数字化矿山系统设计.docx

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数字化矿山系统设计

摘要

矿山资源的开发对人类赖以生存的环境造成了极大的破坏和污染。

随着信息时代的到来，数字化矿上的建设必将成为实现煤炭企业高产、高效、绿色、安全开采的有效途径，是当今采矿科学、信息科学、人工智能、计算机技术和3S技术高的结合的产物，它将深刻改变传统的采矿生产活动和人们的生活方式，因此如何在有限资源条件下，在生态系统包容能力允许的条件下，探讨矿产资源的开发与环境保护，实现经济的可持续发展是21世纪人类面临的重大课题。

再加上近年来矿难不断发生，加快了数字化矿山健身的步伐。

数字化矿山是矿山企业信息化过程中的一项重要环节，通过实施矿山企业的数字化工程，可以提高矿山企业的生产效率，提升安全生产的可靠性。

本文在对国内外已有的数字化矿山建设总结和分析的基础上，通过对比和分析数字化矿山的应用现状，提出了数字化矿山的应用模式和构成体系。

通过分析蛤蟆山煤矿的现状，设计了蛤蟆山煤矿的高速以太网网络平台、3DGIS平台、安全生产监测系统。

关键词：

数字化矿山;高速以太网;3DGIS

Abstract

Mineresourceexploitationonthesurvivalofthehumanenvironmentcausedgreatdestructionandpollution.Withtheadventoftheinformationage,thedigitalmineconstructionwillbecometheimplementationhighyield,highefficiencyofcoalenterprises,green,safemininganeffectiveway,istheminingscience,informationscience,artificialintelligence,computertechnologyand3Stechnologycombinedwithhighproduct,itwilldeeplychangethetraditionalminingactivitiesinproductionandpeople'slifeway,sohowtofallinconditionoflimitednaturalresources,theecologicalsystemtoleranceallowableconditions,explorethedevelopmentofmineralresourcesandenvironmentalprotection,torealizethesustainabledevelopmentofeconomyisthemajortaskofhumanfacesintwenty-firstCentury.Coupledwiththerecentdisasterhappensceaselessly,acceleratethepaceofdigitalminefitness.Digitalmineismineintheprocessofenterpriseinformationizationisanimportantlink,throughtheimplementationofmineenterprisedigitalworks,canimprovethemineenterprise'sproductionefficiency,improveproductionsafetyreliability.

Thispaperinthedomesticandforeignexistingdigitalmineconstructiononthebaseofsummaryandanalysis,throughthecomparisonandanalysisoftheapplicationstatusofdigitalmine,putforwardtheapplicationmodeanddigitalminesystem.Throughtheanalysisofthestatusquooftoadhillmine,designthetoadhillminehighspeedEthernetnetworkplatform,3DGISplatform,safetyproductionmonitoringsystem.

Keywords

Digitalmine;Ethernet;3DGIS

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1绪论

1．1背景

葫芦岛蛤蟆山煤矿位于辽宁省葫芦岛市连山区红螺县镇西北2km处，距葫芦岛市北部约40公km。

东距锦州市30km，北距南票矿务局20km。

蛤蟆山煤矿开发历史比较悠久，据史料记载，始于清朝嘉庆年间（1810年），至今已有200余年的历史。

葫芦岛建市后，蛤蟆山煤矿规划葫芦岛市，录属于市重工业局，现在蛤蟆山煤矿归市国资委管理，其中1997年9月15日至1999年4月1日，蛤蟆山煤矿由葫芦岛市政府委托给南票矿务局管理共19个月。

2006年下半年，蛤蟆山煤矿在葫芦岛市政府指导下改制为股份制企业。

蛤蟆山煤炭资源储量丰富。

深部煤炭资源储量达3000余万吨。

现在生产能力24万吨/年，现有三个生产矿井。

由于煤矿井下作业处于地表深处，地质条件复杂，环境恶劣，瓦斯、粉尘、水害、顶底板事故、火灾隐患难以探测和辨识，大型事故时有发生，给我国煤矿生产造成了重大损失，也危及了煤矿工人的人身安全。

尤其是对地面地物类和地下地质体对象掌握不清楚，了解不充分，并且对其变化规律没有充分的认识，所以，无论是开拓设计、巷道布置、采掘设计、接替安排，还是进尺计划都没有充分安全性、可靠性和合理性，由此也引发了象通风、防尘、运输、排水、支护、注浆、供电等系统的设计不合理、配套性不好、连动性不强、反映迟缓，造成避灾措施不利、系统抗灾能力差。

根据各学科的特点和发展现状，我们认为要想从根本上解决煤矿的安全生产和高效生产问题，除了技术更新和技术改造外，更重要的是建立一个完整的矿山数字化系统，以实现地面地下所有时间空间对象的透明管理，使得矿区的气象、地形、水文、建筑、道路、桥梁、地面设施以及地下的煤岩层、断层、裂隙、陷落柱、水体、瓦斯和各类地下工程和地下设施尽在掌握中，从而使整个矿山从设计、生产到管理都能很好地兼顾工艺的先进性、设备的可靠性和生产的安全性，大幅度地提高抗灾能力和生产效率。

随着计算机技术、信息技术、通讯技术、自动控制技术、3S（GIS、GPS、RS）技术、网络技术的发展，及在社会经济其他行业应用研究的展开，在美国前副总统戈尔提出“数字地球”概念以后，国内众多研究机构和学者相应提出了“数字矿山”的概念，对“数字矿山”建设的关键技术和建设方案从不同角度提出了各自的看法及思路。

由于矿山是一个以资源为开发对象的离散生产系统，因此，数字矿山是一个包含二者部分特性的崭新概念。

[1]

总体来讲，数字化矿山就是矿山地面和井下的、人类从事矿产资源开采的各种动态、静态的信息都能够数字化，而且用计算机网络来管理，同时利用空间技术、自动定位和导航技术实现远程遥控和自动化采矿。

虽然葫芦岛蛤蟆山煤矿近年来投资建设了一批自动化监测监控系统，在矿井自动化建设方面取得一定的成绩，但是存在以下问题：

（1）早期的生产自动化监测监控系统少并且处于相互独立的状态，各系统自成体系，信息不能互通，形成“信息孤岛”现象。

（2）通讯线路重复投资建设，费用过高，不仅系统维护量大，且整体可靠性差，维修、维护困难。

（3）早期的各生产自动化子系统无法实现网络共享，无法统一监测，无法统一调度，严重影响了生产力水平的提高。

（4）由于各自动化子系统采集信息不能综合利用，所以很难从系统工程的角度来整体对企业进行统一的自动化管理，难以有效的整合各种资源和发挥自动化的最大效益。

（5）企业业务管理各子系统没有统一数据标准、业务规范，不能有效整合底层自动化数据及企业管理数据为领导决策提供合理的依据。

所以必须依托国内外信息和网络技术，解决以上这些长期困扰企业安全生产的难题，将葫芦岛蛤蟆山煤矿煤矿建设成为一个的安全高效的数字化矿井。

1.2国外数字化矿山的研究现状

美国、加拿大、澳大利亚等矿业发达国家在数字矿山方面的研究起步较早，美国首先提出“数字地球”的概念，随后被许多专家学者引用。

之后，世界上许多国家结合各自的实际，分别进一步提出了数字矿山的发展规划和建设目标。

目前，矿业发达国家建设数字矿山的重点是实现远程遥控和自动化采矿。

20世纪90年代初，加拿大国际镍公司（Inco）开始研究遥控采矿技术，目标是实现整个采矿过程的遥控操作MJ。

美国已成功开发出一个大范围的采矿调度系统，采用计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统（GPS）技术进行露天矿生产的计算机实时控制与管理，并成功应用于工业中，已使露天矿近乎实现了无人采矿。

加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山，通过卫星操控矿山的所有设备，实现机械破碎和自动采矿。

20世纪90年代以来，世界上一些矿业发达国家已经开发出了许多数字矿山建设方面的软件，并且已经在很多矿山得到了成功应用。

其中具有代表性的软件有：

英国Datamine公司开发的Datamine采矿软件、澳大利亚Maptek公司开发的Vulcan软件、澳大利亚Surpac公司开发的Surpac软件、美国Intergraph公司开发的Intergraph交互式图形处理系统、加拿大Lynx公司开发的MINCAD系统、美国罗克韦尔（Rockwell）公司开发的WhittleFourD露天矿优化设计软件等。

1.3国内数字化矿山的研究现状

2001年以来，国内有关学术组织相继召开了一系列以数字矿山为主题的学术会议。

2001年，中国矿业联合会组织召开了首届国际矿业博览会，其中包括一个以“数字矿山”为主题的分组会。

2002年，以“数字矿山战略及未来发展”为主题的中国科协第86次青年科学家论坛召开，2006年，煤炭工业技术委员会和煤矿信息与自动化专业委员会在新疆乌鲁木齐召开了“数字化矿山技术研讨会”，提出了建设安全、高效、绿色、和谐的新型现代化矿井的目标。

20世纪末以来，国家主要科研资助机构和相关行业部门相继立项支持了一批数字矿山课题。

包括2000年开始的一项国家自然基金课题、2006年开始的一项863课题和一项“十一五”支撑课题等。

2000年以来，国内多所高等院校、科研院所、企事业单位相继设立了与数字矿山有关的研究所、研究中心、实验室或工程中心。

主要有：

2000年设立于中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院的“3S与沉陷工程研究所”、2005年设立于中南大学资源与安全工程学院的“数字矿山实验室”、2007年设立于东北大学资源与土木工程学院的“3S与数字矿山研究所”和2007年设立于中国矿业大学（徐州）计算机科学与技术学院的“矿山数字化教育部工程研究中心”等。

山东新汶矿业集团泰山能源股份有限公司翟镇煤矿是我国第一座数字矿山，与北京大学遥感与地理信息系统研究所合作，在国内首开数字化矿井技术应用之先河。

在数字矿山建设方面，煤炭行业比非煤矿山投入的力度大，广泛应用各种先进适用的信息