数字矿山与矿山地质测量信息

数字矿山与矿山地质测量信息第一页，共133页。一、

数字矿山的背景1.数字地球与数字矿山自美国前副总统戈尔于1998年1月在“数字地球：21世纪如何认识我们的星球”的演讲中首次提出数字化地球的概念及其框架以来，数字化的概念和实践陆续出现在各个具体的产业和领域中，数字化信息技术也越来越深刻地影响着人类社会的发展。戈尔在其1998年的报告中指出：数字地球是指一个以地理坐标（经纬网）为依据的、具有多分辨率海量数据的、立体显示的地球的技术系统。数字地球是继国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure,ＮII，俗称信息高速公路）和国家空间数据基础设施（NSDI，俗称地学信息高速公路）之后的又一个意义更加深远的国家信息基础设施。它是以地球作为研究对象的高新技术系统，是很多技术，尤其是信息技术的综合，是21世纪的重大技术工程。

第二页，共133页。

数字化矿山是将矿山地面的、井下的、矿产资源开采的各种动态、静态的信息进行数字化、三维可视化展现，并且利用计算机网络、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。

DM是建立在数字化、信息化、虚拟化和集成化基础上的，由计算机网络管理的管、控一体化系统。它综合生产、经营、管理、环境、资源、安全与效益等各种因素，使企业在实施绿色采矿的条件下实现整体协调优化，以增强矿山企业在市场中的竞争能力和适应能力，其最终目标是实现矿山的高度信息化、自动化与高效率。第三页，共133页。2.矿山空间数据基础设施

地理空间数据获取、处理、访问、分发以及有效利用所需的技术、政策、标准、基础数据集和人力资源。包括数据交互网络体系、作为空间数据分析与应用基础的一系列基础空间数据集、法规、标准和机构体系等多方面的内容。国家空间数据基础设施(NSDI)主要包括：地球空间数据框架、空间数据协调、管理与分发体系、空间数据交换网站和空间数据转换标准。地球空间数据框架是提供一个可以进行精确地、始终如一地获取、配准和集成地球空间信息的基础。其目标是生产和使用共用的空间地理数据集，共享和开发基础数据资源以提高决策能力。第四页，共133页。二、

数字矿山的内涵1.数字矿山的概念

“数字化矿山”(DigitalMine)或简称为“数字矿山”，是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现。数字矿山的核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，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。数字矿山的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体和科学计算技术，为矿产资源评估、矿山规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。

第五页，共133页。

数字矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。数字矿山的最终目标是实现矿山的综合自动化。第六页，共133页。

我们可以从两个层面上来理解数字矿山：一个层面是将数字矿山中的固有信息（如地表地形、井下地质构造与矿体、测量控制系统、已完成的井巷工程等）数字化，按三维坐标组织起来一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山及矿体；另一个层面是在此基础上再嵌入所有相关信息（如储量管理、机电管理、人事管理、生产管理、技术管理等），组成一个意义更加广泛的多维的数字矿山。

数字化矿山概念包含三个层次：

第七页，共133页。

(1)将矿山中的固本信息（即与空间位置直接有关的信息，如地形地貌

,水文地质及地质构造、矿山地质储量、开拓开采方案、已完成的采矿工程等）数字化，按三维坐标组织起来一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山的整体面貌；

(2)在矿山固本信息数字化基础上，进一步嵌入矿山开发与运行相关信息（即空间位置间接有关的相对变动的信息，如储量、安全、机电设备、人事、生产、技术、营销等等）组成一个意义更加广泛的多维的数字矿山。

(3)在多维数字矿山基础上，融合现代计算机控制技术、管理决策技术，自动控制技术等对整个矿山的开发与运行进行科学的预测、规划、计划、组织、控制和检测，提高矿山资源利用水平、提高矿山企业生产运作效率，提高矿山企业安全生产水平、增强矿山企业的竞争力，使之实现可持续的发展。

第八页，共133页。“数字矿山”总体框架图……系统总体设计与技术创新政策法规与技术标准政府部门煤矿区队个人用户矿山空间数据基础设施各专业应用信息系统用户界面矿山信息基础设施1∶5万1∶50001∶50001∶10001∶10001∶500数字煤炭数字矿区数字矿山数码区队“数字城矿山”上下连接什么是数字矿山？第九页，共133页。2.

数字矿山的特征数字矿山是以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，建立起的一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计算机模型并集成，可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达，同时具有高分辨率、海量数据和多种数据的融合以及空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。第十页，共133页。

它是信息化、数字化的虚拟矿山，是用信息化与数字化的方法来研究和构建的矿山，是矿山地表面之下的人类工程活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。通过它可以了解整个矿山系统所涉及的信息过程，特别是矿山系统多体之间信息的联系和相互作用的规律。第十一页，共133页。3.

数字矿山的特性关联性。现有的安全生产监测监控系统，各个系统之间没有统一的通信协议和接入技术，系统之间的数据结构差异很大，呈现多源性和异构性。三维空间性由于矿山开采的对象——矿床是分布于三维地理空间矿山安全生产的一切过程都离不开三维空间，无论是矿层、构造等地质实体，还是纵横交错的井下巷道系统和各种监测监控信息都具有空间属性。动态性。不仅如此，矿山生产活动又是始终处于一种随时间动态变化的复杂系统之中，所以反映其实际状态的各种数据，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔离的“信息孤岛”，复杂性。随着开采深度的加大和赋存地质条件的恶化，使得深部煤炭开采的力学环境、岩体组织结构、基本力学行为特征和工程响应更为复杂。第十二页，共133页。4.数字矿山的系统结构层次数字矿山自下而上可分为以下七个主层次：(1)基础数据层。即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理；数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。该层为后续各层提供部分或全部输入数据。(2)模型层。即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层不仅将数据加工为直观、形象的表述形式，而且为优化、模拟与设计提供输入。(3)模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。第十三页，共133页。第十四页，共133页。第十五页，共133页。第十六页，共133页。(4)设计层。即计算机辅助设计层。该层为把优化解转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段。(5)执行与控制层。如自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作等。该层是生产方案的执行者。(6)管理层。包括MIS与办公自动化。(7)决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。第十七页，共133页。按功能划分，数字矿山包括六大类系统：数据获取与管理系统数字开采系统矿区地理信息系统数字监控系统管理系统决策支持系统其中数字开采系统是核心系统，也是效率和效益的主要创造者。第十八页，共133页。

数字化矿山建设主要以矿山地质、资源储量、采矿技术计划、设计、矿业公司各矿山地理信息和矿山全息数据信息、矿山安全监测、矿山生产工艺监控等项目为主要管控目标，实现公司对各矿山资源、采选生产工艺、安全系统的可查、可控、可追溯、可优化，实现领导对矿山系统信息的在线即时掌控，达到即时、全面、准确地管控矿山的安全与生产经营状况，从而实现精细化管理的目标。第十九页，共133页。5.

建设数字矿山的作用和意义

（1）改变矿山的生产方式，在矿山设计、施工、开采、安全、管理、教育、可持续发展、土地利用规划以及科学决策等方面产生广阔的社会和经济效益，促进大型产业的增长，提供更多的产业机会、安全监测及决策管理服务等；

（2）为矿山科学技术的发展提供了强大的动力。使矿山规划管理具有更高的效率、更丰富的表现手法、更多的信息量、更高的分析能力和准确性，从而提高矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平、综合实力，促进矿山的可持续发展，在有准确坐标、时间和对象属性的多维虚拟环境中进行规划、决策和管理，在处理矿山复杂系统问题时帮助人们更好地建立直观感和全局观念。

对于采矿业来说,要走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路,数字化、信息化是其发展的必然趋势。第二十页，共133页。三、感知矿山---物联网1.物联网的基本概念

物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把需要联网的物品与网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，它是在网络基础上的延伸和扩展应用。

这个概念不特意指明国际互联网，明确提出是需要联网的物体，同时强调物联网是网络的延伸和扩展应用。这就非常清楚地将行业应用涵盖在物联网内，更为适合当前物联网的发展。感知矿山物联网主要就是依据这个概念来进行设计和规划的。第二十一页，共133页。2.感知矿山物联网的概念及目标

作为物联网应用的一个重要领域，“感知矿山”是通过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化。

其总体目标是：将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化，将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络，动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程。以高效、安全、绿色开采为目标，保证矿山经济的可持续增长，保证矿山自然环境的生态稳定。第二十二页，共133页。第二十三页，共133页。3、物联网时代的全面感知矿山系统结构感知矿山建设的核心问题----三个感知为保障矿山的安全生产，感知矿山是在实现综合自动化的基础上，实现三个感知。即：感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障；感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修；感知矿山灾害风险，实现各种灾害事故的预警预报。第二十四页，共133页。

感知矿山建设应以三个感知为重点突破点，对煤矿安全信息感知采集技术、煤矿信息融合、识别与协同技术、煤矿传感网控制技术、煤矿传感网络安全生产、预警、灾后重构再生技术等关键技术开展研究，形成完备的基于自有技术的矿山物联网体系。

矿山灾害发生的区域和时间均具有未知性，并且矿山处于动态开采过程中，要感知这些灾害产生的前兆信息，只能采用符合矿山生产特点的基于无线传感器网络的分布式、可移动、自组网的信息采集方式。需要研究矿山物联网关键技术，构建动态的感知煤矿灾害状况、感知设备健康状态、感知人员安全环境等信息感知与处理平台。

第二十五页，共133页。第二十六页，共133页。

感知与控制层

根据煤矿作业的特点，本层由两层网络组成，骨干传输网和感知层网络。

（1）骨干网功能与要求：骨干网为网络化的煤矿监测与控制系统、语音信号及视频信号传输与管理提供了信息高速公路。在此网络上建立了一个基于统一网络的多子系统监控系统、语音通信系统和多路工业电视监控系统，在调度指挥控制中心监控煤矿井上、下安全生产全过程，并通过网络将其传输到煤矿各科室和局调度中心。

骨干传输网与矿山综合自动化骨干传输网基本相同，使用防爆1000M工业以太网。第二十七页，共133页。

（2）感知网功能与要求：主要是无线网络。矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产与安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息均需要移动的感知。第二十八页，共133页。

信息集成与MES层

信息集成与MES层由两大部分组成，一是信息集成网络系统，包括调度指挥控制中心以太网，互为冗余的I/O服务器组和数据服务器集群。

另一部分是在信息集成基础上的MES（ManufacturingExecutionSystem），包括在调度指挥控制中心以太网上，设计多台操作员站，操作员站完成对子系统的监控：如综采工作面监控子系统、主运输集控子系统、地面供电监控子系统、井下供电监控子系统、主通风机在线监控子系统、安全监控子系统等各种子系统的监控。第二十九页，共133页。

管理决策与应用层

管理决策与应用层主要是各种软件应用模块。矿山及相关现象的信息在中间层得到提升后，目的是为了利用这些信息去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营的全过程。

管理决策层的各种软件应用模块就是这种目的的具体体现。根据矿山的具体应用不同，这些模块是可增减的。通过企业Intranet网络，矿山各个职能部分可实现更高层次的应用。如：矿山安全生产评价与监管；煤矿灾害预警与防治；煤矿供应链管理；大型设备故障诊断；矿山资源环境控制及评价等。第三十页，共133页。第三十一页，共133页。4.矿山物联网的基本功能

（1）按时间、空间区间查询安全生产状况

让用户快速从矿井三维GIS中了解当前矿井安全生产的总体状况。能通过三维视图直观地了解矿井的生产状态（各回采工作面的位置、各掘进工作面的位置），并能按时间区间查询过去任一时期矿井的总体状况。

系统可以三维显示矿井各生产系统（通风系统、运输系统、安全线路、排水、供电系统）的线路及其运行方向，例如，通风系统的进风、回风方向及路线。

（2）调度指挥信息可视化

三维矿图与矿井井下的实际场景一致，安全监测的测点及设备直接在三维矿井视图中标出，并且随生产的发展，自动更新采掘工程三维图形。因此，实现了安全监测与生产状态的实时、动态显示，非常适合安全生产的调度指挥。第三十二页，共133页。第三十三页，共133页。第三十四页，共133页。第三十五页，共133页。第三十六页，共133页。第三十七页，共133页。（3）煤矿安全生产监控与决策管理

安全生产管理决策系统整合煤矿安全生产各类信息、数据资源以及已有的业务应用，形成一个统一的安全生产管理为主的门户系统。平台提供可视化信息应用门户、数据共享与交换集成平台、地理信息支撑平台、智能数据分析引擎、工业组态软件系统等低层技术支持，基于平台构建的各子系统建设遵循数据规范、业务规范、技术规范和接口规范，实现不同系统间的数据融合、共享和交换，实现自动化与信息化，生产层面与管理层面的联合数据分析。

包括生产调度管理，煤矿灾害预警与防治，煤矿安全生产监控与决策管理，煤矿供应链管理，设备材料管理等。第三十八页，共133页。第三十九页，共133页。第四十页，共133页。（4）无人(或少人)工作面监控

煤矿工作面主要有掘进工作面和采煤工作面。

掘进工作面：掘进工作面是事故多发区域，主要有压力、透水、瓦斯等灾害源。设备主要有掘进机、局扇、运输皮带等。由于通风条件差、支护不及时、小构造情况不明等原因，需要利用物联网感知技术，随时为掘进工作面提供各种安全信息保障，实现对掘进工作面设备的自动控制与监测，有效减少掘进工作面作业人员，提高安全水平。

采煤工作面（以机采为前提）：采煤工作面是生产煤的重要场所，主要设备有采煤机、刮板运输机、液压支架、转载机、破碎机等。工作面顺槽设备主要有泵站、移动变电站、组合开关或负荷中心等。第四十一页，共133页。要求实现：（1）在线监测工作面设备工况及故障并传输到地面调度中心，监测的内容包括：监测采煤机的电机电流、电机温度、缺水信息；监测液压支架的工作状况；监测泵站、负荷中心的工作状态、参数、故障信息；监测刮板机、转载机、破碎机运行状态及相关参数；监测被控电机工作电压，电流，温度，启动状态，故障状态移动变电站信息、组合开关信息。（2）希望条件具备时，可实现对泵站、液压支架移架的远程控制，可实现采煤机的远程启动与停车。

第四十二页，共133页。（3）更进一步，通过感知矿山物联网技术，根据煤层、顶底板的关系，建立拟人化控制模型，实现煤矿生产工作面各种设备的联动控制。通过对煤矿井下采煤装备的远程定位、煤岩识别、大型设备姿态控制等技术实现工作面的远程遥控开采，提高矿山安全性。（4）在监测基础上，基于数据挖掘技术建立采掘设备健康数据库和健康状况识别、决策模型。

通过这些技术，实现尽可能的自动控制或顺槽遥控，逐步减少采煤工作面作业人员，争取实现无人工作面。第四十三页，共133页。

实例：新集集团刘庄煤矿综合自动化控制系统的建设是公司进行全面感知矿山建设的初次尝试，在很多方面取得了重大突破。刘庄煤矿自动化建设通过工业以太网、现场总线、OPC以及其它开放性通讯技术的应用，在统一的监控平台上实现了对矿井供电、提升、通风、排水、运输、采煤工作面、选煤厂监控、人员定位、环境监测、GIS系统等24类60余个子系统的信息集成。第四十四页，共133页。综合传输平台网络建设安全监控系统建设井下排水自动控制系统中央回风井通风机监控系统瓦斯抽放站监控系统注氮防灭火系统束管检测系统建设采煤工作面自动化系统井下胶带输送机监控系统主井自动化提升系统副井自动化提升系统矸石井自动化提升选煤厂监控系统井下降温监控系统自动化给水系统矿井自动化水处理系统压风机监控系统地面排矸及矸石山监控系统矿井电力监控系统矿用井下移动目标安全监测系统自动装车系统工业闭路电视监控系统煤矿指令电话调度系统工业自动化软件大屏幕投影显示系统刘庄煤矿综合自动化控制子系统刘庄煤矿综合自动化控制系统的部分子系统第四十五页，共133页。第四十六页，共133页。

刘庄煤矿当前已实现对主井提升控系统、矸石井提升系统、中央水泵房、110KV变电所、压风机、井下所有主要运输胶带机、通风机、工作面系统（包括泵站、工作面三机、液压支架）、集中制冷系统等在监控中心的远程控制操作，实现了上述车间硐室设备运行操作的现场无人化。同时，利用Web门户技术实现了矿井自动化监控系统监控画面的Web发布，使相关人员可以在办公室通过Web浏览实时查看现场设备运行状况。第四十七页，共133页。第四十八页，共133页。第四十九页，共133页。第五十页，共133页。第五十一页，共133页。第五十二页，共133页。第五十三页，共133页。第五十四页，共133页。第五十五页，共133页。第五十六页，共133页。第五十七页，共133页。第五十八页，共133页。第五十九页，共133页。第六十页，共133页。第六十一页，共133页。刘庄煤矿自动化建设体系层次第六十二页，共133页。刘庄煤矿自动化建设体系架构第六十三页，共133页。公司总部山南集控中心第六十四页，共133页。

四.从数字矿山到智慧矿山

数字矿山

+物联网=智慧矿山

云计算

智慧传感网智慧控制网智慧安全网SeeeverythingOnWeb(CyberSpace)DoeverythingOnWeb(CyberphysicSpace)第六十五页，共133页。

从数字地球到智慧地球

2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”（SmartEarth）这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。

2009年8月7日，温家宝总理在无锡考察时指出，传感网是一个全新的技术领域，实现了物与物的互联而被称作“物联网”物联网，将与水、电、气、路一样，成为地球上的一类新的基础设施

。第六十六页，共133页。

智慧矿山的特征

“智慧矿山”面向应用和服务

智慧矿山与物理世界融为一体(人和物

都有IP)智慧矿山能实现自主组网和自维护

“智慧矿山”包含矿山物联网

11234全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；智能处理，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制

第六十七页，共133页。云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源（包括计算能力、存储能力、交互能力等）是动态、可伸缩、被虚拟化的，而且以服务的方式提供。云计算支撑信息服务

社会化、集约化和专业化68什么是云计算?第六十八页，共133页。社会化、集约化和专业化的云计算中心通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构，提高利用率。云计算促进了软件开发商之间的资源聚合、信息共享和协同工作，形成面向服务的计算，为网络时代的软件工程开辟了新的道路。第六十九页，共133页。应用层基础设施网络层：Internet网、无线局域网、3G等移动通信网络基础网络支撑层：无线传感网、P2P网络、地理信息系统、云计算网络物联网设备层：传感器节点、射频标签、手机、个人电脑、PDA、矿山机械、监控探头

智慧矿山以ＩＰ地址整合信息和物质资源实现了“秀才不出门，能作天下事”智慧矿山架构

第七十页，共133页。AllIPN/W802.16e移动式应用HotSpot(Airport,Campus)WLAN/802.16e固定式应用AccessGatewaySoftSwitchWirelineAd-hocN/WFramework

ServerOtherService

CapabilityServersOPENAPIApplicationServer

井上下整体覆盖:矿山局域网络第七十一页，共133页。五、数字矿山建设几个主要内容1.

矿床可视化、数字化

矿产资源是矿山企业的加工对象，是矿山一切工作的基础。矿山只有全面掌握加工对象的形态、数量、质量等信息，才能安全、高效的组织生产。因此，建立数字化矿山，必须首先实现矿床的数字化、可视化。

建立地质信息数据库与矿床地质模型，实现矿山地形地物、开拓及采掘工程系统、矿体、岩体、构造等地质体及地质现象的三维动态显示，实现矿石储量品位按不同矿石自然类型、不同品级、不同空间分割块段的自动化计算，逐步实现矿山地质、测量工作及矿石资源的计算机动态实时管理。第七十二页，共133页。矿床模型建立(1)利用矿山地质勘查的钻探、坑探及物化探原始基础数据，进行系统化计算机处理，建立原始地质资料数据库，作为矿床地质模型建立的基础;(2)利用矿山地表地形地物及井下采矿系统工程原始数据、矿山的各种剖面图和平面图，建立测量数据库、地表地形地物及井下采矿系统工程实体模型；(3)利用矿业软件，建立矿床模型，计算不同块段的储量、品位，建立矿体的三维可视化模型，实现矿体的三维显示及属性查询；(4)根据不同的工业指标（工业品位、边界品位），计算不同块段的保有储量和金属量,为市场经济条件下矿山经济技术指标的优化创造条件；(5)根据已知矿体空间模型及其展布趋势，并结合矿区地层、岩性、构造等主要控矿因素，进一步分析和总结成矿规律，进行矿床深部及边部地质找矿靶区预测和圈定。第七十三页，共133页。2.

数字矿山建模与GIS平台开发

主要构建矿山从历史到现状的地形、地质、工程模型，满足实际使用的要求，这是数字矿山建设的基础阶段。矿山生产对象是埋藏在地下的矿体，还有影响开采的围岩和地质构造，用真三维软件工具将这些对象表达出来，可以为后续的地质、测量、采矿、计划等工作提供了基础。具体的主要工作内容包括：（1）矿山地、测、采资料；①钻孔数据以及探槽数据钻孔开口位置数据测斜数据矿山钻孔样品分析数据地质岩性分析数据

第七十四页，共133页。②井巷工程数据

井巷工程数据主要为矿山开拓系统布置图，即为所要建模的中段平面图，及各种巷道断面尺寸。

③地表测量数据

④平剖面图

（2）矿山现有各种资料的数字化

矿区地形图、及地质勘探平剖面图和地质勘探钻孔信息的数字化；钻探、生产勘探资料（报告和图纸）的数字化；露天坑现状实测资料的数字化。第七十五页，共133页。（2）采矿部分

以地质及矿床模型为基础，结合其它关键信息构造虚拟矿山，进行数字模拟开采，完成矿山长、中、短期开采计划编制、露天矿穿爆设计、地下矿巷道标准断面设计、峒室设计、开拓设计、采矿方法设计、穿爆设计、通风设计、灾变应变预案等工作。以优化开采为目标，因此系统对矿山开采能否充分的利用资源、减少矿石的损失率和贫化率、以及取得最大效益都具有重要意义。第七十六页，共133页。3.

生产过程自动化、数字化

矿山企业生产过程的自动化、数字化不同于一般的制造企业，特别是分布于不同中段的采掘生产，由于作业地点分散、作业过程不连续、作业条件恶劣等原因，完全实现自动化、数字化难度较大。因此，需要借鉴冶金、有色、煤炭等国内外矿山的经验系统规划。

生产过程的自动化、数字化主要内容包括：提升系统自动化、充填系统自动化、选矿系统自动化、运转系统自动化（通风系统自动化、排水自动化、配电自动化、供风自动化）、数字视频监控系统、安全监管自动化（井下人员跟踪定位、井下移动通讯系统、机车信集闭系统、溜井检测自动化）等六个方面的内容。第七十七页，共133页。4.矿图与数字矿山-手工绘制矿图与计算机绘制矿图.-地质测量信息系统—矿山基本信息与地理空间框架.-多种信息的集成与智能化.矿图地质测量信息系统数字矿山第七十八页，共133页。第七十九页，共133页。系统功能模块系统功能模块数据转换模块图形处理模块矿山信息管理模块矿山预警和预测模块文本数据导入导出CAD数据转换图形编辑模块新建图形模块储量管理矿山开采现状管理矿山基本信息管理空间分析与决策支持报表台帐管理违法违规开采预警土地塌陷预测第八十页，共133页。第八十一页，共133页。第八十二页，共133页。第八十三页，共133页。第八十四页，共133页。第八十五页，共133页。第八十六页，共133页。第八十七页，共133页。第八十八页，共133页。六、建设数字矿山技术支撑建设数字矿山所需的关键技术主要包括以下几个方面信息高速公路和计算机网络技术现代采矿技术WebGIS/Cyber

GIS技术虚拟现实技术地理信息系统技术分布式数据库管理与网格计算\云计算技术第八十九页，共133页。1.系统开发1)矿山数据仓库技术：针对矿山信息的“五性四多”(复杂性、海量性、异质性、不确定性和动态性，多源、多精度、多时相和多尺度)特点，为统一管理和共享数据，必须研究一种新型的数据仓库技术，包括矿山数据组织、分类编码、元数据标准、高效检索、快速更新与分布式管理等;2)矿山数据挖掘技术：由于矿山空间信息的上述特点，为了从矿山数据库中快速提取专题信息、发掘隐含规律、认识未知现象和进行时空发展预测等，必须研究一种高效、智能、透明、符合矿山思维、基于专家知识的数据挖掘技术;3)真3DGM与可视化技术：只有集钻孔、物探、测量、转感等数据与一体进行真3D地学模拟，并实现动态数据维护(局部快速更新、细化、修改、补充等)，才能对地层环境、矿山实体、采矿活动、采矿影响等进行真实的、实时的3D可视化再现、模拟与分析;第九十页，共133页。4)矿山3D拓扑技术：矿山信息的拓扑查询、分析与应用及许多采矿安全顾问的模拟、分析与预测等，均以矿山3D实体的属性、几何与拓扑数据的统一组织为基础，因此，必须立足矿山3D数据的矢柵成，解决矿山3D拓扑描述、表达、组织与维护这一技术难题;5)应用软件与相应模型：矿山信息的分析与应用，矿山生产的评估与监控，矿山工程的模拟与决策等，均以各类应用软件与相关模型为工具，必须研制为满足不同要求、提供不同服务的多品种、多型号、多功能、组件式“车辆”;6)地下快速定位于自动导航技术：在卫星信号不能到达的地下矿井，除传统的陀螺定向与初露端倪的影像匹配之外，尚没有满足矿山工程精度与作业速度要求的地下快速定位与自动导航的理论、技术与仪器;第九十一页，共133页。7)井下多媒体通讯与无线传输技术：在矿井通信方面，除宽带网络之外，如何快速、准确、完整、清晰、实时地采集与传输矿山井下各类环境指标、设备工况、人员信息、作业参数与调度指令，并以多媒体的形式进行地面-井下双向、无线传输，是有待研究解决的关键技术;8)智能采矿机器人“班组”技术：在矿山自动化方面，要突破过去关于采矿机器人的个体“人”的概念，要从整体采矿设备整体与全作业流程的自动控制、协调、适应、保护、调整、修复甚至再生的角度去理解、研究和设计新一代智能化采矿机器人“班组”;矿山GIS、OA、CDS三位一体技术：为实现全矿山、全过程、全周期的数字化管理、作业、指挥与调度，必须基于矿山GIS对矿山信息的统一管理与可视化表达，无缝集成自动化办公(OA)和指挥调度系统(CDS)，真正做到数据融合、流程匹配与组织协调。第九十二页，共133页。矿床开采规划设计技术矿床建模及可视化技术规划和设计CAD矿岩场数值分析及可视化技术第九十三页，共133页。决策支持与管理技术传统运筹学方法安全培训的虚拟现实技术水、火等灾害的仿真技术应急救援的GIS技术第九十四页，共133页。工程决策支持模型工程表征模型：矿岩空间和属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实模型等示例：矿床建模技术、地矿工程三维可视化及虚拟现实技术第九十五页，共133页。工程仿真模型：工艺流程模拟、围岩力场计算、水文地质仿真、井下气流分析示例：井下围岩力场仿真及可视化技术与系统（FLAC、ANSYS）第九十六页，共133页。规划设计模型：计算机辅助设计CAD，把优化解决方案转化为工程实施依据示例：AutoCAD、SURPAC、Datamine第九十七页，共133页。智能决策支持系统框架决策支持系统第九十八页，共133页。数字矿山决策支持技术网络优化（CPM）：井巷掘进工程进度与资源优化离散事件模拟（DES）：井工或露天矿运输工艺系统、设备选型与匹配优化概率及随机过程理论：地质勘查及找矿钻孔布局优化模型第九十九页，共133页。地质统计学、人工神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）：品位及储量评估图论、动态规划、线性规划：矿山开采计划、配矿和露天矿境界优化模型专家系统、人工神经网络：矿山开拓运输方式选择、采矿方法选择、爆破参数选择、矿岩工程特性分级第一百页，共133页。分形几何（FractalGeometry）模型：矿岩破碎、岩体节理及稳定性分析和粉尘运动规律模拟有限元（FE）、边界元（BE）、离散元（DE）、有限差分（FD/FLAC）模型及其耦合模型：矿山岩体工程（巷道围岩和露天边坡）力场分析第一百零一页，共133页。系统动力学（SD）：矿区可持续发展投入产出（Input-Output）：能源规划和矿山企业生产结构分析经济计量（Econometrics）：矿产市场及价格分析能值分析（

EmergyAnalysis）：矿区循环经济第一百零二页，共133页。七、数字矿山主要功能第一百零三页，共133页。第一百零四页，共133页。1.视频监控数字化

在生产关键部位安装不同类型的视频采集设备，在不同的地点设置视频监控分站还和总站。视频信号根据不同需求，分别在不同的地点显示，或同时在不同地点显示。

视频监控总站设在生产调度指挥中心，安装矩阵切换主机、由DLP大屏幕与常规监视器组成的电视墙，可灵活的进行画面的切换、分割、放大、缩小。

高性能的数字录像设备除了进行准确可靠的实时录像外，同时将视频信号数字化后发布到局域网上，授权用户，甚至包括远程、异地的用户均可在自己的计算机上，随时查看所需要的视频信息。第一百零五页，共133页。2.

安全监管数字化安全监管数字化系统包括井下人员跟踪定位系统、井下移动通讯系统、井下机车信集闭系统、溜井检测自动化系统，通过工业以太网连接到生产调度指挥中心，形成井下安全监管的数字化。（1）井下人员跟踪定位利用射频感应装置和GIS技术，建立井下人员跟踪定位系统，完成井下人员的考勤和清点，随时掌握井下人员的动态分布及作业情况，监视每一个井下人员的活动轨迹，随时监督他们的工作情况，识别每个人的活动状态。一旦出现事故，决策者可以迅速做出指示，以最快的速度针对性的采取救护。根据金属矿山的特点，人员进入采场后跟踪定位较为困难。为了减少投资和便于管理，人员跟踪定位可以做到运输大巷、分段巷、斜坡道，能够实时掌握井下人员的所处区段和大致去向。第一百零六页，共133页。（2）井下移动通讯

在井下主要运输巷道、联络巷、存在时间较长的工作面、运输巷，布设泄漏电缆，进行井下移动通讯，保证工作人员同外界的联系。

多年来，井下移动通讯一直是一个老大难问题，一个人无论是工人还是领导者，到了井下工作面后，他同外界的联系就中断了。目前，泄漏通讯技术的发展基本上解决了这一问题，在国外地下开采矿山得到了广泛应用。

泄漏通讯由基站、双向放大器、漏泄电缆、手持机、车载台等组成，具有通话快捷、方便、不间断，通话可靠性高等优点，特别是在检修、抢险中更能体现出它的优越性。第一百零七页，共133页。3.

生产经营网络化、数字化生产经营数字化的基本功能以成本分析与控制为核心以安全管理和提高管理效率为基本目标进行规划。主要包括全面预算管理、材料消耗管理、人力资源管理、全员目标管理、成本分析控制以及化验管理、能源计量信息管理、安全信息管理、协同办公等几个方面的内容。1）.

全面预算管理全面预算管理主要对股份公司下达的年度计划对经营、投资、现金流的预算进行全面预算，实现资源分配、考核和全过程控制，明确责任单位和责任人，使预算具有可操作性，保证各期预算的顺利完成。.2）

物料消耗管理目前，矿山所需要的物资、设备备件统一由物资公司采购。因此，矿山只做好材料发放与消耗的统计工作，为成本核算提供实时准确的材料消耗数据。3）人力资源管理规范人力资源管理业务流程,从岗位、薪酬、到培训，实现管理工作的系第一百零八页，共133页。4

)成本分析控制成本分析核算以矿石综合成本为主线，按单位分别计算采矿、掘进、充填、提升、排水、通风、运输、碎矿、磨浮、氰化、污水处理等作业成本。对辅助作业，则按受益情况分摊到各单位。在生产过程数字化系统和材料消耗管理系统的辅助下，由直接材料和动力构成的成本核算可细化到按天计算，为成本的事前控制提供决策依据。采用因素分析、构成分析、比较分析等方法对各成本项目进行分析，发现问题能够直接查出原因。第一百零九页，共133页。4.

信息综合服务平台利用计算机数据分析和建立模型的能力，为各层次的决策者提供相应的决策支持信息是建立数字化矿山的主要目的之一。为了便于各级领导领导和有关人员随时了解矿山的山产经营情况，必须认真设计规划信息综合服务平台，采取严格的保密措施，设定不同的查询权限，为不同层次的人员提供信息查询服务。第一百一十页，共133页。第一百一十一页，共133页。5.三维地质测量系统：地质测量信息管理、各种数字矿图动态生成、编辑与输出、三维数字矿图建立与显示，煤炭储量计算等6.瓦斯灾害综合预测预警系统：基于数字地质和瓦斯地质的煤层瓦斯综合预测、分源预测技术，提供直观的