煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

安魚(yú)飛

(中煤航測(cè)遙感集團(tuán)有限公司智慧礦山分公司，陜西省西安市，710199)

1 系統(tǒng)需求分析

煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)運(yùn)用三維建模將煤礦的礦區(qū)地表環(huán)境、勘探鉆孔、采掘、通風(fēng)、運(yùn)輸、排水、機(jī)電以及“六大系統(tǒng)”的設(shè)備等大量的煤礦生產(chǎn)場(chǎng)景構(gòu)建三維模型，直觀(guān)真實(shí)地反映各管理要素的空間位置關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)系，直觀(guān)動(dòng)態(tài)地反映全礦安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)狀況，為安全生產(chǎn)管理者提供動(dòng)態(tài)輔助決策支持。

系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)三維模型建模技術(shù)，融合煤礦安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)建包含煤礦井上下一體化的礦井采、掘、機(jī)、運(yùn)、通各專(zhuān)業(yè)模型，實(shí)現(xiàn)全礦井“監(jiān)測(cè)、控制、管理、保障”的一體化動(dòng)態(tài)管理。真實(shí)反映各管理要素空間的位置關(guān)系，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制煤礦的礦區(qū)地表環(huán)境、地質(zhì)勘探、開(kāi)采與掘進(jìn)、設(shè)備管理、工業(yè)廣場(chǎng)等數(shù)據(jù)與變化情況，提升煤礦安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理水平，提升生產(chǎn)效率，為數(shù)字化煤礦、智慧礦山建設(shè)提供有力支撐[1-2]。

系統(tǒng)能夠利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型制作井田地面三維模型、地面工業(yè)廣場(chǎng)模型；利用二維礦圖轉(zhuǎn)換井下三維采掘工程模型；同時(shí)能夠制作大型機(jī)電設(shè)備模型、各類(lèi)分站傳感器模型等。系統(tǒng)地分析儲(chǔ)量、生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)控、人員定位、視頻監(jiān)控、通風(fēng)、排水、運(yùn)輸、智能工作面、壓風(fēng)、供水、應(yīng)急救援、通訊等20余個(gè)子系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)了解井下設(shè)備布置及實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并在三維管控系統(tǒng)中展示和管理[3]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)

煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)綜合利用虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真、GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通信及硬件集成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)系統(tǒng)、人員和設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)高仿真顯示，為礦山的集中監(jiān)控提供一種新的解決方案。系統(tǒng)總體架構(gòu)主要包括監(jiān)測(cè)監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層4個(gè)層面。煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)總體架構(gòu)

(1)監(jiān)測(cè)監(jiān)控層。該層主要包括采掘生產(chǎn)一線(xiàn)的自動(dòng)化系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，包括各類(lèi)控制系統(tǒng)、傳感器和分站等，要求協(xié)議開(kāi)放，便于集成，主要承擔(dān)末端數(shù)據(jù)采集與控制。

(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層。該層主要包括工業(yè)環(huán)網(wǎng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、音視頻傳輸網(wǎng)、安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)等，主要承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

(3)數(shù)據(jù)中心層。該層主要在建設(shè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)上提供信息存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)融合服務(wù)，確保數(shù)據(jù)一致，并建立關(guān)聯(lián)度高的資源、生產(chǎn)、安全等領(lǐng)域信息的完整檢索機(jī)制，形成一致標(biāo)準(zhǔn)的主流信息，保證各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域信息服務(wù)的完整性；融合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以不同級(jí)別的索引建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)；在時(shí)間深度和業(yè)務(wù)寬度與跨業(yè)務(wù)廣度這3個(gè)維度中建立具備相當(dāng)厚度的數(shù)據(jù)體，以地理分析和數(shù)理分析為工具提取共性信息和關(guān)聯(lián)信息。

(4)業(yè)務(wù)應(yīng)用層。該層在智慧礦山標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及信息交換共享的基礎(chǔ)上，依賴(lài)一張圖管理、三維GIS、綜合集成系統(tǒng)等構(gòu)建煤礦業(yè)務(wù)應(yīng)用，并協(xié)同管理。三維GIS平臺(tái)集成安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、視頻監(jiān)控與自動(dòng)化控制等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析與位置服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的三維可視化、綜合集成、智能管控與報(bào)警聯(lián)動(dòng)，提供綜合監(jiān)測(cè)、安全管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用。煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)分為集團(tuán)端應(yīng)用和礦端應(yīng)用，集團(tuán)端應(yīng)用主要有三維一張圖管理、智慧礦山集成平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析。礦端應(yīng)用主要有調(diào)度指揮、信息管理、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急救援指揮等。

(5)終端用戶(hù)層。該系統(tǒng)可以應(yīng)用在集團(tuán)公司、業(yè)務(wù)處室、下轄機(jī)構(gòu)、關(guān)聯(lián)單位等。分層、分級(jí)別、按照使用權(quán)限管控安全和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。集團(tuán)公司用戶(hù)主要管控公司各業(yè)務(wù)處室、下轄煤礦的生產(chǎn)安全匯總數(shù)據(jù)。公司業(yè)務(wù)處室管控各下轄煤礦的某一類(lèi)數(shù)據(jù)，如各礦的生產(chǎn)技術(shù)類(lèi)、安全管理類(lèi)數(shù)據(jù)等。下轄煤礦管控本礦的所有安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)單位，如運(yùn)輸合作單位等，管理與其業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

2.2 功能架構(gòu)

煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)在具有真實(shí)坐標(biāo)位置的三維環(huán)境中，動(dòng)態(tài)仿真、直觀(guān)展現(xiàn)煤礦工業(yè)廣場(chǎng)、勘探鉆孔、采掘工程、通風(fēng)、機(jī)電、運(yùn)輸、通訊、安全監(jiān)測(cè)、人員定位、給排水等多個(gè)要素，并接入以上管理要素的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和變化情況，動(dòng)態(tài)掌握全礦的安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，同時(shí)最大限度地挖掘和發(fā)揮煤礦數(shù)據(jù)的潛能和作用，并貫穿于煤礦規(guī)劃、生產(chǎn)與安全管理等全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)礦山的科學(xué)決策與現(xiàn)代管理。煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)功能架構(gòu)

煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)以協(xié)同應(yīng)用為目標(biāo)，集成接入煤礦綜合自動(dòng)化數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)與控制各自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控井下瓦斯、水、火等安全隱患和溫度、氧氣、一氧化碳等環(huán)境數(shù)據(jù)；集成自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，對(duì)各類(lèi)安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警和預(yù)警。煤礦管理人員可以通過(guò)煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度指揮，對(duì)各類(lèi)安全隱患按照應(yīng)急預(yù)案及時(shí)處理，也可用于礦井災(zāi)害的應(yīng)急搶險(xiǎn)救援[4]。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)運(yùn)用礦井三維地理信息數(shù)據(jù)集成技術(shù)，包括三維數(shù)據(jù)處理、三維漫游瀏覽、資源儲(chǔ)量管理、生產(chǎn)仿真與管理、通風(fēng)動(dòng)態(tài)管理、“六大系統(tǒng)”監(jiān)測(cè)、事故模擬與分析以及應(yīng)急救援指揮等模塊[5]。

3.1 三維數(shù)據(jù)處理

該模塊進(jìn)行煤礦數(shù)據(jù)管理與處理，構(gòu)建煤礦三維基礎(chǔ)平臺(tái)，運(yùn)用煤礦三維GIS實(shí)現(xiàn)煤礦地表、工業(yè)廣場(chǎng)、勘探鉆孔、煤層、采掘工程、機(jī)電設(shè)備、通風(fēng)、排水等生產(chǎn)管理要素?cái)?shù)據(jù)處理并三維建模，支持隨采掘情況變化的模型位置動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新。

3.1.1 礦區(qū)環(huán)境三維可視化

礦區(qū)環(huán)境三維可視化是利用衛(wèi)星遙感影像、無(wú)人機(jī)航拍正射影像圖、數(shù)字高程模型建立礦區(qū)地表模型，使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影建模技術(shù)建立工業(yè)廣場(chǎng)、地面建筑和其它地理要素模型，然后在三維GIS中建立三維場(chǎng)景[6]。工業(yè)廣場(chǎng)模型界面如圖3所示。

圖3 工業(yè)廣場(chǎng)模型界面

3.1.2 采掘工程與煤層三維建模

采掘工程與煤層三維建模是利用采掘工程平面圖建立采掘工程、井下硐室模型，并可隨著采掘工程平面圖的更新動(dòng)態(tài)更新模型，構(gòu)建可采煤層、采煤工作面等模型和斷層、陷落柱等地質(zhì)環(huán)境模型，基于已有勘探鉆孔資料、煤層底板等高線(xiàn)等制作鉆孔三維模型和煤層三維模型[7]。以煤礦采掘工程平面圖或井下巷道測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)轉(zhuǎn)換構(gòu)建井下三維采掘工程模型，根據(jù)采掘工程圖及生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃等制作工作面、采空區(qū)等三維模型[8]。鉆孔三維模型和煤層三維模型界面如圖4所示，采掘工程模型界面如圖5所示。

圖4 鉆孔三維模型和煤層三維模型界面

圖5 采掘工程模型界面

3.1.3 機(jī)電設(shè)備建模

機(jī)電設(shè)備建模是構(gòu)建綜采、通風(fēng)、供配電、排水、運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)的主要機(jī)電設(shè)備模型，包括地面風(fēng)機(jī)模型、井下機(jī)電硐室、水泵房、井底車(chē)場(chǎng)、回采面、綜采設(shè)備、帶式輸送機(jī)、各類(lèi)供水管道、壓風(fēng)管道模型等。液壓支架和刮板輸送機(jī)模型界面如圖6所示。

圖6 液壓支架和刮板輸送機(jī)模型界面

3.2 三維漫游瀏覽

3.2.1 基本操作功能

(1)圖層管理。圖層管理包括對(duì)地理空間要素分層管理、開(kāi)關(guān)圖層、設(shè)置圖層屬性等。

(2)空間查詢(xún)?？臻g查詢(xún)包括地圖上設(shè)定一個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行查詢(xún)、地圖上在指定的位置畫(huà)一個(gè)圓查詢(xún)圓內(nèi)的地物要素、三維場(chǎng)景中在指定的區(qū)域繪制一個(gè)矩形框查詢(xún)相關(guān)的地物要素。

(3)熱點(diǎn)定位。熱點(diǎn)就是在三維場(chǎng)景點(diǎn)定位后，這個(gè)點(diǎn)就具備了鼠標(biāo)操作的各種事件。例如：某個(gè)設(shè)備在圖形上定位后，鼠標(biāo)移到這個(gè)設(shè)備上，點(diǎn)擊熱點(diǎn)圖標(biāo)，就可以查詢(xún)?cè)撛O(shè)備的相關(guān)信息。

(4)主要素檢索。主要素檢索就是對(duì)用戶(hù)所關(guān)心的信息如巷道、鉆孔、工作面、監(jiān)測(cè)點(diǎn)等進(jìn)行查詢(xún)搜索的功能，查詢(xún)的結(jié)果可以在三維場(chǎng)景中定位，同時(shí)也可以展示相關(guān)的屬性信息。

3.2.2 信息查詢(xún)功能

信息查詢(xún)功能能夠?qū)崿F(xiàn)各類(lèi)設(shè)備、管路、設(shè)施靜態(tài)信息查詢(xún)，包括安全監(jiān)測(cè)、人員定位、壓風(fēng)壓力、注水壓力、水倉(cāng)倉(cāng)位、電力開(kāi)關(guān)參數(shù)、帶式輸送機(jī)參數(shù)狀態(tài)、倉(cāng)位等各類(lèi)工業(yè)自動(dòng)化實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)查詢(xún)。

信息查詢(xún)可按照數(shù)據(jù)層級(jí)查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析，以曲線(xiàn)、報(bào)表、圖形等方式展示。在鏈接了各生產(chǎn)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)后，可查詢(xún)各子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化信息，并可通過(guò)自動(dòng)化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。信息查詢(xún)界面如圖7所示，井下主排水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面如圖8所示。

圖7 信息查詢(xún)界面

圖8 井下主排水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面

3.3 資源儲(chǔ)量管理

該模塊不僅管理礦區(qū)范圍內(nèi)各可采煤層資源儲(chǔ)量、各采煤工作面資源量數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、各工作面回采資源量及剩余資源量等，并結(jié)合原煤產(chǎn)量自動(dòng)計(jì)算工作面回采率，同時(shí)也管理可采煤層、工作面、斷層、陷落柱等地質(zhì)要素，各地質(zhì)體可獨(dú)立操作，便于空間分析計(jì)算和制圖輸出。資源儲(chǔ)量管理界面如圖9所示。

圖9 資源儲(chǔ)量管理界面

3.4 生產(chǎn)仿真與管理

該模塊直觀(guān)展示礦井生產(chǎn)信息并可基于三維模型進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，形成生產(chǎn)動(dòng)態(tài)采掘工程三維模型，動(dòng)態(tài)展示與管理工作面回采的實(shí)時(shí)位置和進(jìn)尺等信息以及巷道綜掘的實(shí)時(shí)位置和進(jìn)尺，并動(dòng)態(tài)生成各類(lèi)生產(chǎn)報(bào)表。該模塊可以和智能工作面的自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成，三維展示智能工作面的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在三維模型上動(dòng)態(tài)管理綜掘、回采、運(yùn)輸、排水、通風(fēng)等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，方便領(lǐng)導(dǎo)輔助決策分析。三維模型可根據(jù)調(diào)度管理報(bào)表的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新，反映最新的回采進(jìn)尺和綜掘位置[9]。生產(chǎn)管理及工作面回采進(jìn)尺管理界面如圖10所示。

圖10 生產(chǎn)管理及工作面回采進(jìn)尺管理界面

3.5 通風(fēng)動(dòng)態(tài)管理

該模塊能夠三維動(dòng)態(tài)顯示礦井通風(fēng)系統(tǒng)信息，用戶(hù)可以查詢(xún)進(jìn)回風(fēng)路線(xiàn)、實(shí)時(shí)風(fēng)量大小、測(cè)風(fēng)站、局扇、通風(fēng)構(gòu)筑物及風(fēng)機(jī)所在位置、風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)等。井下通風(fēng)監(jiān)控三維管理界面如圖11所示。

圖11 井下通風(fēng)監(jiān)控三維管理界面

3.6 “六大系統(tǒng)”監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)煤礦“六大系統(tǒng)”中各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的信息管理、動(dòng)態(tài)模擬和實(shí)時(shí)查詢(xún)，以及各系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的即時(shí)分析計(jì)算和預(yù)警分析等，為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障[10]。

(1)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。以采掘工程三維模型為基礎(chǔ)，自動(dòng)導(dǎo)入傳感器三維模型位置，通過(guò)軟件服務(wù)接口接入安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成報(bào)表，與其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)礦井安全的三維態(tài)勢(shì)感知。監(jiān)測(cè)傳感器模型及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面如圖12所示。

圖12 監(jiān)測(cè)傳感器模型及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面

(2)人員定位系統(tǒng)。以采掘工程三維模型為基礎(chǔ)，自動(dòng)導(dǎo)入人員定位基站、人員和車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置，統(tǒng)計(jì)顯示全礦井井下人員總數(shù)、各盤(pán)區(qū)人員分布，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)查詢(xún)?nèi)藛T信息(姓名、部門(mén)、入井時(shí)間、卡號(hào)等)、下井累計(jì)時(shí)間、回放人員歷史軌跡，而且能夠?qū)崿F(xiàn)下井超時(shí)報(bào)警、人員求救報(bào)警。該模塊不僅能夠?qū)崿F(xiàn)考勤管理，可以按班組、工種等要素統(tǒng)計(jì)考勤，而且可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛超速報(bào)警、人員歷史軌跡三維動(dòng)畫(huà)回放等功能。人員實(shí)時(shí)位置和人員歷史軌跡三維顯示界面如圖13所示。

圖13 人員實(shí)時(shí)位置和人員歷史軌跡三維顯示界面

(3)緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)。可在三維采掘工程模型中集成管理緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)，包含安全出口、撤離方向和安全避災(zāi)逃生路線(xiàn)、永久避難硐室及救生艙位置，并且可以接入顯示避難硐室內(nèi)的安全監(jiān)測(cè)信息和設(shè)備信息。緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)三維空間關(guān)系展示界面如圖14所示。

圖14 緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)三維空間關(guān)系展示界面

(4)通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。集成接入礦山通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維管理有線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)路線(xiàn)、電話(huà)布置、電話(huà)信息以及移動(dòng)通信設(shè)備、語(yǔ)音廣播等設(shè)備仿真及屬性信息查詢(xún)。通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)三維管理界面如圖15所示。

圖15 通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)三維管理界面

(5)壓風(fēng)自救系統(tǒng)。集成接入顯示礦山壓風(fēng)自救系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)顯示壓風(fēng)管路、自救設(shè)備位置、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及屬性查詢(xún)。

(6)供水施救系統(tǒng)。集成接入顯示礦山供水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)顯示供水路線(xiàn)、水泵等設(shè)備位置、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及屬性查詢(xún)。

3.7 事故模擬與分析

該模塊運(yùn)用三維巷道模型進(jìn)行空間拓?fù)浞治?，模擬事故現(xiàn)場(chǎng)的災(zāi)情影響范圍，計(jì)算逃生路線(xiàn)和模擬救援策略，輔助應(yīng)急救援指揮。該模塊包括井下水淹分析、井下爆炸事故模擬分析等功能。

(1)井下水淹分析。該分析模擬井下某位置發(fā)生透水事故時(shí)，以出水點(diǎn)標(biāo)高為基準(zhǔn)，按照涌水量及時(shí)間模擬不同時(shí)間淹沒(méi)的井下巷道區(qū)域，統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)井下人員數(shù)量。

(2)井下爆炸事故模擬分析。該分析模擬井下煤塵或瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)以及發(fā)生爆炸時(shí)的破壞程度，根據(jù)劃定的空間范圍計(jì)算范圍內(nèi)巷道內(nèi)體積，結(jié)合該煤塵或瓦斯?jié)舛仍诖藚^(qū)域內(nèi)爆炸產(chǎn)生破壞換算的TNT當(dāng)量，預(yù)估該次爆炸對(duì)選定范圍內(nèi)巷道的破壞程度。

3.8 應(yīng)急救援指揮

該模塊可以模擬再現(xiàn)事故發(fā)生的過(guò)程，便于事故調(diào)查者觀(guān)測(cè)和分析事故的發(fā)生過(guò)程和發(fā)生的原因，從而采取預(yù)防措施，防止類(lèi)似事故的再次發(fā)生，防患于未然。模擬事故發(fā)生后，根據(jù)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，可以快速生成安全避災(zāi)線(xiàn)路圖，標(biāo)有線(xiàn)路運(yùn)行方向，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)顯示。同時(shí)可以通過(guò)應(yīng)急廣播、調(diào)度電話(huà)、無(wú)線(xiàn)通信、人員定位卡等多種方式通知相關(guān)區(qū)域人員及時(shí)沿逃生路線(xiàn)撤離[11]。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)

數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)是對(duì)煤礦生產(chǎn)、安全、管理數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)和分析，主要的性能指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面。

(1)統(tǒng)一的信息訪(fǎng)問(wèn)渠道。通過(guò)將內(nèi)部和外部各種相對(duì)分散獨(dú)立的信息組成一個(gè)統(tǒng)一的整體，使用戶(hù)能夠從統(tǒng)一的渠道訪(fǎng)問(wèn)其所需的信息。

(2)不間斷的服務(wù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和安全可靠的機(jī)制使用戶(hù)在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都可以訪(fǎng)問(wèn)企業(yè)的信息和應(yīng)用，保證企業(yè)綜合調(diào)度平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)強(qiáng)大的內(nèi)容管理能力。對(duì)企業(yè)各種類(lèi)型信息的處理能力，支持非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)及多種數(shù)據(jù)庫(kù)格式數(shù)據(jù)，并可以搜索和處理各種格式的文檔。

(4)個(gè)性化的應(yīng)用服務(wù)。信息門(mén)戶(hù)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用可以根據(jù)用戶(hù)的要求來(lái)設(shè)置和提供，定制出個(gè)性化的應(yīng)用門(mén)戶(hù)，符合不同使用者的個(gè)人習(xí)慣，提高工作效率。

(5)與現(xiàn)有系統(tǒng)的集成。能將企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和應(yīng)用無(wú)縫地集成到一起，無(wú)需重新開(kāi)發(fā)，節(jié)省了投資。

(6)高度的可擴(kuò)展性。能適應(yīng)企業(yè)新的人員和部門(mén)的調(diào)整和變化，滿(mǎn)足企業(yè)業(yè)務(wù)調(diào)整和擴(kuò)展的要求，解決企業(yè)與IT部門(mén)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法解決的技術(shù)需求問(wèn)題。

(7)安全可靠的保障。通過(guò)安全機(jī)制保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性及完整性，保障各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 三維GIS技術(shù)

三維GIS技術(shù)是對(duì)地理空間中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，直觀(guān)展示真實(shí)地理世界，有強(qiáng)大的三維GIS分析功能。三維GIS技術(shù)是實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地表、工業(yè)廣場(chǎng)、煤層模型、采掘工程模型、設(shè)備模型等三維數(shù)據(jù)建模、管理、分析的主要技術(shù)，而且可以融合組態(tài)技術(shù)對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。各類(lèi)子系統(tǒng)控制設(shè)備通常是PLC、智能分站、傳感器等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)生產(chǎn)、安全數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)報(bào)警。使用三維GIS技術(shù)進(jìn)行建模，使其更加直觀(guān)和更加真實(shí)，使用人員會(huì)感覺(jué)身臨其境。同時(shí)可以連接設(shè)備監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在三維仿真環(huán)境下的可視化管控，實(shí)現(xiàn)煤礦的地質(zhì)數(shù)據(jù)、采掘工程信息生成三維GIS地圖，以三維可視化角度來(lái)觀(guān)察煤礦的生產(chǎn)過(guò)程，并將煤礦的井下生產(chǎn)場(chǎng)景、人員位置信息、礦井的出煤量以及井下各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的瓦斯?jié)舛刃畔⒃诹Ⅲw礦井圖上清楚地展現(xiàn)出來(lái)[12]。

4.3 協(xié)同管理技術(shù)

協(xié)同管理技術(shù)是在統(tǒng)一工作平臺(tái)、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，以煤礦生產(chǎn)安全管理為主線(xiàn)，以各部門(mén)業(yè)務(wù)流程及需求為對(duì)象，通過(guò)權(quán)限管理、資源狀態(tài)管理、歷史版本管理、用戶(hù)數(shù)據(jù)沖突處理、數(shù)據(jù)審核等功能解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一、協(xié)同工作、資源共享的問(wèn)題，保證數(shù)據(jù)安全，可使多人同時(shí)在線(xiàn)處理各類(lèi)圖件及數(shù)據(jù)信息，提升專(zhuān)業(yè)配合，大大提高工作效率。

5 應(yīng)用情況

2020年8月，該系統(tǒng)在陜西榆林能源集團(tuán)有限公司楊伙盤(pán)煤礦(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“楊伙盤(pán)煤礦”)、新疆焦煤集團(tuán)1890煤礦得到了成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在統(tǒng)一的三維管控平臺(tái)下，集成管理采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，綜合動(dòng)態(tài)管理煤礦的生產(chǎn)、安全和經(jīng)營(yíng)的三維動(dòng)態(tài)管理仿真。實(shí)現(xiàn)了全礦井?dāng)?shù)據(jù)建模與管理、資源儲(chǔ)量三維管理、采掘工程模型實(shí)時(shí)更新、三維通風(fēng)模擬仿真、三維綜合自動(dòng)化平臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、人員和車(chē)輛的實(shí)時(shí)位置三維展示、逃生路線(xiàn)分析等功能，實(shí)現(xiàn)了全礦井監(jiān)測(cè)、控制、管理、保障的一體化動(dòng)態(tài)管理。

在楊伙盤(pán)煤礦應(yīng)用本系統(tǒng)以后，節(jié)省設(shè)備檢測(cè)維護(hù)費(fèi)用、安全監(jiān)管費(fèi)用、減員成本費(fèi)用，提高設(shè)備運(yùn)行效率和安全性、提高生產(chǎn)效率等產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約850萬(wàn)元/a；楊伙盤(pán)煤礦成為地方國(guó)有企業(yè)煤礦智能化建設(shè)的示范礦井，帶動(dòng)了周邊煤礦智能化建設(shè)的整體水平，產(chǎn)生了較好的社會(huì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

煤礦智慧礦山三維智能管控系統(tǒng)在一個(gè)統(tǒng)一坐標(biāo)的時(shí)空三維平臺(tái)下，綜合動(dòng)態(tài)管理煤礦的生產(chǎn)、安全、經(jīng)營(yíng)。系統(tǒng)集成了地質(zhì)、測(cè)量、采掘、通風(fēng)、機(jī)電、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了三維動(dòng)態(tài)管理仿真，實(shí)現(xiàn)全礦井監(jiān)測(cè)、控制、管理、保障的一體化動(dòng)態(tài)管理，提升了煤礦安全生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效率。