煤矿数字化智慧矿山整体解决数字化矿山软件平台及应用系统

煤矿数字化智慧矿山整体解决数字化矿山

软件平台及应用系统

目录

7.1生产技术综合管理系统....................................................22

7.1.1地测空间管理信息系统..............................................22

地质数据库管理信息系统......................................22

测量数据库管理信息系统......................................23

7.L1.3三量（储量）数据库管理信息系统.............................24

地质图形子系统..............................................25

7.1.L5测量固形子系统..............................................27

素描及回采工作面图形子系统.................................28

图例库子系统.................................................29

7.1.2防治水管理信息系统................................................30

7.1.3地质保障数据处理系统..............................................31

7.1.4"一通三防"管理信息系统...........................................32

通风专题图形处理子系统......................................32

7.1,4,2通风阻力测定计算子系统......................................34

通风网络解算子系统..........................................34

7.1.5采矿辅助设计系统..................................................36

总体设计及流程设计..........................................36

系统功能设计.................................................37

7.153系统专业功能.................................................38

.1工程设计...............................................38

.2方案设计...............................................39

.3图表绘制...............................................40

.4开放的参数管理........................................40

7.L6矿井供电、固定与运输设备选型设计系统..............................41

矿井供电设计与计算...........................................41

7.L6.1.1基本绘图..............................................42

7.161.2供电计算..............................................43

7.图库与设备管理........................................44

给排水设计与管理系统........................................45

运输提升设计与管理系统......................................46

7.163.1提升机（绞车）选型设计与计算.........................46

.2带式输送机选型设计与计算.............................49

7.1.7调度指挥系统......................................................52

7.1.8机电设备管理系统..................................................55

7.1.9质量标准化管理系统................................................56

7.1.9,1标准管理.....................................................56

标准的动态检查..............................................56

质量标准化检查..............................................56

7.L10煤质、运销管理信息系统..........................................57

7.1.11基于Web生产技术管理信息系统...................................58

地测远程管理信息子系统.....................................58

一通三防远程管理信息子系统................................59

生产技术管理信息子系统.....................................60

机电远程管理信息子系统.....................................61

生产调度远程管理信息子系统................................62

7.2安全生产管理信息系统.....................................................64

7.2.1安全管理信息系统..................................................64

安全生产基础信息管理和分析系统.............................64

1危险源管理............................................64

.2评价指标管理.........................................65

.3实时危险源监测预警...................................65

.4实时危险源考核.......................................65

.5危险源人工监测考核...................................66

.6危险源自动升降级.....................................66

7人员不安全行为管理....................................66

721.1.8评价指标监测考核......................................67

.9外部评价..............................................67

.10内部评价..............................................67

.11文档管理..............................................67

.12统计报表及综合查询...................................68

集团安监部安全管理信息系统.................................68

.1危险源管理.............................................68

72122评份『指标管理...........................................69

.3实时监测危险源的预警与考核管理.......................69

.4危险源人工监测考核....................................69

72125评价指标监测考核.......................................69

7.2,1.2.6人员不安全行为管理....................................69

.7对各生产单位的审核评价................................70

.8隐患排查上报...........................................70

.9三违统计...............................................70

.10统计报表及综合查询...................................70

7.2.2安全生产绦合管理信息系统.........................................71

人员管理.....................................................71

.1职业病与工伤管理......................................71

.2人员持证情况管理......................................72

.3员工安全培训管理......................................72

现场管理.....................................................73

.1人员管理...............................................73

.2事故管理...............................................74

安全监察通知通报............................................75

安全计划.....................................................75

各种设备台帐管理............................................75

法规标准管理与查询..........................................76

7.2.37安全资质审查管理............................................76

7.2.4矿井应急救援管理系统..............................................77

系统整体设计.................................................77

系统模块设计.................................................79

关键流程设计.................................................79

系统界面设I+.................................................................................................81

7.2.5矿井安全闭环管理系统..............................................86

安全评价通告子系统..........................................86

安全隐患辨识通报子系统......................................87

生产信息博客子系统..........................................87

安全隐患排查治理子系统......................................87

安全信息跟踪子系统..........................................87

安全评价监控子系统..........................................88

7.257图形评价闭环子系统...........................................90

725.8系统功能实现效果.............................................90

7.3煤矿井下危险源识别、预测、预警系统......................................97

7.3.1水害识别、预测、预警系统.........................................97

煤矿防治水基础数据库管理系统...............................99

煤矿坊治水专题图形系统.....................................106

731.3水害防治预警与分析.........................................114

.1水害防治基本说明.....................................115

73132水害防治说明牌........................................116

.3水害防治监测表.......................................121

.4水害防治预警评价指标体系.............................123

水害防治远程管理及其预警分析应用..........................125

732通防危险源识别、预测、预警系统...................................131

采掘生产系统主要监控管理内容...............................131

7.321.1采掘工作面（新建、删除）图标........................131

.2采掘工作面说明牌..................................131

.3采掘工作面监测显示预警表.........................132

通风系统主要设施监控管理内容..............................133

73221通风系统设施（新建、删除）图标.......................133

.2通风系统说明牌.......................................134

.3通风系统监测表.......................................137

.4通风系统评价表.......................................141

7.3.2.3瓦斯监测系统监控管理内容..................................143

7.323.1监测传感器（新建、删除）图标........................143

.2监测传感器说明牌..................................144

.3监测传感器监测表..................................145

.4传感器监测显示预警表.............................146

7.3.2.4通防危险源识别、预测、预警系统的结构和功能...............148

7.325通防危险源识别、预测、预警系统的实现.......................152

733顶板危险源识别、预测、预警系统...................................161

系统的总体结构..............................................161

7.332设计主要内容................................................162

733.3系统主要功能................................................162

7.3.4其他危险源预警....................................................167

矿井巷道贯通监测预警.......................................167

矿井设备在线监测预警.......................................168

矿井设备检修周期监测.......................................169

7.4技术资料数字档案馆系统.................................................170

7.4.1总体方案说明.....................................................170

7.4.2总体方案架构.....................................................171

743技术设计方案......................................................173

系统平台部署................................................173

系统平台体系结构...........................................174

系统平台功能优势与特点.....................................174

系统界面....................................................176

7.1生产技术综合管理系统

7.1.1地测空间管理信息系统

地测空间管理信息系统主要包括以下模块：

(1)地质数据库管理信息系统。

(2)测量数据库管理信息系统。

(3)三量(储量］数据库管理信息系统。

(4)水文数据库管理信息系统。

(5)地质图形子系统(包括地质、水文平面和剖面图)。

(6)测量图形子系统。

(7)回采工作面图形子系统。

(8)图例库子系统。

地质数据库管理信息系统

地质管理系统是根据矿山地质数据的基本特点及矿井生产特点，采用模块化

层次型结构系统设计，其中包括文件操作、数据管理、数据初始化、用户管理和

报表管理五部分；所有数据后台基于表的管理，实现矿井地形地质图、煤层底板

等高线及储量计算图、矿井地质剖面图、煤岩层对比图、地层综合柱状图、井巷

地质素描图、回采工作面巷道预想剖面图、任意等值线图等图件的绘制、管理以

及各种报表的打印输出。包括勘探线数据管理、地震勘探线数据管理、钻孔数据

管理、煤层管理和断层数据管理，同时还为图形软件提供数据获取的剖面数据提

取，煤岩层对比图数据提取、钻孔综合柱状图数据提取、层间距数据提取以及钻

孔查询。其中基础数据管理均包括数据录入、定位查询、追加、插入、删除及返

回等命令。如图7-1。

图7-1地质数据库管理系统

测量数据库管理信息系统

测量数据管理主要有交会定点数据管理与计算、导线测量数据管理与计算、

导线成果数据管理、贯通误差预计、坐标正反算以及相关报表数据管理。如图

7-2所不。

(1)定点交会数据管理：主要包括后方交会和方向交会。

(2)导线测量数据管理：主要包括支导线、闭合导线、附合导线、复测支

导线、罗盘支导线等数据的管理与计算。能自动进行边长改正：钢尺与测距仪测

距边长的各项改正；能自动计算观测数据；能够将观测数据(包括角度与边长)

自动计算成导线计算的输入数据；导线计算台帐输出。

(3)导线成果数据管理：主要是各类导线测量数据的计算成果汇总。能够

直接人工输入成果数据；能够从计算台帐中进行导线数据操作，从而自动实现导

线数据由计算台帐直接转化为成果台帐。

图7-2测量数据库

(4)贯通误差预计：根据图上量取的实际坐标系的坐标以及贯通水平重要

方向(假定坐标系)与真坐标系的夹角(假定坐标系相对于真坐标系的旋转角)，

预计贯通水平重要方向上的误差。改变不同的夹角，可预计不同方向上的误差。

同时，改变贯通方案，只需改变旋转角。

（5）其他工具与管理：导入全站仪坐标成果、陀螺定向观测、四等及碎部

水准测量、坐标正反算、高斯投影下反算、坐标换带计算、导线查询管理。

（6）数据查询：主要针对基础数据，采用导航检索方式来查询数据，形成

成果表如图

7-3o

（7）系统管理：主要有数据导入、导出，用户管理，系统设置和数据提取

等。

图7-3数据查询

三量（储量）数据库管理信息系统

储量管理系统主要实现各资源储量块段的数据管理及数据分析。资源储量管

理系统实现了储量数据输入、数据检查、报表输出、数据上报、系统维护等5

大功能。如图7-4所示储量管理系统数据处理界面、图7-5储量报表的生成。以

下分储量管理、三量管理和系统管理三部分做详细说明：

（1）储量管理：主要有生产矿井储量损失量表、生产矿井储量动态表、生

产矿井（保有）储量汇总表（一~1.1）（按类别和标高统计）、生产矿井（保有）

储量汇总表（一〜1.2）（按标高和煤层统计、生产矿井（保有）储量汇总表（一~

2.1）（按水平类别和煤厚统计）、生产矿井（保有j储量汇总表（一〜2.2）（按水

平标高和煤厚属性统干）、生产矿井（保有）储量汇总表（一~3.1）（按水平类

别和倾角属性统计）、生产矿井（保有）储量汇总表（一~3.2）（按水平标高和

倾角属性统计）、生产矿井（保有）储量汇总表（一~4.1）（按水平类别和煤种

统计）、生产矿井（保有）储量汇总表（一~4.2）（按水平标高和煤种统计）、生

产矿井（保有）储量汇总表（一~5.1）（按水平类别和沼气类型统计）、生产矿

井（保有）储量汇总表（一~5.2）（按水平标高和沼气类型统计）、生产矿井（保

有）储量汇总表（二~1）（按水平类别和水平标高统计）、生产矿井（保有）储

量汇息表（二~2）（按水平标高和煤层统计）、生产矿井暂不能开采的储量汇总

表（〜1）（按水平类别和煤层汇总）、生产矿井暂不能开采的储量汇总表（〜2）

（按水平标高和煤层汇总）、分采区储量表、xxx矿生产矿井储量及损失量报表

说明（-）o

图7-4储量管理数据输入

图7-5储量报表输出

（2）三量管理：主要包括三量基础数据（升拓、准备、回采）表、采出回

采煤量数据表、矿井期末三个煤量数据表、按煤层厚度分的采区回采率表、三量

及回采率情况表、损失量基础表、矿井采出量及损失量汇总表、三量新发生量统

计表的数据管理、查询与分析。三量管理系统界面如图7-6所示。

（3）系统管理：包括密码修改、用户权限管理、数据备份和数据恢复。

图7-6储量及“三量”测量数据库

地质图形子系统

主要包括钻孔柱状图、综合柱状图、煤岩层对比图、勘探线剖面图、底板等

高线及储量计算图、巷道素描图、地形地质图、损失量图、充水性图、综合水文

地质图、瓦斯地质图等图形的处理。主要实现以下功能：

(1)可自动获取地质数据库内容展布钻孔数据与相关信息。

(2)可以建立矩形网和三角网地质模型，快速生成满足要求并符合地质规

律的煤层底板等高线图，各种等值线图具有解决含逆断层在内的所有复杂构造,

应用相关地质模型实现等值线生成。

(3)可自动计算封闭区域的面积，完成储量的计算，储量块段图例符号的

绘制。可以任意构造储量块段符号；能够自动处理储量块段边界的颜色，如图

7-58。

(4)可依据数据库内容自动快速生成任意比例尺的勘探线剖面图、煤岩层

对比图、单孔柱状图与水文相关曲线图。如图7・7。

(5)可动态实现平剖对应，完成相互的动态修改；能够同时读入多层煤的

底板等高线，以方便图形的对照修改；能够同时读入平面图和剖面图，以实现图

形的动态修改。

(6)可方便、快速地把钻孔小柱状注记到钻孔所在的位置或图形的边界，

并实现底板标高、煤层厚度和煤化学表等信息的自动标记。

图7-6地质图形处理——储量计算

图7-7地质图形系统一剖面生成

(7)可快速实现剖面图断层的追加、删除、移动、旋转，在处理断层中相

关的地层自动处理。

(8)可依据数据库数据自动注记地层、煤层结构、勘探线方位等。

(9)剖面绘制中，能够在煤层中处理顶煤、底煤及采空区，处理推断煤层,

处理不整合等地层界线等，并依据数据库钻探资料或综合资料数据自动充填钻孔

柱状岩性。

(10)具有单孔柱状图自动生成的功能，并且可以根据需要自定义柱状II的

表头。

(11)依据测量数据库实现巷道素描的自动绘制。

(12)可以通过基准线方式或仰俯角方式实现巷道素描导线点加密。

(13)可以方便处理探煤厚数据，自动生成地层界线、煤层厚度探测线等。

(14)处理巷道断层时，注记参数可以任意选择，真倾角和伪倾角可以相互

转换。

(15)自动充填巷道岩性、自动绘制巷道断面形态。

(16)依据数据自动生成小柱状。

(17)自动获取巷道、煤层顶底板的数据，以自动生成煤层底板等高线图。

(18)依据地质数据库自动生成工作面综合柱状图。

(19)自动获取任意目录的巷道素描，并可以图形整体美观实现对巷道实测

剖面图进行整体裁剪，并自动生成标高线。

测量图形子系统

测量图形子系统主要包括采掘工程平面图、井田区域地形图、井上下对照图、

工业广场平面图、井底车场平面图、主要煤层保护煤柱图、井筒断面图等图形的

处理。主要实现以下功能：

(1)可以方便地实现任意比例尺(1：1000.1：2000、1：5000)填到参

数的配置。

(2)可以依据极坐标和实际坐标方式实现任意比例尺采掘工程平面图的自

动绘制(如图7-8所示)。后者数据来源于测量导线成果库并实现交互式与自动

填图，也可以实现分阶段的填图。

(3)可方便地处理各种数据形式的碉室(如胴口、碉中、碉尾，极坐标)，

贯通巷道与探煤巷道等。

(4)自动处理巷道的空间和平面相交。

(5)可以方便、快速地填绘断层、月末工作面位置，规则或不规则采空区

边界颜色，采空区的延伸等。

(6)可以处理任意比例尺的工作面小柱状。

图7-8测量图形处理

素描及回采工作面图形子系统

素描及回采工作面图形子系统主要实现素描图及工作面图形的处理，如图

7-9所示。包括如下内容：

图7-9回采工作综合地质图形处理

(1)依据测量数据库实现巷道素描的自动绘制。

(2)可以通过基准线方式或仰俯角方式实现巷道素描导线点加密。

(3)可以方便处理探煤厚数据，自动生成地层界线、煤层厚度探测线等。

(4)处理巷道断层时，注记参数可以任意选择，真倾角和伪倾角可以相互

转换。

(5)自动充填巷道岩性、自动绘制巷道断面形态。

(6)依据数据自动生成小柱状，自动生成工作面综合柱状图。

(7)自动获取巷道、煤层顶底板的数据，以自动生成煤层底板等高线图。

(8)自动获取任意目录的巷道素描，并可以图形整体美观实现对巷道实测

剖面图进行整体裁剪，并自动生成标高线。

(9)自动生成图框与图签，并最终形成回采工作面图形。

(10)依据测量数据库基础数据自动生成用于布置设备的巷道测量剖面图

(包括坡度、累计长度等参数，如图7・10所示)，

图7-10素描图系统素描图剖面

图例库子系统

图例库管理模块主要包括地质、测量、水文、储量各类比例尺标准符号库的

制作与管理。

(1)能够构造各种比例尺、各种形状的煤矿地测专用图例。

(2)具有标准模板，用户根据模板的尺寸参数构造图例。

(3)可根据对话框的列表框选择调入和构造图例。

(4)系统严格遵循煤炭行业标准规范(完备的图例和线型)，标准的字体,

数据的统一管理，自动为系统动态成图提供服务，操作命令专业化、俗语化。

7.1.2防治水管理信息系统

系统实现与地测空间管理信息系统的数据共享。

建立防治水数据库和专用数据处理平台，满足《煤矿防治水专项技术管理体

系（试行）》中防治水工作流程规范化和标准化的要求，实现对防治水专题图形和

数据的动态处理；

系统基于高精度三维动态地质体模型，宜实现矿井地层、构造、顶底板、水

文地质体（含水层、老空等）等的三维可视化及空间分析与计算，能够模拟采动

过程与水文地质体的关系及突（涌）水过程；建立预测预报模型，实现水文地质

数据、水文监测数据、水害分析与预警、应急救援等的一体化管理和可视化；基

于多媒体视讯技术的虚拟交流协同GIS工作平台，建立水情水害协同会诊系统。

7.1.3地质保障数据处理系统

系统实现与地测空间管理信息系统的数据共享；

系统构建包括钻探信息、补勘信息、物探信息、工程揭露生产信息、瓦斯信

息、水文信息等在内的高精度动态三维地质模型，实现地测工作的模型化和动态

管理；建立能够指导矿井安全高效生产的煤炭资源/储量、煤层、构造、煤质、

瓦斯地质、顶底板、水文地质、工程地质、环境地质等条件的可视化分析系统；

系统实现矿井开发地质条件的量化预测与综合评价；

基于地质填图、遥感遥测、工程测量、钻探、坑探、地球物理勘探、地球化

学勘探、采掘揭露等多种技术手段获取的多源地测信息，应建立矿井瓦斯、水害、

热害、冲击地压等动力地质灾害的技术评价体系，结合地质规律和高精度动态三

维地质模型进行分析判断，为地质预测和管理决策提供技术支撑。

7.1.4“一通三防”管理信息系统

通风安全管理信息系统主要包括通风专题图形管理子系统、通风阻力测定计

算子系统、通风网络解算子系统。实现通风图形的数字化管理，利用专业制图命

令绘制通风相关图形，并能够实现基于通风图形的通风相关计算功能；通过通风

图形计算机绘制和通风计算计算机解算提高通风专业工作的效率和质量，以保障

煤矿通风系统的正常运行。

通风专题图形处理子系统

通风专题图形处理子系统包括通风系统图形处理模块、通风网络图形处理模

块、通风立体图形处理模块、通风图例库管理模块。其中，通风系统图形处理模

块主要包括通风系统图、避灾路线图、注浆系统图、瓦斯抽放系统图、瓦斯抽放

曲线图、防尘系统图、防火系统图、监测监控系统图等图形的处理；通风网络图

形处理模块主要处理通风网络图的自动生成与编辑；通风立体图形处理模块主要

处理通风立体示意图的生成与编辑。

通风专题图形处理子系统具体功能如下：

(1)系统基于GIS理念设计，具有空间拓扑关系，实现图形动态互动。

(2)基于采掘工程平面图的巷道布置绘制通风系统图。如图7-11。

(3)可以在通风系统图上交互式或自动标注节点。

(4)通风网络解算结果可以自动标注在通风系统图中的相应位置。

(5)根据通风网路解算结果可以标注巷道的风流方向、风量、风阻和风压。

(6)基于通风系统图可以实时显示监测监控系统数据(如风机开停等开关

量数据和瓦斯、风速等模拟量数据)。

(7)可以根据通风网络解算结果生成压能图。

(8)在通风系统图基础上可以处理生成通风系统立体图。如图7・12。

(9)可以在通风系统立体图上进行通风设施、通风参数等的标注。

(10)可以由通风系统图生成通风网络图。如图7-13。

(11)生成的通风网络图具有美化、简化、修改编辑功能。

(12)通风网络解算结果可以标注在通风系统图中的相应位置。

(13)根据通风网路解算结果可以标注分支的风流方向、风量、风阻和风压。

(14)根据给出的主通风机的特性点可以绘制出特性曲线。如图7-14,

(15)各类图形具有巷道、一通三防设施等的属性标注功能。

(16)标注内容可以修改、查询。

(17)可以对图中任意区域内各类一通三防设施参数进行统计、查询。

(18)建立“一通三防”基本图例库。即建立如永久风门、临时风门、永久

调节风门(窗)、临时调节风门(窗)、永久密闭、临时密闭、风桥、测风站、进

风(新风)、回风(乏风)、主通风机、局部通风机、供水管路、灌浆管路、种类

安全监测传感器等的图例库。可以对图例进行编辑修改、可以增加或删除图例；

图例严格符合煤炭行业规范。

图7-11通风系统图绘制及其应用

图7-12通风立体图的生成

图7-13通风网络图的生成及解算

图7-14风机特性曲线分析

通风阻力测定计算子系统

通风阻力测定计算子系统根据阻力测定所采用的方法（气压计法、压差干法）

进行通风阻力测定结果的计算，计算时可对相关数据进行最优平差，从而得到真

实值。该系统主要功能包括：

（1）可以自动处理通风系统的各种实测值，得到系统的固有参数（如风阻）

和状态量（风量、风压、自然风压、风流密度、湿度和温度）。

（2）建立风网风阻数据库。数据库中包含以下信息：分支（巷道）编号、

分支名称、分支起始节点编号、分支末节点编号、始末点标高、始末点气压、始

末点干温度、始末点湿温度、始末点风速、分支断面形状、分支支护形式、分支

断面规格（基本参数、面积、周长）、分支长度、分支风速、分支风阻、分支百

米风阻、分支摩擦阻力系数、分支风量、分支风压等。

实现效果如图7-15。

图7-15矿井通风阻力测定数据处理

通风网络解算子系统

通风网络解算子系统主要实现以下功能：

（1）有主通风机参数的解算：解算程序可以使用主扇监测数据（矿井风量、

风压)，自动、动态解算风网各分支风量，并将计算结果自动标在通风系统图和

通风网络图上。如图7-16。

图7-16通风网络解算系统

(2)已知矿井需风量的解算：根据已知风量，计算主扇负压及各分支风量,

并将计算结果自动标在通风系统图和通风网络图上。

(3)已知矿井负压的解算：根据主通风机负压计算风网各分支风量，并将

计算结果自动标在系统图和网络图上。

(4)固定风量解算：指定风网某支路需风量，计算风网相关参数，并将计

算结果自动标在通风系统图和通风网络图上。

(5)建立主通风机数据库：包括主通风机型号、电机功率、叶片角度、特

性曲线。

(6)实现网络模纵解算、贯通模拟解算、铜助通风模拟、可控循环通风模

拟、火灾影响模拟、反风模拟与瓦斯排放等，并可以实现多方案的模拟、比较与

决策。

(7)实现一通三防的设计，主要包括瓦斯涌出预测、煤层瓦斯含量预测、

采煤工作面瓦斯涌出量预测、掘进工作面瓦斯涌出量预测等。

(8)实现需风量计算、防尘管路选型、矿井通风能力计算等。

(9)实现基于通风系统图的网络解算。如图7-17。

图7-17基于系统图的网络解算

7.1.5采矿辅助设计系统

采矿辅助设计系统要求提供参数化驱动的设计工具，对常规设计能够自动生

成设计图、施工图和工程量表和设备材料表，对皮带、支架、支护方式能够进行

选型计算并在输入参数库的情况下能够智能选型并给出结论。

总体设计及流程设计

参数化制图能够快速生成图形，是减少手工制图工作量的方法之一，且参数

化制图与设计工作流程吻合，所以，本系统采用参数化制图方式。采用面向对象

的思想，以业务为纽带，把图元组合为整体，是提高制图效率及后期修改的关键

因素。在参数化自动生成的图形成果中保存设计参数，后期通过属性管理修改设

计参数，根据预定义的业务逻辑，整体更新，从而实现快速、精确修改。

采矿辅助设计系统以空间数据库、文档数据作为数据来源，外部通过参数化

输入界面实现与用户的交互，通过核心业务模型处理，调用基础平台提供的分析、

绘图功能，自动生成图形，总体设计见图7-18,流程设计见图7-19。

图7-18总体设计

图7-19流程设计

系统功能设计

功能设计来讲，主要分为通用命令和专业命令两部分。通用命令功能主要针

对文件操作、打印操作、图形编辑、图形缩放和图形设置来设计的；而专业命令

功能主要针对采矿设计的专业需求和实用性来设计的。

矿井投产后，矿井设计部门主要担负维持矿井正常生产的设计工作，主要包

括矿井的方案设计、专业设计与工程设计。

(1)方案设计：一般包括采区设计、工作面设计等中小型设计。

(2)专业设计：包括通风、运输、机电等设计，专业设计由设计部门和专

业处室协同完成。

(3)工程设计：包括采区车场设计、采区变电所设计、采区煤仓设计、采

区水仓设计、碉室施工设计、巷道断面设计、交岔点设计等。

方案设计和专业设计主要是基于采掘工程平面图等基础图件进行，其设计依

据是基础图件上包含的坐标和高程信息，以及地质、测量等部门提供的钻孔和巷

道信息，即数据来源是地测部门提供的地质、测量等数据。

工程设计主要是单项工程设计，一般主要包含复杂的计算或需要经过频繁的

参数调整，最终按照设计数据精确地绘制成施工图，并指导施工。

一般在方案设计中，需要协调各专业共同完成，其中包含专业设计的成分。

根据采矿设计的业务组成和工作实际，功能设计相应的划分为两大部分：方案设

计、工程设计。

系统专业功能

.1工程设计

工程设计是采矿设计部门日常工作的重头戏,各种工程在施工前必须拿到设

计部门审核合格的设计图纸才能施工。这一部分设计要求精度比较高，出图一般

都是施工图级别，根据功能设计的分类，这一部分主要包括巷道断面设计、交岔

点设计、炮眼布置图设计及端头支护等。

巷道断面图主要是针对各种巷道断面（半圆拱、圆弧拱、三心拱、缺圆拱、

梯形、矩形、异型、U型钢支护的半圆拱），能够根据参数自动成图，并根据用

户选择的运输设备等自动成图，成果达到施工图级别。

交岔点设计主要采用参数化设计方式，根据采矿设计手册要求，通过复杂的

计算，完成设计中最常用的单开道岔的设计，并能自动绘制出平面图、最大断面

图及变断面特征表，成果同样达到施工图级别。

炮眼布置图部分则是根据参数自动完成炮眼布置图的绘制（三视图，断面形

状包括半圆拱、矩形、异形等），并能手动调整炮眼编号，补眼，移眼等，极大

的减少工作制图的工作量，提高工作效率。

端头支护属于加强支护，这一部分的支护与其他部分稍有区别，需要特别对

待C

系统界面见图7-21,图7-22,图7-23,图7-24。

图7-21巷道断面参数输入、成图及参数管理

图7-22交岔点设计

图7-23炮眼布置图设计

图7-24端头支护

.2方案设计

方案设计包括采区车场设计，采区煤仓设计，采区水仓设计，综采面相关设

计，采区变电所设计，工作面设计等。

采区车场设计针对单道起坡甩车场和双道起坡甩车场（道岔连接，二次回转）

完成平面线路连接计算、角度计算及高程闭合计算，并能自动完成平面图、线路

坡度图的自动绘制。

综采面相关设计可以完成与综采面相关的设计，包括综采面运回顺槽设计、

综采面巷道布置、绞车窝设计及综采面设备布置图（示意）等。

采区设计中涉及到的采区煤仓、采区水仓及采区变电所的设计等，采用参数

绘制的方式，完成计算和绘图等一系列步骤。

工作面设计能够根据采矿设计习惯和煤矿日常工作的习惯圈出工作面，例

如，可以直接用方位角、转角等的描述语言直接绘制相关的巷道，而不必转换为

数学上的各种角度，从而提高工作效率。

界面见图7-25,图7-26,图7-27所示。

图7-25采区车场设计

图7-26综采面巷道布置设计

图7-27工作面设土

.3图表绘制

对作业规程中涉及的掘进循环作业图表、开拓循环作业图表和回采循环作业

图表能够采用参数化的方式自动绘制，避免手工绘制的繁琐工序，界面见图

7-28。可以根据现有的接续计划自动绘制出各种接续图表供领导层决策使用。

图7-28接续图表绘制

.4开放的参数管理

对本系统中涉及的各种专业参数，用户能够自由添加和修改，适应以后技术

进步增加的新型号和各种参数的更新。

7.L6矿井供电、固定与运输设备选型设计系统

矿井供电、固定与运输设备选型设计系统包括矿井供电设计与计算子系统和

固定与运输设备选型设计系统，其中矿井供电设计与计算系统完成矿井供电系统

的各种图形绘制，固定及运输设备选型设计系统完成包括绞车、皮带输送机、排

水系统、风机等固定运输设备选型设计；该软件系统为煤矿动力部门研制开发，

主要解决供电、运输设备选型设计，利用计算机三段提高供电、运输图形绘制的

效率，提高计算的效率和各种报告的编制速度。

7.1.G.1矿井供电设计与计算

矿供电部分要实现无缝集成输配电CAD和输配电GIS等功能，集绘图、计

算、管理、优化、统计于一体，可以同时完成设备参数库的建立、供电系统型的

绘制、数据调用、标注、修改、储存、输出，可实现环网和多回路复杂电网的故

障电流计算、继电保护装置整定计算和设备选型计算，实现电网数据的可视化管

理的供电系统。矿井供电设计与计算是集绘图、计算、管理、优化、统计于一体,

可以同时完成设备参数库的建立、供电系统图的绘制、数据调用、标注、修改、

储存、输出，故障电流计算、潮流计算、继电保护装置整定计算，电网数据的可

视化管理等。系统运行环境简单，人一机界面友好，使用方便，安全可靠。系统

除了具备通用软件功能外，还具备与矿井供电设计相配套的专业功能，比如供电

计算与优化。

系统总体上强调集成管理，实现数据共享应用，并基于采掘工程平面实现供

电设计与管理，实现提升运输设计等。具体目标如下：

(1)具备良好的基本绘图功能。

(2)具备完整的符合煤矿供电标准的供电设备图元库。

(3)方便地绘制供电电网图。

(4)在图上能够方便的选择设备和电缆的型号。

(5)实现供电系统相关计算：

——短路电流计算

——整定值的计算

——负荷统计计算

——电缆的长时载流量的计算

——电压损失计算

(6)设备的优化优择。

(7)电缆的优化设计。

(8)供电设计说明书的自动生成。

(9)设备参数库必须是开放性的，用户可以自己添加。

(10)能够方便的在图上自动标注短路电流和整定值。

.1基本绘图

系统具有基本绘图功能和特殊绘图功能两部分。基本功能主要有绘制直线、

绘制圆、绘制圆弧、绘制多线、绘制多边形、绘制箭头等；特殊功能有绘制短路

点、绘制设备、绘制电缆、绘制样条曲线以及绘制光栅图形、文本标注等。

绘制短路点根据用户的实际需要,在某些地方要设置短路点进行安全计算,

此功能可以进行短路点的设置，当点击此功能并且鼠标移动到对应的用电没备

时，系统会有自动捕捉提示，用户可方便绘制。

绘制设备：主要实现在供电系统图上用电设备的绘制，并将新建的用电设备

自动存储在后台数据库中。绘制设备分为两步：选择设备和在屏幕上绘出，其中

设备都已存在设备库中，并且以标准图例符号的形式存在，用户只需选中其对应

的设备图例，并在屏幕显示即可。

绘制电缆：系统图中设备之间的连接用电缆来实现，只有设备连接正确才能

进行准确的计算，所以电缆的作用非常重要。

绘制样条曲线：在供电系统图中也需要某种曲线来实现图形的绘制，根据实

际情况，样条曲线可以很好满足，所以本系统提供了绘制样条曲线的功能，系统

会根据用户的输入点自动计算并绘制出圆滑曲线。

.2供电计算

计算功能是系统的核心功能之一，其强大的计算使得以前只能靠手工低精度

完成的工作变成自动化完成并具有高精度的高质量高效率工作。具体实现起来分

为以下几部分：

短路电流计算：此功能根据图形中设置的短路点进行整个图形中所有需要计

算的短路电流计算，并显示计算结果。

保护整定计算：由于矿井供电中大部分都是高压供电，其保护措施显得更为

重要，供电图形中有好多因安全需要设置的馈电开关和其它保护设施，在此基础

上可以进行保护整定计算，同时可以显示计算结果。

负荷统计计算：对整个供电系统的负荷进行详细统计非常必要，它不但可以

获得当前系统的总负荷，而且为决策提供了详实数据。本功能主要针对系统中的

变压器设备进行。

长时载流量计算：供电系统的安全性是最受关注的，而长时载流量是系统安

全性的一个重要参数，在一个设计完好的供电系统中可以完成这项计算，而且可

以显示计算结果。

电压损失计算：供电系统的工作效率也是受关注的焦点之一，而这项计算主

要通过电压损失进行，所以电压损失的计算对评价用电效率具有很高的价值。本

软件提供了这项功能，具体实现分为电动机启动电压损失计算和电动机正常工作

电压损失计算，计算结果也可以显示。

.3图库与设备管理

图库与设备管理功能主要指后台数据库的管理，由于图形系统中的各种设备

及其连接方式都存储在后台数据库中，这对整个系统的正常运行提供了极大的支

持，同时其管理功能也显得尤其重要。主要分为以下三部分：

(1)图库的管理：主要存储管理图元设备。

(2)设备参数库管理：主要存储管理设备参数。

(3)设备查询功能：主要对设备的某些特征参数进行查询。

系统实现效果如图7-29、图7-30、图7-31、图7-32、图7-33、图7-34。

图7-29供电设计与计算系统

图7-30标准、开放的图例库

图7-31各种供电计算

图7-32设备参数管理

图7-33设备设置与选型

图7-34供电设计报告自动生成

给排水设计与管理系统

可以基于采掘工程平面图或工业广场图，实现给排水设计，主要增加一些标

准图元库实现设计。主要包括：吸入式主排水泵胴室设计、压入式主排水泵洞室、

潜水泵主排水泵胴室设计、管子道设计、排水钻孔设计、水仓设计、排水系统巷

道布置设计等。

给排水设计与管理系统可自定义建立各种设备、管件、消防设备和各种设施

等参数库并进行增添、修改、查询、统计、修改；并在此基础上绘制给排水系统

图和编辑给排水系统图，可以进行管网设计，修改属性。系统可进行平差计算和

设备选型计算，也可根据系统图和数据库自动进行复杂管网平差计算、水泵或泵

房工况计算、管道和管件选型计算、设备管道统计计算、水泵优选计算等；并能

够进行图文双向查询。

给排水设计与选型计算实现界面如图7-35、图7-36、图7-37、图7-38、

图7-39所示。

图7-35给排水系统图设计参数设置与方案选择

图7-36给排水系统图设计生成

图7-37给排水方案设计一计算管径选型

图7-38给排水方案设计一管道特性曲线及工况确定

图7-39排水设备的选型与设计报告自动生成

运输提升设计与管理系统

运输提升设计与管理系统主要包括提升设计和运输设计两部分。其中提升设

计主要包括提升机和绞车的选型设计与计算；运输设计包括带式输送机选型设计

与计算。

7.L6.3.1提升机（绞车）选型设计与计算

矿井提升机（绞车）在煤矿生产中担负运输人员、煤炭、材料、设备等作用。

合理地、准确地设计计算出提升机（绞车）设备型号是提高设计效率的重要体现。

提升机（绞车）选型设计与计算主要包括四人部分：立井多绳摩擦式提升机

选型计算，立井单绳缠绕式提升机选型计算、斜井主井提升机选型计算、斜井副

井提升设备（绞车）选型计算。

其主要的设计内容包括：

提升容器的选择与计算、提升钢丝绳的选择计算、提升机的选择计算、提升

电动机的预选、提升机与井筒的相对位置的确定、提升容器的运动规律、提升系

统的动力方程式、变位质量的计算、速度图参数的确定、提升动力学计算与例题、

电动机功率的验算、交流拖动提升设备电耗和效率的计算、设计方案的保存和计

算报告的生成等。以立并单绳缠绕式提升机选型计算为例，其具体实现如下：

(1)原始参数输入：矿井年产量、年工作日数、每天工作小时数、矿井井

深、提升方式、卸煤高度、装载高度、松散密度、矿井电压等级等。如图7-40

所示。

图7-40立井单绳缠绕式提升机选型计算原始参数输入

(2)根据原始参数确定立井单绳缠绕式提升机的小时提升量、提升高度、

一次提升时间、一次提升量进而选出所需的提升容器型号，根据选择初的提升容

器型号，得到一次实际的提升量、一次实际提升时间、一次实际提升速度。同时,

根据提升容器型号参数数据计算得到提升钢丝绳的型号，并对提升钢丝绳进行安

全系数校验。如图7-41所示。

图7-41选取提升容器和提升钢丝绳型号

(3)根据以上计算得到的参数，选出提升机型号，并对提升机进行最大静

张力和最大静张力差进行校验。同时根据已选提升机的参数计算提升电动机功率

和转速选择合适的电动机型号。如图7-42所示。

图7-42选取提升机型号和电动机型号计算

(4)输入钢丝绳的内(外)偏角可计算预选钢丝绳长度，进而重新计算钢

丝绳弦长和复算内(外)偏角，计算钢丝绳仰角、计算提升系统变位质量。如图

7-43所示。

图7-43计算提升机与井筒的相对位置和变位质量

(5)可以计算出绘制提升系统速度图与提升动力学图相关参数数据；根据

计算速度图数据可绘制出速度图，输出到当前图形文件；根据计算力图数据输出

到当前图形文件；如图7-44、图7-45、图7-46所示。

图7-44计算速度图和力图参数输入

图7-45绘制得到的速度图

图7-46绘制得到的提升动力学图

(6)对电动机功率进行验算，并计算交流拖动提升设备的电耗及功率，计

算提升设备实际提升能力；可保存选型计算方案并自动生成选型计算报告。如图

7-47、图7-48、图7-49、图7-50所示。

图7-47验算电动机功率和生成报告

图7-48保存方案和打开提升机选型报告模板

图7-49创建Word文档写入数据对话框

图7-50生成立井单身缠绕式提升机选型报告

.2带式输送机选型设计与计算

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要应用于物料在

一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程，

所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。

带式输送机选型设计与计算的设计内容包括：输送机理论运量的计算、每米

机长物料质量计算、传动滚筒直径计算、输送带的确定、辑子的参数确定、传动

滚筒圆周力及轴功率计算、电动机功率计算、最小张力确定、输送带张力计