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1、XX煤矿数字化矿山建设方案报告1 数字矿山建设的必要性21.1 背景21.1.1 矿山信息化的发展情况21.1.2 矿山信息化存在的问题31.1.3 国内外数字矿山建设情况31.2 数字矿山内涵41.2.1 数字矿山的含义41.2.2 数字矿山建设目标61.2.3 数字矿山对安全生产及辅助决策的意义72XX煤矿数字矿山建设82.1 XX煤矿数字矿山现状82.2 采用3DGIS数字矿山系统建设XX煤矿数字矿山92.2.1建立XX矿井数据自动采集和更新系统112.2.2 搭建XX煤矿矿用监控数据中心122.2.3 搭建XX煤矿矿用空间数据中心142.2.4 构建XX煤矿各种专业算法库142.4.5
2、 构建XX煤矿数字矿山基础信息平台152.4.6 构建XX煤矿数字矿山专业应用软件153数字矿山系统简介及应用163.1 数字矿山平台163.1.1 2DGIS数字矿山平台163.1.2 3DGIS数字矿山平台163.1.3 3DGIS数字矿山基础信息平台173.2 3DGIS数字矿山核心应用系统183.2.1 全矿井三维可视化系统183.2.2 3DGIS查询管理分析系统213.2.3 全矿井三维综合自动化系统253.2.4 瓦斯地质规律分析与编图系统283.2.5 智能化矿井通防系统293.2.6 矿井电力设计系统301 数字矿山建设的必要性1.1 背景1.1.1 矿山信息化的发展情况建国
3、以来，中国矿业经过半个世纪的快速发展，已建成国有矿山近万座，集体矿山和其他非国有矿山20多万座，年开采矿石量超过50亿t，从业人员2100多万，带动了300余座以采矿和矿产品加工为支柱产业的矿业城市的兴起，其中煤炭城市54座，煤炭产量位居世界第一。仅就煤炭生产而言，我国的生产水平和自动化程度就有高有低、参差不齐，既有几千座完全靠人工作业的年产几万吨的小煤井，也有几百座年产几十万或上百万吨的普采或高档普采矿井，还有上百个年产几百万吨的综合机械化矿井，甚至又有年产上千万吨的综合自动化矿井。由于煤矿井下作业处于地表深处，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
4、型事故时有发生，给我国煤矿生产造成了重大损失，也危及了煤矿工人的人身安全。尤其是对地面地物类和地下地质体对象掌握不清楚，了解不充分，并且对其变化规律没有充分的认识，所以，无论是开拓设计、巷道布置、采掘设计、接替安排，还是进尺计划都没有充分安全性、可靠性和合理性，由此也引发了象通风、防尘、运输、排水、支护、注浆、供电等系统的设计不合理、配套性不好、连动性不强、反映迟缓，造成避灾措施不利、系统抗灾能力差。根据各学科的特点和发展现状，我们认为要想从根本上解决煤矿的安全生产和高效生产问题，除了技术更新和技术改造外，更重要的是建立一个完整的矿山数字化系统，以实现地面地下所有时间空间对象的透明管理，使得矿
5、区的气象、地形、水文、建筑、道路、桥梁、地面设施以及地下的煤岩层、断层、裂隙、陷落柱、水体、瓦斯和各类地下工程和地下设施尽在掌握中，从而使整个矿山从设计、生产到管理都能很好地兼顾工艺的先进性、设备的可靠性和生产的安全性，大幅度地提高抗灾能力和生产效率。随着计算机技术、信息技术、通讯技术、自动控制技术、3S（GIS、GPS、RS）技术、网络技术的发展，及在社会经济其他行业应用研究的展开，在美国前副总统戈尔提出“数字地球”概念以后，国内众多研究机构和学者相应提出了“数字矿山”的概念，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看法及思路。由于矿山是一个以资源为开发对象的离散生产系统
6、，因此，数字矿山即不是“数字地球”概念的简单延伸，也不是普通ERP（Enterprise Resource Planning）概念的简单复制，而是一个包含二者部分特性的崭新概念。1.1.2 矿山信息化存在的问题1、有些企业重硬件轻软件，可以花很多钱进行硬件购置和网络建设，就是不舍得进行软件投资。2、对“数字矿山”理解不深刻，有些企业领导认为上了一部分自动化项目或监测项目、实现了财务管理或资产管理电算化、实现了部分专业的计算机绘图和办公自动化等就是“数字矿山”。3、没有实现基于地质地理空间信息系统的，数据采集-模型建立-智能决策-控制生产的数字化闭环系统，有些信息化内容，也都是一些信息孤岛，虽然
7、有些矿号称实现了信息集成，只是各种信息系统的简单连接，没有实现信息的真正共享。4、面向采矿行业的系统开发商还没有给用户提供一个真正实用的数字矿山集成平台。1.1.3 国内外数字矿山建设情况目前世界上常用的GIS软件也已达400多种，它们大小不一，风格各异，如国外较著名的有ARC/INFO、GENAMAP、MGE等，国内较著名的有MAP/GIS、Geostar、Supermap和CITYSTAR等，但均不适合矿山应用；尽管有一些矿山空间管理软件，如国外的Minescape软件、Coalsoft软件、MOSS软件、GEMCOM软件、MICROMINE、Sparc和MinCom软件等，但由于受专业知
8、识的限制和技术的制约，所有这些软件都只考虑了单一专业的局部应用，没有考虑相关专业的联动性，所用平台起点低、内容少，智能性差，不便于扩展。其系统就没有考虑如何管理象山体、水体、建筑、道路、桥梁、管网和设备等地面对象，也没有考虑象巷道、硐室、煤岩层、矿体、断层、陷落柱、各种含水层和富水区、瓦斯赋存区以及采、掘、机、运、通等地下对象的属性内容，所以利用这些软件就不能有效地解决采矿设计、通风防尘、防治水、供电、运输、支护和环境保护等专业的信息共享和专业联动问题，最终还是消除不了信息孤岛，信息不能重复利用，对相关专业提供不了真正的辅助分析、辅助设计和决策支持。离安全保障系统和数字矿山的需求相差甚远。国内
9、，虽然，经过近几年的开发，中国矿山行业的信息化建设有了较大发展，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，有些公司实现了部分综合自动化；有些公司实现了部分ERP项目、设备管理或资产管理；大部分公司都实现了计算机辅助地测制图；有些公司已经开始实施地理信息系统建设。但是，总体状况仍然很不乐观，由于，中国矿山在矿山勘察、规划、设计、生产、管理、全过程监控等信息化领域与发达采矿国家的差距越来越大，中国矿山既没有把信息资源当作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定、信息资源充足的矿山信息基础设施。1.2 数字矿山内涵1.2.1 数字矿山的含义所谓数字矿山就是指在矿山
10、范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿山信息构建成一个矿山信息模型。描述矿山中每一点的全部信息。按三维坐标组织，存储起来，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段。使有关人员都可以快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的信息。在这个意义上说，数字矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标信息及其相互关系为基础而组成的信息框架，并在该框架内嵌入我们所获得的信息的总称。因此，我们可以从两个层次上来理解数字矿山。一个层次是将数字矿山中的固有信息（即与空间位置直接有关的相固定的信息，如地面地形,井下地质、开采方案、已完成井下工程等）数字化，按三维坐标组织起来一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山及矿体；另一个
11、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，如安全监测监控系统、电力监控系统、胶带集控系统、人员定位监控系统等生产过程中的设备、环境、人员信息）组成一个意义更加广泛的多维的数字矿山。通过对数字矿山的概念理解，数字矿山是在井田范围内在统一的三维空间坐标参考下，对矿山每一特征点的固有信息和动态信息的展示和利用，也就是要再现矿井的本来面目，要实现这一目标，需要展示和处理庞大海量的多维数据，同时会涉及许多新技术的应用，包括地理信息系统的应用，在此基础上，从事煤炭行业信息化的一些业内人士普遍认为“数字矿山”具有以下特征：1) 建设贯穿井上和井下的高速企业网络：“数字矿山”的建
12、设与矿山信息化运行是以高速企业网（Intranet）为基础。100M/1000M高速光纤网络是确保“数字矿山”实施和海量矿山数据在企业内部、外部快速传递的前提。2) 建立矿井基础数据采集和更新手段：采集矿井基础原始数据和及时更新是保证“数字矿山”基础数据共享的前提。多源异质和动态变化是矿山数据的基本特点，所以必须以矿山测量（RS、GPS、数字摄影测量、常规地面测量和井下测量等）、地质勘探（钻探、槽探、山地工程、地球物理物探、化探等）、工业传感（指各类接触式与非接触式矿山专用传感与监视设备/ 仪器采集系统，如应力传感、应变传感、瓦斯传感、自动监测、机械信号与故障传感、工业电视等）和文档录入（法规
13、、法令、文件、档案、统计数据等）等为综合手段，来建立精确、动态和全面的矿山综合信息采集与数据更新系统。3) 建立矿井基础数据及模型：基于3D GIS和3D GMS的空间构模技术以及数据挖掘技术对原始数据进行“加工过滤”来建立煤矿井田地表地形、地面工业广场、矿体与采区巷道及开挖空间矢栅整合的真三维整体模型与重点细节模型；同时考虑采掘工作面场景、机电设备、通风设施、电缆管线等模型的建立与可视化。4) GIS技术是系统集成支撑平台：以3D GIS为集成技术，融合全矿井自动化系统，在统一的时空参照下，调度和控制各专业子系统，确保系统高效运行。5) 开放的软件平台：矿井基础数据的检索、展示和利用需要统一
14、的具有开放性能的平台软件来承载，要求系统的开放性是保证“数字矿山”良性发展的前提，一是系统本身的数据格式向第三方集成商开放，二是系统要兼容主流的GIS空间数据格式和模型数据格式，三是系统内部各模块之间通过接口可以互相通讯。6) 建立各专业专家分析系统，为煤矿安全生产经营管理提供决策支持：以采、掘、机、运、通为主线的各子系统构成了煤矿生产系统，在基于3D 模型、可视化技术与虚拟现实技术全面展示矿井的同时，基于3D GIS空间分析功能，对采、掘、机、运、通各子系统的工作原理进行仿真模拟，在此基础上建立各专业的专家系统，为煤矿安全生产经营管理提供决策支持。1.2.2 数字矿山建设目标随着计算机技术在
15、采矿业的不断应用，采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展。我们根据矿山生产的实际情况，将下一步数字化矿山建设目标定位于：以计算机及其网络技术为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表达和深加工，并应用于各个生产环节的管理和决策之中，以实现矿山生产的系统优化，达到提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现利润最大化的目的。高效快速的推进矿山网络化、数字化、智能化、信息化、综合自动化在煤矿的整体应用。数字矿山建设的最终目标如下图所示。（XX煤矿数字矿山的最终具体目标见2.2章）图 1.2-1 数字矿山建设目标1.2.3 数字矿山对安全生产及辅助决策的意义
16、建设“数字矿山”的重要意义在于：1、实现安全管理的数字化，为打造本质安全型矿井提供信息保障一旦建立了包括完整的地质信息、危险源信息和生产信息的3D时空虚拟矿山模型，所有开采设计都能够预先模拟出开采进度的动态结果，包括安全隐患的预先显现，开采结果的预先模拟，可把大多数安全隐患消除在设计阶段和采掘之前。随着采矿生产的不断推进，可以根据各种监测监控系统和检查检测系统返回的动态数据，利用“数字矿山”系统提供模型库、方法库对岩体变形、瓦斯突出、突水透水等危险等因素进行实时分析，对各种安全隐患进行超前预测预报，对不安全因素提前进行整改，同时对有危险性较大的区域进行重点监控，对无法避免的灾变可以快速启动相应的应急预案进行紧急救援。对必须生产的危险区域，可以启用远控装备
