关于建立数字矿山的方案

数字矿山方案目录1、方案提出的背景41.1 矿山信息化的发展情况412矿山信息化存在的问题42、建设数字矿山的意义52. 1数字矿山的含义52. 2国内外数子矿山建设情况62. 3建设数字矿山的经济效益和社会效益63、数字矿山建设方案83.1井上下千兆工业以太网建设93.2数字矿山系统平台建设103. 3集成现有监测监控系统113.3. 1安全监测监控系统113. 3. 2井下皮带监控系统113. 3. 3主付井提升监控系统123.3.4采区变电所监控系统133. 3. 5采区泵房监控系统133. 3. 6工业电视监视系统143.3. 7 主要扇风机房监测系统143. 3. 8压风机房监测系统143. 3. 9地面生产监测监控系统153. 4. 1矿压监测与分析系统153. 4. 2水文监测与分析系统153. 4. 3矿井火灾束管监测系统163.4.4瓦斯源监测系统163. 5 矿山地理信息系统建设163.5. 1二三维建模引擎与地理信息系统平台163. 5. 2井下人员定位和管理系统173. 5. 3地测地理信息系统203.5.4采矿协同设计系统213. 5. 5输配电地理信息系统223. 5. 6智能化矿井通防系统233. 5. 7给排水地理信息系统253.6矿II安全管理系统253.6. 1安全管理与安全评价系统263.6.2重大危阶源分析与防治决策支持系统263.6.3质量标准管理系统263.6.4 安全日常管理系统273. 7生产调度系统283. 8矿山 ERP系统293.8. 1定额管理系统293. 8. 2计划管理系统293. 8. 3项目管理系统293.8.5物资管理系统303. 8. 6人力资源管理系统303.8.7运销管理系统303.8.8成本管理系统303.8.9客户关系和供应链管理313. 9数字矿山初始化工程313.10调度指挥中心建设314、数字矿山建设目标325、方案的技术可行性分析325.1可供选择的几种方案的简单比较325. 2最佳方案及分析335.2.1总体概述335. 2. 2设计思想335.2.3设计依据345.2.4系统配置355. 2. 5控制策略及测控参数355. 2. 6系统的技术指标及特点356、方案的实施策略376.1新建矿井的数字矿山建设376.2生产矿井的数字矿山建设377、典型案例分析(究州矿业集团)381、方案提出的背景1.1 矿山信息化的发展情况建国以来，中国矿业经过半个世纪的快速发展，已建成国有矿山近万座， 集体矿山和其他非国有矿山20多万座，年开采矿石量超过50亿t，从业人员2100 多刀，带动了300余座以采矿和矿产品加工为支柱产业的矿业城市的兴起，其 中煤炭城市54座，煤炭产量位居世界第一。 仅就煤炭生产而言，我国的生产水平和自动化程度就有高有低、参差不齐， 既有几千座完全靠人工作业的年产几万吨的小煤井，也有几百座年产几十万或 七百万吨的普采或高档普采矿井，还有上百个年产几百万吨的综合机械化矿井， 甚至又有年产上千万吨的综合自动化矿井。 由与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。尤其是对地面地质和地下地质对象掌握不清楚，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F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，数字矿山即不是数字地球概念的简单延伸，也不是普通ERP(Enterprise Resource Planning)概念的简单复制，而是一个包含二者部分特性的崭新概念。12矿山信息化存在的问题1、有些企业重硬件轻软件，可以花很多钱进行硬件购置和网络建设，就是不舍得进行软件投资。2、对数字矿山理解不深刻，有些企业领导认为上了一部分自动化项目 或监测项目、实现了财务管理或资产管理电算化、实现了部分专业的计算机绘 图和办公自动化等就是数字矿山川。3、没有实现基于地质地理空间信息系统的，数据采集-模型建立-智能决策控制生产的数字化闭环系统，有些信息化内容，也都是一些信息孤岛，虽然 些矿号称实现了信息集成，只是各种信息系统的简单连接，没有实现信息的真 正共享。4、面向采矿行业的系统开发商还没有给用户提供一个真正实用的数字矿山 集成平台。2、建设数字矿山的意义2. 1数字矿山的含义数字矿山是数字地球的一部分，但数字矿山不同于数字城市、数字海洋和 数字农业等，数字矿山是综合利用网络技术、计算机技术、软件技术、虚拟现 实技术、科学计算可视化技术、运筹学与控制论技术、自动化技术、现代管理 学技术、矿山生产技术、矿山安全技术、危险源辩识和应急指挥技术等构成的技术集成体，数字矿山是根据矿山生产的时空特点，基于四维空间框架、以宽带网络为载体、以数字化为形式表达和管理矿山井上下所有自然、地质、工程 与设施的信息高度集成和信息高效利用的数字化系统。 数字矿山的几个主要特征: 有一个高效可靠的计算机网络平台，用于传输和管理矿山安全生产的多源的海量信息。有一个个四维时空地理信息系统平台，用于管理地面地下的气象、交通、水 文、地形、地物、地质、采掘工程、危险源、生产设施和生产进度等内容的静 态和动态模型和数据，实现各种拓扑分析、网络分析、综合查询和专题统计。 有一套完善的数据采集系统和手段，用于适时地收集和获取矿山安全生产中一切有用的信息和数据，主要技术包括航测、遥感、卫星定位、钻探、三维 地质、微震、物探、化探、电洲、射频以及常规的测量、水文、瓦斯、矿压、 火区和各种监测监控技术等。有一套完整的高智能的核心应用软件，用于矿山勘察、规划、设计、生产、 安全、管理、经营和生产过程监控的决策智能化，主要包括地质保障系统、协同设 计系统、生产技术管理系统、安全管理系统、调度管理系统和矿山ERP系统等。 有一套可靠的工业自动化系统，用于采、掘、机、通、安、运输提升、输 配电和防排水的自动化和无人化，主要包括电力自动化系统、采据自动化系统、 运输自动化系统、提升自动化系统、供排水自动化系统、压风自动化系统、注 浆自动化系统、瓦斯抽放自动化系统、通风防尘自动化系统、均压灭火自动化 系统、空调降温自动化系统等。有一套系统集成平台，实现工业自动化、管理信息化和查询可视化的强集 成，实现多环节、多系统、多专业的信息共享和自动连动，实现真正的监测、 决策到控制的管控一体化闭环运行。有一套高性能的三维建模引擎和图形工作站，用于四维矿山模型的建立和 民坝，通过强大的可视化分析功能实现安全、生产、救灾等工作的指挥调度， 实现真实矿山的虚拟管理。2. 2国内外数子矿山建设情况目前世界上常用的GIS软件也己达400多种，它们大小不一，风格各异，如国外较著名的有ARC/INFO、GENAMAP、MGE等，国内较著名的有 MAP/GIS、Geostar、Supermap和CITYSTAR等，但均不适合矿山应用;尽管 有些矿山空间管理软件，如国外的Minescape软件、Coalsof软件、MOSS 软件、GEMCOM软件、MICROMINE、Spalc和MinCom软件等， 但由于受 专业知识的限制和技术的制约，所有这些软件都只考虑了单一专业的局部应用， 没有考虑相关专业的联动性，所用平台起点低、内容少，智能性差，不便于扩 展。其系统就没有考虑如何管理象山体、水体、建筑、道路、桥梁、管网和设 备等地面对象，也没有考虑象巷道、桐室、煤岩层、矿体、断层、陷落柱、各 种含水层和富水区、瓦斯赋存区以及采、掘、机、运、通等地下对象的属性内 容，所以利用这些软件就不能有效地解决采矿设计、通风防尘、防治水、供电、 运输、支护和环境保护等专业的信息共享和专业联动问题，最终还是消除不了 信息孤岛，信息不能重复利用，对相关专业提供不了真正的辅助分析、辅助设 计和决策支持。离安全保障系统和数字矿山的需求相差甚远。 国内，虽然，经过近几年的卅发，中国矿山行业的信息化建设有了较大发 展，大多数现代矿井和大型集团公司都实现了瓦斯监测系统联网，有些公司实 现了部分综合自动化;有些公司实现了部分ERP 项目、设备管理或资产管理: 大部分公司都实现了计算机辅助地测制图;有些公司已经开始实施地理信息系 统建设。但是，总体状况仍然很不乐观，由于，中国矿山在矿山勘察、规划、 设计、生产、管理、全过程监控等信息化领域与发达采矿国家的差距越来越大， 中国矿山既没有把信息资源当作矿山的重要战略资源之一加以统筹开发和利 用，更没有形成系统性能稳定、信息资源充足的矿山信息基础设施。2. 3建设数字矿山的经济效益和社会效益建设数字矿山的重要意义在于: 1、 实现安全管理的数字化，为打造本质安全型矿井提供信息保障 一旦建立了包括完整的地质信息、危险源信息和牛，产信息的4D时空虚拟矿 山模型，所有开采设计都能够预先模拟出开采进度的动态结果，包括安全隐患 的预先显现，开采结果的预先模拟，可把大多数安全隐患消除在设计阶段和采 掘之前。随着采矿生产的不断推进，可以根据各种监测监控系统和检查检测系统返回的动态数据，利用数字矿山系统提供模型库、方法库对岩体变形、瓦斯突出、突水透水将危险等因素进行实时分析，对各种安全隐患进行超前预 测预报，对不安全因素提前进行整改，同时对有危险性较大的区域进行重点监控，对无法避免的灾变可以快速启动相应的应急预案进行紧急救援。对必须生 产的危险区域，可以启用远控装备和无人化作业。 总之，一旦完成了数字矿山建设，不仅可为井上井下作业人员创造一个安 全舒适的工作环境，更重要得是把整个矿山变成了一个透明体，指挥人员只要 对着计算机屏幕就可看到井下的一切内容，如果加上虚拟现实设备，就可以随 时到达现场的任何角落，进行现场作业和指挥。因此，数字矿山的建 设使地下的一切内容变成可见的，使一切危险因素变成可知的，使一切操作过 程变成可控的，使矿井生产变成本质安全型的。2、 实现生产管理的精细化，为打造高产高效矿井提供决策手段 在精细的动态三维地质模型基础上，利用数据仓库提供的完整信息和数字矿山系统的智能化工具，包括定额管理、计划管理、物资管理、人力资源 管理、设备管理、生产技术管理-、经营管理、成本管理和调度管理等系统，实现开采设计的智能化和最优化、矿山生产的信息化和自动化、矿山管理的规范化和科学化，达到生产效率的最高化和生产成本的最低化。 由此可见，建立数字矿山的意义是巨大的，但值得注意的是数字矿山建设不是一蹦而就的，也不是靠炒概念能建成的，数字矿山建设不仅要有巨大的资金投入，也同时需要政府的支持，更需要技术力量强大的软硬件厂商和先进的管理理念，用户的密切配合。3、数字矿山建设方案 数字矿山的建设是一个庞大的系统工程，结合我国矿山生产的具体情况，从实用性和先进性的角度考虑，拟定数字矿山的建设如下： 图1 数字矿山系统结构示意图 从图1可看出，数字矿山建设项目按完成情况可分为以完成，需完善和新建项目三部分内容，按功能结构可划分网络平台建设、工业自动化建设、企业信息化建设和系统集成建设四大类。 总的建设原则为：1、采用成熟的计算机软件系统，实现从矿山资源、开采方案优化、设计生产计划与开采环境的数字化、模型化与可视化。2、建立以光纤、泄漏电缆或无线通信为主体的多媒体通讯网络，形成语音、视频与数据同网传输的网络体系。实现矿山数据的分布式共享。3、采用先进传感器网络技术，实现矿山生产过程、设备、安全与开采环境等数据的自动采集、智能分析与可视化处理4、采用工业以太网、PLC智能控制及视频监视系统，实现对矿井提升、运输、通风、排水等系统及设备的智能化集中控制。5、采用先进的生产管理系统，实现矿山生产人员与移动设备的定位、跟踪及生产过程智能化调度与控制，全面提升矿山的生产管理与决策的科学性。具体建设内容为：3.1井上下千兆工业以太网建设 1、为保证井上下的数据信息的快速传输，保证数字矿山的顺利实现，矿山应投入一定的资金，建立井上下无缝交换的1000M工业以太环网，具体组成如下。地面网络采用1000M工业以太环网，以光纤为传输介质、地面光纤在办公区域形成一个环网，基本包括在办公区的每个分站，光纤在调度指挥控制中心会合，通过地面网关交换机把每个子系统的信息汇总传送到调度指挥中心的服务器。地面环网设置一台赫斯曼骨干交换机和多台SCALANCEX-400以太网交换机。地面子系统本着就进接入交换机的原则，具体网络结构如图2所示。 图2 井上千兆工业以太网 2井下网络采用1000M工业以太环网，以光纤为传输介质，交换机布置以几个变电所为核心，在井下形成一个环网，最后光纤在副井口汇合上到地面直接连到地面调度指挥中心网关交换机上。通过地面网关交换机把每个子系统的信号汇总传送到调度指挥控制中心服务器。地面设置一台赫斯曼骨干网络交换机，井下设置多套井下以太网交换机，井下子系统本着就进接入的原则，具体网络结构如图3所示图3井下千兆工业以太环网3.2数字矿山系统平台建设矿山信息系统应在统一的安全支撑、服务支撑、标准支撑和管理支撑平台上开发运行，是整合平台框架体系的运行基础，将支撑体系统一整合到信息资源管理平台作为一个整体，使矿山信息系统协调运转。其中安全支撑主要提供统一的用户管理与授权服务、安全认证与审计服务;服务支撑提供统一资源管理与目录服务，实现信息资源的接入以及用户管理、统一的分级分类授权等一系列管理;标准支撑主要提供标准化代码、统一数据字典、数据交换格式以及接口标准;管理支撑主要提供版本管理、项目管理、运维管理，由于数字矿山建设过程中，项目延续时间长，涉及到众多应用系统及数据管理方式，建立统一的版本管理与项目管理机制，对工程的顺利进展和成功有重要意义建立一个系统集成软件平台?基于千兆工业以太网和数据仓库，可以完成下列功能：1、能够定义各种数据库结构、对角色和用户进行管理，进行流程定制，进行界面定制、进行报表定制，进行项目管理和WEB发布。 2、使其可以无缝继承各种监测监控的SCADA实时数据，通过分析和处理 可以对智能设备进行有效的控制，实现对矿井提升、运输、通风、排水等系统 及设备的智能化集中监控。3、可以管理音频、视频等流媒体数据，实现数据的捕获、记录、编码、发送和点播。4、系统可以把各种接口信息如OPC接口、DDE/letDDE接口、ODBC接口、FTP、HTTP协议、HTMI，数据、XML数据、GML数据等转换成统一的静态和动态数据供相关分析系统调用，也可把分析决策结果转换成相关的控制 信号实现远程控制。5、可以对井下工作人员进行定位管理、并实现可视化的指挥调度。 6、可以集成4D地理信息系统，实现矿山生产过程、设备、安全与开采环境监控等数据的自动采集、智能分析与可视化处理。 7、可以通过国际互联网，对矿井的生产、安全状况进行远程可视化管理， 实现远程四维虚拟矿山管理。8、高级查询引擎，可以定义导航查询界面，即根据用户的查询权限，一次登录即可全程查询己定义的规范信息。通过查询引擎和输入的关键词，可以搜索到数据库中所有的需要信息。3. 3集成现有监测监控系统现代化生产矿井大都已经建立了多个监测监控项目，对井下生产的大部分 环节实现了工业自动化，因此需要对这些系统进行集成，并实现远程管理，主要任务是通过各种接口的开发，把现有的自动化项目接入总调度室和地理信息系统集成，实现可视化的集中监测或监控，这些系统及功能可概括包括:3.3. 1安全监测监控系统1、显示功能（1）实时趋势图显示对些危险爆炸性的气体，进行实时趋势图的显示，针对不同时期的数据进 行采样分析，做到安全生产。(2)历史趋势图显示对危害性气体如CH4、CO等数据进行历史存储，并用曲线，柱型等图形 直观的显示出来，分析不同气体所占比例的大小。(3)故障分析在安全检测过程中，对不符合标准的信息以语音或图片的方式报警。2、报表功能把重要参数保存统计生成报表，提供分析的依据。3. 3. 2井下皮带监控系统1、显示功能能实时显示各胶带机相关设施及所有信号状况，如胶带机电机电流，滚筒 温度，煤仓煤位并能方便地进行多画面切换;当被测参数超限、保护动作及设 备运行状态改变后出语音、文字告警提示。（1）工况图显示工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况，以及主要保护、煤炭产量及有关参数信息。(2) 信息图显示实时显示各胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。如胶带机开停状态、 检修状态及运行速度，拖动电机电压、电流、开关时间、停机时间等参数。 (3)故障及保护显示同时实时显示胶带机和各种保护传感器的工作状态，显示胶带机的故障类型，分站之间通信是否正常。（4）历史查询电机电流、电机温度、带速、产量和瞬时流量历史趋势图查看、相关数据 报表显示和历史数据查询2、控制功能实现对胶带机的具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换、振动给煤机点动操作等功能控制。3、故障自诊断功能可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出。4、保护功能系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，滚筒超温， 沿线急停和跑偏等多种保护。5、报表功能对一些重要数据进行统计，做成报表的形式。3. 3. 3主付井提升监控系统1、显示功能主井系统能实时显示提升机相关设施及所有信号状况，如提升机速度，转子电流， 制动压力并能方便地进行多画面切换:当被测参数超限、保护动作及设备运行 状态改变后出语音、文字告警提示。(1)工况图显示工况图动态显示整个提升系统运行的工况，以及主要保护、日提升钓数， 日提升产量及有关参数信息。(2)信息图显示实时显示提升机开/停状态和提升的高度、检修状态及运行速度，油泵的油 温、油位等参数。(3)故障及保护显示同时实时显示提升机和各种保护传感器的工作状态，显示提升机的故障类 型，分站之间通信是否正常。4历史查询油泵油温、油泵温度、转速、日提升产量的历史趋势图查看、相关数据报表显示和历史数据查询。2、控制功能实现对主提升机的远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换等功能控制(视主提升机控制系统功能而定)。3、故障自诊断功能可判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出。4、报表功能对日提升产量等数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示 并能打印输出。副井系统: (只监视不控制)1、显示功能（1）实时显示提升机开/停状态和提升的高度、检修状态及运行速度，油泵 的油温、油位等参数。(2)故障及保护显示同时实时显示提升机和各种保护传感器的工作状态，显示提升机的故障类 型，站之间通信是否正常。(3)历史查询油泵油温、油泵温度、转速、日提升产量的历史趋势图查看、相关数据报 表显示和历史数据查询。2、报表功能对油泵油温、转速、日提升产量等重要参数进行数据统计。3.3.4采区变电所监控系统1、显示功能(1)工况图动态显示井下变电所运行的工况，以及所涉及的电压、电流、功率因数、 有功功率、无功功率等模拟参数数值的变化。(2)故障及保护显示实时显示变电所中各种保护传感器的工作状态，显示跳阔、过载、短路等 故障类型，以及查看各分站之间通信是否正常。(3)历史显示对各个变电所中所涉及的电压，电流、功率因数等参数进行历史查看显示。 以用来分析产生故障的原因。2、控制功能根据实际需要进行分合闸，以保证安全无故障产生。3、保护功能对过载、短路等故障设置保护。4、报表功能对不同时间内的电压、电流、功率因数进行数据分析统计，并以报表的形 式产生，根据实际需要打印出来进行故障分析3. 3. 5采区泵房监控系统1、显示功能(1)工况图动态显示井下泵房运行的工况，以及水流量的大小。 (2)故障及保护显示实时显示水泵中各种保护传感器的工作状态，并对低电压、漏电、过电流、 真空度、流量开关、定子温度、轴承温度、水位超限等故障类型进行诊断分析显示。2、控制功能控制电动阀门的开合，以自动控制水泵的开停。根据实际情况进行就地/自 动的转换等功能。3、保护功能系统对水泵排水系统过程中出现的故障有保护功能。4、报表功能把各种模拟数据如电流，温度做成报表的格式，供操作人员查询参考。3. 3. 6工业电视监视系统此功能比较简单，不在此详细说明。3.3. 7 主要扇风机房监测系统1、显示功能(1)工况图工况图动态显示整个系统所有通风机运行的工况，动态显示风机静压、电 机功率、风机全压、润滑油压、风机流量、排气温度、风速、风机效率等模拟 参数。(2)历史显示对风机全压、风机流量、排气温度、风速、风机效率等参数进行历史显示 查看。方便故障查询。2、控制功能实现风机自动开停，控制风机的风速及风机流量等(视风机控制系统功能而定)。3、保护功能系统对风机运行过程中出现的故障有保护功能。4、报表功能对一些模拟量如风机全压，风机流量，排气温度，风速等重要数值导入数据库做成报表形式3. 3. 8压风机房监测系统1、显示功能(1)工况图显示工况图动态显示整个系统所有压风机运行的工况，以及主要有关模拟参数信息如总管压力、总管流量等。(2)故障及保护显示实时显示压风机和各种保护传感器的工作状态，显示压风机的故障类型如机柜电气故障、高压机柜故障油过滤堵塞、油细分离器堵塞、空气滤清堵塞、 排气高温等故障类型以及分站之间通信是否正常。 (3)实时趋势和历史趋势图形对每个压风机的模拟参数总管压力、总管流量进行实时曲线图的显示，并根据实际需要进行历史趋势的配置。2、控制功能自动实现压风机的开停等控制。3、保护功能系统对风机运行过程中出现的空气滤清堵塞、油细分离器堵塞等故障有保护功能。4、报表功能对模拟参量如排气高温等模拟参量进行处理形成报表打印并保存。 为了完善整个煤矿系统监测功能，我们对洗煤厂、信集闭系统、束管监测系统、矿井供风供水监测系统、涌水量等系统采用接入方式，集中进行监测， 不控制。根据煤矿的需要把重要信息存储到数据库中，以曲线图或报表 的方式把数据信息保存并打印出来。3. 3. 9地面生产监测监控系统地面生产监测监控系统主要包括地面仓储、运销、洗选等自动化项目的监测和控制，在此不一一详述。3.4安全监测监控系统的改造和集成为了打造本质安全型矿井，实现真正的安全预警，除了通常的安全监测监控系统外，还需要对重大危险源的有关参数进行必要监测、分析、预警和控制， 形成完整的系统，这些系统中要包括:3. 4. 1矿压监测与分析系统通过应力、应变、压力、位移等传感器和微震探测仪等设备，对各种矿山压力和微破坏进行连续监测和分析，并进行联网和集成，供矿山压力分析与控 制决策支持系统使用。3. 4. 2水文监测与分析系统通过对富水区、观测孔(井)、导水通道和涌水点的压力、水位、流量等参数进行连续监测和分析，并进行联网和集成，供矿井水防治决策支持系统使用。3. 4. 3矿井火灾束管监测系统通过对煤层、火区的温度、静压、一氧化碳、氧气等参数进行连续监测和分析，并进行联网和集成，供防灭火决策支持系统用。3.4.4瓦斯源监测系统通过对煤岩层和地质构造附近的瓦斯压力、瓦斯含量、涌出速度等参数进 行连续监测和分析，并进行联网和集成，供瓦斯灾害预测预报和防治决策支持 系统使用。3. 5 矿山地理信息系统建设3.5. 1二三维建模引擎与地理信息系统平台建立矿山地理信息系统的目的是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织矿山的各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合，是在矿山数据网络的基础上，充分利用现代图形学技术、空间 分析、数据挖掘、知识表达、三维可视化、互连网、多媒体等新技术、新理论， 建立一个包括地面的地形、气象、交通、建筑、人文、环保、地面运输、工业 管路(包括通讯线路)和地下的岩层、煤层、地质构造、水体、煤层气(瓦斯、 地面工程、地下工程、井下运输、供电、通风、防尘、避灾路线、抗灾路线、 监测监控等物理层面的强大时空信息系统。从而使得该系统不仅具有强大的绘 图能力、三维建模能力和面向地理信息系统的管理，能力，平台本身可以完成各 种切剖分析、叠加分析、拓扑分析、网络分析、流域分析和洪水淹没分析等， 通过局域同和互连网在各工作站和调度大屏幕上显示各类矿图和属性信息、各类生产进度、主要危险源、监测的实时信息和组态动画等，而且可以进行各种分类查询、统计、汇总和报表。必要时可以调用地测、通防、供电、供排水、 线网等专业系统进行分析、诊断和优化，为智能决策提供辅助支持。 由 于矿山生产的特殊性，要求矿山地理信息系统不仅2维的、2.5维的，更需要三维的和包括时空坐标的囚维地理信息系统，因此，要求此系统必须有强 大的三维建模引擎，其主要功能包括: 1、有可兼顾地质水文趋势、力学性质、物理化学性质和断裂构造的空间插值功能。2、可以充分利用地面控制点、地面高程点、航测数据和遥感信息建立完整 的数字地面模型。3、可以利用地震资料、测井资料、钻探资料、物探化探资料等，进行基于 复杂断(剖)面地质体(包括各种危险源三维自动重建。4、可以建立包括正断层、逆断层、陷落柱、倒转构造、采动断裂等复杂构造的精细地质模型。5、可根据生产过程的揭露数据和实时观测信息，进行三维地质模型的自动修正。6、可以自动对地形、地面建筑、地面水体、公路、地形、钻孔、巷道、管 路、煤岩层、矿体、断层、裂隙、陷落柱、褶曲、富水区、导水通道、瓦斯源、 火源、应力场、温度场等进行三维精细建模。7、具有强大三维实体运算功能，通过三维实体运算，实现复杂地质体任意剖切、融合、渲染、漫游，结合属性管理可以对各种地学信息进行有效的分析功能。8、支持国际标准的虚拟现实语言(VRML)，利用国际互联网实现远程虚 拟矿山管理和决策支持。矿山地理信息系统平台建设是实现数字矿山的重要基础之一，开发实施完成，可以显著提高煤矿生产和管理的信息化水平，因此，矿山地理信息系统除 了具有通用的地理信息系统功能和三维建模引擎外，还应具备以下深层的专业应 用。3. 5. 2井下人员定位和管理系统井下人员定位和管理系统的主要目的是能够及时获得井下每个工作人员的确切位置，必要时可以实现双向通讯和远程指挥，基本原理是通过射频卡、井下小灵通或类似集成系统实现，其主要功能为:1、通用(1)系统应具有携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域(采煤工作面、掘 进工作面等时刻、出/入限制区域时刻等监测功能。(2)系统应具有识别携卡人员出/入巷道分支方向功能。 （3)系统应能对乘坐电机车等各种运输工作的携卡人员进行准确识别。 (4)系统应能识别多个同时进入识别区域的识别卡。 (5)系统应具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带1张卡唯一性检测功能。(6)系统宜具有对携卡人员位置连续监测功能。 (7)系统直具有红膜、脸相、掌纹等牛，物特征识别功能。 (8)系统宜具有寻呼功能。(9)系统直具有呼救、告急功能。 (10)系统直具有广播通信功能。(11)系统直具有双向语音通信功能。（12)系统宜具有就地报警和地面远程控制报警功能。 (13)系统宜具有生命探测功能。（14）系统宜具有电机车、胶轮车等动目标监测功能。2、管理（1）系统应具有携卡人员下井总数及人员、出/入井时刻、下井工作时间等显示、打印、查询等功能，并具有出勤人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、显示、打印、查询等功能。(2)系统应具有携卡人员出/入重点区域总数及人员、出/入重点区域时刻、 工作时间等显示、打印、查询等功能，并具有出勤人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、显示、打印查询等功能。(3)系统应具有携卡人员出/入限制区域总数及人员、出/入限制区域时刻、 滞留时间等显示、打印、查询、报警等功能。(4)系统应具有特种作业人员等下井、进入重点区域总数及人员、出/入时 刻、工作时间现实、打印、查询等功能，具有工作异常人员总数及人员、出/入 时刻及工作时间等显示、打印、查询、报警等功能。(5)系统应具有携卡人员下井活动线路显现、打印、查询、异常报警等功能。 (6)系统应具有携卡人员卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所 在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、 打印、查询等功能。(7)系统应具有按部门、地域、时间、分站、人员等分类查询、显示、打印等功能。3、安全监控系统宜具有煤矿安全监控功能，或与煤矿安全监控系统兼容。 4、存储和查询(1)系统应具有存储功能，存储内容包括:1）出/入井时刻:2)出/入重点区域时刻;3)出/入限制区域时刻:4)出/入分站识别区域时刻;5)出/入巷道分支时刻及方向:6)超员总数、起止时刻及人员:7）超员人员总数、起止时刻及人员: 8)工作异常人员总数、起止时刻及人员: 9)卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所在区队班组、主要工作 地点等。(2)系统应具有查询功能。查询类别如下:1)按人员查询:2)按时间查询:3)按地域查询:4)按分站查询:5)按超时报警查询:6)按超员报警查询:7按限制区域报警查询:8)按工作异常报警查询:9)按人员分类查询:10)按部门查询:11）按工种查询等。(3)系统应具有防止修改实时数据和历史数据等存储内容(参数设置及页 面编辑除外)功能。(4)系统应具有数据备份功能。(5)分站应具有数据存储功能。当系统通信中断时，分站存储识别卡卡号 和时刻;系统通信正常时，上传至中心站。5、显示(1)系统应具有汉字显示和提示功能。（2)系统应具有列表显示功能，显示内容包括:井下人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员，超员报警总数及人员，限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员等。 （3)系统应具有模拟动画显示功能。显示内容包括巷道布置模拟图、人员 位置及姓名、超时报警、超员报警、进入限制区域报警、特种作业人员工作异 常报警等。应具有漫游、总图加局部放大、分页显示等方式。 (4)系统应具有系统设备布置图显示功能。显示内容包括:分站、电源箱、 传输接口和电缆等设备的设备名称、相对位置和运行状态等。若系统庞大一屏容纳不了，可漫游、分页或总图加局部放大。6、打印系统应具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能(定时打印功能可选)。打印内容包括:下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员 总数及人员，超时报警总数及人员，限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员、领导干部每月下井总数及时间统计等。7、人机对话(1)系统应具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用、 图形编辑等。(2)系统应具有操作权限管理功能，对参数设置等必须使用密码操作，并 具有操作记录。(3)在任何显示模式下，均可直接进入所选的列表显示、模拟图显示、打印、参数设置、页面编辑、查询等方式。8、自诊断系统应具有自诊断功能。当系统中分站、传输接口等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。9、双机切换系统应具有双机切换功能。系统主机宣双机热备份(工作主机工作时， 备用主机接受并存储监控信息，但工作主机工作时，备用主机实时监测工作主机工作状态，当监测到工作主机异常时，自动转入工作状态， 并使原工作主机转入备用状态。10、备用电源系统应具有备用电源1、网络通信系统应具有网络接口、讲有关信息上传至各级主管部门。1、其他(1系统应具有软件自监视功能。(2)系统应具有软件容错功能。(3)系统应具有实时多任务功能，对参数传输、处理、存储和显示等能周期的循环运行而不中断。3. 5. 3地测地理信息系统地测地理信息系统是建立数字矿山的基础，其主要功能为: 1、具有完备的二维CAD功能，可以与系统内的所有生产技术管理模块无缝集成。2、具有完备的二维GIS平台功能，可以为其它系统提供基础图形和属性数据，实现各专业的动态联动。3、具有强大的矿山测量数据处理功能，主要包括联系测量计算、测量平差、 贯通误差预计、各种投影变换和换带计算等。 4、每种矿图均以一种比例尺(1:2000 )为基础，其它比例尺的同一种图可由此自动生成，且生成后的各种线型、符号、注记不需修改便符合标准。 5、能够完成图形的裁剪、分离与拼接、能够根据图形组合，形成井上下对 照图、综合水文地质图等。6、完成对坐标、图框、图签、签字栏、交通位置示意图开拓方式示意图、 煤层柱状图、图中插表等的处理。7、能够自动计算线划图形的方位、距离、点与点之间的距离、标定封闭区域的面积和多面体的体积。8、对于扫描图件具有自动配准校对功能，井具有对影像图的管理功能。9、对图形中所有对象如导线点、钻孔、采空区、石同室、水体、地面建筑等 都能够检索其特征信息和关联图形。10、在平面图中的平面任意位置可切割出含煤层、岩层、断层、老空积水 区水体、构筑物、及附近巷道和标高点，并且能够反映真实情况的剖面。 11、修改剖面图中的数据和图形，可以自动反映到相应的平面图上。 12、能够利用测量资料或掘进进尺数据和回采进尺数据自动填图，并计算工程量和产量。13、能够实现平剖面图断层的自动处理，如追加、移动、旋转等。 14、能够对复杂地质条件下的等高线进行自动处理，并能够结合其它相关 因素作相应修改校准。15、能够在平面图上实现三量计算和储量管理，并实现图库联动。能够生成工作面回采率月报表，生成三量、采区因采率季报表，能够进行年度资 源储量估算。16、能够进行资源储量估算，本(月、季、年)和下(月、季、年)的工 作面、采区、矿井回采率计算和预计。17、根据数据库数据自动生成二维和三维巷道布置图。 18、能够对任意层状构造进行空间三角剖分与建模。 19、能够实现包括地面、地面建筑、地面水体、道路、钻孔、地下巷道、 地下桐室、采场、断层、煤岩层、矿体等对象的三维建模，并可进行叠加合成处理，并实现复杂的三维剖切，形成预想的三维剖切图。 20、可以在图形中实现插入图框、图签、会签栏、交通位置示意图、开拓方式示意图等。21、具有强大的三维可视化功能，完成对三维空间模型的渲染、旋转、移动和缩放，并可在三维空间实现漫游功能。22、可以根据相关图形配置属性、获取属性数据，建立数据库。 23、可以生成地质测量各种台帐和报表。24、可以管理地质、测量、储量、水文等台帐数据库和报表。(水文地质数 据库及报表功能要求:1)能够上传矿井水文地质预报相关报表(包括月度、季度、年度及临时性水情水害预测预报、采掘工作面前方积水区月度排查表、季度防治水工程完成情况表、井筒变形监测数据及相关报表、地下水位动态数据报表、矿井涌水量报表、矿井水害隐患排查及跟踪治理报表、其它临时性资料) ; 2)能够上传水文地质相关图纸(包括水情水害预测预报图、矿井综合水文地质图、矿井充水性图、矿井涌水量相关因素曲线图) ，并能够实现在平面图中的平面任意位置可切割出含老空积水区水体及附近巷道和标高点，并且能够反映真 实情况的剖面。3)能够上传水文地质数据库的任何所需其它数据。:4）应实现水文地质数据库相关数据表格格式的统一规划，对生产矿井上传的和部室之间 交流的文档资料管理和汇总。25、可以进行涌水量、突水量和透水量预计。 26、可以生成二维、三维地面保安煤柱。 27、具有强大的图形导入导出功能，二维图形可以导出为DXF格式和EMF 恪式，渲染图像可以为任意尺寸的BMP格式等，导出后的图形属性不发生变化。 28、可实现DBF、MDB、XLS、Orace、SQL Server等数据库的导入导出。29、可以实现对数据库的任意组合查询。 30、具有完备的属性关联、图文关联和图图关联功能。 31、可以任意定义报表格式和计算公式。 32、可以较完整地导入导出Autocad、Mapgis和Mapinfo等系统的图形。 33、地表岩移观测数据处理和岩移分析34、保安煤柱计算与填图35、支架阻力观测与数据处理3.5.4采矿协同设计系统采掘设计是煤矿建设不可缺少的一项重要内容所以必须开发一套采掘设计系统并且与地测等其他生产系统联动。系统应具备以下特点:1、与地质测量等系统完全实现动态联动。 2、具有二维绘图所需的所有功能。3、为采矿专业设计提供设计模块，可在地质测量数据的基础上直接进行动 态智能设计，设计结果可完全与地质测量、通防、供电等系统无缝集成，达到 数据的完全共享。4、在地质测量三维空间模型的所有属性上实现智能化设计。 5、设计内容能从后台三维模型库和属性库自动调出相应信息，用户只要输 入附加参数，就能自动完成相应设计，包括自动成图、自动填库和自动生成设 计文档。6、设计结果必须同时生成以下六部分:(0设计详图(或施工图设计) ，这类图形内容齐全，可以单独存放、编 辑和打印。()设计简图，一般直接填绘到相应的矿图中。 ()成果库，主要包括工程量、材料表和评价结果。 (.0设计文档，记录设计说明，一般包括所用理论、方法、公式、基础参 数和计算选型结果，以及主要参考书目，一般都是DOC或TXT的形式输出。 (5)计算结果报表，对有些设计内容，文挡不能描述的，就用计算结果报 表的形式输出，一般可导出为XLS的形式。 (6)设计成果可直接纯成三维效果图。 采矿设计系统的主要功能:1、采区巷道布置设计2、巷道断面设计3、道岔设计4、交岔点设计5、煤仓设计6、井底连接设计 7、井底水窝设计8、井筒设计9、综采面运回JI槽设计10、巷道立交设计 11、联巷水仓设计12、循环作业图 13、综采工作面巷道布置 14、采区水仓设计 15、皮带与绞车计算和选型设计 16、采区变电所设计 17、主排水泵房石同室设计 18、采区车场设计 19、综采工作面设备布置 20、综采工作面三机配套设计 21、局部通风设计 22、巷道锚杆支护设计 23、压风系统设计 24、防尘系统设计 25、注浆管路设计 26、井巷工程保护煤柱设计 27、避灾路线设计 28、安全监测系统设计 29、炮眼布置三视图及爆破说明书 30、工料机统计计算 31、设计方案的技术经济分析系统 32、安全技术措施与评价3. 5. 5输配电地理信息系统供电工作的基本任务是根据用电负荷的需要，科学合理的供电，不仅要保证正常时期的供电质量、保证设备的正常起动和运行，而且对于短路、漏电等故障，能够快速切除，并使影响范围极小化。输配电地理信息系统就是以井巷工程的三维地理信息系统为基础，不仅可实现供电系统和设备的可视化管理， 而且可实现分析、调整和控制的智能化，其主要功能为:1、图元库管理能提供最新的国家标准图元库，用户还可根据实际需要进行修改、添加和删除。库中的所有图元在绘图时均可随意调用。 2、设备参数库管理设备参数库主要包括:(1)保护装置参数库(2)变压器参数库 (3)电抗器参数库（4）电源参数库(5)负荷(电机参数库 (6)电容器(组参数库(7)其它设备参数库3、电网图的生成、绘制与修改(J可进行参数设计与绘图()可用交互式方式对电网图进行编辑和修改 ()可以根据设各布置图自动生成供电系统图 (4)可直接在图中查阅与修改设备参数(5)可选择运行方式(6)用户可随意添加、修改图元库 (7)用户可随意添加和使用模板库4、电力网络数值计算其主要要功能如下:(1)高压故障电流计算(2)低压故障电流计算(3)低压保护装置整定计算 (4)计算结果可自动标注到电网图上或以表格形式输出 (5)可以对环型复杂电网进行计算 5、输配电网络优化设计(1)各级负荷统计（2)变