高科技礦山建設的歷史必然-基于空間信息和大數據分析的智慧礦山和智慧安監(jiān)建設

高科技礦山建設的歷史必然航空航天■國家能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年):2030年重點第一部分主要基本概念介紹(一)高科技采礦的階段劃分及概念智慧礦區(qū)少人或無人煤礦智慧煤礦智慧礦區(qū)少人或無人煤礦1、高科技采礦的第一步----數字煤礦(2)是基于信息技么)入)入數字煤礦的特點井下人員定位系統瓦斯、通風監(jiān)測系統水文、礦壓檢測系統主排水自動控制系統主扇風機自動控制系統供電綜合自動化系統洗煤廠監(jiān)控系統主井提升監(jiān)控系統主運輸皮帶控制系統工作面自動化系統人力資源管理系統工資管理信息系統財務管理信息系統數字檔案管理系統煤礦應急救援指揮系統煤炭資源管理信息系統安全管理信息系統質量標準化管理系統機電設備管理系統作業(yè)規(guī)程編制系統(瓦斯、板、火)警系統煤礦安全數字監(jiān)控系統地表變形預計系統煤質運銷管理信息系統煤礦生產調度管理系統礦山三維虛擬環(huán)境系統礦井供電設計與計算系統采礦輔助設計系統通三防管理信息系統數字煤礦的研發(fā)成果顯著,其子系統的劃分和功能結構如下：地測空間管理信息系統數字煤礦的研發(fā)成果顯著,其子系統的劃分和功能結構如下：2、高科技礦山的第二步----智慧煤礦 大危險源(如水、火、瓦斯、頂板等)的相關信息或是是完全是是智能煤礦(數字和智慧煤礦之間)的特點一般是是是符合工業(yè)4.0的流程鐵路工業(yè)1.0鐵路工業(yè)3.0鐵路工業(yè)2.0鐵路工業(yè)4.0(管理模式的革命)煤炭工業(yè)1.0煤炭工業(yè)2.0煤炭工業(yè)3.0煤炭工業(yè)4.0或2025動化綜合數字礦山智能礦山智慧礦山無人少人礦山傳統管理模式管理模式的革命構，開啟地圖+規(guī)劃+預測大數據平臺+人工智能十定控制+定位機器學習+仿真訓練測和分的卷積神二維和三維GIS二維和三維GIS巡航探月工程大數據大數據地圖產品地圖產品好幫手!搜一好幫手!搜一2、GIS與CAD的技術對比主要功能和用途空間數據分析和處理表達和制圖通常處理數據量海量數據相對小數據的地理語義強弱空間拓撲關系有沒有屬性信息豐富較少實體類型表達簡單和唯一復雜和重復(x,y)坐標對(x,y)坐標對邊形(polygon),多邊形的邊界被分割成一系列的弧或結點，結點、弧段、多邊結點結點中間點弧段拓弧撲段關系多結點的數據結構結點標識三維坐標弧段標識結點的數據結構XYZ弧段的數據結構弧段標識左多邊形中間點數弧段的數據結構內部碼起始點終結點右多邊形中間點坐標多邊形的數據結構多邊形標識弧段標識內多邊形標識多邊形的數據結構ARC_ID...剖面線標識左側相交圖形中間點數X,Y,Z,..終結點右側相交圖形A.結點拓撲表B.中間點拓撲表A.結點拓撲表中間點弧段坐標1A9AA3B4B7DC.弧段拓撲表弧段始結點末結點左多邊形右多邊形A82B25C56D68E8FG5H6I2多邊形弧段鄰接多邊形結點弧段結點弧段坐標2568結點弧段坐標ABCDGHIJKHB.中間點拓撲表H中間點弧段坐標EF第二部分智能煤礦的建設從20世紀90年代開始，芬蘭、瑞典、澳大利亞從20世紀90年代開始，芬蘭、瑞典、澳大利亞等國為取得在采礦工業(yè)中的競爭優(yōu)勢，都先后制定了“智能化礦山”或“無人化礦山”的發(fā)展規(guī)劃。美國等航天強國也早就盯上了其中蘊含的巨大機遇。?？怂剐侣劸W稱，小行星不美國等航天強國也早就盯上了其中蘊含的巨大機遇。福克斯新聞網稱，小行星不但可以作為上述星際航行任務的基地，而且在小行星上采億美元。美國CNBC網站稱，高盛集團今年4月發(fā)布報告的機遇，未來20年間，其行業(yè)規(guī)模將會成長至數萬億美元。以之一----美國科羅拉多礦業(yè)學院，低調開設了一門新專業(yè)：太空采礦學；以前限于理論方面，現在開始付諸行動了；該項目計劃于2018年秋季正式開學，分為碩士和博士課程，將開設1-2個分科，每科招收24名學生。2017年年初，美國《連線》2017年年初，美國《連線》星球大戰(zhàn)》,并評價：太空采礦經濟規(guī)模將達到數萬億美元!一太空發(fā)射競爭法》,該法賦予太■美、澳等采煤大國在開采條件簡單的中厚煤層采用JOY和LASCLASC控制系統的的要問題要問題機遇：基于新一輪的信息技術革命，全面實現軟件產品沒有成為煤礦日常生產的必國務院安全生產工作的意見國辦發(fā)〔201國務院安全生產工作的意見國辦發(fā)〔2013〕99號文，煤礦四2015年6月18日下午3時，安監(jiān)總局召開“機械化換人、自動化2015年6月18日下午3時，安監(jiān)總局召開“機械化換人、自動化國家能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年):2030年重點煤礦區(qū)基本——張網煤炭工業(yè)4.0涉及的部分關鍵技術(1)管理模式的研究和(13)基于大數據的煤(10)透明化工作面(3)智能煤礦標準的建(7)高精度的傳感器和(11)激光測距儀、自(4)智慧礦山模型研究(8)機電設備與GIS的高度調整(無人生產工作面);(12)基于亞作流模式(16)專家會診煤礦安指揮調度控制中心或區(qū)域技術服務中心智能煤礦建設的基本要求——張網與GGIS分類有關的示意圖(a)(a)鉆孔增多引起煤層圖形的變化地表地表(b)認知變化引起煤層圖形的變化已有生產信息動態(tài)修改模型最新生產信息邏輯內涵確定內涵確定內涵不確定外延確定外延不確定外延確定外延不確定數學方程數理方程模糊方程灰色方程隨機統計方程GGIS和傳統GIS的區(qū)別在于：研究對象的信息是否滿足需要認為是完全的，如果信息完全，可劃歸為白色或近白色地理信息系統，等)的動態(tài)高精度三維地質模型以及開采露頭線游刷帶隨落層斷層高精度地質模型高精度三維地質模型高精度三維地質模型腳層束管監(jiān)控系統頂板監(jiān)控系統管理平臺綜合管理預測預警井下束管信息監(jiān)測預測預警井下束管信息監(jiān)測井下通風數據監(jiān)測人員定位數據監(jiān)測井下瓦斯數據監(jiān)測通風線路模擬機電設備信息管理儲量管理緩沖區(qū)分析剖面查詢透明化礦山三維管理子系統透明化礦山三維管理子系統水位擇高m)水位擇高m)水位所高m)0位水做標高m)0220條預想剖面圖默認地圖囚因因圖圖剖面116因因因生面155面156囚因因圖圖剖面116因因因生符號庫統符號自動保存數據成功令透明化礦山成果(巷道巡查)透明化礦山成果(回采工作面巡查)同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為傾斜攝影技術的主要目的是獲取地物多個方位(尤其是側面)的信息并可供用戶多角度瀏覽，實時量測，三維瀏覽型(DSM),充分表達地形地物起伏特征，已經成為新一代空故障判別系統重構維修設備信息智能融合遙感圖像實時獲取遙感圖像實時定位指揮控制站衛(wèi)星中繼數據鏈視距數據鏈電氣設備多模式導航定位動力裝置飛行器平臺傾斜攝影測量航攝傾角>3度點云礦圖類別地質圖綜合水文地質圖、煤層底板等高線圖、資源儲量估算圖、礦井充水性圖、鉆孔柱狀圖煤巖層對比圖、綜合柱狀圖、勘探線剖面圖、巷道地質素描圖測量圖采掘工程平面圖、工業(yè)廣場平面圖、井上下對照圖、井底車場圖、井田區(qū)域地形圖、保安煤柱圖、井筒斷面圖、主要巷道平面圖規(guī)劃設計采礦設計圖、開采計劃圖、井田開拓方式平面圖、采區(qū)劃分及開采計劃平面圖通風圖通風系統圖、通風網絡圖、井下避災路線圖機電圖井下運輸系統圖、礦井機械設備布置圖、井下供水管道布置圖、井下排水管道布置圖壓縮空氣管道布置圖供配電圖地面工業(yè)廣場供電系統圖、井下供電系統圖、地面變電所主接線系統圖、地面變電所電氣設備平面布置圖、地面供配電系統圖、地面供配電低壓系統圖、井下供配電采區(qū)變電所供電系統圖、井下供配電采區(qū)工作面供電系統圖、井底車場動照線網動力配電平面圖綜合自動化圖礦井綜合自動化系統系統圖、礦井綜合自動化系統采區(qū)及巷道傳感器布置圖、礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統斷電控制圖、井上下通信工業(yè)環(huán)網拓撲圖、綜合自動化及計算機管理網絡拓撲圖、人員定位系統系統圖、無線通信系統系統圖目前現狀：“用圖難”式和參數單一目前現狀：“管圖難”大柳塔礦主運輸系統圖(13年10月).(新圖)大柳塔煤礦活雞兔高壓供電活雞免井綜合采掘工程平面圖最新201活雞免井1-2煤三盤區(qū)采掘工程平面圖大柳塔5-2煤三盤區(qū)采掘工程平面圖20大柳塔井綜合采掘工程平面圖2013.9.大柳塔井監(jiān)控系統示意圖2013年9月2大柳塔井通風立體示意圖2013年9月2文件方式立項背景——“一張圖”內涵服務、應用服務、應用GIS平臺數據標準體系新一代信息技術一張圖核心數據庫“一張圖”以新一代信息技術、礦山專業(yè)“一張圖”以新一代信息技術、礦山專業(yè)GIS技術及與信息化相適應的現代企生產調度、安全管理執(zhí)法等系統疊加，共同構建二三維圖形一體化的統一生產技術和安全綜合監(jiān)管平臺，為生產控制層、生產執(zhí)行層、經營分析層、決策支持層各系決策支持層“一張圖”管理的核心理念是“綜合、集成”統一“一張圖”管理的核心理念是“綜合、集成”統一管理、“隨時、隨地”訪問使用，“持續(xù)、及時”協同、動態(tài)更新。服務于技術、生產、安監(jiān)、防災數字礦山“一張圖”:全礦井一張圖，二級公司一張圖到集團公司一張圖，各級技術地質圖機電圖通風圖遙感影像...圖一張圖綜合展示各煤礦的最新生產狀況能有力支撐應急救援指揮日碳時>移動操作系統格、矢量可視化接口開發(fā)。8807綜放西8703綜放8702綜放西8705綜放今日過構造數：12昨日過構造數：12過進風944米，五在一a造影巖，聲聲福15101工作面離24米元2022年4月15日106手機在身,安全在心!智能智能開采控制自動控制態(tài)感態(tài)感知就就地控制板運輸機綜綜合智能化綜合自動化集成自動化核心：智能化開采技術核心：自動化開采與生產協調粒子系統植被系統動畫系統第三方支撐庫操作系統SDK圖形驅動包設備仿真模塊設備仿真模塊作用①二級護幫1個測量二級護幫傾角②一級護幫1個測量一級護幫傾角水平傳感器1對測量頂梁與底座的高度差1個測量頂梁傾角1個測量掩護梁傾角1個測量底座傾角液壓支架液壓支架液壓支架在工作面有序連續(xù)執(zhí)行自動化功能操作或者單項操作功最后的姿態(tài)并不理想，與實際的工藝要求存在差距，在三維中添加交互+自適應的操作交互+自適應的操作煤礦規(guī)則煤礦規(guī)則體系管理信重大隱患辨識粉塵隱患監(jiān)控預警事故隱患致因分析重大危險源監(jiān)控預警事故隱患關聯分析隱患排查云服務數據中心粉塵爆炸危險場所粉塵爆炸危險場所生產設備設生產設備設度記度記有限空間社會舉報地測等專業(yè)的業(yè)存儲和計算訪問整合現代管理技術，基于大數據的動態(tài)診斷系統實現煤礦安全生產的日常性風險預控和即時風險管控。策管理平臺管理平臺應急預案風速超限預警瓦斯超限預警瓦斯管理動力災害預警火災預警(數字動態(tài)可視化系統)專家系統監(jiān)控系統風量管理火災管理決策(3)采掘決策支持系統報警救援隊伍業(yè)務管理救援隊伍應急救援管理礦井應急救援管理基礎數據資源庫應急救援子系統(4)應急救援管理系統(5)災害隱患分類及其評價指標體系研究等級說明備注警報級預警級注意級礦井安全評價指標體系礦井安全評價指標體系DZ:地質因素WX:危險源因素DZ02:水文地質因素DZ05:煤層厚度變化因素因素DZ06:礦壓變化因素因素地質因素地質因素指標分解圖隱患類別評價項目紅色報警120米紅色報警允許掘進后降為黃色報警紅色報警30米數據觀測旬測120米進入斷層保護煤柱邊界(斷層落差)紅色報警地表水體120米30米紅色報警隱患類別評價項目標校周期7天瓦斯抽放系統(泵站)監(jiān)測周期7天監(jiān)測周期7天距揭煤點長度(m)數學模型監(jiān)測周期1天長度Lp(m)紅色報警高瓦斯區(qū)距高瓦斯區(qū)距離L。(m)紅色報警突出威脅區(qū)距威脅區(qū)距離L威脅(m)紅色報整突出危險區(qū)距危險區(qū)距離L危險(m)紅色報警瓦斯檢測點評價周期7天采區(qū)紅色報警一翼紅色報警紅色報整紅色報警監(jiān)測周期1天綜掘工作面(m)紅色報警炮掘工作面(m)紅色報警時間評價項目T(小時)T(小時)T(小時)T(小時)T:當前時間評價項目T(小時)T(小時)允許風速/(m/s)最低無提升設備的風井和風硐專為升降物料的井筒風橋升降人員和物料的井筒主要進、回風巷架線電機車巷道采煤工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷危險源類型預警級別評價指標參數值報警信息報警值支架末阻力=支架工作阻力(或規(guī)程值)末阻