矿山数字化技术

1、北京九矿矿山工程设计研究院(产品纲要非煤版)联系电话18901391902传真邮箱：dhf339；北京九矿网站： ；QQ:846630002。地址：北京市海淀区学院路丁11号，矿大交流中心。目录1 矿床三维数字化系统12 三维智能通风决策支持系统23 三维可视化的通风系统实时在线监测系统34 基于三维显示及实时在线监测的智能通风决策支持系统45 矿井综合数字化系统56 地表微小变形实时在线监测设备双频差分GPS定位系统61 矿床三维数字化系统矿床数字化技术，包括以下内容：(1)构建三维空间地质数据库；(2)建立矿

2、床的实体模型；(3)建立矿床的块体模型；(4)建立矿床的品位模型；(5)建立巷道的实体模型；(6)建立矿床的地形模型。在建立矿床三维空间地质数据库的基础上，通过建立三维数字化模型，可以准确地描绘出矿床的三维形态，矿井、巷道等的空间位置，实现矿山地表、巷道、矿体等的三维显示，同时可以描述矿体的品位变化、钾、钠、磷、硫、氟的分布状态。系统可以应用于矿山设计、生产计划、矿山单体设计、矿石质量综合、长远规划、人员定位等得设计等。矿床数字化技术的应用情况如图1.1所示。图1.1 矿床数字化技术的应用情况矿体中矿石品位变动情况如图1.2所示。图1.2 矿石品位变动情况图2 三维智能通风决策支持系统矿井通风

3、是矿山安全生产的一个极其重要的环节。矿井智能通风系统，通过建立通风系统三维空间数据库，构建通风系统的三维可视化模型，不仅能直观地反映矿井的通风状态，还可以用于通风系统设计、通风系统优化、灾害模拟、污染物扩散模拟、热模拟、反风试验、故障诊断、长远规划等，是矿井通风系统管理的良好工具。矿井三维数字化智能通风系统的研究内容如下：(1)构建矿井通风三维空间数据库；(2)构建可视化的矿井通风三维空间数据模型；(3)实现通风参量的自动解算功能；(4)实现通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示，模拟通风系统的运行状态；(5)实现通风系统优化功能；(6)实现反风模拟功能；(7)实现局部巷道灾害模拟功能；

4、(8)实现污染物扩散规律研究；(9)实现通风设计及规划功能。矿井三维通风网络系统模型如图2.1所示。图2.1 矿井三维通风网络系统模型除此之外，矿井三维数字化智能通风系统还可以进行以下各类分析：(1)模拟新掘和报废井巷，模拟井巷断面或长度变化；(2)模拟风门个数、位置、调节量分析；(3)模拟风机数量、位置和特性分析；(4)地面主要通风机运转分析；(5)井下局部通风分析；(6)风路固定风量、固定风压，网络风流按需分配仿真分析；(7)基于最小调节功耗的网络增阻调节通路法分析；(8)风机调速、反风模拟分析；(9)矿井需风量分析与评价；(10)通风系统可靠性、灵敏性和最大通风能力分析；(11)串联通风

5、和污风循环预测与分析；(12)通风系统功耗分析，通风成本估算、通风网络经济性评价；(13)矿井自然风压分析、风流可压缩性分析；(14)动态对风速、风量、风压等数据进行着色，超速和微风巷道预测分析。3 三维可视化的通风系统实时在线监测系统矿井通风系统是保障煤矿呼入新鲜空气、排除有害气体的重要环节，通风系统是否正常工作，关系到煤矿的健康、安全与环境。三维可视化的通风实时在线监测系统，在建立巷道三维可视化模型的基础上，对风量、风压、风速等通风参数进行实时在线监测，并实现三维立体展示。同时监测的参数还有温度、湿度、粉尘浓度，甲烷、一氧化碳、二氧化碳等有害气体浓度。矿井通风实时在线监测系统监测的研究内容

6、如下：(1)风量实时在线监测；(2)风速实时在线监测；(3)风压实时在线监测；(4)甲烷实时在线监测；(5)温度实时在线监测；(6)湿度实时在线监测；(7)有害气体实时在线监测；(8)粉尘浓度实时在线监测。其实施过程如下：(1)数据采集；(2)数据的编译；(3)数据的传输；(4)数据的解析；(5)数据的展示；(6)数据的整理与分析。该系统可以与三维通风空间数据库及三维智能通风决策支持系统配合使用，利用实时在线监测的数据，随时对数据库进行更新，并智能模拟矿井的通风状态。通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示情况如图3.1所示。图3.1 通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示4 基于三

7、维显示及实时在线监测的智能通风决策支持系统4.1 矿床三维空间地质数据库及矿床三维数字化模型的构建研究内容如下：(1)构建三维空间地质数据库；(2)建立矿床的实体模型；(3)建立矿床的块体模型；(4)建立矿床的丰度模型；(5)建立巷道的实体模型；(6)建立矿床的地形模型。在建立矿床三维空间地质数据库的基础上，通过建立三维数字化模型，可以准确地描绘出矿床的三维形态，矿井、巷道等的空间位置，实现矿山地表、巷道、矿体等的三维显示，同时可以描述矿体的品位变化、钾、钠、磷、硫、氟的分布状态。系统可以应用于矿山设计、生产计划、矿山单体设计、矿石质量综合、长远规划、人员定位等得设计等。矿床数字化技术的应用情

8、况如图4.1所示。图4.1 矿床数字化技术的应用情况4.2 矿床三维通风空间数据库及三维智能通风决策支持系统矿井三维数字化智能通风系统具有以下几个研究内容。(1)构建矿井通风三维空间数据库；(2)构建可视化的矿井通风三维空间数据模型；(3)实现通风参量的自动解算功能；(4)实现通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示，模拟通风系统的运行状态；(5)实现通风系统优化功能；(6)实现反风模拟功能；(7)实现局部巷道灾害模拟功能；(8)实现污染物扩散规律研究；(9)实现通风设计及规划功能。4.3 三维可视化的通风实时在线监测系统研究矿井通风实时在线监测系统监测的具体内容如下：(1)风量实时在线监

9、测；(2)风速实时在线监测；(3)风压实时在线监测；(4)甲烷实时在线监测；(5)温度实时在线监测；(6)湿度实时在线监测；(7)有害气体实时在线监测；(8)粉尘浓度实时在线监测。通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示情况如图4.2所示。图4.2 通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示5 矿井综合数字化系统5.1 矿床三维空间地质数据库及矿床三维数字化模型的构建研究内容如下：(1)构建三维空间地质数据库；(2)建立矿床的实体模型；(3)建立矿床的块体模型；(4)建立矿床的丰度模型；(5)建立巷道的实体模型；(6)建立矿床的地形模型。矿井数字化技术的应用情况如图5.1所示。图5.1

10、矿井数字化技术的应用情况5.2 矿井三维通风空间数据库及三维智能通风决策支持系统矿井三维数字化智能通风系统具有以下几个研究内容。(1)构建矿井通风三维空间数据库；(2)构建可视化的矿井通风三维空间数据模型；(3)实现通风参量的自动解算功能；(4)实现通风系统的风向、风量、风速、风阻等的直观展示，模拟通风系统的运行状态；(5)实现通风系统优化功能；(6)实现反风模拟功能；(7)实现局部巷道灾害模拟功能；(8)实现污染物扩散规律研究；(9)实现通风设计及规划功能。5.3 三维可视化的通风实时在线监测系统研究矿井通风实时在线监测系统监测的具体内容如下：(1)风量、风速、风压实时在线监测；、(2)瓦斯

11、、温度、湿度、有害气体、粉尘浓度实时在线监测。5.4 综合数字化信息系统研究综合数字化信息系统包括：(1)调度室大屏幕；(2)集中控制系统；(3)信号传输(光纤)系统；(4)矿床三维数字化系统；(5)通风智能优化系统；(6)通风实时在线监测系统；(7)粉尘监控系统；(8)人员定位系统；(9)风机工况监测系统；(10)顶板离层监测系统；(11)采矿设备、掘进设备、胶带等的监视监控系统；(12)语音传输系统；(13)爆破监控系统；(14)局部风机智能控制系统；(15)带压区水压在线监测系统；(16)水仓水位监测系统；(17)地表沉降监测系统。矿井综合数字化系统如图5.2所示。图5.2 矿井综合数字

12、化系统6 地表微小变形实时在线监测设备双频差分GPS定位系统系统由双频差分GPS接收机，分析软件，电池、阻逆天线、无线信号传输等几部分组成。6.1 系统采用的技术(1)GPS(Global Positioning System全球定位系统)技术；(2)GPS 差分定位技术；(3)双频定位技术；(4)载波相位测量技术；(5)实时动态差分技术，RTK（Real-time kinematic）；(6)网络RTK技术；(7)多星定位技术；(8)VRS（Virtual Reference Station虚拟参考站）。6.2 系统的先进性(1)双频多星GPS相位差分定位技术。本系统所有表面位移监测都采用双频GPS，应用双频GPS接收机不仅精度高、可靠性好、抗恶劣环境，而且应用双频GPS监测时效性好，最短反应时间可以为2分钟，这样对塌陷区不仅可以变化趋势分析，而且还可以预警(2)系统采用太阳能供电。比较远的监测点采用太阳能供电，这样做的目的是即节省了拉线供电的麻烦，也节省了能源消耗。(3)软件系统对监测结果多方式自动分析。本系统软件对监测结果进行点实时变化分析、变化趋势分析、各监测点对比分析、面变化分析、线变化分析以及变化速度、加速度等分析。(4)高频无线传输技术。本系统所有通讯方式都是采用无线网桥通讯方式（各监测站到尾矿库监测室、监测室到梅山公司），本通讯方式的特点是