数字孪生技术在矿山物联网管控系统的应用

将数字孪生技术应用到矿山物联网管控系统中,建设三维数字孪生模型映射真实矿山生产环境,通过数据驱动对矿山生产环境各要素的形态、动作进行孪生仿真,利用数字孪生模型控制实体设备,达到虚实交互、数据同步、智能控制、安全预警的目的.研究了数字孪生与矿山物联网管控系统融合所涉及的关键技术,提出了数字孪生与矿山物联网管控系统融合后的理论系统架构,介绍了矿山数字孪生系统的三维可视化模块、设备管理模块、安全预警模块、数据可视化模块.     

基于数字孪生的智能掘进工作面三维场景再现技术研究

目前井下掘进设备作业一般采取视距遥控或远程视频监控方式,巷道断面成形质量取决于人工操作经验或视频数据传输质量。针对该问题,结合智能掘进系统实时监控和真实场景再现需求,研究了基于数字孪生的智能掘进工作面三维场景再现技术,完成了数字孪生系统架构设计、传感器数据采集处理、数字孪生模型创建、模型驱动算法开发、显示界面设计。根据神东某矿掘锚一体机工作面的工况条件,开发了一套三维场景再现系统,内嵌数字孪生体、数据监控与驱动仿真模块,集成设备传感器、动作指令等数据,实现对掘进系统的物理设备状态实时监测、数字三维模型同步展示、数据分析管理以及智能掘进工艺仿真。实践证明,该系统能够实时同步精准映射设备状态、巷道空间信息,实现场景真实再现。与视频远程控制的方式相比,改善了操作体验和准确度,有效提升了掘进智能化水平,保障了巷道掘进效率和施工质量。     

基于数字孪生技术的煤矿掘进机自动截割方法研究

为了解决目前掘进工作面设备自动化控制存在的缺乏可视化人机交互控制、缺乏掘进工作面数字孪生动态建模、缺乏巷道模型与掘进机定位导航系统融合的问题,提出一种基于三维数字孪生技术的煤矿掘进机自动截割方法;该方法利用三维数字孪生技术的巷道模型生成截割模板,实现掘进机对预设截割断面的自动化截割,可达到人工远距离、可视化控制掘进机安全自动作业的目的。介绍了数字化巷道和掘进机模型的构建方法以及数据驱动逻辑,并对掘进机自动截割控制方法进行了详细阐述。结果表明,该方法避免了粉尘等对掘进机自动化截割的影响,降低了人员现场作业风险和劳动强度,解决了掘进机远程截割精确度低、巷道断面成型质量差等问题。     

柿竹园多金属矿三维可视化综合管控系统设计与实现

针对柿竹园多金属矿存在地质条件复杂、开采管理链条长、作业主体分散、各工艺间自动化水平差异大等问题,基于三维可视化及数字孪生技术,采用插件式架构的GIS应用框架设计,构建了融合设备信息模型、开采环境物化信息模型、监测信息等多类信息的管理和服务平台,同时整合了矿山现有技术管理系统、生产管理系统和安环监测系统,实现了信息互融和共享,保证了矿山安全、高效生产。     

基于大数据的煤矿生产调度技术研究与应用

本文介绍了基于数据综合应用的生产调度信息技术在塔山煤矿的研究和应用。通过利用实时的、精确的数字信息化服务,将井下安全生产管理等各种数据实时上传至地面,进行综合统计分析,改变传统的安全生产调度数据简单呈现形式,提升数据利用价值。同时,增加了更加直观的数据三维可视化呈现,使数据更好的服务于塔山煤矿安全生产调度管理工作。     

现代信息技术在煤矿安全生产中的应用

介绍了矿井井下人员安全定位管理系统、煤矿安全生产地理信息系统、煤矿安全监控系统、数字煤矿安全广域网络动态实时多级监管系统等信息技术在煤矿中的应用,提高矿井安全管理水平,收到明显效果。     

基于数字孪生的煤矿智能管控平台架构研究与实现

为完成煤矿智能化升级转型，对煤矿智能开采现状进行了分析，提出基于数字孪生的煤矿智能管控平台的概念。该平台以数字孪生技术为核心，结合GIS、建模、仿真等关键技术，融合应用物联网、大数据、云计算及人工智能，赋予数据空间维度信息，使数字矿山与物理矿山之间进行实时交互，忠实地复现物理矿山整个生命周期的运行状态与轨迹，推动煤矿传统生产全面升级，向数字化、智能化转型。实际应用测试表明，该平台提高了煤矿数据采集、存储、传输和分析的能力，降低了安全事故发生概率，能有效为数字孪生和智能管控煤矿生产各个环节的深度融合提供服务。     

粉料投料装置的三维可视化技术研究

以某地浸铀矿山为背景，研发粉料自动投料装置，实现了地浸铀矿山粉料投料的自动化，同时通过采用KEP ServerEX数据接口，研发三维可视化管控平台，实现了粉料投料装置的可视化远程管控，可以在三维场景中真实有效地展示粉料投料装置的全生产过程。将生产环境与虚拟模型相结合，实现了生产信息与三维模型信息的物理融合、模型融合、数据融合、服务融合，实现了透明、集中的三维可视化管控，进一步降低了劳动强度，提高了安全生产效率。     

基于3DMine软件的露天矿开采设计

以多宝山铜矿为例,利用矿山已有数据建立矿山三维模型,进行露天境界优化、采场设计、编制采剥计划。建立了露天生产可视化管理系统,能够有效地指导采掘计划的编制和生产管理工作,并以工程实际应用情况分析了建模结果的可行性和科学性,在数字矿山架构的基础上,探讨了露天矿的可视化开采方案,为数字矿山的建设提供了有效的集成系统。     

塔山煤矿三维安全生产调度管理平台的设计及应用

基于三维地理信息系统平台,塔山煤矿设计建成了三维安全生产调度管理平台,通过数字化、自动化、动态可视化等高科技监测手段实现全矿生产环节的动态实时监测。该平台在三维模拟场景的基础上集成了生产调度指挥中心用于生产调度、安全调度、应急指挥等功能所需求的各类数据,通过对海量数据的有效筛选,调度人员可以有效处理生产安全各类问题,创新了企业生产管理流程。     

数字孪生在矿业数字化转型中的应用

数字孪生日趋成为工业界应用热点,被认为是企业数字化转型快速有效的通用技术。结合大数据、人工智能、物联网、移动互联网、云计算、虚拟现实等新技术,数字孪生的应用空间正在不断地从先进制造业向其他行业扩展。本文介绍了数字孪生及其在矿业数字化转型中的应用,并结合实际案例介绍了数字孪生矿山的创新性应用内容,其中包括矿山三维可视化、数字采矿、矿山测绘云服务、车辆定位调度、生产配矿、边坡监测、环境监测等。数字孪生矿山帮助技术人员和专家为矿山提供更好的远程服务,对采集到数据进行智能分析,优化矿山运营,保证矿山生产高效、安全地进行。     

基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题,其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言,主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台,无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题,提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统（TGIS）的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术,完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成,实现了：(1)采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位;(2)三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建;(3)综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输;(4)为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面,初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。     

基于AutoCAD的矿井地质三维可视化研究

矿井地质工作是煤矿建设与生产安全的重要技术保证,综合考虑矿井地质体的特征和矿井地质数据的特点,选择表面模型作为地质体三维可视化的研究模型。根据该模型进行数据准备与组织,对AutoCAD进行二次开发,最终实现地质体的三维可视化。     

煤矿防突信息管理数字孪生平台功能及应用

数字孪生作为链接物理世界和信息世界的新一代信息技术,已在多个行业获得应用。为提升煤矿防突管理和数据应用水平,依托大数据分析和数字孪生技术,构建煤矿防突信息管理数字孪生平台,平台包括信息感知、信息传输、数据中台、业务中台和业务应用5个功能模块。系统整体采用模块化设计,通过系统融合、大数据存储、大数据分析和数字孪生应用4大模块相互支持调用实现系统全部功能。基于系统感知的矿井关键数据,构建了煤层赋存、抽采巷道、抽采钻孔、抽采装备等静态要素和三维精准空白带大数据分析等动态要素的数字孪生体,通过数字孪生交互,实现对防突过程的精细化、智能化、透明化管理。     

梧桐庄矿数字化矿山工程建设与创新

针对数字化矿山存在的管理模式固化、井下场景不能自动更新等问题,分析了梧桐庄矿数字化矿山工程建设的先进性,介绍了梧桐庄矿数字矿山的总体架构、重点建设内容及实现方案。梧桐庄矿数字化矿山工程是以数据中心为核心,集安全生产过程控制、三维可视化、虚拟现实生产与安全培训为一体的多元化数字矿山工程,形成了集管理、装备、培训三位一体的综合管控体系。三维可视化系统根据生产进尺数据动态更新展示平台,实现煤矿生产工作面小场景自动生成,解决了人工输入工作繁重的问题。虚拟现实培训系统率先以本矿实景为模型,再现煤矿真实三维场景,提供生产系统运行操作、矿井环境认知、安全事故预防与处理等模拟演练与培训。梧桐庄数字化矿山工程提高了现代化矿井精细化管控水平,促进了梧桐庄矿安全高效矿井建设,提升了经济效益,可为全国同类矿井数字矿山建设起到典型示范作用。     

矿山数字孪生构建方法与演化机理

新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合,为智能矿山技术发展提供关键技术支撑,将促进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术,是人工智能理论方法与数字化技术的有机结合,数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息世界交互与共智的关键技术难题,对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有重要意义。本文基于数字孪生技术和平行智能理论,提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、关键技术、基础理论和构建方法体系;提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的矿山数字孪生演化理论模型,据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建方法与演化过程,研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制,探讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理;最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例,通过模拟矿山生产场景数字孪生模型演化与协同控制,验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特征进行解析,实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。本文旨在通过矿山数字孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式,为矿山数字孪生技术应...     

RFID在煤矿井下安全管理中的应用

RFID在井下安全管理中的应用,主要是以煤矿计算机管理系统的子系统——井下管理系统为应用对象。通过建立一个完整、实时和灵活的井下管理系统,对井下作业工人的作业计划安排、工人进出巷道的权限管理、巷道人员分布、作业工人资料、安全物资流动等进行管理,实现井下管理信息化和可视化,同时提高煤矿生产管理和作业安全水平。     

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。     

基于虚拟现实煤矿安全系统

通过建立数字化煤矿虚拟场景,实时采集瓦斯和通风量等安全报警数据为基础,对整个地下矿井进行安全巡检漫游。采用Hermite曲线拟合规划漫游路径,虚拟人替代现实中的安全巡检员进行设备维护,二分法迭代求解虚拟巡检员位姿,达到巡检员位置显示实时性,并使安全巡检过程具有交互性和速度可控性。这一技术已应用在某三维煤矿生产安全虚拟现实系统中,说明煤矿能利用一个交互性较强的可视化平台来保证生产安全。     

雪坪煤矿通防系统安全管理的可视化研究

本文以同煤集团雪坪煤矿为例,基于计算机图像技术、数字化技术、网络传输技术、可视化技术研发了煤矿通防安全管理系统。将该通防安全管理系统在雪坪煤矿综采工作面进行了实践应用,实现了该矿采掘生产、瓦斯通风的实时监控,加强了地面调度中心对井下生产安排、抢险救灾的调度指挥,为实现该矿高产高效安全开采奠定了基础。