据传输平台 102 4.1.1管理网络 103 4.1.2工业以太环网综合自动化网络 104 4.1.3接口标准 110 4.1.4服务器和磁盘阵列 111 4.1.5网络安全系统 113 4.1.6网络行为管理系统 114 4.1.7工业以太环网主干光缆 114 4.2XX煤矿数据传输系统 115 4.2.1传输系统设计 115 4.2.2传输系统功能特点 115 4.2.3各监测监控网络和以太网的融合 117 4.3XX煤矿数据仓库、模型及软件平台的集成开发 117 4.3.1矿山数据仓库 117 4.3.2软件平台的总体架构设计 118 4.3.3软件系统与网络集成的总体架构设计 119 4.4XX煤矿专用GIS的开发和设计 121 4.4.1开发内容 121 4.4.2关键技术 122 4.5三维可视化平台的关键技术开发 124 4.5.1开发内容 124 4.5.2关键技术 124 4.6XX煤矿组态软件平台的设计 125 4.6.1功能设计 125 4.6.2软件平台系统设计 135 4.6.3关键技术 137 第五章综合自动化和在线数据监测 138 5.1综合自动化监控平台 138 5.2组态软件 140 5.3综合自动化子系统的建设和接入 144 5.3.1 综采工作面监控系统 146 5.3.2 主煤流运输集控系统 149 5.3.3 井下排水监控子系统接入 154 5.3.4 矿井通风监控系统接入 157 5.3.5 矿井压风机监控系统 161 5.3.6 矿井水处理系统 163 5.3.7 生活水、污水处理厂监控系统接入 165 5.3.8 水源井水处理系统接入 166 5.3.9 锅炉房监控系统接入 167 5.3.10 主副井提升监控系统接入 169 5.3.11 2副立井监控系统接入 171 5.3.12电力监控系统 172 5.3.13瓦斯抽放监控系统 177 5.3.14洗煤厂生产系统接入 179 5.3.15钢丝绳在线检测系统 182 5.3.16矿井产量监测系统 182 5.3.17机车信集闭系统 184 5.3.18综掘工作面监控系统接入 186 5.3.19其他子系统接入 187 5.3.20集团公司和XX矿系统平台 189 5.4矿井通讯系统建设 190 5.4.1矿井调度通讯系统 190 5.4.2矿井无线通讯系统wifi方案 191 5.4.3矿井无线通讯系统3G方案 201 5.4.4矿井信息引导发布系统 209 5.4.5矿井IP广播系统 210 5.5矿井辅助系统建设 213 5.5.1数字工业电视系统 213 5.5.2大屏幕显示系统 214 5.5.3煤矿安全生产三维仿真培训与地质构造透明化3D环幕显示系统 214 5.5.4综合布线工程 224 5.5.5机房工程 225 5.5.6瓦检员巡更系统 225 5.5.7无人值守灯房系统 226 第六章安全生产监测系统 227 6.1 通风调度大屏显示系统 227 6.1.1 系统概述 227 6.1.2 系统设计 227 6.1.3 系统功能 227 6.1.4 产品主要指标和技术参数 230 6.2 安全监测子系统 231 6.2.1 系统概述 231 6.2.2 系统设计 231 6.2.3 系统功能 231 6.2.4 系统接入 232 6.3 井下人员定位管理系统 233 6.3.1系统概述 233 6.3.2系统组成 234 6.3.3系统功能 236 6.3.3系统主要技术参数 238 6.4 无轨胶轮车调度管理系统 239 6.4.1系统概述 239 6.4.2系统组成 241 6.4.3系统主要技术指标及功能 242 6.5 矿井水文监测子系统 244 6.5.1系统概述 244 6.5.2系统整体结构 245 6.5.3系统组成与工作原理 246 6.5.4数据接入方式及格式要求 248 6.6 顶板压力监测子系统 248 6.6.1 监测、分析内容 248 6.6.2 系统实现功能 249 6.6.3 系统接入 249 6.7束管监测子系统 249 6.7.1 系统概述 249 6.7.2 系统组成与特点 249 6.7.3 系统接入 250 6.8 防火灌浆监控系统 250 6.9其它安全生产监测监控子系统接入 251 第七章数字化矿山软件平台及应用系统 252 7.1生产技术综合管理系统 252 7.1.1地测空间管理信息系统 252 7.1.2防治水管理信息系统 262 7.1.3地质保障数据处理系统 262 7.1.4“一通三防”管理信息系统 262 7.1.5采矿辅助设计系统 268 7.1.6矿井供电、固定与运输设备选型设计系统 276 7.1.7调度指挥系统 295 7.1.8机电设备管理系统 297 7.1.9质量标准化管理系统 298 7.1.10煤质、运销管理信息系统 299 7.1.11基于Web生产技术管理信息系统 300 7.2安全生产管理信息系统 309 7.2.1安全管理信息系统 309 7.2.2安全生产综合管理信息系统 319 7.2.4矿井应急救援管理系统 328 7.2.5矿井安全闭环管理系统 335 7.3煤矿井下危险源识别、预测、预警系统 345 7.3.1水害识别、预测、预警系统 345 7.3.2通防危险源识别、预测、预警系统 373 7.3.3顶板危险源识别、预测、预警系统 396 7.3.4其他危险源预警 401 7.4 技术资料数字档案馆系统 404 7.4.1总体方案说明 404 7.4.2总体方案架构 404 7.4.3技术设计方案 406 第八章煤矿三维综合管理系统 410 8.1地质模型、巷道模型和机电设备模型等的建立及可视化 410 8.1.1地层与断层建模与三维可视化 410 8.1.2巷道几何建模及可视化 411 8.1.3钻孔自动建模及可视化 413 8.1.4工作面、采空区、积水区、异常区等建模与三维可视化 413 8.1.5 机电设备的建模与三维可视化 415 8.1.6煤矿管网的建模与三维可视化 418 8.2三维编辑平台 420 8.2.1三维自动建模功能 420 8.2.2第三方模型导入 420 8.2.3场景设置 421 8.2.4场景匹配 421 8.2.5图层控制 421 8.2.6视图控制 422 8.2.7对象编辑 422 8.3三维管理一体化平台 422 8.3.1三维漫游 425 8.3.2视频和图片输出 430 8.3.3坐标、距离和面积量测 430 8.3.4属性信息查询 430 8.3.5通风线路、避灾线路等模拟 431 8.3.6三维剖切 432 8.3.7井上下环境监测信息实时显示 433 8.3.8井下设备综合自动化信息查询与显示 435 8.3.9工业视频数据接入 437 8.3.10危险源三维预警 438 8.3.11 工作面设计 439 8.4网络三维管理平台系统 440 8.4.1 三维综合管理平台 440 8.4.2三维管理平台 441 8.4.3监测监控与应急救援 441 第九章项目实施计划 443 第十章项目培训计划 446 10.1项目培训目的 446 10.2项目培训对象 446 10.3项目培训计划 446 10.4项目技术培训内容和方式 446 10.4.1技术培训方式 446 10.4.2技术培训内容 447 第一章项目概述 1.1项目背景和意义 在相当长的时间内,煤炭仍将是我国的主要能源。随着我国国民经济的高速发展,对煤炭的需求也随之快速增加,特别是深部矿井和开采技术条件复杂矿井的增加,使得每年因安全事故的死亡人数达数以千计,这严重影响了党和政府的形象,也制约了企业的健康快速发展。近年来,根据国家的产业政策,关闭小煤窑,组建大型煤炭集团、提高安全管理水平、降低安全生产事故的发生是国家煤炭工业发展的既定方针。目前,国内已经形成数十个大型煤炭集团,也已经形成管理或生产的四级架构生产矿井、分公司、集团公司、国家行政管理部门,但其管理模式和方法较为落后,没有形成集成的数据处理和决策支持平台,信息化程度低下,与国家“两化融合”的战略方针不相适应。 上述问题的存在使得我国煤矿安全生产形势没有本质的好转,大量的信息化建设成果硬件、软件在煤矿安全生产过程中也没有取得预期的成效。 解决上述问题的关键就是基于数字煤矿技术建立集成的矿井综合自动化系统和安全生产综合管理信息系统,实现煤矿的现代化和信息化管理。 1.2当前国内外煤矿行业信息化现状 1.2.1国外发展现状 自上世纪80年代初以来,随着计算机,特别是微型计算机技术的出现和成熟,国内外都投入了大量的人力、物力开展计算机在矿山的应用研究,并召开了数十次国际学术会议,如APCOM国际学术会议,为现代化矿山的建设和生产提供了高技术支持。 相比国内而言,国外发达国家矿山计算机应用不仅时间早,而且已经开发出一些功能比较成熟的商业化软件系统。到目前为此,诸如Surpac等系统已经在国外矿山得到了广泛的使用。归纳起来,国外矿山信息化技术和软件产品现状总结如下 1.已经实现了核心技术的研发和实用化 国外矿山软件研究和开发机构大多没有基于其他成熟应用软件平台进行二次开发如利用AutoCAD、ARC/INFO,而是基于GIS、CAD、三维可视化等技术, 结合矿产勘查、开采的具体技术和数据处理要求完全自主开发专用软件平台和系统。为此,他们已经解决了相关核心技术问题 1满足矿山开采需求的三维可视化平台的数据模型和数据结构。根据这些模型,系统能够在统一平台下集成处理二维和三维地质、测量、开采设计、计划编排、调度管理等专题图形和信息。 2研究并开发了系列化的二维、三维核心数据处理方法,如图形或属性的存储、绘制、编辑、查询、输入、输出等。 3为矿床品位的估算和块段设计研究了先进的数学处理方法,如地质统计学方法。 4矿床构模技术水平伴随着信息及计算技术的发展而不断地提升。在数值矿床模型方面,先后有面向地质统计学的块段模型、面向层状矿体的网格模型和基于矿床平面图和剖面图上地质信息的断面模型问世。在几何模型方面,主要有线框模型、表面模型、八叉树模型等,这些模型的实质是通过空间对象信息来描述三维矿体,但不涉及矿床自身的属性信息,譬如品位、岩性等。 5全自动或交互式的快速地下采矿工程设计技术,如参数化设计核心技术。参数化设计可以通过设计参数驱动或图元驱动方式在设计或绘图状态下灵活地修改图形,方便设计过程,提高设计效率。 6诸如美国科罗拉多矿业大学的Alexandra M. Newman,Mark Kuchta 等学者运用混合整数规划对地下矿长期生产计划进行了优化。 7利用三维可视化、多目标决策、神经网络等技术对编制生产调度系统。 8报表或台帐表头或结构的自定义技术。 2. 已经形成了矿山专用软件开发队伍和研究机构 通过二十多年的发展,英国、澳大利亚、美国、加拿大、南非等矿业发达国家的研发人才不仅精通矿山勘查和开采专业知识,而且对计算机技术的发展和关键技术也有深入的研究。仅就用于储量估算的地质统计学而言,法国枫丹白露研究中心、美国史坦福大学等就有专门的研究队伍,他们带动了学界和产业界对地质统计学的研究和应用。 3.已经开发出系列化的实用软件系统 比较著名的系统有Micromine,Surpac,MDS,SurvCAD ,Datamine,Minex, Vulcan、MineMap,MineSoft等。由于矿山软件的特殊性,这些软件并非由其他通用软件平台如AutoCAD、Arc/Info二次开发而成,都是从底层自主设计与开发。目前,国内外主要使用的是Surpac、Datamine、Micromine等系统,这些系统大多具有优良的数据处理功能野外数据采集、勘探和钻孔数据库、数据有效性检查和校正、钻探计划及优化、地质建模、三维可视化显示、资源评估、地 下矿设计、矿山测量、采掘进度计划、经济评价、地下爆破设计等等。 进入21世纪,现代高新技术和信息科技为采矿业带来了前所未有的发展机遇,传统矿业正迈入一个信息化、自动化、智能化的高科技发展领域,如“数字化矿山”、“智慧矿山”等诸多新概念不断涌现。从20世纪90年代开始,芬兰、瑞典、加拿大、澳大利亚等国为取得在采矿工业中的竞争优势,都先后制定了“智能化矿山”或“无人化矿山”的发展规划,如加拿大国际镍公司就研制了一种基于有线电视和无线电发射技术相结合的地下通讯系统,可传输多频道的视频信号,操控每台设备。相关技术还可实现诸如铲运机、凿岩台车、井下汽车等的无人驾驶,工人在地面中央控制室就可直接操作这些设备。加拿大还制订出一项拟在2050年实现的远景规划,即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山。芬兰在1992年宣布了智能化矿山技术规划,涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题;瑞典也制定了向矿山自动化进军的“Grounteeknik 2000”战略计划。 虽然国外发达国家在矿山信息化领域已经取得丰硕的成果,但存在如下几个主要问题 1研究成果以及计算机软件系统大多与非层状露天采矿和设计有关,而且主要满足制图和设计业务流程的需求,缺乏煤矿决策支持的功能。更为重要的是,金属或非金属矿床的成矿过程、开采流程、危险源类型、危险源发生的机理与煤矿存在或多或少的差异,所以,相关成果无法在煤矿,特别是地采矿井得到很好的应用。 2在西方发达国家,煤炭不是他们的主要能源,而且目前开采的都是条件相对简单的矿井,故在煤矿信息化领域没有过多的投入,研究成果有限。 3对3S技术的集成应用研究较少,而且物联网、决策支持等概念和技术与矿业的联结也是近年才出现的事情,故矿山软件系统并没有或存在实用化的功能模块。 4虽然国外著名矿业软件公司Surpac,Datamine,Micromine等在中国成立了办事处或代理机构,但除了在我国露天煤矿有少量应用外,在地采煤矿日常生产几乎没有实际应用的案例或报道。 1.2.2国内发展现状 上世纪80年代,煤矿信息化的研究主要集中在利用DBASE数据库管理系统、BASIC、FORTRAN等算法语言开展地学信息包括地质、测量、水文、储量及“三量”管理、采矿信息的数据库管理、多元统计方法在矿山的应用、地学和矿压参数的预测预报、通风网络的解算、矿山的优化设计;利用AutoCAD进行矿图的 绘制研究,矿井设计算法的研究;另外也利用ARC/INFO进行与矿山生产有关的专题性研究,如矿井突水的预测预报等。 上世纪90年代后,由于计算机图形技术的进一步引进和发展,在井下通讯、通风等信息系统的地理空间位置表示方面引入了与采掘工程有关的简单图形。但直到上世纪90年代中后期,由于对空间信息的管理缺乏有效手段,煤矿信息化的研究仍然没有取得实质性的突破,难以应用于煤矿的日常生产,矿井对日常空间信息的处理、查询、图形的修改和绘制仍以传统的手工方式。 到本世纪初,矿山空间管理信息系统的理论和相关技术的研究取得一定的成果,面向矿山地质、测量、通风等行业的软件开始出现,主要有从底层研究开发的煤矿地测专业制图系统和基于MapInfo或AutoCAD等二次开发系统。采矿CAD 软件包的体系模型,将采矿CAD划分为物理层、逻辑层和应用层。对矿井系统模型进行了面向对象分析,并对软件包实施的几个关键问题作了简要分析,最终开发出基于AutoCAD的数字化矿井模型和煤矿生产技术软件包。基于ADS采用原型法在AutoCAD 平台上用C语言开发的露天矿采剥计划CAD系统。还有一些基于AutoCAD的矿山专业需求二次开发研究,实现了井田开拓和采区巷道布置图的程序化和智能化。这些理论在煤炭行业得到初步应用。 除了对采矿GIS/CAD理论研究,还涌现出很多商业化的软件平台产品有北京大学和北京龙软科技股份有限公司联合开发的“煤矿生产综合管理系统”、“煤矿专用地理信息系统”;煤炭科学研究总院唐山分院研制的“煤矿测量多图种综合绘图系统”,西安集灵公司开发的“煤矿地测信息系统”,泰安蓝光计算机技术研究所的“矿井通风CAD系统”、“蓝光三维地下工程CAD平台”等,柳州市轶新计算机软件有限公司开发的“采矿工程CAD系统”等。 随着煤矿对信息化的进一步需求,煤矿信息化从单纯的制图软件逐步转向为煤矿矿图、数据的管理、更新等提供信息的共享和服务,同时也对煤矿通风安全专业应用和防治水管理等方面展开研究。 这些商业化自主开发的矿山GIS或者CAD系统具有如下特点采用VC、VB 等开发工具针对矿山地测专业从底层设计或者二次开发;具有很强的自动制图功能,与AutoCAD等软件相比,图形的修改和绘制效率大大提高;引用网络和多用户管理,采用商用DBMS管理属性,实现了地质、测量、储量、水文、煤质等矿山空间信息高效管理;采用文件方式管理图形,数据库和图形系统松散结合;逐步向WebGIS发展,实现了图形属性信息查询的专业Web服务;具有地表地下空间三维可视化功能等。 近年来,工业电视系统、瓦斯监测系统、束管系统、矿压监测系统、井下人员管理及定位系统、井下工业环网、组态软件也逐步在煤矿得到推广,为煤矿的 安全生产起到了一定的保驾护航作用。 此外,从上世纪80年代初开始,原煤炭工业部、各矿业集团、各生产矿井就开始逐步进行煤矿信息化建设,相关单位都有通信信息中心或计算机室,职能和技术部门配置的计算机也逐步增多。 终上所述,党和政府高度重视煤矿的信息化建设,已经取得了阶段性的成果,为项目的实施奠定了坚实的基础,但离数字煤矿以及实现煤矿的完全信息化管理决策还有很远的距离。归纳起来,目前存在的问题如下见图1-1。 1.对信息化的投入有限,理论研究落后 这里包括资金和人才的投入。煤矿信息化已经走过了近30年的历程,但对信息化,特别是对软件开发的投入十分有限,其结果造成其生产方式仍以人海战术为主,信息化程度低,数据处理和管理模式较为落后。井下人少就是安全。 此外,在相当长的时间内,主要是对在其他行业已经成熟的计算机辅助设计系统、地理信息系统理论和技术方法以及商业化软件如AutoCAD的使用,没有进行理论和技术方法的探索。由于煤矿数据的特殊性,相关理论、技术方法、软件系统在煤矿并没有得到全面和本质的使用,他们并不适合数字和智慧煤矿的需求。 2.数据处理的核心技术没有全面的突破 煤矿信息属于空间信息的范畴,而且不同矿井开采技术条件有或多或少的差异,技术方法和管理模式也有很大的不同,大量的数据也是通过众多的工程和监测监控系统获取的。此外,煤炭生产还具有企业庞大、设备多、工作环境恶劣,生产、调度和管理环节复杂、信息量大等特点。所以一般的通用软件如Arc/Info、MapGIS、SuperMap等难以适应安全生产的需求,这就要求开发煤矿专用GIS软件平台,而且该系统必须具备GIS的核心功能如二维、三维的数据处理功能。 图1-1 煤矿信息化存在的问题 此外,对通过监测设备获取的海量数据缺乏数据挖掘,只是一些简单的分析和表达,如折线图、饼状图、直方图;报表的生成和打印;诸如瓦斯超限等基于阈值的报警;关联度分析、回归分析、模糊分析、神经网络分析、多源信息拟合分析等等。更为重要的是,多年来,相关方法并没有进一步的本质创新。 近年来,相关企业和高等院校在核心技术方面已经取得阶段性的成果,但离智慧煤矿还有很远的距离。 3.专业分得太细,缺乏集成的数据处理平台 对煤矿安全生产信息化的研究已经走过了数十年的历程,但目前绝大多数矿井仍以专业为界线监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿等等分别研究、开发、配置软硬件系统,没有统一的信息化数据处理平台,对相关事故的分析和研究考虑因素较为单一,造成信息无法共享交流、系统操作复杂、信息孤岛严重。此外,与煤矿安全生产有关的数据具有共享的特征,而且对很多安全生产事故的分析和预警必须对不同专业的数据进行综合分析才能得到正确的结 果。 4.重硬件、轻软件 重视对硬件的投入,如瓦斯监测系统、水位遥测系统、工业电视系统、皮带和水仓远程控制系统、人员定位系统、矿压观测系统、束管系统等等,轻视对专业分析软件和技术的研究、开发和应用,海量数据没有得到深层次的使用,只是数据的堆砌。虽然相关硬件系统也有软件模块,但主要是对数据的采集、传输和简单的分析或阈值报警,与水、火、瓦斯、顶板等危险源专业防治技术人员的结合不是十分紧密,也就是说,开发人员对地测、采矿、一通三防等专业技术不是十分精通,其软件的实用性肯定受到影响。 5.重事务处理、轻决策支持 对安全生产而言,目前开发的软件系统其主要目的是代替原来的手工管理方式,即替代手工绘图、报表的生成和打印,他只是一个事务处理系统,而且以单机版为主,不具备基于最新网络技术的全面、系统的决策支持功能,无法根据最新的安全生产信息对重大危险源进行高精度的分析、预警、传输,为位于不同地理位置的管理决策层的日常工作服务。 6.缺乏与信息化相适应的企业管理制度 目前煤炭企业的管理模式还是为传统的手工管理模式服务的,无法适应信息化管理的需求,不能充分发挥信息技术快速、准确、实时的优点。 7.对重大危险源的分类模糊 我国国家标准GB18218-2000对重大危险源的概念定义为长期地或临时地生产、加工、搬运、使用、或贮存危险物质,且危险物质的数量等于或超过临界量的单元。 “安全生产法”第九十六条对重大危险源的定义是长期地或者临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品,且危险物品的数量等于或者超过临界量的单元包括场所和设施。 安全生产系统的危险状态,其源于系统中客观存在着导致事故发生的各种能量,当能量的安全存在条件遭到破坏时,系统就处于危险状态,并具有较大的事故发生可能性。近年来,伴随着对煤矿事故预防控制的需要,出现了“危险源”、“重大危险源”等概念。但究竟什么是煤矿井下危险源,危险源有哪些种类等问题,到目前为止尚无理论上的确切界定。有必要从本质特征上将危险源加以区分,为安全管理提供正确的理论指导。 8.没有建立多专业、多学科集成的重大危险源检测、识别和预警模型 目前,我国相关科研院所对煤矿井下重大危险源的检测、辨识、预测和预警做了大量的研究工作,取得了一定的研究成果。但集成的重大危险源辨识、检测和预警模型还没有完全建立,特别是基于多专业或多源信息的检测、辨识、预测 和预警模型还没有实质的进展。具体来说就是通过检测、监测设备获取的海量数据缺乏综合性的数据挖掘,主要是基于阈值的报警如瓦斯。 9.各检测、监测系统及数据管理平台相对独立,信息不能共享 对煤矿井下重大危险源的研究已经走过了较长的历程,但目前绝大多数矿井仍以专业为界线监测监控、地测、通风、运输、机电、调度、采矿等分别研究、开发、配置软硬件系统,没有统一的信息化数据处理平台和网络平台,对相关事故的分析和研究考虑因素较为单一,造成信息无法共享交流、系统操作复杂、预测预报精度低。实际上,与煤矿安全生产有关的数据具有共享的特征,而且对很多安全生产事故的分析和预警必须对不同专业的数据进行综合分析才能得到正确的结果。 10. 缺乏集成的三维动态数据处理平台 目前的系统主要是二维的,表现形式单一,而且与综合自动化、在线检测等系统的集合不紧密。更为关键的,现有的系统动态数据处理功能弱,无法适应煤矿动态生产的需求。 上述问题的存在使得我国煤矿安全生产形势没有本质的好转,大量的信息化建设成果硬件、软件在煤矿安全生产过程中也没有取得预期的显著成效,这就需要以新的思维开展新方法、新技术的研究,以集成的数字煤矿矿山架构为目标,突破我国目前煤矿安全生产信息化技术落后的局面,其最终目的是降低煤矿安全生产事故的发生,实现煤矿的现代化、信息化管理。 1.3数字化矿山概况 1.3.1 数字化矿山建设历程 随着自动化、信息化技术的不断发展及在煤矿行业的逐步应用,我国数字化矿山的建设历程主要分为如下几个阶段参见图1-2 图1-2 数字化矿山的发展历程 目前矿井单一自动化系统基本已经实现,绝大多数单系统,例如主排水、主运输等都已实现了自动化管理。但到目前为此,虽然高速网络及软件技术得到了飞速发展,但数字化矿山建设绝大多数矿井仍然处于浅层次的综合自动化水平,主要实现了地面的远程监测监控。只有在单系统自动化的基础上,通过高速网络接入各单系统,充分数据融合,建立合理的联动机制才能完成从单系统自动化到综合自动化的转变,该部分的转变从投入的资金和实现的容易度相对来讲可实现性和可控性都比较容易,但是从综合自动化向数字化矿山发展,涉及的面比较广,必须由多方共同来推进,一般涉及到“综合自动化”、“空间数字化”及“管理信息化”三大方面,三者缺一不可,通过三者的有机融合,再通过合适的平台例如三维可视化平台进行展示,同时通过科学合理的管理制度和流程加以应用才是真正意义上有血有肉的数字化矿山。这阶段的转变除了需要大量的资金投入,更多的需要理念的转变,相对来说难度较大,数字化矿山同时也是后续矿山数字化发展的基础,在合适的环节加以有效的决策分析系统,必然能够为领导层提供生产经营管理的决策依据,实现向智能矿山的发展,实现这一阶段的转变需要不断的对决策分析系统进行丰满,完成信息化向知识化的转变。 1.3.2 数字化矿山建设各阶段关键特征 1. 单系统自动化阶段关键特征 1具备可靠和全面的传感和执行机构。 2具备可编程的控制系统。 3具有远程监测监控功能。 4单系统根据条件可以进行系统自动化运行。 2. 综合自动化阶段关键特征 1具备高速网络通道。 2实现各自动化系统的数据融合。 3具备一定的数据挖掘能力。 4具备可建模的联动控制策略。 3. 数字化矿山阶段关键特征 1综合自动化、管理信息化、空间数字化三化数据融合; 2在多维空间矿山实体的基础上动态嵌入与矿山安全、生产、经营相关的所有信息如环境参数、机电设备运行状态、人员、产量、业务管理信息等,并找出这些信息内在的联系,赋予数字化矿山更丰富的含义。 3具备基于GIS的二维、三维或多维展示平台。 4. 智能矿山阶段关键特征 1在数字化矿山的基础上,运用人工智能技术、数据挖掘技术,将煤矿行业内各专业的专家思想及专业解决方案编制成若干可重复运行、决策指挥的决策分析系统,能为安全生产经营提供决策依据; 2运用云计算、物联网等技术实现矿山的“物联化、互联化、智能化”。 1.3.3 数字化矿山定义 数字化矿山由数字地球的定义延伸而来, 即在矿山范围内以三维坐标信息及其相互关系为基础组成信息框架, 并在该框架内嵌入所获得的静态和动态信息及并对进行分析、操作和决策。集团数字化矿山的定义如下 “数字化矿山”是以先进的煤矿机电及一体化技术、计算机技术、3S技术、与信息化相适应的现代企业管理制度为基础,以网络技术为纽带,以煤矿安全生产、高产高效、绿色开采、可持续发展为目标,实现多源煤矿信息的采集、输入、存储、检索、查询、动态修正与专业空间分析,并实现多源信息的多方式输出、实时联机分析处理与决策、专家会诊煤矿安全事故与调度指挥等的现代化矿山系统。 归纳起来,“数字化矿山”主要涵盖四大部分网络和底层支撑系统,综合自动化和在线检测系统、安全和生产技术综合管理系统、行政办公和经营管理系统。 1.4XX煤矿概况及数字化矿山调研现状 1.4.1XX煤矿概况 1. 矿井概况 1交通位置 XX。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 2自然地理 4煤层及煤质 1.4.2XX煤矿数字化矿山调研现状 根据对XX煤矿数字化矿山综合自动化、信息化系统设计与建设现状的调研, XX煤矿各个系统主要设计与建设情况参见表1-1、表1-2、表1-3、表1-4。 表1 总体网络情况 表2 综合自动化系统各个子系统建设与接入情况 17 18 表3 煤矿安全六大系统各个子系统建设与接入情况 19 表4 数字化矿山信息化软件平台各个子系统建设与接入情况 20 21 1.5数字化矿山工程建设的目标和原则 1.5.1数字化矿山建设总体目标 通过数字化矿山建设实现矿山资源与开采环境数字化、技术设备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化。 数字化矿山工程建设是以矿山采掘系统的完整过程和具体需求为基础,以地理空间为参考系,以煤矿综合自动化技术、在线数据检测技术、计算机技术、3S 技术、网络技术和采矿专用技术为支撑,建立起系列化的数据采集、传输、分析、输出和决策支持模型以及软硬件系统,实现采矿过程的信息化管理,大大降低安全生产事故的发生。 数字化矿山包含三个层次 一个层次是将“数字化矿山”中的固有信息即与空间位置直接有关的固定信息,如地面地形,井下地质、开采方案、已完成的井下工程等数字化,按三维坐标组织起来一个“数字化矿山”,全面、详尽地刻画矿山及矿体; 另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息即空间位置间接有关的相对变动的信息,如地测、水文、储量、安全、机电、人事、生产、技术、营销等组成一个意义更加广泛的、多维的“数字化矿山”。 最后一个层次是数据的综合分析和决策支持。 1.5.2数字化矿山建设具体目标 1. 加强底层设备自动化的建设 XX煤矿“数字化矿山”的建设采用技术领先、标准统一的千兆工业以太网网络结构,集成全矿各个生产安全子系统的实时监控数据,完成生产系统的远程集中监控,通过数据分析、数据整合,保证数据同企业管理决策信息系统无缝的连接,保证整个综合自动化系统数据的有效性、一致性,实现不同业务和系统间能够实时的交换和数据共享。 2.加强井下感知物联网和数据中心建设 提高底层监测设备和传感器的可靠性,加大无线物联网传感器的应用,感知矿井各个地域的环境参数,实现设备的智能化在线检测。 通过工业以太网、安全监测监控等采集的数据,根据信息化的标准要求,实现统一标准、统一存储、统一管理,实现最大程度的数据共享。 3.加强煤矿安全生产技术综合管理系统建设 建设基于2D3D地理信息系统的生产技术管理系统。数字化矿山是一个典型的多部门、多专业、多层次管理的煤矿空间信息共享与Web协作应用平台。煤矿空间数据应用涉及到地质测量、一通三防、生产调度、生产技术、矿井安全、安全监察、质量标准化和机电设备等专业数据的输入、计算、统计、分析和输出等多个生产专业部门环节上的信息,涉及面广,更新快,由大量的图形、图像、属性数据以及元数据构成。统一建设的地理信息系统平台能够实现多部门、多专业、多层次的数据共享。 4.加强重大危险源预测预警和决策支持系统建设 由于XX煤矿地质构造复杂,危险源较多,应运用GIS技术、物联网技术、数据库技术、专家系统等开展煤矿井下水、火、瓦斯、顶板等重大危险源检测、识别及预测预警,将煤矿井下各类危险源数据集成于同一平台,基于WebGIS统一展示,实现重大危险的早期预测预警,以提高煤矿重大危险源预警能力,降低重大危险源事故发生率,进而提高煤矿整体安全管理水平。 5.加强高精度三维透明化地质模型和三维可视化系统甚至虚拟矿井建设 构建包含各种复杂地质构造正断层、逆断层、陷落柱、含水层、老窑区等的高精度三维地质透明化模型,并实现基础地测数据的动态更新。有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术,集成安全监测、综合自动化、通讯视频等各类工业实时数据,构建矿井“采、掘、机、运、通”专业仿真模拟系统,实现全矿井“监测、管理、控制”的一体化,最终实现基于三维虚拟矿井平台的网络化、分布式综合管理,为煤矿安全生产管理提供保障。 1.5.3数字化矿山建设的预期效果 XX煤矿数字化矿山,系统建设完成后,能够为煤矿安全生产管理带来的预期效果 1安全管理由事先预防向事先预控发展。 2生产系统由自动化向智能化发展,最终实现少人无人化作业。 3各监测系统由单一工作向协同工作发展。 4综合管理数据输入发展为全部数据系统自动生成。 5由监测监控功能向辅助分析管理功能发展。 6调度监控由菜单式提取升级为区域立体展示,由故障事故被动跟踪向主动报警提示发展。 7矿井各系统由二维模拟发展为虚拟矿井三维综合管理系统展示和控制功能。 1.5.4数字化矿山建设指导思想 根据党的十七届五中全会精神和“十二五”发展规划的要求, 集团深入贯彻落实科学发展观,着