煤炭精准开采透明地质条件的重构与思考

矿井透明地质条件是煤炭精准开采智慧化的重要基础。结合矿井静态地质要素大数据信息库、多灾害源全程信息感知与监测、动态地质要素虚拟现实展示、特殊地质因素动态评判与风险判识、预警等智慧模块的交互应用,从静态与动态地质模型角度提出实现煤炭精准生产全过程地质条件透明化的思路。其一,静态地质模型通过采集"空-天-地-井-孔"全方位立体化探测模式数据,融合井巷建设基础地质信息,重构地下空间地质特征数字模型,为资源、构造、井巷等静态因素评价、浏览、计算等提供基础。其二,通过动态地质模型获取掘采工程扰动效应影响下,原生静态地下空间地质条件发生变形与破坏,由此而引起的应力应变场、地质地球物理场、渗流场、温度场、浓度场等状态发生改变的参量特征;以及工程动力学作用下,生产环境周边岩层的离层、裂隙、垮落、围岩失稳、底臌、冲击地压显现、应力集中与释放、煤与瓦斯涌突、突水溃沙等多种灾害源现象的动态地质信息变化量值。特别针对动态地质模型发生与发展过程中状态及参数的显现不同,通过进一步加强多介质、多相、多态、多维、多源数据的有机融合,进行多参数联合反演,搭建井上下复合源信息监控平台,构建耦合信息、致灾因素、灾害前兆等多元信息数据库和时空四维地质信息系统,进行实时连续动态监控;并通过对静态地质模型参数注入和改造,反演地质及灾害源条件的变化状态,实现对煤层精细赋存条件、多灾害源受采掘影响致灾过程的透明化。同时,结合采掘要素对特殊地质条件进行探测与评价,从而实现整个矿井地质条件的透明重构。实施中,还需要利用物联网、云平台、大数据、人工智能、VR等技术,进行资源整合、集成和升级改造,将矿区分散的、零星的地质信息聚集起来,实现"主动感知、自动分析、智能决策",最终为煤系资源的精准开发利用和智慧矿区的建设管理提供支撑。     

智能化综采管理平台中多源异构数据处理

针对智能化综采管理平台存在的信息孤岛以及子系统割裂等煤矿建设中存在的一系列问题,提出了智能化综采管理平台中的多源异构数据处理系统为主体的智能化煤矿建设体系架构。通过对大数据的采集、存储、分析以及系统实现,在井下构建智能化的多源异构大数据平台,成功建成了各个子系统之间能够统一管理、信息之间能够共享的格局。分析认为,多源异构数据处理系统可实现各类多源异构数据的高效传输和快速处理分析,能消除信息孤岛,以及设备持续开采的周期寿命进行预警预判和自动分析。     

张家峁智能化煤矿巨系统关键技术研发与应用

为进一步加强传统采矿工程与新一代信息技术的不断深入融合发展，构建安全、智能、绿色、高效的煤矿，以张家峁煤矿为例介绍了智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设。以智慧煤矿总体规划及综合管理操作平台设计、智能化无人生产系统、智能化巷道掘进系统、环境感知及辅助系统、智能场区建设等为主线，进行张家峁智慧煤矿巨系统的建设。通过对煤矿5G移动通信技术，透明矿山三维管控平台关键技术，煤矿生产危险源分析预测技术，矿山采掘接续一张图集成技术，智能化无人工作面协同控制技术，环境感知及一通三防智能化技术等关键技术的应用解决了信息孤岛，提升了智能化采掘能力，提高了数据驱动决策，实现了矿区全域多源数据深度融合，生产效能、安全态势与业务流程协同优化的多维场景平衡综合分析决策，形成矿区智能化管理、高效协同运行新体系。     

透明化矿山管控平台的设计与关键技术

在分析国内外研究现状的基础上,提出了透明化矿山的概念和核心内容以及构建透明化矿山需要遵循的5个原则,并基于空间信息技术的最新发展,阐述了包括三维引擎层、智能煤矿平台层和生产操作层的透明化矿山系统构建的体系架构,并针对煤矿井上下空间对象的建模规范、多源时空数据的存储与集成、高精度地质体模型的构建和动态修正、海量数据三维可视化、机电设备模型构建与仿真以及自动化远程可视化控制等关键技术问题提出了解决方案,为矿山的透明化远程管控提供参考。部分技术已在阳泉煤业（集团）有限责任公司得到实际应用。     

基于ArcGIS的三维矿山系统研究

按照数字矿山建设原则,以ArcGIS为支撑平台,结合SQL Server数据库技术和Microsoft.NET技术,进行了三维矿山的空间数据采集技术、地质体建模技术和巷道建模技术的研究,融合数字矿山各大安全生产系统的多源数据,实现了二三维一体化的空间数字化服务平台,为数字矿山各大业务应用系统提供统一基准的空间数据服务,使企业集团以及安全监管部门能够直观、快速、全面地了解矿井安全生产状况和相关信息,为矿井的安全生产管理、监督检查以及应急救援提供科学的决策支持。     

基于“矿石流”的三山岛金矿大数据综合管控平台研发

针对矿山综合管控平台建设中存在的数据孤岛、系统封闭以及信息难以融合的问题,提出了基于数据驱动面向“矿石流”的矿山大数据融合技术。根据“矿石流”数据来源、数据集成及数据分析等需求,开展了数据采集、存储与标准化管理技术、多源数据整合技术、“矿石流”全流程关联技术等矿山大数据系统关键技术研究。以三山岛金矿大数据管控平台开发为例,详细分析了矿山“矿石流”的全流程场景,结合矿山现有的业务流程,采用华为大数据平台对资源储量、采矿、出矿、运输提升、地表运输及选矿等各工艺环节数据进行关联,建立了基于“矿石流”的矿山大数据综合管控系统的工业平台,实现了在统一平台上对矿山全流程的统一优化指挥调度与全流程管控分析,提高了矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平与综合实力,促进了矿山的协同作业与规范管理,为智能矿山建设提供了参考。     

开滦集团三维矿山应急救援指挥决策系统

基于物联网的数字矿山建设将原本孤立的矿山安全和自动化系统整合到一个集成的平台上,彻底解决矿井各信息化子系统的"信息孤岛"问题,实现真正意义上的井下环境及人员监控、语音、视频、自动化控制等的多网合一。在煤矿事故发生时,借助此系统可以对各类信息的统一管理、共享和分析,提供决策信息和解决方案,并自动反馈给相应的系统和设备,为矿山安全保驾护航。     

智慧煤矿主体架构设计与系统平台建设关键技术

针对煤矿建设过程中存在的信息孤岛、子系统割裂等问题,提出了以"自主感知与控制-信息传输系统一操作平台-井下系统平台-生产经营管控平台"为主线的智慧煤矿建设主体架构,通过底层的自主感知系统对井下的"人-机-环-管"信息进行全面感知,并对感知信息的数据格式、通信协议、存储方式等进行统一,构建了井下多源异构大数据共享平台,实现了井下各子系统之间的数据统一管理与信息共享。利用统一操作平台对井下生产系统、安全保障系统、综合保障系统进行统一管理,解决了信息孤岛、子系统割裂等问题。井下系统平台不仅为上层的生产经营管理平台提供数据支撑,而且为底层机械设备的智能操控提供决策依据,实现了井下信息感知、分析、决策、控制的智能化操控。将智慧煤矿智能生产系统细分为地质及矿井采掘运通信息动态管理平台、井下精准定位导航通信管理操作平台、智能化少人采掘系统综合管理平台,详细阐述了智能综采子系统间的组织架构与实现路径。按照井下危险源的种类对智慧煤矿智能安全保障系统进行了分类,搭建了智能安全保障系统的主体架构,分析了井下危险行为、危险区域识别系统的技术路径。基于井下采掘工程需求分析,对智慧煤矿智能综合保障系统进行了分类,构建了智能综合保障系统的主体架构,详细论述了井下设备在线诊断与远程运维系统的实施过程。从基础理论、信息感知、数据处理、高效传输、精准控制5个方面,对未来需要突破的智慧煤矿建设关键技术进行了展望。     

基于云平台的矿井水害智慧应急救援系统与应用

随着云计算、物联网、大数据、人工智能等技术的发展,智慧应急救援已成为矿山安全生产监察的迫切需求。提出了基于云平台的矿井水害智慧应急救援服务体系,采用混合云架构,提供按需和弹性计算能力及存储资源。通过集成与挖掘所有可能的历史和实时数据,建立云环境下多源异构、大规模、跨领域、动态信息资源"一张图",推动信息资源共享,建设应急救援智库。在此基础上,研发了应急救援系统,实现数值模拟、预测预警、应急疏散、应急评估、人员设备管理等功能,支持矿山应急演练和应急决策,依托现代信息技术为矿井水害应急救援提供智能化的服务和管理,实现矿井水害事故预防、检测、预警、处置、评估等全过程动态管理和控制。     

煤矿智能一体化辅助生产系统及关键技术

随着我国在智能开采和智能掘进技术方面不断取得重大突破,矿井各子系统智能化程度不均,矿井生产控制单一分散,各系统信息孤岛化等问题突显,因此需要建立智能一体化辅助生产系统,实现矿井所有设备的集中控制,数据的集中管理和信息的高度集成与共享,打破各系统信息壁垒,真正实现煤矿多系统智能化发展目标。针对智能矿山的发展现状和趋势,指出智能矿山的建设是由单个系统智能化向多系统智能化方向发展,矿井生产控制是由单一分散式向综合智能一体化方向发展,煤矿智能辅助生产系统是智能矿山建设不可或缺的一环,提出了智能一体化辅助生产系统建设的"五个一"基本原则。神东矿区通过融合智能主/辅运输技术、智能供电技术、智能排水技术、智能通风技术及智能通信技术,建立了煤矿智能一体化辅助生产技术体系。引入模块化管理理念,将矿井综采(综放)、掘进、主运输、供电、供排水、通风及安全监测监控等所有矿井生产系统高度集成在同一个平台,将各子系统数据接入区域煤矿集中控制中心,设计出一套集地面与井下为一体的辅助生产系统的整合控制方案,形成管控一体化平台。采取从采掘、运输和分选加工等煤炭生产一体化管理模式,形成了专业调度体系,优化了生产控制指挥流程,实现了"五矿六井"大区域煤炭生产的集中控制和海量数据管理及信息的高度集成与共享,形成新型煤炭生产体系。实践表明,神东矿区智能一体化辅助生产系统可对全矿区全周期生产数据进行分析应用,减少工作人员400人,降低人工成本8 000万/a,节电25%,设备利用率提高5%,全员工效提高16%。     

大红山铜矿数字矿山总体规划研究及应用

针对大红山铜矿数字矿山建设的现状、存在的问题以及基于其自身发展需求与整体部署,提出自动化、数字化、可视化、模型化、集成化等"五化"特征的数字矿山建设,并从协同办公、技术管理、生产管理、集中管控、决策支持等5个方面进行总体规划,研究并建设矿山数据中心、矿山技术管理、矿山生产管理、矿山集中管控以及矿山决策支持等五大系统,从而减少数据冗余、消除信息孤岛,保证矿山数据实时共享及数据安全,并使各系统高度集成融合且发挥最佳效能,最终实现大红山铜矿安全、高效、经济开采。大红山铜矿数字矿山的成功建设对国内其他矿山的数字化建设具有一定的借鉴意义。     

可视化矿山的发展现状及关键技术

可视化矿山的建设是智慧煤矿的重要组成部分。通过总结目前可视化矿山的国内外发展现状,分析了可视化矿山建设存在的若干问题,结合模拟仿真、多场智能监测监控、大数据处理、物联网与互联网+等先进技术手段,提出了可视化矿山的建设应包括数据可视化、模型可视化、场景可视化和沉浸式(CAVE)可视化4个方面。同时,提出了以采矿模拟仿真的可视化矿山建设为基础,自动化和信息化建设为手段,智能化开采为目标的新型采矿研究体系,设计了由设备感知层、网络数据处理层、关键技术应用层和协同管理层构成的系统总体架构,形成了"一个核心(可视化矿山建设为核心)、多类数据库(数据库是可视化的载体)、一个标准平台(多信息融合)和一个服务目标(协同管理与决策)"的技术框架,基于2类3种(文档型和关系型2类,结构化、半结构化和非结构化3种)数据的处理和信息展现,实现4A式(Anyone、Anytime、Anywhere和Anydevice)关联互动平台。根据煤矿生产实践环节,针对矿山作业环境的特殊性和复杂性、安全隐患的不确定性、生产数据多样性与容量巨大性等实际问题,提出8个可视化矿山建设的关键应用技术:三维立体仿真模型、开拓和开采方案设计、矿井风量风速配置、专家决策、动态处理、危险源辨识与预警以及建立数字化集成操作平台,实现各生产环节的信息融合和智能化协同生产,促进煤炭资源的安全绿色开采。     

基于GIS的三维透明瓦斯地质软件开发与应用

煤矿智能化建设的大趋势下,通过软件技术实现矿井地质三维透明化,是煤矿精准开采和安全生产保障的重要技术手段。瓦斯地质作为矿井地质保障的重要组成部分,其表现手段从二维地图向三维透明可视化的提升势在必行。本文在对比研究国内外三维GIS平台的基础上,基于软件工程方法设计了三维透明瓦斯地质软件的框架和模块功能,研究了巷道及工作面、钻孔、煤（岩）地质体、瓦斯分布、断层及陷落柱的三维建模方法。为了增强三维瓦斯地质的应用能力,设计了基于地质体和体元栅格模型的应用工具,辅助观测和理解三维瓦斯地质信息。最后基于GIS平台开发实现了三维透明瓦斯地质软件,利用试验矿井数据进行了应用研究,取得了较好的三维瓦斯地质建模效果。研究表明,基于GIS设计开发三维瓦斯地质软件,是实现矿井瓦斯地质透明化的可靠技术途径,可为煤矿智能化建设提供有力支撑。     

煤矿综合决策分析平台的功能设计及关键技术探讨

煤矿企业在信息化建设过程中"数据孤岛"现象严重,煤矿综合决策分析平台实现对企业生产、经营进行全面分析、诊断,辅助领导层进行分析、决策,分为基本业务层、信息集成层、管理决策层三个层次,主要功能包括生产监控与调度指挥、生产安全形势评估、安全与产量分析、安全与成本分析、设备故障诊断、生产经营分析、通风优化分析、人力资源分析。涉及的关键技术包括数据标准及接口规范、矿山基础数据库/数据仓库技术、多源异构数据集成技术、报表技术。     

智慧矿山安全管控大数据平台建设探讨

结合目前的煤矿信息化建设现状，针对智慧矿山建设过程中存在的数据孤岛以及信息难以有效融合的问题，提出了一种基于大数据技术的智慧矿山安全管控大数据平台建设方案和架构体系，提出了包含感知层、平台层和应用层的三层平台架构，描述了各层级的应用场景|探讨了智慧矿山建设过程中所涉及的数据采集、存储与治理技术、风险指标体系构建技术、可视化分析展示技术、综合预测预警关键技术以及视频智能分析技术，为智慧矿山的建设提供了新的参考。     

基于工业互联网体系架构的矿井大数据平台设计与实现

工业互联网是工业系统与新一代信息通信系统深度融合的新型应用模式,是新基建的重要组成部分和促进两化融合的抓手。为推进煤矿智能化改造和升级,探索通过煤炭工业互联网平台的建设,充分利用物联网、大数据、人工智能等先进技术手段,对煤矿企业生产各环节产生的数据进行采集、存储、加工处理和分析利用,打通信息和系统孤岛,实现数据融合和共享,为安全高效生产提供分析和决策支持。首先基于工业互联网产业联盟发布的工业互联网平台整体框架,结合业界应用实践,围绕煤炭行业特殊应用场景,研究适合于矿井的工业互联网平台解决方案。同时通过分析研究煤炭行业业务数据特征,根据不同层级工业互联网平台的定位,尝试给出了工业互联网平台在煤炭行业落地部署时矿井级、集团级、行业级等不同层次工业互联网平台的功能和协同关系。然后进一步深入设计了一种适用于矿井的云边端一体工业互联网平台技术方案,满足矿井智能化生产过程管控需求,并重点对工业互联网平台的核心支撑大数据平台技术体系进行研究,以数据为导向,设计了大数据平台整体功能架构和技术架构。针对大数据平台的核心技术组件选型,搭建试验环境,利用在某矿井综采工作面实际采集的数据进行试验验证,证明整体...     

矿山三维可视化监测系统设计与实现

介绍了矿山三维可视化监测系统的设计思路和应用实现。系统针对矿山安全监测的实际需求,运用3DGIS技术和虚拟仿真技术,实现井下人员、机器设备、环境等多源监测数据的采集、分析、集成,解决数字矿山建设中信息孤岛问题,为矿山安全生产提供技术支持和辅助决策。     

矿井通风监测系统与三维通风仿真系统信息融合研究与应用

为解决矿井通风监测系统与三维通风仿真系统存在信息封闭独立、交换标准不统一等问题而形成的大量"信息孤岛",造成大量通风监测数据未得到充分有效利用,从而提出对矿井通风监测系统与三维通风仿真系统进行信息融合研究:研究设计了传感器基本信息、实时监测数据及历史监测数据等6张表单来存储管理通风监测数据;并对矿井通风监测系统数据库与三维通风网络解算参数数据库进行连接、信息匹配以及数据有效性检查,并基于i Vent矿井通风系统与Microsoft SQL server 2008平台进行二次开发,实现了2个系统数据的无缝对接。将其应用于狮子山矿,实现了2个系统信息融合,为实时解算、预警及安全应急管理提供了基础数据保证,对矿山通风生产具有指导价值。     

带式输送机智能运维管理平台研究与设计

针对现阶段带式输送机输送系统运输效率低、电能和机械损耗严重等问题,提出了带式输送机运行状态透明化解决方案,即建设基于B/S架构的带式输送机智能运维管理平台,介绍了该运维管理平台的数据架构设计和功能架构设计,通过对平台关键子系统监测手段及调控节能技术进行研究分析,完善了带式输送机智能运维管理平台数据采集层所需的必要信息及分析控制层决策输出的理论基础。通过在煤矿的实际应用表明,该平台打破了各个系统间的数据壁垒,支撑数据联合融动,达到了带式输送机物料透明、运行数据透明、调控节能透明的目的,该平台能够全面感知运输系统状态,提升运输系统的安全性能,为煤矿用户构建智慧矿山奠定了主运数据基础。     

多源数据融合的双阳煤矿精细化建模及虚拟现实平台搭建

针对矿山极薄煤层工作面采高低、设备选型困难、工作安全系数低的现状,结合双阳煤矿智能开采技术落后的问题,建立多源数据驱动的精细化三维模型及综合信息管控平台,以提高薄煤开采效率、降低生产安全风险。首先,获取钻孔、三维地震等矿山多源异构数据并对其分析处理归类,然后基于路径切割算法、距离加权插值等手段建立集巷道、断层、采区、煤岩层、工作面为一体的极薄煤层综合模型。其次搭建虚拟现实云平台,结合Unity3D开发引擎、WebGL技术等将构建的精细化模型渲染发布,并在其中进行环境感知、通风、地压等数据的监测监控。同时为了兼顾井下施工数据获取的便捷性,采用手机端平台增强了信息管理的时效性。结果表明,提出的双阳煤矿精细化建模及可视化平台可提高工作面透明化、开采智能化、风险预警数字化及生产管理信息化。