數(shù)字礦山與礦山地質(zhì)測量信息第一頁，共133頁。一、

數(shù)字礦山的背景1.數(shù)字地球與數(shù)字礦山自美國前副總統(tǒng)戈?duì)栍?998年1月在“數(shù)字地球：21世紀(jì)如何認(rèn)識我們的星球”的演講中首次提出數(shù)字化地球的概念及其框架以來，數(shù)字化的概念和實(shí)踐陸續(xù)出現(xiàn)在各個(gè)具體的產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域中，數(shù)字化信息技術(shù)也越來越深刻地影響著人類社會的發(fā)展。戈?duì)栐谄?998年的報(bào)告中指出：數(shù)字地球是指一個(gè)以地理坐標(biāo)（經(jīng)緯網(wǎng)）為依據(jù)的、具有多分辨率海量數(shù)據(jù)的、立體顯示的地球的技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字地球是繼國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NationalInformationInfrastructure,ＮII，俗稱信息高速公路）和國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施（NSDI，俗稱地學(xué)信息高速公路）之后的又一個(gè)意義更加深遠(yuǎn)的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施。它是以地球作為研究對象的高新技術(shù)系統(tǒng)，是很多技術(shù)，尤其是信息技術(shù)的綜合，是21世紀(jì)的重大技術(shù)工程。

第二頁，共133頁。

數(shù)字化礦山是將礦山地面的、井下的、礦產(chǎn)資源開采的各種動態(tài)、靜態(tài)的信息進(jìn)行數(shù)字化、三維可視化展現(xiàn)，并且利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、空間技術(shù)、自動定位和導(dǎo)航技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控和自動化采礦。

DM是建立在數(shù)字化、信息化、虛擬化和集成化基礎(chǔ)上的，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理的管、控一體化系統(tǒng)。它綜合生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、環(huán)境、資源、安全與效益等各種因素，使企業(yè)在實(shí)施綠色采礦的條件下實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，以增強(qiáng)礦山企業(yè)在市場中的競爭能力和適應(yīng)能力，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)礦山的高度信息化、自動化與高效率。第三頁，共133頁。2.礦山空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施

地理空間數(shù)據(jù)獲取、處理、訪問、分發(fā)以及有效利用所需的技術(shù)、政策、標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集和人力資源。包括數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡(luò)體系、作為空間數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)的一系列基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)集、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)構(gòu)體系等多方面的內(nèi)容。國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)主要包括：地球空間數(shù)據(jù)框架、空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、管理與分發(fā)體系、空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)站和空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。地球空間數(shù)據(jù)框架是提供一個(gè)可以進(jìn)行精確地、始終如一地獲取、配準(zhǔn)和集成地球空間信息的基礎(chǔ)。其目標(biāo)是生產(chǎn)和使用共用的空間地理數(shù)據(jù)集，共享和開發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源以提高決策能力。第四頁，共133頁。二、

數(shù)字礦山的內(nèi)涵1.數(shù)字礦山的概念

“數(shù)字化礦山”(DigitalMine)或簡稱為“數(shù)字礦山”，是對真實(shí)礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識與數(shù)字化再現(xiàn)。數(shù)字礦山的核心是在統(tǒng)一的時(shí)間坐標(biāo)和空間框架下，科學(xué)合理地組織各類礦山信息，將海量異質(zhì)的礦山信息資源進(jìn)行全面、高效和有序的管理和整合。數(shù)字礦山的任務(wù)是在礦業(yè)信息數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代空間分析、數(shù)據(jù)采礦、知識挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和科學(xué)計(jì)算技術(shù)，為礦產(chǎn)資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安全和決策管理進(jìn)行模擬、仿真和過程分析提供新的技術(shù)平臺和強(qiáng)大工具。

第五頁，共133頁。

數(shù)字礦山是建立在數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎(chǔ)上的，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理的管控一體化系統(tǒng)，它綜合考慮生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、環(huán)境、資源、安全和效益等各種因素，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，在保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提下，達(dá)到提高其整體效益、市場競爭力和適應(yīng)能力的目的。數(shù)字礦山的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)礦山的綜合自動化。第六頁，共133頁。

我們可以從兩個(gè)層面上來理解數(shù)字礦山：一個(gè)層面是將數(shù)字礦山中的固有信息（如地表地形、井下地質(zhì)構(gòu)造與礦體、測量控制系統(tǒng)、已完成的井巷工程等）數(shù)字化，按三維坐標(biāo)組織起來一個(gè)數(shù)字礦山，全面、詳盡地刻畫礦山及礦體；另一個(gè)層面是在此基礎(chǔ)上再嵌入所有相關(guān)信息（如儲量管理、機(jī)電管理、人事管理、生產(chǎn)管理、技術(shù)管理等），組成一個(gè)意義更加廣泛的多維的數(shù)字礦山。

數(shù)字化礦山概念包含三個(gè)層次：

第七頁，共133頁。

(1)將礦山中的固本信息（即與空間位置直接有關(guān)的信息，如地形地貌

,水文地質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造、礦山地質(zhì)儲量、開拓開采方案、已完成的采礦工程等）數(shù)字化，按三維坐標(biāo)組織起來一個(gè)數(shù)字礦山，全面、詳盡地刻畫礦山的整體面貌；

(2)在礦山固本信息數(shù)字化基礎(chǔ)上，進(jìn)一步嵌入礦山開發(fā)與運(yùn)行相關(guān)信息（即空間位置間接有關(guān)的相對變動的信息，如儲量、安全、機(jī)電設(shè)備、人事、生產(chǎn)、技術(shù)、營銷等等）組成一個(gè)意義更加廣泛的多維的數(shù)字礦山。

(3)在多維數(shù)字礦山基礎(chǔ)上，融合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、管理決策技術(shù)，自動控制技術(shù)等對整個(gè)礦山的開發(fā)與運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測、規(guī)劃、計(jì)劃、組織、控制和檢測，提高礦山資源利用水平、提高礦山企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作效率，提高礦山企業(yè)安全生產(chǎn)水平、增強(qiáng)礦山企業(yè)的競爭力，使之實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。

第八頁，共133頁。“數(shù)字礦山”總體框架圖……系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新政策法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)政府部門煤礦區(qū)隊(duì)個(gè)人用戶礦山空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施各專業(yè)應(yīng)用信息系統(tǒng)用戶界面礦山信息基礎(chǔ)設(shè)施1∶5萬1∶50001∶50001∶10001∶10001∶500數(shù)字煤炭數(shù)字礦區(qū)數(shù)字礦山數(shù)碼區(qū)隊(duì)“數(shù)字城礦山”上下連接什么是數(shù)字礦山？第九頁，共133頁。2.

數(shù)字礦山的特征數(shù)字礦山是以礦山系統(tǒng)為原型，以地理坐標(biāo)為參考系，以礦山科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)、人工智能和計(jì)算科學(xué)為理論基礎(chǔ)，以高新礦山觀測和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，建立起的一系列不同層次的原型、系統(tǒng)場、物質(zhì)模型、力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型、信息模型和計(jì)算機(jī)模型并集成，可用多媒體和模擬仿真虛擬技術(shù)進(jìn)行多維的表達(dá)，同時(shí)具有高分辨率、海量數(shù)據(jù)和多種數(shù)據(jù)的融合以及空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)。第十頁，共133頁。

它是信息化、數(shù)字化的虛擬礦山，是用信息化與數(shù)字化的方法來研究和構(gòu)建的礦山，是礦山地表面之下的人類工程活動的信息全部數(shù)字化之后由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來管理的技術(shù)系統(tǒng)。通過它可以了解整個(gè)礦山系統(tǒng)所涉及的信息過程，特別是礦山系統(tǒng)多體之間信息的聯(lián)系和相互作用的規(guī)律。第十一頁，共133頁。3.

數(shù)字礦山的特性關(guān)聯(lián)性。現(xiàn)有的安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議和接入技術(shù)，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異很大，呈現(xiàn)多源性和異構(gòu)性。三維空間性由于礦山開采的對象——礦床是分布于三維地理空間礦山安全生產(chǎn)的一切過程都離不開三維空間，無論是礦層、構(gòu)造等地質(zhì)實(shí)體，還是縱橫交錯的井下巷道系統(tǒng)和各種監(jiān)測監(jiān)控信息都具有空間屬性。動態(tài)性。不僅如此，礦山生產(chǎn)活動又是始終處于一種隨時(shí)間動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)之中，所以反映其實(shí)際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔離的“信息孤島”，復(fù)雜性。隨著開采深度的加大和賦存地質(zhì)條件的惡化，使得深部煤炭開采的力學(xué)環(huán)境、巖體組織結(jié)構(gòu)、基本力學(xué)行為特征和工程響應(yīng)更為復(fù)雜。第十二頁，共133頁。4.數(shù)字礦山的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次數(shù)字礦山自下而上可分為以下七個(gè)主層次：(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。即數(shù)據(jù)獲取與存儲層。數(shù)據(jù)獲取包括利用各種技術(shù)手段獲取各種形式的數(shù)據(jù)及其預(yù)處理；數(shù)據(jù)存儲包括各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、圖形文件庫等。該層為后續(xù)各層提供部分或全部輸入數(shù)據(jù)。(2)模型層。即表述層。如空間和礦物屬性的三維和二維塊狀模型、礦區(qū)地質(zhì)模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現(xiàn)實(shí)動化模型等。該層不僅將數(shù)據(jù)加工為直觀、形象的表述形式，而且為優(yōu)化、模擬與設(shè)計(jì)提供輸入。(3)模擬與優(yōu)化層。如工藝流程模擬、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計(jì)與計(jì)劃方案優(yōu)化等。第十三頁，共133頁。第十四頁，共133頁。第十五頁，共133頁。第十六頁，共133頁。(4)設(shè)計(jì)層。即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)層。該層為把優(yōu)化解轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行方案或直接進(jìn)行方案設(shè)計(jì)提供手段。(5)執(zhí)行與控制層。如自動調(diào)度、流程參數(shù)自動監(jiān)測與控制、遠(yuǎn)程操作等。該層是生產(chǎn)方案的執(zhí)行者。(6)管理層。包括MIS與辦公自動化。(7)決策支持層。依據(jù)各種信息和以上各層提供的數(shù)據(jù)加工成果，進(jìn)行相關(guān)分析與預(yù)測，為決策者提供各個(gè)層次的決策支持。第十七頁，共133頁。按功能劃分，數(shù)字礦山包括六大類系統(tǒng)：數(shù)據(jù)獲取與管理系統(tǒng)數(shù)字開采系統(tǒng)礦區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)管理系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)其中數(shù)字開采系統(tǒng)是核心系統(tǒng)，也是效率和效益的主要創(chuàng)造者。第十八頁，共133頁。

數(shù)字化礦山建設(shè)主要以礦山地質(zhì)、資源儲量、采礦技術(shù)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、礦業(yè)公司各礦山地理信息和礦山全息數(shù)據(jù)信息、礦山安全監(jiān)測、礦山生產(chǎn)工藝監(jiān)控等項(xiàng)目為主要管控目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)公司對各礦山資源、采選生產(chǎn)工藝、安全系統(tǒng)的可查、可控、可追溯、可優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)對礦山系統(tǒng)信息的在線即時(shí)掌控，達(dá)到即時(shí)、全面、準(zhǔn)確地管控礦山的安全與生產(chǎn)經(jīng)營狀況，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的目標(biāo)。第十九頁，共133頁。5.

建設(shè)數(shù)字礦山的作用和意義

（1）改變礦山的生產(chǎn)方式，在礦山設(shè)計(jì)、施工、開采、安全、管理、教育、可持續(xù)發(fā)展、土地利用規(guī)劃以及科學(xué)決策等方面產(chǎn)生廣闊的社會和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)大型產(chǎn)業(yè)的增長，提供更多的產(chǎn)業(yè)機(jī)會、安全監(jiān)測及決策管理服務(wù)等；

（2）為礦山科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動力。使礦山規(guī)劃管理具有更高的效率、更豐富的表現(xiàn)手法、更多的信息量、更高的分析能力和準(zhǔn)確性，從而提高礦山生產(chǎn)和管理的時(shí)效性、有效性、資源優(yōu)化配置水平、綜合實(shí)力，促進(jìn)礦山的可持續(xù)發(fā)展，在有準(zhǔn)確坐標(biāo)、時(shí)間和對象屬性的多維虛擬環(huán)境中進(jìn)行規(guī)劃、決策和管理，在處理礦山復(fù)雜系統(tǒng)問題時(shí)幫助人們更好地建立直觀感和全局觀念。

對于采礦業(yè)來說,要走科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路,數(shù)字化、信息化是其發(fā)展的必然趨勢。第二十頁，共133頁。三、感知礦山---物聯(lián)網(wǎng)1.物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把需要聯(lián)網(wǎng)的物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展應(yīng)用。

這個(gè)概念不特意指明國際互聯(lián)網(wǎng)，明確提出是需要聯(lián)網(wǎng)的物體，同時(shí)強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的延伸和擴(kuò)展應(yīng)用。這就非常清楚地將行業(yè)應(yīng)用涵蓋在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，更為適合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要就是依據(jù)這個(gè)概念來進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃的。第二十一頁，共133頁。2.感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的概念及目標(biāo)

作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，“感知礦山”是通過各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智慧化。

其總體目標(biāo)是：將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計(jì)算、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代信息管理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密相結(jié)合，構(gòu)成礦山中人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程。以高效、安全、綠色開采為目標(biāo)，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。第二十二頁，共133頁。第二十三頁，共133頁。3、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的全面感知礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)感知礦山建設(shè)的核心問題----三個(gè)感知為保障礦山的安全生產(chǎn)，感知礦山是在實(shí)現(xiàn)綜合自動化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三個(gè)感知。即：感知礦工周圍安全環(huán)境，實(shí)現(xiàn)主動式安全保障；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修；感知礦山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報(bào)。第二十四頁，共133頁。

感知礦山建設(shè)應(yīng)以三個(gè)感知為重點(diǎn)突破點(diǎn)，對煤礦安全信息感知采集技術(shù)、煤礦信息融合、識別與協(xié)同技術(shù)、煤礦傳感網(wǎng)控制技術(shù)、煤礦傳感網(wǎng)絡(luò)安全生產(chǎn)、預(yù)警、災(zāi)后重構(gòu)再生技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)開展研究，形成完備的基于自有技術(shù)的礦山物聯(lián)網(wǎng)體系。

礦山災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域和時(shí)間均具有未知性，并且礦山處于動態(tài)開采過程中，要感知這些災(zāi)害產(chǎn)生的前兆信息，只能采用符合礦山生產(chǎn)特點(diǎn)的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式、可移動、自組網(wǎng)的信息采集方式。需要研究礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建動態(tài)的感知煤礦災(zāi)害狀況、感知設(shè)備健康狀態(tài)、感知人員安全環(huán)境等信息感知與處理平臺。

第二十五頁，共133頁。第二十六頁，共133頁。

感知與控制層

根據(jù)煤礦作業(yè)的特點(diǎn)，本層由兩層網(wǎng)絡(luò)組成，骨干傳輸網(wǎng)和感知層網(wǎng)絡(luò)。

（1）骨干網(wǎng)功能與要求：骨干網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)化的煤礦監(jiān)測與控制系統(tǒng)、語音信號及視頻信號傳輸與管理提供了信息高速公路。在此網(wǎng)絡(luò)上建立了一個(gè)基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的多子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)和多路工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，在調(diào)度指揮控制中心監(jiān)控煤礦井上、下安全生產(chǎn)全過程，并通過網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)矫旱V各科室和局調(diào)度中心。

骨干傳輸網(wǎng)與礦山綜合自動化骨干傳輸網(wǎng)基本相同，使用防爆1000M工業(yè)以太網(wǎng)。第二十七頁，共133頁。

（2）感知網(wǎng)功能與要求：主要是無線網(wǎng)絡(luò)。礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)與安全管理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息均需要移動的感知。第二十八頁，共133頁。

信息集成與MES層

信息集成與MES層由兩大部分組成，一是信息集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)，互為冗余的I/O服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群。

另一部分是在信息集成基礎(chǔ)上的MES（ManufacturingExecutionSystem），包括在調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)上，設(shè)計(jì)多臺操作員站，操作員站完成對子系統(tǒng)的監(jiān)控：如綜采工作面監(jiān)控子系統(tǒng)、主運(yùn)輸集控子系統(tǒng)、地面供電監(jiān)控子系統(tǒng)、井下供電監(jiān)控子系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控子系統(tǒng)、安全監(jiān)控子系統(tǒng)等各種子系統(tǒng)的監(jiān)控。第二十九頁，共133頁。

管理決策與應(yīng)用層

管理決策與應(yīng)用層主要是各種軟件應(yīng)用模塊。礦山及相關(guān)現(xiàn)象的信息在中間層得到提升后，目的是為了利用這些信息去動態(tài)詳盡地描述與控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程。

管理決策層的各種軟件應(yīng)用模塊就是這種目的的具體體現(xiàn)。根據(jù)礦山的具體應(yīng)用不同，這些模塊是可增減的。通過企業(yè)Intranet網(wǎng)絡(luò)，礦山各個(gè)職能部分可實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。如：礦山安全生產(chǎn)評價(jià)與監(jiān)管；煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治；煤礦供應(yīng)鏈管理；大型設(shè)備故障診斷；礦山資源環(huán)境控制及評價(jià)等。第三十頁，共133頁。第三十一頁，共133頁。4.礦山物聯(lián)網(wǎng)的基本功能

（1）按時(shí)間、空間區(qū)間查詢安全生產(chǎn)狀況

讓用戶快速從礦井三維GIS中了解當(dāng)前礦井安全生產(chǎn)的總體狀況。能通過三維視圖直觀地了解礦井的生產(chǎn)狀態(tài)（各回采工作面的位置、各掘進(jìn)工作面的位置），并能按時(shí)間區(qū)間查詢過去任一時(shí)期礦井的總體狀況。

系統(tǒng)可以三維顯示礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)（通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、安全線路、排水、供電系統(tǒng)）的線路及其運(yùn)行方向，例如，通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)方向及路線。

（2）調(diào)度指揮信息可視化

三維礦圖與礦井井下的實(shí)際場景一致，安全監(jiān)測的測點(diǎn)及設(shè)備直接在三維礦井視圖中標(biāo)出，并且隨生產(chǎn)的發(fā)展，自動更新采掘工程三維圖形。因此，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測與生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)、動態(tài)顯示，非常適合安全生產(chǎn)的調(diào)度指揮。第三十二頁，共133頁。第三十三頁，共133頁。第三十四頁，共133頁。第三十五頁，共133頁。第三十六頁，共133頁。第三十七頁，共133頁。（3）煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理

安全生產(chǎn)管理決策系統(tǒng)整合煤礦安全生產(chǎn)各類信息、數(shù)據(jù)資源以及已有的業(yè)務(wù)應(yīng)用，形成一個(gè)統(tǒng)一的安全生產(chǎn)管理為主的門戶系統(tǒng)。平臺提供可視化信息應(yīng)用門戶、數(shù)據(jù)共享與交換集成平臺、地理信息支撐平臺、智能數(shù)據(jù)分析引擎、工業(yè)組態(tài)軟件系統(tǒng)等低層技術(shù)支持，基于平臺構(gòu)建的各子系統(tǒng)建設(shè)遵循數(shù)據(jù)規(guī)范、業(yè)務(wù)規(guī)范、技術(shù)規(guī)范和接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)融合、共享和交換，實(shí)現(xiàn)自動化與信息化，生產(chǎn)層面與管理層面的聯(lián)合數(shù)據(jù)分析。

包括生產(chǎn)調(diào)度管理，煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理，煤礦供應(yīng)鏈管理，設(shè)備材料管理等。第三十八頁，共133頁。第三十九頁，共133頁。第四十頁，共133頁。（4）無人(或少人)工作面監(jiān)控

煤礦工作面主要有掘進(jìn)工作面和采煤工作面。

掘進(jìn)工作面：掘進(jìn)工作面是事故多發(fā)區(qū)域，主要有壓力、透水、瓦斯等災(zāi)害源。設(shè)備主要有掘進(jìn)機(jī)、局扇、運(yùn)輸皮帶等。由于通風(fēng)條件差、支護(hù)不及時(shí)、小構(gòu)造情況不明等原因，需要利用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，隨時(shí)為掘進(jìn)工作面提供各種安全信息保障，實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)工作面設(shè)備的自動控制與監(jiān)測，有效減少掘進(jìn)工作面作業(yè)人員，提高安全水平。

采煤工作面（以機(jī)采為前提）：采煤工作面是生產(chǎn)煤的重要場所，主要設(shè)備有采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等。工作面順槽設(shè)備主要有泵站、移動變電站、組合開關(guān)或負(fù)荷中心等。第四十一頁，共133頁。要求實(shí)現(xiàn)：（1）在線監(jiān)測工作面設(shè)備工況及故障并傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心，監(jiān)測的內(nèi)容包括：監(jiān)測采煤機(jī)的電機(jī)電流、電機(jī)溫度、缺水信息；監(jiān)測液壓支架的工作狀況；監(jiān)測泵站、負(fù)荷中心的工作狀態(tài)、參數(shù)、故障信息；監(jiān)測刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)；監(jiān)測被控電機(jī)工作電壓，電流，溫度，啟動狀態(tài)，故障狀態(tài)移動變電站信息、組合開關(guān)信息。（2）希望條件具備時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對泵站、液壓支架移架的遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程啟動與停車。

第四十二頁，共133頁。（3）更進(jìn)一步，通過感知礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)煤層、頂?shù)装宓年P(guān)系，建立擬人化控制模型，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)工作面各種設(shè)備的聯(lián)動控制。通過對煤礦井下采煤裝備的遠(yuǎn)程定位、煤巖識別、大型設(shè)備姿態(tài)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)工作面的遠(yuǎn)程遙控開采，提高礦山安全性。（4）在監(jiān)測基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立采掘設(shè)備健康數(shù)據(jù)庫和健康狀況識別、決策模型。

通過這些技術(shù)，實(shí)現(xiàn)盡可能的自動控制或順槽遙控，逐步減少采煤工作面作業(yè)人員，爭取實(shí)現(xiàn)無人工作面。第四十三頁，共133頁。

實(shí)例：新集集團(tuán)劉莊煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)是公司進(jìn)行全面感知礦山建設(shè)的初次嘗試，在很多方面取得了重大突破。劉莊煤礦自動化建設(shè)通過工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、OPC以及其它開放性通訊技術(shù)的應(yīng)用，在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺上實(shí)現(xiàn)了對礦井供電、提升、通風(fēng)、排水、運(yùn)輸、采煤工作面、選煤廠監(jiān)控、人員定位、環(huán)境監(jiān)測、GIS系統(tǒng)等24類60余個(gè)子系統(tǒng)的信息集成。第四十四頁，共133頁。綜合傳輸平臺網(wǎng)絡(luò)建設(shè)安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)井下排水自動控制系統(tǒng)中央回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯抽放站監(jiān)控系統(tǒng)注氮防滅火系統(tǒng)束管檢測系統(tǒng)建設(shè)采煤工作面自動化系統(tǒng)井下膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主井自動化提升系統(tǒng)副井自動化提升系統(tǒng)矸石井自動化提升選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)井下降溫監(jiān)控系統(tǒng)自動化給水系統(tǒng)礦井自動化水處理系統(tǒng)壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)地面排矸及矸石山監(jiān)控系統(tǒng)礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)礦用井下移動目標(biāo)安全監(jiān)測系統(tǒng)自動裝車系統(tǒng)工業(yè)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)煤礦指令電話調(diào)度系統(tǒng)工業(yè)自動化軟件大屏幕投影顯示系統(tǒng)劉莊煤礦綜合自動化控制子系統(tǒng)劉莊煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)的部分子系統(tǒng)第四十五頁，共133頁。第四十六頁，共133頁。

劉莊煤礦當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)對主井提升控系統(tǒng)、矸石井提升系統(tǒng)、中央水泵房、110KV變電所、壓風(fēng)機(jī)、井下所有主要運(yùn)輸膠帶機(jī)、通風(fēng)機(jī)、工作面系統(tǒng)（包括泵站、工作面三機(jī)、液壓支架）、集中制冷系統(tǒng)等在監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制操作，實(shí)現(xiàn)了上述車間硐室設(shè)備運(yùn)行操作的現(xiàn)場無人化。同時(shí)，利用Web門戶技術(shù)實(shí)現(xiàn)了礦井自動化監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面的Web發(fā)布，使相關(guān)人員可以在辦公室通過Web瀏覽實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況。第四十七頁，共133頁。第四十八頁，共133頁。第四十九頁，共133頁。第五十頁，共133頁。第五十一頁，共133頁。第五十二頁，共133頁。第五十三頁，共133頁。第五十四頁，共133頁。第五十五頁，共133頁。第五十六頁，共133頁。第五十七頁，共133頁。第五十八頁，共133頁。第五十九頁，共133頁。第六十頁，共133頁。第六十一頁，共133頁。劉莊煤礦自動化建設(shè)體系層次第六十二頁，共133頁。劉莊煤礦自動化建設(shè)體系架構(gòu)第六十三頁，共133頁。公司總部山南集控中心第六十四頁，共133頁。

四.從數(shù)字礦山到智慧礦山

數(shù)字礦山

+物聯(lián)網(wǎng)=智慧礦山

云計(jì)算

智慧傳感網(wǎng)智慧控制網(wǎng)智慧安全網(wǎng)SeeeverythingOnWeb(CyberSpace)DoeverythingOnWeb(CyberphysicSpace)第六十五頁，共133頁。

從數(shù)字地球到智慧地球

2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會議”，作為僅有的兩名代表之一，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”（SmartEarth）這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。

2009年8月7日，溫家寶總理在無錫考察時(shí)指出，傳感網(wǎng)是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了物與物的互聯(lián)而被稱作“物聯(lián)網(wǎng)”物聯(lián)網(wǎng)，將與水、電、氣、路一樣，成為地球上的一類新的基礎(chǔ)設(shè)施

。第六十六頁，共133頁。

智慧礦山的特征

“智慧礦山”面向應(yīng)用和服務(wù)

智慧礦山與物理世界融為一體(人和物

都有IP)智慧礦山能實(shí)現(xiàn)自主組網(wǎng)和自維護(hù)

“智慧礦山”包含礦山物聯(lián)網(wǎng)

11234全面感知，即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時(shí)隨地獲取物體的信息；可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去；智能處理，利用云計(jì)算，模糊識別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對物體實(shí)施智能化的控制

第六十七頁，共133頁。云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源（包括計(jì)算能力、存儲能力、交互能力等）是動態(tài)、可伸縮、被虛擬化的，而且以服務(wù)的方式提供。云計(jì)算支撐信息服務(wù)

社會化、集約化和專業(yè)化68什么是云計(jì)算?第六十八頁，共133頁。社會化、集約化和專業(yè)化的云計(jì)算中心通過軟件的重用和柔性重組，進(jìn)行服務(wù)流程的優(yōu)化與重構(gòu)，提高利用率。云計(jì)算促進(jìn)了軟件開發(fā)商之間的資源聚合、信息共享和協(xié)同工作，形成面向服務(wù)的計(jì)算，為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的軟件工程開辟了新的道路。第六十九頁，共133頁。應(yīng)用層基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)層：Internet網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、3G等移動通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐層：無線傳感網(wǎng)、P2P網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備層：傳感器節(jié)點(diǎn)、射頻標(biāo)簽、手機(jī)、個(gè)人電腦、PDA、礦山機(jī)械、監(jiān)控探頭

智慧礦山以ＩＰ地址整合信息和物質(zhì)資源實(shí)現(xiàn)了“秀才不出門，能作天下事”智慧礦山架構(gòu)

第七十頁，共133頁。AllIPN/W802.16e移動式應(yīng)用HotSpot(Airport,Campus)WLAN/802.16e固定式應(yīng)用AccessGatewaySoftSwitchWirelineAd-hocN/WFramework

ServerOtherService

CapabilityServersOPENAPIApplicationServer

井上下整體覆蓋:礦山局域網(wǎng)絡(luò)第七十一頁，共133頁。五、數(shù)字礦山建設(shè)幾個(gè)主要內(nèi)容1.

礦床可視化、數(shù)字化

礦產(chǎn)資源是礦山企業(yè)的加工對象，是礦山一切工作的基礎(chǔ)。礦山只有全面掌握加工對象的形態(tài)、數(shù)量、質(zhì)量等信息，才能安全、高效的組織生產(chǎn)。因此，建立數(shù)字化礦山，必須首先實(shí)現(xiàn)礦床的數(shù)字化、可視化。

建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫與礦床地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)礦山地形地物、開拓及采掘工程系統(tǒng)、礦體、巖體、構(gòu)造等地質(zhì)體及地質(zhì)現(xiàn)象的三維動態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)礦石儲量品位按不同礦石自然類型、不同品級、不同空間分割塊段的自動化計(jì)算，逐步實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)、測量工作及礦石資源的計(jì)算機(jī)動態(tài)實(shí)時(shí)管理。第七十二頁，共133頁。礦床模型建立(1)利用礦山地質(zhì)勘查的鉆探、坑探及物化探原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)化計(jì)算機(jī)處理，建立原始地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫，作為礦床地質(zhì)模型建立的基礎(chǔ);(2)利用礦山地表地形地物及井下采礦系統(tǒng)工程原始數(shù)據(jù)、礦山的各種剖面圖和平面圖，建立測量數(shù)據(jù)庫、地表地形地物及井下采礦系統(tǒng)工程實(shí)體模型；(3)利用礦業(yè)軟件，建立礦床模型，計(jì)算不同塊段的儲量、品位，建立礦體的三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)礦體的三維顯示及屬性查詢；(4)根據(jù)不同的工業(yè)指標(biāo)（工業(yè)品位、邊界品位），計(jì)算不同塊段的保有儲量和金屬量,為市場經(jīng)濟(jì)條件下礦山經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化創(chuàng)造條件；(5)根據(jù)已知礦體空間模型及其展布趨勢，并結(jié)合礦區(qū)地層、巖性、構(gòu)造等主要控礦因素，進(jìn)一步分析和總結(jié)成礦規(guī)律，進(jìn)行礦床深部及邊部地質(zhì)找礦靶區(qū)預(yù)測和圈定。第七十三頁，共133頁。2.

數(shù)字礦山建模與GIS平臺開發(fā)

主要構(gòu)建礦山從歷史到現(xiàn)狀的地形、地質(zhì)、工程模型，滿足實(shí)際使用的要求，這是數(shù)字礦山建設(shè)的基礎(chǔ)階段。礦山生產(chǎn)對象是埋藏在地下的礦體，還有影響開采的圍巖和地質(zhì)構(gòu)造，用真三維軟件工具將這些對象表達(dá)出來，可以為后續(xù)的地質(zhì)、測量、采礦、計(jì)劃等工作提供了基礎(chǔ)。具體的主要工作內(nèi)容包括：（1）礦山地、測、采資料；①鉆孔數(shù)據(jù)以及探槽數(shù)據(jù)鉆孔開口位置數(shù)據(jù)測斜數(shù)據(jù)礦山鉆孔樣品分析數(shù)據(jù)地質(zhì)巖性分析數(shù)據(jù)

第七十四頁，共133頁。②井巷工程數(shù)據(jù)

井巷工程數(shù)據(jù)主要為礦山開拓系統(tǒng)布置圖，即為所要建模的中段平面圖，及各種巷道斷面尺寸。

③地表測量數(shù)據(jù)

④平剖面圖

（2）礦山現(xiàn)有各種資料的數(shù)字化

礦區(qū)地形圖、及地質(zhì)勘探平剖面圖和地質(zhì)勘探鉆孔信息的數(shù)字化；鉆探、生產(chǎn)勘探資料（報(bào)告和圖紙）的數(shù)字化；露天坑現(xiàn)狀實(shí)測資料的數(shù)字化。第七十五頁，共133頁。（2）采礦部分

以地質(zhì)及礦床模型為基礎(chǔ)，結(jié)合其它關(guān)鍵信息構(gòu)造虛擬礦山，進(jìn)行數(shù)字模擬開采，完成礦山長、中、短期開采計(jì)劃編制、露天礦穿爆設(shè)計(jì)、地下礦巷道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)、峒室設(shè)計(jì)、開拓設(shè)計(jì)、采礦方法設(shè)計(jì)、穿爆設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、災(zāi)變應(yīng)變預(yù)案等工作。以優(yōu)化開采為目標(biāo)，因此系統(tǒng)對礦山開采能否充分的利用資源、減少礦石的損失率和貧化率、以及取得最大效益都具有重要意義。第七十六頁，共133頁。3.

生產(chǎn)過程自動化、數(shù)字化

礦山企業(yè)生產(chǎn)過程的自動化、數(shù)字化不同于一般的制造企業(yè)，特別是分布于不同中段的采掘生產(chǎn)，由于作業(yè)地點(diǎn)分散、作業(yè)過程不連續(xù)、作業(yè)條件惡劣等原因，完全實(shí)現(xiàn)自動化、數(shù)字化難度較大。因此，需要借鑒冶金、有色、煤炭等國內(nèi)外礦山的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)劃。

生產(chǎn)過程的自動化、數(shù)字化主要內(nèi)容包括：提升系統(tǒng)自動化、充填系統(tǒng)自動化、選礦系統(tǒng)自動化、運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動化（通風(fēng)系統(tǒng)自動化、排水自動化、配電自動化、供風(fēng)自動化）、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)管自動化（井下人員跟蹤定位、井下移動通訊系統(tǒng)、機(jī)車信集閉系統(tǒng)、溜井檢測自動化）等六個(gè)方面的內(nèi)容。第七十七頁，共133頁。4.礦圖與數(shù)字礦山-手工繪制礦圖與計(jì)算機(jī)繪制礦圖.-地質(zhì)測量信息系統(tǒng)—礦山基本信息與地理空間框架.-多種信息的集成與智能化.礦圖地質(zhì)測量信息系統(tǒng)數(shù)字礦山第七十八頁，共133頁。第七十九頁，共133頁。系統(tǒng)功能模塊系統(tǒng)功能模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊圖形處理模塊礦山信息管理模塊礦山預(yù)警和預(yù)測模塊文本數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖形編輯模塊新建圖形模塊儲量管理礦山開采現(xiàn)狀管理礦山基本信息管理空間分析與決策支持報(bào)表臺帳管理違法違規(guī)開采預(yù)警土地塌陷預(yù)測第八十頁，共133頁。第八十一頁，共133頁。第八十二頁，共133頁。第八十三頁，共133頁。第八十四頁，共133頁。第八十五頁，共133頁。第八十六頁，共133頁。第八十七頁，共133頁。第八十八頁，共133頁。六、建設(shè)數(shù)字礦山技術(shù)支撐建設(shè)數(shù)字礦山所需的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面信息高速公路和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)代采礦技術(shù)WebGIS/Cyber

GIS技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)地理信息系統(tǒng)技術(shù)分布式數(shù)據(jù)庫管理與網(wǎng)格計(jì)算\云計(jì)算技術(shù)第八十九頁，共133頁。1.系統(tǒng)開發(fā)1)礦山數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)：針對礦山信息的“五性四多”(復(fù)雜性、海量性、異質(zhì)性、不確定性和動態(tài)性，多源、多精度、多時(shí)相和多尺度)特點(diǎn)，為統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)，必須研究一種新型的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，包括礦山數(shù)據(jù)組織、分類編碼、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、高效檢索、快速更新與分布式管理等;2)礦山數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)：由于礦山空間信息的上述特點(diǎn)，為了從礦山數(shù)據(jù)庫中快速提取專題信息、發(fā)掘隱含規(guī)律、認(rèn)識未知現(xiàn)象和進(jìn)行時(shí)空發(fā)展預(yù)測等，必須研究一種高效、智能、透明、符合礦山思維、基于專家知識的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù);3)真3DGM與可視化技術(shù)：只有集鉆孔、物探、測量、轉(zhuǎn)感等數(shù)據(jù)與一體進(jìn)行真3D地學(xué)模擬，并實(shí)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)維護(hù)(局部快速更新、細(xì)化、修改、補(bǔ)充等)，才能對地層環(huán)境、礦山實(shí)體、采礦活動、采礦影響等進(jìn)行真實(shí)的、實(shí)時(shí)的3D可視化再現(xiàn)、模擬與分析;第九十頁，共133頁。4)礦山3D拓?fù)浼夹g(shù)：礦山信息的拓?fù)洳樵儭⒎治雠c應(yīng)用及許多采礦安全顧問的模擬、分析與預(yù)測等，均以礦山3D實(shí)體的屬性、幾何與拓?fù)鋽?shù)據(jù)的統(tǒng)一組織為基礎(chǔ)，因此，必須立足礦山3D數(shù)據(jù)的矢柵成，解決礦山3D拓?fù)涿枋觥⒈磉_(dá)、組織與維護(hù)這一技術(shù)難題;5)應(yīng)用軟件與相應(yīng)模型：礦山信息的分析與應(yīng)用，礦山生產(chǎn)的評估與監(jiān)控，礦山工程的模擬與決策等，均以各類應(yīng)用軟件與相關(guān)模型為工具，必須研制為滿足不同要求、提供不同服務(wù)的多品種、多型號、多功能、組件式“車輛”;6)地下快速定位于自動導(dǎo)航技術(shù)：在衛(wèi)星信號不能到達(dá)的地下礦井，除傳統(tǒng)的陀螺定向與初露端倪的影像匹配之外，尚沒有滿足礦山工程精度與作業(yè)速度要求的地下快速定位與自動導(dǎo)航的理論、技術(shù)與儀器;第九十一頁，共133頁。7)井下多媒體通訊與無線傳輸技術(shù)：在礦井通信方面，除寬帶網(wǎng)絡(luò)之外，如何快速、準(zhǔn)確、完整、清晰、實(shí)時(shí)地采集與傳輸?shù)V山井下各類環(huán)境指標(biāo)、設(shè)備工況、人員信息、作業(yè)參數(shù)與調(diào)度指令，并以多媒體的形式進(jìn)行地面-井下雙向、無線傳輸，是有待研究解決的關(guān)鍵技術(shù);8)智能采礦機(jī)器人“班組”技術(shù)：在礦山自動化方面，要突破過去關(guān)于采礦機(jī)器人的個(gè)體“人”的概念，要從整體采礦設(shè)備整體與全作業(yè)流程的自動控制、協(xié)調(diào)、適應(yīng)、保護(hù)、調(diào)整、修復(fù)甚至再生的角度去理解、研究和設(shè)計(jì)新一代智能化采礦機(jī)器人“班組”;礦山GIS、OA、CDS三位一體技術(shù)：為實(shí)現(xiàn)全礦山、全過程、全周期的數(shù)字化管理、作業(yè)、指揮與調(diào)度，必須基于礦山GIS對礦山信息的統(tǒng)一管理與可視化表達(dá)，無縫集成自動化辦公(OA)和指揮調(diào)度系統(tǒng)(CDS)，真正做到數(shù)據(jù)融合、流程匹配與組織協(xié)調(diào)。第九十二頁，共133頁。礦床開采規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)礦床建模及可視化技術(shù)規(guī)劃和設(shè)計(jì)CAD礦巖場數(shù)值分析及可視化技術(shù)第九十三頁，共133頁。決策支持與管理技術(shù)傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)方法安全培訓(xùn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)水、火等災(zāi)害的仿真技術(shù)應(yīng)急救援的GIS技術(shù)第九十四頁，共133頁。工程決策支持模型工程表征模型：礦巖空間和屬性的三維和二維塊狀模型、礦區(qū)地質(zhì)模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現(xiàn)實(shí)模型等示例：礦床建模技術(shù)、地礦工程三維可視化及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)第九十五頁，共133頁。工程仿真模型：工藝流程模擬、圍巖力場計(jì)算、水文地質(zhì)仿真、井下氣流分析示例：井下圍巖力場仿真及可視化技術(shù)與系統(tǒng)（FLAC、ANSYS）第九十六頁，共133頁。規(guī)劃設(shè)計(jì)模型：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD，把優(yōu)化解決方案轉(zhuǎn)化為工程實(shí)施依據(jù)示例：AutoCAD、SURPAC、Datamine第九十七頁，共133頁。智能決策支持系統(tǒng)框架決策支持系統(tǒng)第九十八頁，共133頁。數(shù)字礦山?jīng)Q策支持技術(shù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（CPM）：井巷掘進(jìn)工程進(jìn)度與資源優(yōu)化離散事件模擬（DES）：井工或露天礦運(yùn)輸工藝系統(tǒng)、設(shè)備選型與匹配優(yōu)化概率及隨機(jī)過程理論：地質(zhì)勘查及找礦鉆孔布局優(yōu)化模型第九十九頁，共133頁。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和支持向量機(jī)（SVM）：品位及儲量評估圖論、動態(tài)規(guī)劃、線性規(guī)劃：礦山開采計(jì)劃、配礦和露天礦境界優(yōu)化模型專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：礦山開拓運(yùn)輸方式選擇、采礦方法選擇、爆破參數(shù)選擇、礦巖工程特性分級第一百頁，共133頁。分形幾何（FractalGeometry）模型：礦巖破碎、巖體節(jié)理及穩(wěn)定性分析和粉塵運(yùn)動規(guī)律模擬有限元（FE）、邊界元（BE）、離散元（DE）、有限差分（FD/FLAC）模型及其耦合模型：礦山巖體工程（巷道圍巖和露天邊坡）力場分析第一百零一頁，共133頁。系統(tǒng)動力學(xué)（SD）：礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展投入產(chǎn)出（Input-Output）：能源規(guī)劃和礦山企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析經(jīng)濟(jì)計(jì)量（Econometrics）：礦產(chǎn)市場及價(jià)格分析能值分析（

EmergyAnalysis）：礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)第一百零二頁，共133頁。七、數(shù)字礦山主要功能第一百零三頁，共133頁。第一百零四頁，共133頁。1.視頻監(jiān)控?cái)?shù)字化

在生產(chǎn)關(guān)鍵部位安裝不同類型的視頻采集設(shè)備，在不同的地點(diǎn)設(shè)置視頻監(jiān)控分站還和總站。視頻信號根據(jù)不同需求，分別在不同的地點(diǎn)顯示，或同時(shí)在不同地點(diǎn)顯示。

視頻監(jiān)控總站設(shè)在生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，安裝矩陣切換主機(jī)、由DLP大屏幕與常規(guī)監(jiān)視器組成的電視墻，可靈活的進(jìn)行畫面的切換、分割、放大、縮小。

高性能的數(shù)字錄像設(shè)備除了進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的實(shí)時(shí)錄像外，同時(shí)將視頻信號數(shù)字化后發(fā)布到局域網(wǎng)上，授權(quán)用戶，甚至包括遠(yuǎn)程、異地的用戶均可在自己的計(jì)算機(jī)上，隨時(shí)查看所需要的視頻信息。第一百零五頁，共133頁。2.

安全監(jiān)管數(shù)字化安全監(jiān)管數(shù)字化系統(tǒng)包括井下人員跟蹤定位系統(tǒng)、井下移動通訊系統(tǒng)、井下機(jī)車信集閉系統(tǒng)、溜井檢測自動化系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，形成井下安全監(jiān)管的數(shù)字化。（1）井下人員跟蹤定位利用射頻感應(yīng)裝置和GIS技術(shù)，建立井下人員跟蹤定位系統(tǒng)，完成井下人員的考勤和清點(diǎn)，隨時(shí)掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，監(jiān)視每一個(gè)井下人員的活動軌跡，隨時(shí)監(jiān)督他們的工作情況，識別每個(gè)人的活動狀態(tài)。一旦出現(xiàn)事故，決策者可以迅速做出指示，以最快的速度針對性的采取救護(hù)。根據(jù)金屬礦山的特點(diǎn)，人員進(jìn)入采場后跟蹤定位較為困難。為了減少投資和便于管理，人員跟蹤定位可以做到運(yùn)輸大巷、分段巷、斜坡道，能夠?qū)崟r(shí)掌握井下人員的所處區(qū)段和大致去向。第一百零六頁，共133頁。（2）井下移動通訊

在井下主要運(yùn)輸巷道、聯(lián)絡(luò)巷、存在時(shí)間較長的工作面、運(yùn)輸巷，布設(shè)泄漏電纜，進(jìn)行井下移動通訊，保證工作人員同外界的聯(lián)系。

多年來，井下移動通訊一直是一個(gè)老大難問題，一個(gè)人無論是工人還是領(lǐng)導(dǎo)者，到了井下工作面后，他同外界的聯(lián)系就中斷了。目前，泄漏通訊技術(shù)的發(fā)展基本上解決了這一問題，在國外地下開采礦山得到了廣泛應(yīng)用。

泄漏通訊由基站、雙向放大器、漏泄電纜、手持機(jī)、車載臺等組成，具有通話快捷、方便、不間斷，通話可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別是在檢修、搶險(xiǎn)中更能體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。第一百零七頁，共133頁。3.

生產(chǎn)經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化的基本功能以成本分析與控制為核心以安全管理和提高管理效率為基本目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃。主要包括全面預(yù)算管理、材料消耗管理、人力資源管理、全員目標(biāo)管理、成本分析控制以及化驗(yàn)管理、能源計(jì)量信息管理、安全信息管理、協(xié)同辦公等幾個(gè)方面的內(nèi)容。1）.

全面預(yù)算管理全面預(yù)算管理主要對股份公司下達(dá)的年度計(jì)劃對經(jīng)營、投資、現(xiàn)金流的預(yù)算進(jìn)行全面預(yù)算，實(shí)現(xiàn)資源分配、考核和全過程控制，明確責(zé)任單位和責(zé)任人，使預(yù)算具有可操作性，保證各期預(yù)算的順利完成。.2）

物料消耗管理目前，礦山所需要的物資、設(shè)備備件統(tǒng)一由物資公司采購。因此，礦山只做好材料發(fā)放與消耗的統(tǒng)計(jì)工作，為成本核算提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的材料消耗數(shù)據(jù)。3）人力資源管理規(guī)范人力資源管理業(yè)務(wù)流程,從崗位、薪酬、到培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)管理工作的系第一百零八頁，共133頁。4

)成本分析控制成本分析核算以礦石綜合成本為主線，按單位分別計(jì)算采礦、掘進(jìn)、充填、提升、排水、通風(fēng)、運(yùn)輸、碎礦、磨浮、氰化、污水處理等作業(yè)成本。對輔助作業(yè)，則按受益情況分?jǐn)偟礁鲉挝弧Ｔ谏a(chǎn)過程數(shù)字化系統(tǒng)和材料消耗管理系統(tǒng)的輔助下，由直接材料和動力構(gòu)成的成本核算可細(xì)化到按天計(jì)算，為成本的事前控制提供決策依據(jù)。采用因素分析、構(gòu)成分析、比較分析等方法對各成本項(xiàng)目進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題能夠直接查出原因。第一百零九頁，共133頁。4.

信息綜合服務(wù)平臺利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析和建立模型的能力，為各層次的決策者提供相應(yīng)的決策支持信息是建立數(shù)字化礦山的主要目的之一。為了便于各級領(lǐng)導(dǎo)領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)人員隨時(shí)了解礦山的山產(chǎn)經(jīng)營情況，必須認(rèn)真設(shè)計(jì)規(guī)劃信息綜合服務(wù)平臺，采取嚴(yán)格的保密措施，設(shè)定不同的查詢權(quán)限，為不同層次的人員提供信息查詢服務(wù)。第一百一十頁，共133頁。第一百一十一頁，共133頁。5.三維地質(zhì)測量系統(tǒng)：地質(zhì)測量信息管理、各種數(shù)字礦圖動態(tài)生成、編輯與輸出、三維數(shù)字礦圖建立與顯示，煤炭儲量計(jì)算等6.瓦斯災(zāi)害綜合預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)：基于數(shù)字地質(zhì)和瓦斯地質(zhì)的煤層瓦斯綜合預(yù)測、分源預(yù)測技術(shù)，提供直觀的