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。     

基于工业互联网的露天煤矿一次破碎平台无人值守系统设计

以工业物联网为架构,设计开发了露天煤矿地面生产系统一次破碎平台无人值守系统。从感知层、传输层、控制层、应用层出发,形成典型的具有边缘层、IaaS、PaaS和SaaS四个层级的工业互联网架构。通过构建破碎站现场数据采集控制层,基于工业互联网和数字孪生技术,最终实现破碎站卸料、倒转、破碎自动化管理及智能决策分析,有效避免人机交叉作业的安全隐患,实现一次破碎平台智能、高效、稳定运行。     

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。     

智慧矿山建设架构体系及其关键技术

针对矿山信息化建设存在缺乏信息化标准、信息孤岛严重等问题,研究了智慧矿山建设的架构体系及其关键技术,提出了包括数据采集与执行层、传输层、存储层、智慧决策与控制层、展示层等5层架构体系,描述了该架构体系中各层应构建的相关系统或建设原则;探讨了智慧矿山建设涉及的空间信息技术、智慧采煤技术、真三维地质模型与集成应用技术、先进的矿用传感器技术、自动控制技术、矿山数据仓库技术、数据通信技术、组件式矿山软件、虚拟现实技术、云网融合技术、基于大数据的智能决策技术、人工智能技术等关键技术。     

基于工业互联网的智能矿山研究与设计

阐述了基于工业互联网平台建设智能矿山的意义与目标;指出,打造煤炭工业互联网平台,就是要通过工业互联网技术使煤炭产业各环节间进行有机联动,实现产业链的真正融合,打造矿山新型数字生态,助推煤炭行业高质量发展。研究了基于工业互联网的智能矿山技术体系和业务架构;认为,基于工业互联网的智能矿山建设应首先进行算力及容灾体系建设,其次是要进行网络体系搭建,第三要搭建横纵贯通的数据中台业务。将目前我国煤炭企业智能矿山建设的发展阶段归纳为4个阶段:框架初步构建、实现采掘等单系统或单项技术智能化决策和运行阶段;多系统信息融合、实现采掘运智能联动阶段;形成智能生产、安全、管控智慧大脑阶段;形成全矿区、多产业链、多系统集成的智能矿山体系阶段。最后提出,智能矿山建设是一个科技创新和不断进步的过程,应注重顶层设计,做到传承与创新并重,基础平台、局部场景智能化建设要并行等具体建议。     

面向智慧矿山的工业互联网体系架构研究

根据智慧矿山的建设需求,对矿山工业互联网进行了分析。通过指出矿山工业互联网存在的挑战,从虚拟化、云计算和机器学习三大技术入手,提出一种矿山工业互联网四层体系架构。该框架能够满足矿山工业日益严苛的网络服务需求,对矿山工业互联网的研究具有一定的参考价值。     

智慧矿山顶层架构设计及其关键技术

智慧矿山建设目标是在工业互联网技术的基础上,能够完成对矿山"人、机、环"数据进行精准化采集、网络化传输、规范化集成,从而实现可视化展现、自动化操作和智能化服务的矿山智慧体。目前,智慧矿山的建设主要以单一的业务逻辑为基础,较少从数据运营、技术服务和业务逻辑等多方面,深入研究智慧矿山的体系架构问题,难以实现通用性和扩展性较强的智慧矿山建设目标。为解决上述问题,基于已有智慧矿山的基本概念及内涵,在对国内外智慧矿山研究现状分析的基础上,提出智慧矿山的基本内涵及其建设原则,并引入数据标准化、网络协同化、系统一体化和技术智能化的建设理念。提出智慧矿山顶层架构体系及其关键技术。该顶层架构体系主要包括智慧矿山总体架构、业务逻辑架构、技术架构和数据架构4个部分,从总体设计、业务分析、技术实现和数据流转的不同角度,可以较为综合和全面地构建智慧矿山。之后,探讨和研究了智慧矿山顶层架构体系建设过程中涉及到的智能控制技术、通信网络技术、三维可视化技术、空间信息技术、大数据分析与挖掘技术、物联网技术、机器学习理论方法、媒体智能技术等关键智能技术。最后,在总结智慧矿山顶层架构设计及关键技术内容的基础上,指出了未来智慧矿山建设过程中需要解决的一些关键理论问题及系统设计、优化问题,为不断完善智慧矿山顶层架构的设计和智慧矿山的深入发展明确了研究方向和实现目标。     

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以5G和F5G双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。提出了基于双5G网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:(1)高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用5G和F5G双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;(2)智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;(3)以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。     

煤炭工业互联网及其关键技术

煤炭工业互联网(Coal Industry Internet,CII)拥有快速、安全、绿色等优点,是煤炭行业向智能化转型的重要支撑。我国煤炭工业互联网尚处在初级阶段,存在技术体系不明晰、信息交互时延高、信息安全保障难等问题。针对以上问题,首先分析了煤炭工业互联网对煤炭行业及保障国民经济发展的重要意义;总结了煤炭工业互联网的国内外研究现状,归纳出国内外研究人员在煤炭工业互联网领域进行的探索及取得的研究成果。根据我国智慧矿山建设实际需求,构建了煤炭工业互联网体系架构,分为设备感知层、IaaS层、PaaS层、SaaS层和云边端协同5个层次,推动形成涵盖煤炭生产、物流、消费等领域的工业生产制造和服务体系;进一步明确煤炭工业互联网信息安全、技术体系、信息传输、生态环境等重点发展领域,指出了我国煤炭工业互联网在上述领域中存在的问题,并总结分析了解决上述问题的发展方向。最后,提出了煤炭工业互联网安全防护、数字矿山基础信息平台、煤炭工业互联网数据中台、矿山中央控制系统、5G+煤炭工业互联网等关键技术及其发展思路,以推动矿山智能化建设,促进煤炭行业高质量发展。     

基于微服务架构的煤炭工业互联网平台研究与设计

针对现有煤炭工业互联网在设计与应用中面临的技术体系模糊、数据集成共享困难以及开发速度慢等问题，结合煤炭行业的相关特点，基于微服务架构可独立部署、高灵活性和易于管理等特点，以数据为关键点，利用容器化、虚拟化等技术，提出了基于微服务架构的煤炭工业互联网平台，介绍了工业互联网及其平台特点，详细阐述了基于微服务架构的煤炭工业互联网平台架构设计和关键技术设计。通过在山西天地王坡煤业有限公司实际部署应用表明，该平台解决了传统的数据闭塞、信息孤岛等问题，满足了煤矿工业互联网的基本要求，在数据存储、系统应用、平台后期维护等方面具有良好的应用成效。     

矿井应急可视化指挥平台的开发与应用

针对井工煤矿各系统数据分散、无法基于三维GIS进行数据融合展示和应急辅助决策实时分析等问题，山东省邱集煤矿有限公司结合自身实际业务情况，构建了基于工业互联网平台技术架构的关键基础设施和应急可视化指挥应用，介绍了该平台的总体架构，详细阐述了数据采集与存储、三维井巷工程数字模型、基于图计算的空间集成分析等关键技术。通过在山东省邱集煤矿有限公司实际应用表明，该平台能够实现井工煤矿多维数据的综合查询和多维展示，既可提升矿山应急处置能力，又可为对其他井工煤矿应急管理平台的建设提供借鉴。     

基于工业互联网的露天矿数字孪生建模系统和方法

并行推进、融合发展是我国推进智能制造的技术路线,云技术和工业互联网是支撑新一代智能制造的基础。提出了基于工业互联网的露天矿数字孪生建模系统和方法,能够实现采矿一块屏,对地质、测量、设计、到采矿生产环节的生产、安全、设备能耗、铁运生产等方面进行一体化集成,所有采矿生产过程都可以通过露天矿数字孪生模型完成,最终形成智慧矿山整体解决方案。露天矿数字孪生是以工业互联网为基础基于现实世界露天矿采场而创建的虚拟世界的模型,包括端、边、网、云4层系统,结合采场基础设施、采矿设备以及生产运行数据与三维数字地质系统,呈现三维露天矿采场。通过在鞍钢矿业齐大山铁矿为期1 a的示范应用,推动了管理体制变革,突破了传统层级管理架构,实现了垂直管理,提高了管理效率,在生产组织环节,实现了数据融合应用、业务融合系统,生产管理效率提升了30%以上,直接经济效益2 920万元,为增强企业竞争力提供了有力支撑。     

某铁矿自动化生产信息平台的设计与应用

为了早日实现智慧矿山“机械化换人,自动化减人,智能化无人”的发展目标,河北省某铁矿通过统一标准的矿井井下千兆工业以太环网络架构,建设1个综合性的自动化生产信息平台。构建有线或无线矿井联络通讯、矿井安全监控监测、矿山井下人员定位和矿用视频监视4个系统;搭建集数据传输、数据处理、语音通讯、视频监视的“四网合一”共用共享网络融合平台;开发井下采矿作业过程信息共享与应急联动功能。矿山应用平台后创收直接经济效益399万元,间接经济效益248万元,提高了矿井的安全生产管理水平,满足了现代化智能矿山建设的需求,加快了该矿实现智慧矿山的进程,具有很高的推广意义和参考价值。     

智慧矿山数字孪生技术研究综述

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。数字孪生面向煤炭工业互联互通及智能化应用,发挥连接物理世界和信息世界的桥梁与纽带作用,将在煤炭开采、视频监控、人机交互等方面提供更加实时、智能、高效的服务。面向智慧矿山技术需求,提出了基于数字孪生+5G的智慧矿山建设新思路,将"数字孪生+5G"与AI技术相结合,为实现智慧矿山提供一种创新的方法。首先从智慧矿山建设进展及应用方面存在的问题入手,系统地梳理和分析了当前智慧矿山研究和发展现状,通过研究新一代信息技术与工业技术融合应用,阐述了数字孪生的概念内涵,指出数字孪生是智慧矿山发展的必然趋势并将为智慧矿山赋能;然后针对智慧矿山建设的难点和痛点问题,提出了基于"数字孪生+5G"的智慧矿山体系架构理论,通过构建矿山数字孪生模型(MDTM)实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射与实时交互。聚焦智慧矿山建设目标,以智慧矿山系统建设、优化和关键技术为核心,基于矿山信息物理空间的数字孪生和深度学习方法,以实际矿井为原型设计了智能开采的数字孪生一体化方案,构建了全域感知、边缘计算、数据驱动和辅助决策的智慧矿山平台。最后针对智慧矿山的数字孪生应用需求,提出并探讨了数字孪生赋能智慧矿山的关键技术问题,并指出了未来需要实现的关键技术路径。旨在通过对智慧矿山的数字孪生技术研究,为数字孪生模型构建、协同控制与交互优化等提供思路,为未来智慧矿山建设与设计提供理论借鉴。     

煤矿智慧矿山建设策略研究

智慧矿山建设能够改变原先煤炭企业粗放发展的方式,是实现煤矿高质量发展的重要支撑。通过描述智慧矿山发展的背景,分析当前国家和地方政府关于促进智慧矿山发展出台的相关政策与取得的成就,深入剖析了煤矿智能化发展遇到的管理和技术两个方面问题,并且从设备感知层、网络传输层、数据支撑层、应用决策层四个维度构建了智慧矿山未来发展的框架,提出了实现智慧矿山高质量发展的关键技术,包括信息化网络架构、安全生产管控模式、智能决策和态势分析模式,最后提出促进智慧矿山高质量发展的对策建议。     

基于区块链技术的智慧矿山数据信任模型及技术架构研究

我国智慧矿山建设尚处于发展初期,目前存在的矿山数据可信度低、数据共享过程缺乏信任机制、数据安全和隐私泄漏风险等数据信任问题严重制约了智慧矿山建设和发展。为此,基于总体国家安全观理念提出智慧矿山数据信任模型的概念,构建基于区块链技术的智慧矿山数据信任模型,对其技术架构进行具体设计,并剖析了关键技术;提出基于区块链技术的智慧矿山数据信任模型的实施策略,以期为区块链技术赋能智慧矿山、全面提升矿井生产效能和发展水平奠定基础,有效推动煤炭产业高质量发展。     

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...     

智慧矿山资源技术系统构建的关键技术

智慧矿山是矿山发展的必然趋势,针对作为智慧矿山的重要组成部分的矿山资源系统构建,分析传统资源技术管理的缺陷和不足,分别从基于矿山开采全周期构建资源技术系统架构、规范业务管理流程、统一业务数据标准、数据增量存储、存储消重等关键技术进行论述,以达到人员结构优化、节支降耗的效果,保证矿山资源技术系统的完整构建和高效运行。     

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。     

智慧矿山“一张网”系统的建设及关键技术

智慧矿山是传统煤炭行业的最终转型模式,是驱动传统矿山工业的核心力量,为实现矿山由传统向智慧的转变,提出了智慧矿山"一张网"系统,探讨了智慧矿山"一张网"系统的内涵,提出了智慧矿山"一张网"系统的平台设计架构,该平台通过物联感知数据、大数据存储、AI智能分析应用,实现矿山拓、掘、运、选、安全生产管理等,从而达到安全、高效、绿色的矿山生产运营目标。