高科技矿山建设的历史必然-基于空间信息和大数据分析的智慧矿山和智慧安监建设

高科技矿山建设的历史必然航空航天■国家能源技术革命创新行动计划(2016-2030年):2030年重点第一部分主要基本概念介绍(一)高科技采矿的阶段划分及概念智慧矿区少人或无人煤矿智慧煤矿智慧矿区少人或无人煤矿1、高科技采矿的第一步----数字煤矿(2)是基于信息技么)入)入数字煤矿的特点井下人员定位系统瓦斯、通风监测系统水文、矿压检测系统主排水自动控制系统主扇风机自动控制系统供电综合自动化系统洗煤厂监控系统主井提升监控系统主运输皮带控制系统工作面自动化系统人力资源管理系统工资管理信息系统财务管理信息系统数字档案管理系统煤矿应急救援指挥系统煤炭资源管理信息系统安全管理信息系统质量标准化管理系统机电设备管理系统作业规程编制系统(瓦斯、板、火)警系统煤矿安全数字监控系统地表变形预计系统煤质运销管理信息系统煤矿生产调度管理系统矿山三维虚拟环境系统矿井供电设计与计算系统采矿辅助设计系统通三防管理信息系统数字煤矿的研发成果显著,其子系统的划分和功能结构如下：地测空间管理信息系统数字煤矿的研发成果显著,其子系统的划分和功能结构如下：2、高科技矿山的第二步----智慧煤矿 大危险源(如水、火、瓦斯、顶板等)的相关信息或是是完全是是智能煤矿(数字和智慧煤矿之间)的特点一般是是是符合工业4.0的流程铁路工业1.0铁路工业3.0铁路工业2.0铁路工业4.0(管理模式的革命)煤炭工业1.0煤炭工业2.0煤炭工业3.0煤炭工业4.0或2025动化综合数字矿山智能矿山智慧矿山无人少人矿山传统管理模式管理模式的革命构，开启地图+规划+预测大数据平台+人工智能十定控制+定位机器学习+仿真训练测和分的卷积神二维和三维GIS二维和三维GIS巡航探月工程大数据大数据地图产品地图产品好帮手!搜一好帮手!搜一2、GIS与CAD的技术对比主要功能和用途空间数据分析和处理表达和制图通常处理数据量海量数据相对小数据的地理语义强弱空间拓扑关系有没有属性信息丰富较少实体类型表达简单和唯一复杂和重复(x,y)坐标对(x,y)坐标对边形(polygon),多边形的边界被分割成一系列的弧或结点，结点、弧段、多边结点结点中间点弧段拓弧扑段关系多结点的数据结构结点标识三维坐标弧段标识结点的数据结构XYZ弧段的数据结构弧段标识左多边形中间点数弧段的数据结构内部码起始点终结点右多边形中间点坐标多边形的数据结构多边形标识弧段标识内多边形标识多边形的数据结构ARC_ID...剖面线标识左侧相交图形中间点数X,Y,Z,..终结点右侧相交图形A.结点拓扑表B.中间点拓扑表A.结点拓扑表中间点弧段坐标1A9AA3B4B7DC.弧段拓扑表弧段始结点末结点左多边形右多边形A82B25C56D68E8FG5H6I2多边形弧段邻接多边形结点弧段结点弧段坐标2568结点弧段坐标ABCDGHIJKHB.中间点拓扑表H中间点弧段坐标EF第二部分智能煤矿的建设从20世纪90年代开始，芬兰、瑞典、澳大利亚从20世纪90年代开始，芬兰、瑞典、澳大利亚等国为取得在采矿工业中的竞争优势，都先后制定了“智能化矿山”或“无人化矿山”的发展规划。美国等航天强国也早就盯上了其中蕴含的巨大机遇。福克斯新闻网称，小行星不美国等航天强国也早就盯上了其中蕴含的巨大机遇。福克斯新闻网称，小行星不但可以作为上述星际航行任务的基地，而且在小行星上采亿美元。美国CNBC网站称，高盛集团今年4月发布报告的机遇，未来20年间，其行业规模将会成长至数万亿美元。以之一----美国科罗拉多矿业学院，低调开设了一门新专业：太空采矿学；以前限于理论方面，现在开始付诸行动了；该项目计划于2018年秋季正式开学，分为硕士和博士课程，将开设1-2个分科，每科招收24名学生。2017年年初，美国《连线》2017年年初，美国《连线》星球大战》,并评价：太空采矿经济规模将达到数万亿美元!一太空发射竞争法》,该法赋予太■美、澳等采煤大国在开采条件简单的中厚煤层采用JOY和LASCLASC控制系统的的要问题要问题机遇：基于新一轮的信息技术革命，全面实现软件产品没有成为煤矿日常生产的必国务院安全生产工作的意见国办发〔201国务院安全生产工作的意见国办发〔2013〕99号文，煤矿四2015年6月18日下午3时，安监总局召开“机械化换人、自动化2015年6月18日下午3时，安监总局召开“机械化换人、自动化国家能源技术革命创新行动计划(2016-2030年):2030年重点煤矿区基本——张网煤炭工业4.0涉及的部分关键技术(1)管理模式的研究和(13)基于大数据的煤(10)透明化工作面(3)智能煤矿标准的建(7)高精度的传感器和(11)激光测距仪、自(4)智慧矿山模型研究(8)机电设备与GIS的高度调整(无人生产工作面);(12)基于亚作流模式(16)专家会诊煤矿安指挥调度控制中心或区域技术服务中心智能煤矿建设的基本要求——张网与GGIS分类有关的示意图(a)(a)钻孔增多引起煤层图形的变化地表地表(b)认知变化引起煤层图形的变化已有生产信息动态修改模型最新生产信息逻辑内涵确定内涵确定内涵不确定外延确定外延不确定外延确定外延不确定数学方程数理方程模糊方程灰色方程随机统计方程GGIS和传统GIS的区别在于：研究对象的信息是否满足需要认为是完全的，如果信息完全，可划归为白色或近白色地理信息系统，等)的动态高精度三维地质模型以及开采露头线游刷带随落层断层高精度地质模型高精度三维地质模型高精度三维地质模型脚层束管监控系统顶板监控系统管理平台综合管理预测预警井下束管信息监测预测预警井下束管信息监测井下通风数据监测人员定位数据监测井下瓦斯数据监测通风线路模拟机电设备信息管理储量管理缓冲区分析剖面查询透明化矿山三维管理子系统透明化矿山三维管理子系统水位择高m)水位择高m)水位所高m)0位水做标高m)0220条预想剖面图默认地图囚因因图图剖面116因因因生面155面156囚因因图图剖面116因因因生符号库统符号自动保存数据成功令透明化矿山成果(巷道巡查)透明化矿山成果(回采工作面巡查)同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为倾斜摄影技术的主要目的是获取地物多个方位(尤其是侧面)的信息并可供用户多角度浏览，实时量测，三维浏览型(DSM),充分表达地形地物起伏特征，已经成为新一代空故障判别系统重构维修设备信息智能融合遥感图像实时获取遥感图像实时定位指挥控制站卫星中继数据链视距数据链电气设备多模式导航定位动力装置飞行器平台倾斜摄影测量航摄倾角>3度点云矿图类别地质图综合水文地质图、煤层底板等高线图、资源储量估算图、矿井充水性图、钻孔柱状图煤岩层对比图、综合柱状图、勘探线剖面图、巷道地质素描图测量图采掘工程平面图、工业广场平面图、井上下对照图、井底车场图、井田区域地形图、保安煤柱图、井筒断面图、主要巷道平面图规划设计采矿设计图、开采计划图、井田开拓方式平面图、采区划分及开采计划平面图通风图通风系统图、通风网络图、井下避灾路线图机电图井下运输系统图、矿井机械设备布置图、井下供水管道布置图、井下排水管道布置图压缩空气管道布置图供配电图地面工业广场供电系统图、井下供电系统图、地面变电所主接线系统图、地面变电所电气设备平面布置图、地面供配电系统图、地面供配电低压系统图、井下供配电采区变电所供电系统图、井下供配电采区工作面供电系统图、井底车场动照线网动力配电平面图综合自动化图矿井综合自动化系统系统图、矿井综合自动化系统采区及巷道传感器布置图、矿井安全监测监控系统断电控制图、井上下通信工业环网拓扑图、综合自动化及计算机管理网络拓扑图、人员定位系统系统图、无线通信系统系统图目前现状：“用图难”式和参数单一目前现状：“管图难”大柳塔矿主运输系统图(13年10月).(新图)大柳塔煤矿活鸡兔高压供电活鸡免井综合采掘工程平面图最新201活鸡免井1-2煤三盘区采掘工程平面图大柳塔5-2煤三盘区采掘工程平面图20大柳塔井综合采掘工程平面图2013.9.大柳塔井监控系统示意图2013年9月2大柳塔井通风立体示意图2013年9月2文件方式立项背景——“一张图”内涵服务、应用服务、应用GIS平台数据标准体系新一代信息技术一张图核心数据库“一张图”以新一代信息技术、矿山专业“一张图”以新一代信息技术、矿山专业GIS技术及与信息化相适应的现代企生产调度、安全管理执法等系统叠加，共同构建二三维图形一体化的统一生产技术和安全综合监管平台，为生产控制层、生产执行层、经营分析层、决策支持层各系决策支持层“一张图”管理的核心理念是“综合、集成”统一“一张图”管理的核心理念是“综合、集成”统一管理、“随时、随地”访问使用，“持续、及时”协同、动态更新。服务于技术、生产、安监、防灾数字矿山“一张图”:全矿井一张图，二级公司一张图到集团公司一张图，各级技术地质图机电图通风图遥感影像...图一张图综合展示各煤矿的最新生产状况能有力支撑应急救援指挥日碳时>移动操作系统格、矢量可视化接口开发。8807综放西8703综放8702综放西8705综放今日过构造数：12昨日过构造数：12过进风944米，五在一a造影岩，声声福15101工作面离24米元2022年4月15日106手机在身,安全在心!智能智能开采控制自动控制态感态感知就就地控制板运输机综综合智能化综合自动化集成自动化核心：智能化开采技术核心：自动化开采与生产协调粒子系统植被系统动画系统第三方支撑库操作系统SDK图形驱动包设备仿真模块设备仿真模块作用①二级护帮1个测量二级护帮倾角②一级护帮1个测量一级护帮倾角水平传感器1对测量顶梁与底座的高度差1个测量顶梁倾角1个测量掩护梁倾角1个测量底座倾角液压支架液压支架液压支架在工作面有序连续执行自动化功能操作或者单项操作功最后的姿态并不理想，与实际的工艺要求存在差距，在三维中添加交互+自适应的操作交互+自适应的操作煤矿规则煤矿规则体系管理信重大隐患辨识粉尘隐患监控预警事故隐患致因分析重大危险源监控预警事故隐患关联分析隐患排查云服务数据中心粉尘爆炸危险场所粉尘爆炸危险场所生产设备设生产设备设度记度记有限空间社会举报地测等专业的业存储和计算访问整合现代管理技术，基于大数据的动态诊断系统实现煤矿安全生产的日常性风险预控和即时风险管控。策管理平台管理平台应急预案风速超限预警瓦斯超限预警瓦斯管理动力灾害预警火灾预警(数字动态可视化系统)专家系统监控系统风量管理火灾管理决策(3)采掘决策支持系统报警救援队伍业务管理救援队伍应急救援管理矿井应急救援管理基础数据资源库应急救援子系统(4)应急救援管理系统(5)灾害隐患分类及其评价指标体系研究等级说明备注警报级预警级注意级矿井安全评价指标体系矿井安全评价指标体系DZ:地质因素WX:危险源因素DZ02:水文地质因素DZ05:煤层厚度变化因素因素DZ06:矿压变化因素因素地质因素地质因素指标分解图隐患类别评价项目红色报警120米红色报警允许掘进后降为黄色报警红色报警30米数据观测旬测120米进入断层保护煤柱边界(断层落差)红色报警地表水体120米30米红色报警隐患类别评价项目标校周期7天瓦斯抽放系统(泵站)监测周期7天监测周期7天距揭煤点长度(m)数学模型监测周期1天长度Lp(m)红色报警高瓦斯区距高瓦斯区距离L。(m)红色报警突出威胁区距威胁区距离L威胁(m)红色报整突出危险区距危险区距离L危险(m)红色报警瓦斯检测点评价周期7天采区红色报警一翼红色报警红色报整红色报警监测周期1天综掘工作面(m)红色报警炮掘工作面(m)红色报警时间评价项目T(小时)T(小时)T(小时)T(小时)T:当前时间评价项目T(小时)T(小时)允许风速/(m/s)最低无提升设备的风井和风硐专为升降物料的井筒风桥升降人员和物料的井筒主要进、回风巷架线电机车巷道采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷危险源类型预警级别评价指标参数值报警信息报警值支架末阻力=支架工作阻力(或规程值)末阻