智慧礦山GIS模型創(chuàng)建與應(yīng)用

楊 禎

(中建材西南勘察設(shè)計有限公司，四川 成都 610000)

0 前 言

隨著工業(yè)自動化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展，煤炭行業(yè)已具備從生產(chǎn)到銷售的能力。但是在管理煤炭行業(yè)開采的技術(shù)，仍需要很大的發(fā)展空間去解決。GIS的發(fā)展填補了采礦業(yè)中煤礦開采系統(tǒng)的空白。本文的目的是在結(jié)合GIS管理技術(shù)的快速發(fā)展的煤礦開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，完成智能采礦系統(tǒng)的完整建設(shè)，并為下一步建設(shè)管理系統(tǒng)的建立奠定基礎(chǔ)。

1 智慧礦山GIS模型國內(nèi)研究的現(xiàn)狀

1.1 GIS模型國內(nèi)研究的現(xiàn)狀

由于我國計算機化的飛速發(fā)展和人工智能的提高，有很多勘察設(shè)計院的設(shè)計員認(rèn)為傳統(tǒng)的CAD設(shè)計圖紙已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今的技術(shù)，并且過度依賴人類的想象力和設(shè)計經(jīng)驗?，F(xiàn)在勘察設(shè)計院的設(shè)計軟件技術(shù)，發(fā)展的越來越高，協(xié)作3D設(shè)計正變得越來越復(fù)雜。GIS技術(shù)是全世界設(shè)計的一大變革，它解決許多帶有2D圖紙的未解決方案，并且在用于解決一些復(fù)雜的三維模型，方案的選擇、比較方面有著不可替代的優(yōu)勢。我國的GIS起步較晚，GIS理論僅在2002年應(yīng)用。GIS在我國和世界各地都運用的很廣泛，國家也在積極支持這種技術(shù)，在這種情況下，我國的GIS理論發(fā)展迅速，并且發(fā)布了GIS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。GIS在早期建設(shè)領(lǐng)域已建立良好的地位。GIS作為數(shù)據(jù)庫模型，包含了許多設(shè)計的一些數(shù)據(jù)庫，GIS在建筑行業(yè)的快速發(fā)展，促使專家開始思考測量和顯示地理數(shù)據(jù)并逐步探索其集成。GIS在煤炭行業(yè)中很少使用，主要用于鐵路、橋梁、城市規(guī)劃、地下工程和其他項目，在對這些類型的機械工程的研究中，本文應(yīng)用了將GIS應(yīng)用到煤炭工程中的幾種方法。

1.2 智慧礦山國內(nèi)研究的現(xiàn)狀

智能鉆探技術(shù)現(xiàn)狀：現(xiàn)有的所有鉆探生產(chǎn)線和煤炭機械，都反映了我國在智慧礦山的運用，已經(jīng)進入現(xiàn)代化發(fā)展。但是在實際施工階段，仍缺乏一些隧道鉆探技術(shù)。但是，信息技術(shù)，冶煉和智能爆炸技術(shù)等一些新領(lǐng)域也有了發(fā)展。

智慧輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀：在過去的幾年中，智慧礦山GIS系統(tǒng)的智能操作得到了快速發(fā)展。一些礦山有無人排水、無人供電、無人氣壓系統(tǒng)和無人舉升系統(tǒng)。山東能源集團和其他公司使用這些技術(shù)來執(zhí)行命令和通信，智能制造運營和電子采礦項目，以及在通信技術(shù)范圍內(nèi)進行地圖和物聯(lián)網(wǎng)項目。在通信的一些方面，地下無線通信，電纜通信和傳輸以及千兆位，安裝光纖通信系統(tǒng)等已經(jīng)得到了廣泛的使用。

2 智慧礦山GIS模型創(chuàng)建

2.1 投資策劃階段工作流程創(chuàng)建

2.1.1 工作目標(biāo)創(chuàng)建

項目投資計劃階段應(yīng)闡明項目目標(biāo)，分為兩個層次：宏觀目標(biāo)和特定目標(biāo)。宏觀組織指標(biāo)是指項目建設(shè)對實現(xiàn)共同發(fā)展目標(biāo)的國家，地區(qū)，行政或行業(yè)的影響，具體目標(biāo)與建設(shè)項目的直接影響有關(guān)。作為國家的主要產(chǎn)業(yè)，煤炭工業(yè)面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，在國民經(jīng)濟的穩(wěn)定與發(fā)展中發(fā)揮重要作用，發(fā)揮其充分的能源優(yōu)勢，為國家的發(fā)展創(chuàng)造出了巨大的潛力。煤炭行業(yè)的任務(wù)包括規(guī)模、勘察、產(chǎn)量、運輸?shù)纫恍┓矫?。借助GIS技術(shù)可以達(dá)到三維立體的效果，對于煤炭行業(yè)乃至所有工程項目的長期經(jīng)濟利益和戰(zhàn)略方向都起著至關(guān)重要的作用。

2.1.2 工作流程分析創(chuàng)建

煤礦開采項目中最重要的階段是決策，包括項目建議書，可行性研究(包括項目投資目標(biāo)，風(fēng)險分析，建設(shè)計劃等)，工作計劃，評估報告(包括節(jié)能評估，環(huán)境評估影響)社會穩(wěn)定性評估，安全評估和風(fēng)險評估，地質(zhì)災(zāi)害評估(水土保持計劃的編制)和其他相關(guān)報告。從項目建議書到可行性報告是逐步公開宣布項目的招投標(biāo)階段截止開標(biāo)階段，包括投資者，運營商，煤礦的建筑工地，以及相關(guān)政府報告的準(zhǔn)備和提交。

2.2 勘察設(shè)計階段工作流程

2.2.1 創(chuàng)建勘察任務(wù)

應(yīng)根據(jù)建設(shè)項目的要求，識別，分析和評估環(huán)境的地質(zhì)和施工現(xiàn)場的地理特征和地理條件，為施工項目提供合理的建議并編寫研究文件。在開發(fā)和建設(shè)之前，必須先調(diào)查地理，地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下資源的探測。

2.2.2 創(chuàng)建勘察工作流程

根據(jù)有關(guān)建筑規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)的技術(shù)要求，結(jié)合建設(shè)項目的設(shè)計文件，對工程設(shè)計，技術(shù)，經(jīng)濟和項目環(huán)境進行綜合分析和論證研究報告，以確保服務(wù)的正常運行。準(zhǔn)備工程和設(shè)計工作的設(shè)計任務(wù)，組織方案的制定，初始項目，施工圖項目等。

初步設(shè)計：在項目的初始階段，項目的內(nèi)容與評估計劃的內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)相符，并且可以確定準(zhǔn)備用于奠定基礎(chǔ)的主要設(shè)備和材料。用于開發(fā)和批準(zhǔn)項目的投資基礎(chǔ)的整個期間里，施工單位應(yīng)組織專家審查圖紙和模板，檢查模板的準(zhǔn)確性，詳細(xì)的接縫，材料的組裝，模板中的錯誤和其他問題。在仔細(xì)審查圖紙和樣品后，同意專家的書面意見，與相關(guān)設(shè)計人員和投資者討論計劃，并交換意見，在達(dá)成一直要求后更改設(shè)計圖紙。

建筑圖紙設(shè)計過程的主要功能是，以模型和描述的形式表達(dá)設(shè)計人員的意思，從而較好地滿足設(shè)計過程的進行。建筑設(shè)計圖紙不僅是施工指南的基礎(chǔ)，也是預(yù)算的依據(jù)，施工圖包含設(shè)計文件，要求有嚴(yán)格的設(shè)計模板。在施工圖設(shè)計過程中，施工部門將根據(jù)預(yù)先批準(zhǔn)的設(shè)計文件準(zhǔn)備和分發(fā)設(shè)計結(jié)果，以執(zhí)行施工計劃，施工工作，材料和設(shè)備訂單，設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)，安裝工作和準(zhǔn)備施工預(yù)算圖。隨著設(shè)計的不斷深化和模型方案的不斷變更認(rèn)可，從方案開始一直到建設(shè)項目結(jié)束，設(shè)計過程也不斷改進。

2.3 項目施工階段工作創(chuàng)建

2.3.1 施工任務(wù)創(chuàng)建

煤礦開采工作要花費大量的人力、物力、財力，而項目管理是煤礦開采最困難的階段。必須按照交付文件，按照設(shè)計方提供的設(shè)計圖紙、施工合同和技術(shù)要求進行施工。在整個期間，建設(shè)單位動態(tài)管理煤炭項目的成本、質(zhì)量和進度，協(xié)調(diào)甲方、設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方、政府部門之間的關(guān)系，保證施工任務(wù)順利進行。

大多數(shù)煤礦工程項目的完成過程是在數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上完成的。一方面，有必要選擇和編譯在設(shè)計決策、合同和實施過程中創(chuàng)建的技術(shù)文檔和圖紙，重新審批其他材料；另一方面，完成施工階段，并在操作階段驗證工程材料并將其移交給操作員，作為一個完整的格式化數(shù)據(jù)庫，Revit包含強大的幾何數(shù)據(jù)和一些設(shè)計數(shù)據(jù)。以存儲技術(shù)文檔可以有效減少紙張材料的數(shù)量，并清楚地說明Craft項目中每個過渡的設(shè)計和布局，將建設(shè)項目的工程數(shù)據(jù)作為模型傳輸給操作員，從而在操作過程中更加重視該模型的應(yīng)用。

2.3.2 工作流程創(chuàng)建

施工階段的質(zhì)量控制任務(wù)包括煤炭工程材料、零部件以及工程機械設(shè)備的質(zhì)量控制。在對設(shè)備和材料進行正確建模并添加通用參數(shù)后，除了進行現(xiàn)場驗證外，只能在建筑物的特定區(qū)域或地方檢查設(shè)備模型和材料是否與時間表相符，還可以確保有沒有設(shè)備缺陷。進行預(yù)防控制施工圖工程，并進行模型導(dǎo)出，在質(zhì)量控制過程中，可以使用Revit模型直接更改施工過程中的設(shè)計或工程，以確保在更改模型后及時更新相關(guān)信息。管理項目實施階段的進度主要是監(jiān)理、檢查和調(diào)整進度計劃，以確保在合同期內(nèi)執(zhí)行建設(shè)項目。

3 智慧礦山GIS模型應(yīng)用

3.1 智慧礦山GIS模型系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化的應(yīng)用

由于道路系統(tǒng)是通過直坡道路連接的，因此有必要使用匯總仿真表中的仿真模型對道路的每個部分進行仿真，然后再進行關(guān)節(jié)連接的仿真。煤炭建模系統(tǒng)的開發(fā)和優(yōu)化涉及到煤炭工程地表和底土的完整模型的創(chuàng)建，工業(yè)現(xiàn)場模型的表面工程部分采用專業(yè)模型進行單獨建模。開發(fā)圖紙，然后結(jié)合專業(yè)模型，解決模型沖突的問題，通過將其用于機電系統(tǒng)地下部分的專業(yè)建模的系統(tǒng)圖相結(jié)合來調(diào)整智慧礦山GIS模型系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化的應(yīng)用，提供及時的反饋和調(diào)整，以改善開發(fā)各種模型問題中的更改。使用道路建模方法，煤礦開采路線大致分為直線和陡坡兩種類型，根據(jù)圖形中的圖案創(chuàng)建分段圖案，在創(chuàng)建直線路徑和傾斜路徑圖案后，最終將其組裝成與圖像完全相同的模型。

3.2 智慧礦山GIS模型創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

地質(zhì)信息通常通過鉆探、鉆井、溝渠和地球物理挖掘等方法獲得，礦物的規(guī)模，巖性和衰變的分布是由地質(zhì)學(xué)決定的，并且該信息與各種礦物是一致的。不同的采礦區(qū)有不同的方案，但是總地來說，一些基本信息很重要，例如項目名稱、采樣位置、分析速率和數(shù)據(jù)注冊表中的巖性，要在3 dMine中的孔中建立空間模型，必須創(chuàng)建一個良好的數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)工具處理地質(zhì)數(shù)據(jù)后，將創(chuàng)建一個井?dāng)?shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫主要由四個表組成：位置表、邊坡測量表、巖性表和煤炭數(shù)據(jù)表。選擇“新建鉆取數(shù)據(jù)庫”主菜單，選擇下拉對話框中的復(fù)選框，然后創(chuàng)建一個新的鉆取數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建了一個三維模型，以四個表格的形式豐富了成像屏幕和可視化地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。

3.3 智慧礦山GIS模型安全方面應(yīng)用

長期以來，工業(yè)安全一直是我國的主要國家政策，保護工人的安全和健康并提高生產(chǎn)率是一項重要的任務(wù)，這是保證我國經(jīng)濟保持高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。因此，只有把重點放在安全生產(chǎn)上，才能普遍提高企業(yè)安全管理水平，確保企業(yè)安全準(zhǔn)入，最大限度地提高企業(yè)效率，更好地保持煤炭企業(yè)發(fā)展的強勁加速。在總結(jié)和分析采礦事件的基礎(chǔ)上，廣泛使用智慧礦山GIS模型安全方面應(yīng)用來識別和預(yù)測采礦，采礦是有關(guān)生產(chǎn)和生產(chǎn)過程不確定因素的科學(xué)知識體系，在平臺上對GIS接入點進行了適當(dāng)?shù)姆抡?，并且平臺管理中還可以包含煤礦安全管理的內(nèi)容。

3.3.1 基于系統(tǒng)工程的應(yīng)用點分析

煤礦安全的重要組成部分是在了解損失和事故機理并加強對煤礦設(shè)施的控制的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)工程原理和技術(shù)來預(yù)測和分析規(guī)劃、設(shè)計、施工、生產(chǎn)和處置的整個周期。充分利用各種安全措施，消除和控制危害，創(chuàng)造安全的工作條件。GIS管理技術(shù)可以通過可視化模擬貫穿煤礦建設(shè)的整個生命周期，以達(dá)到快速決策的目的，并可以在每個階段分析風(fēng)險，智能采礦管理系統(tǒng)以及其他煤炭開采技術(shù)可以使用雙重方法來提高采礦公司對事故和災(zāi)難的抵御能力。

3.3.2 基于事故發(fā)生理論的應(yīng)用點分析

由于缺乏有關(guān)現(xiàn)場安全性的知識，可以模擬Fuzor中的真實生活，這不僅可以增加在現(xiàn)場學(xué)習(xí)知識的動力，而且可以模擬員工發(fā)生災(zāi)難時在緊急情況下逃生的經(jīng)歷，安撫員工的思想，提高生產(chǎn)能力并減少損失。在視力和聽力受損的生理環(huán)境中，向Fusor平臺添加危險的聲源，并調(diào)整照明以模擬事故發(fā)生的過程，并且可以在發(fā)生災(zāi)難時模擬具有人在逃生過程的現(xiàn)有場景。在模擬模型側(cè)材料放置的狹窄空間中用于堆疊的空間可顯著用于減少與空間規(guī)劃相關(guān)的安全風(fēng)險，由于缺少現(xiàn)場設(shè)備，安全設(shè)備而引起的問題，所以將燈光模型顯示在移動設(shè)備的側(cè)面，并定期檢查地面上的型號和可用的安裝設(shè)備，為了減少危險情況的發(fā)生，檢查接地保護裝置是否損壞，提高煤礦開采項目的現(xiàn)場安全性。對施工現(xiàn)場進行監(jiān)測時要注意地板設(shè)備的完整性，并且無磨損、老化、腐蝕、疲勞等現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

綜上所述，GIS的應(yīng)用已成為各種工程行業(yè)的普遍趨勢，但在煤炭行業(yè)的發(fā)展仍然相對緩慢。作為國家的主要能源部門，在煤礦的管理水平上，仍有許多發(fā)展機會，全面使用GIS并結(jié)合綜合施工管理系統(tǒng)，改善采礦安全管理的質(zhì)量和效率，對于促進采礦行業(yè)的智能礦山開采的發(fā)展至關(guān)重要。在現(xiàn)階段影響智能采礦的限制因素主要是從傳統(tǒng)采礦到智能采礦的轉(zhuǎn)變，在這種情況下，本文研究了智慧礦山GIS模型創(chuàng)建與應(yīng)用，目的是在結(jié)合GIS管理技術(shù)的快速發(fā)展的煤礦開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，完成智能采礦系統(tǒng)的完整建設(shè)，并為下一步建設(shè)管理系統(tǒng)的建立奠定基礎(chǔ)。

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