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。     

智慧矿山技术体系研究与发展路径

基于我国矿产资源开发现状,分析了智慧矿山建设的必要性、建设理念与内涵,阐述了现阶段智慧矿山建设存在的关键共性难题,提出了我国智慧矿山建设的近期、中期、远期目标。针对我国煤炭资源开采条件与智能化建设基础存在的差异性,构建了智能化煤矿建设总体技术体系架构,从生产矿井与新建矿井两个维度提出了智能化煤矿建设技术路径,明确了不同建设条件矿井进行智能化煤矿分类、分级建设的重点内容。系统阐述了张家峁煤矿、巴拉素煤矿智能化建设经验与阶段性成果,并提出了我国智慧矿山实现高质量发展的主要技术路径。     

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。     

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。     

神华智能矿山建设关键技术研发与示范

探讨了智能矿山的内涵,指出智能矿山是以矿山物联网为技术手段在数字矿山基础上的发展与创新,是将感知信息提炼为决策智慧、将决策智慧转化为执行能力的过程。设计了智能矿山5层架构体系并对其关键技术进行攻关,包括面向3个聚焦感知的泛在智能感知技术、面向海量感知数据的"一网一站"传输技术、面向区域矿井群的一体化软件平台研发和面向集团战略落地的业务流程标准化,实现从感知、传输、分析、决策的智能化和一体化。以锦界煤矿为示范点,展开了智能矿山示范工程建设。在示范工程实施过程中,除智能传感与集成化传输、生产过程自动化控制、矿山生产集成化系统监控、计划协同与生产执行系统外,重点强化了智能矿山体系中的"智慧"和"能力"平台建设,主要包括大数据中心和决策分析平台。实践表明,智能矿山可大幅提升生产效率、降低运营成本,是促进煤矿集团转型升级的关键举措。     

智慧煤矿2025情景目标和发展路径

智慧矿山是煤炭行业转变发展方式、提升行业发展质量的核心驱动力,是矿山技术发展的最高形式。基于数字矿山技术发展现状,结合生产系统智慧化特征及要求,给出了智慧矿山概念及内涵:将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合,形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统;到2025年,实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展,建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架,初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。资源开发利用水平显著提高,煤矿职业健康和工作环境根本改善,矿山生态恢复和保护全面实施。     

麻地梁煤矿智慧矿山建设实践

介绍了皖北煤电集团有限责任公司智慧矿山建设的探索路径,并对探索初期和探索中期取得的主要成果及主要成效进行了分析,提出了麻地梁煤矿智慧矿山建设思路,详细阐述了包括顶层设计、优化设计、创新管理、数据治理方面的智慧矿山体系建设,最后对包括矿井十大智慧系统、5G+智慧矿山建设成果进行了阐述。麻地梁煤矿智慧矿山建设本着"目标引领、整体设计、分步实施、逐渐完善"的原则,以"本质安全、降本增效、绿色低碳、为煤矿工人谋幸福"为目标,以科技攻关和成果应用为抓手,以集中管控、应急联动、数据共享、移动互联、业务融合为基础,推进生产过程智能化、安全监控数字化、企业管理信息化、信息管理集成化,以实现矿井智慧化。     

BIM技术在煤矿巷道设计中的应用研究

为了提升煤矿巷道设计质量,改善传统的信息利用模式,基于BIM技术研发了煤矿巷道三维设计系统并在工程实践中进行了应用,通过该系统能够快速、便捷地进行巷道的三维参数化设计、可视化展现与数据化表达,并能一键输出满足施工需求的工程图与统计报表,同时实现了BIM服务链的有效外延,对施工及运营过程具有重要意义,为数字矿山建设提供了基础支撑。     

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。     

智慧矿山工业互联网技术架构探讨

针对智慧矿山建设过程中存在的信息孤岛、数据质量和网络信息安全等问题,分析了智慧矿山建设技术架构现状,对比了智慧矿山建设与煤炭工业互联网关系,采用以ISO/IEC/IEEE42010系统与软件工程标准为主要方法论,提出了智慧矿山工业互联网架构体系,包括设备层、边缘层、企业层和产业层的“网络、标识、平台、安全”四大系统建设,提出了智慧矿山工业互联网平台技术5层架构,分析了各层构建的主要内容和相互关系,包括：(1)现场层,提供工业设备与业务管理数据来源与流程优化场景;(2)边缘层,构建基于OPC UA与TSN融合的边缘云计算架构,实现感知、互联与计算的边缘侧应用闭环;(3)IaaS层,构建基于边云协同的存储与计算架构,实现网络、存储、CPU等资源虚拟化与池化;(4)工业PaaS平台层,包括通用资源部署与管理、矿山大数据引擎、矿山机理与大数据建模分析、矿山数字孪生信息模型建模引擎和基于微服务框架及组件开发环境;(5)工业SaaS应用层,调用和封装工业PaaS平台上的开发工具、矿山机理模型、数据驱动模型等服务开发智慧矿山业务运行与矿山智能化应用APP。并探讨了基于智慧矿山工业互联网操作系统Paa...     

翟镇煤矿智慧矿山生产模式研究与实践

针对翟镇煤矿井下综采装备落后、生产效率低、矿井运行体系复杂的问题,提出了智慧矿山生产模式,围绕煤矿八大系统,建立了智慧生产系统评价模型,分析了智慧矿山建设中八大系统的权重.在翟镇煤矿研究应用了采煤工作面无人化开采智能集控技术、掘进工作面智能化自动控制技术、矿井运输系统无人化巡检及自动控制技术、矿井生产保障系统自动化控制技术、基于数据融合的安全检测智能控制技术及智慧矿山综合信息平台与手机APP软件等,形成了智慧生产系统关键技术体系.实践证明,翟镇煤矿智慧矿山建设后,采煤效率提高了35%,掘进效率提高了30%,辅助系统高度智能、安全监控系统更加可靠,单班下井人数减少了115人,实现了煤矿生产的少人化和自动化,为我国智慧矿山建设提供了理论与技术借鉴.     

BIM技术在矿山工程建设中的应用#br#

为了推动BIM技术在矿山工程建设中的应用,对BIM技术的特点进行了概述,对BIM技术在矿山工程建设中的运用现状进行了总结,提出了推动BIM技术在矿山工程建设中应用的措施——制定统一数据存储格式、实现矿山数字化建造信息全生命周期的迭代和共享,融合智能信息技术、形成基于BIM技术的矿山数字化系统,建造应用生态结构,通过BIM技术加强矿山工程施工进度管理,通过BIM技术加强质量、安全的管理及生产运营的智能化管理,实现数字矿山的建设和发展。     

霍尔辛赫煤矿通信网络改造优化方案的研究

无线通信网络系统是智慧矿山系统的重要组成部分,是实现其相应功能的基础条件。霍尔辛赫煤矿智慧矿山APP软件应用过程中,因煤矿井下环境恶劣,干扰信号多,从而影响了无线通信网络的信号,导致智慧矿山APP软件无法及时响应。本论文基于智慧矿山APP软件的应用要求,采用4G无线通信技术对霍尔辛赫煤矿智慧矿山无线通信网络系统进行优化改造,从而实现智慧矿山APP在煤矿的全面应用。     

“高科技煤矿”信息化建设的战略思考及关键技术

在相当长的时间内,煤炭仍将是我国的主要能源,逐步实现对我国煤炭工业的现代化改造,最终形成少人或无人的高科技矿山就是时代赋予我们的艰巨任务。基于先进的机电一体化技术、计算机技术、通讯技术、空间信息技术、煤矿专有技术是实现煤矿现代化管理和安全生产的惟一道路。以高科技采矿的理念为指导,结合我国煤炭工业信息化建设取得的成果、存在的问题以及行业发展的战略规划,阐述了数字煤矿、智慧煤矿、少人或无人煤矿的科学内涵和系统架构,并对高科技采矿涉及的部分核心技术和关键问题进行了探讨,为高科技煤矿建设提供了可供研讨的思路和方法。     

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。     

煤矿三维智能管控平台研发

为了解决范各庄矿原有的煤矿综合自动化系统存在的不足,重新设计了智慧矿山管控平台架构,按照模块化设计方法,设计集成了管控平台的应用功能与总体架构,确定了管控平台的设计方案和集成管控平台的关键设计,包括管控平台的硬件构成、开发工具、软件部署、数据存储系统以及开发流程,完成了煤矿智慧矿山管控平台的组态化设计,做到了各个子系统的无缝集成.     

基于本质安全化方法的本质安全型矿山研究*

为创建本质安全型矿山,分析本质安全化方法与矿山本质安全化的内在联系,并基于本质安全化方法,阐述本质安全型矿山的特征,提出本质安全型矿山层次模型,然后进一步将本质安全化方法内容与露天矿山安全生产实际相结合,探讨并架构本质安全化方法在露天矿山的实施体系,最后以金属、非金属露天矿山为对象,系统论述本质安全化方法的实施内容。认为从降低系统事故发生概率和事故严重程度着手,采取全方位的安全技术和安全管理措施能够有效地促进矿山本质安全化的实现。     

煤矿智能化安全保障体系及关键技术

煤矿智能化是新时代煤炭行业发展的必经之路,是支撑我国未来煤炭行业生产方式转型的核心技术支撑。鉴于煤炭生产的风险客观存在性,智能化条件下的煤矿安全保障体系应适应于煤矿的智能化水平。系统论述了煤矿智能化安全保障体系的定义、内涵及技术特点,指出了其核心在于精准的地测感知、全面的数据平台、实时的风险评估和智慧的灾害处置,形成数字式、一站式、智能式的煤矿风险辨识、预警、处理闭环。介绍了煤矿智能化安全保障体系在感知层面、风险层面、设备层面和管理层面的架构,提出了包涵煤矿精准的全维感知、精确的煤矿风险识别预警、技术密集型的煤矿安全管理理念和智慧化的自检自修设备系统4项技术内涵。首先,在实现技术层面,阐述了需重点解决的以透明地质保障技术为基础,以煤矿大数据共享平台为载体,以煤矿重大风险评估预警技术为核心的关键技术体系,并初步给出了解决路径。然后,论述了系统软件平台的系统架构和核心技术,其要旨是实现系统数据"集成化"、要素展现"可视化"、风险评估"智能化"、操作软件"平台化"。最后,开发了面向煤矿智能化安全保障的煤矿智慧安全管控平台系统,实现了煤矿综合可视化操作平台、煤矿大数据分析平台、煤矿安全风险智能评估、多系统联动控制和移动可持式终端展示功能,为建设完整的煤矿智能化安全保障体系探索了一条可行的技术路径。     

露天煤矿智慧矿山创新设计理念

智慧矿山建设过程中由于缺乏总体规划,存在着诸多不足。全面分析了智慧矿山发展的现状和存在的问题,以信息和数据为主要研究内容,以生产为核心的业务主线,结合工业大数据和多维虚拟现实平台,提出了为实现矿山各种数据的自我增值模式为核心的智慧矿山总体架构。     

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。