数字矿山

数字化矿山研讨
三一重装矿业自动化事业部 院 长:李 勇
工程师:姚立权
2007 年 9 月
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目录 一、数字化矿山概念说明与应用意义 二、系统总体功能分析与说明 三、构建数字矿山的关键技术 四、总结
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第一章
1.1.1 发展背景
数字化矿山概念说明与应用意义
1.1 数字化概念解析
进入 21 世纪以来，以信息技术为代表的技术革命迅猛发展，信息或者知识 已成为当今社会发展的动力和经济发展的基础。 “数字矿山”作为信息时代的必 然产物，愈来愈在矿业开发、加工与利用过程中发挥出巨大作用。矿业活动具有 三维空间特征和动态特征， 特别是复杂的地质现象，需要真三维才能对其作出定 量化表达和逼真的描绘， 才有助于更好地理解矿体的空间信息及矿体与地表地形 之间的空间位置关系， 提高空间分析功能。 因此“数字矿山”应具有三维实体(数 据体)的实时显示、 虚拟井下和地面生产活动实景的功能， 三维可视化是当前“数 字矿山”理论及其技术研究领域的关键所在。 1998 年 1 月 31 日，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心所做的‘数字地 球—认识 21 世纪我们这颗星球”的讲演中指出:“我们需要一个‘数字地球’， 即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示，可以在其上 添加许多与我们所处的星球有关的数据。”这引起了世界范围的强烈反响，也引 起了我国国家领导人的高度重视。江泽民主席于 1998 年 6 月 1 日在中国科学院 第九次院士大会和中国工程院第四次院士大会上也提到了“数字中国”的概念。 “数字地球’就是利用计算机技术将通过卫星、飞机、气球、地面测绘、地 球化学或地球物理等观测手段获得大量数据和与此相关的其它数据及其应用模 型结合起来， 在计算机网络系统里把真实的地球重现出来，为更好更有效地管理 地球甚至人类本身提供数据和信息。 1.1.2 数字化矿山国际动态
1999 年首届“国际数字地球”大会上提出了“数字矿山”（Digital Mine， 简称 DM）概念以来，“数字矿山”科学研究与技术攻关悄然兴起。2001 年“国 际 APCOM”会议上组织了首次“ 国际数字矿山”主题讨论。2004 年 4 月，中国 科协青年科学家论坛第 86 次活动即是以“ 数字矿山战略与未来发展”为主 题。加拿大已制订出一项拟在 2050 年实现的远景规划：即将加拿大北部边远地 区的一个矿山实现为无人矿井， 从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机 械自动破碎和自动切割采矿；芬兰采矿工业也于 1992 年宣布了自己的智能采矿
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技术方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理 、矿山信息网建设、新机械 应用和自动控制等 28 个专题；瑞典也制定 了向矿山自动化进军的“Grountecknik 2000”战略计划。 加拿大国际镍公司（Inco）从 20 世纪 90 年代初开始研究遥控采矿技术，目 标是实现整个采矿过程的遥控操作。Inco 公司给遥控采矿下的定义是：“利用 目前最先进的技术，包括地下通讯、定位、工艺设计、监视和控制系统，去操纵 采矿设备与采矿系统。”遥控采矿工艺包括自动凿岩、自动装药与爆破、自动装 岩、自动转运、自动卸岩和自动支护等，其技术基础是高速地下通讯系统和高精 度地下定位、定向系统（要求达到 mm 级） 。 1999 年 6 月， Inco 公司在地面的一幢大楼内设立了一个中央控制站，对该 公司所属的多个矿山、多个矿体的开采活动进行集中自动控制。由此，地下矿山 的采、掘、运均实现了无人作业，即无人采矿（hands-off mining） ，仅当设备 出现故障时，维修人员才会到达采掘现场。 国内有关大学也相继开展了采矿机器人（MR） 、矿山地理信息系统（MGIS） 、 三维地理模拟（3DGM） 、矿山虚拟现实（MVR）等方面的技术开发与应用研究。三 一集团拥有上百名自动化方面的技术人才，已建立智能工程研究本院、矿业自动 化研究院和博士后流动站， 具有强大的科研实力。三一重装正致力于数字矿山的 研发，我们已开发的全自动掘进机，使井下掘进无人驾驶成为的可能。目前正在 开发智能型全自动联合采煤机组，预计在明年地将实现井下无人开采。三一集团 已有多年 OA 系统、PDM 系统、ERP 系统的成功应用经验，三一重装将整合三一集 团在数字化矿山项目上的资源优势，正在与知名大学、科研院所建立联合攻关团 队，以三维地理信息系统为主线，充分利用全球智能控制、信息化等高新技术成 果，为本质安全型矿山提供高可靠性的无人值守煤矿成套设备 。 1.1.3 数字化矿山定义 “数字矿山”的构想源自“数字地球”， 其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，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的特 征。 在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿山信息构建成一个矿山信息 模型。 描述矿山中每一点的全部信息。 按三维坐标组织， 存储起来， 并提供有效、
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方便和直观的检索手段和显示手段。使有关人员都可以快速准确、充分和完整地 了解及利用矿山各方面的信息。 数字矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标信息 及其相互关系为基础而组成的信息框架， 并在该框架内嵌入我们所获得的信息的 总称。 矿山生产面对的是以矿体为中心的复杂巨型系统， 使得数字矿山比一般意义 下的“数字地球”面临的内容更广泛、方法更深入、信息利用率更高。从空间角 度分析，数字矿山不仅针对地面，更针对井下错综复杂的生产活动；从业务角度 分析，包括生产经营管理、实时监测监控和公用信息服务等方面；从技术角度， 可分为以企业网络为基础的物理层、以数据仓库构成的数据层、以 3DGIS 为核心 的平台层及其构筑其上的应用层。 因此， 除一般数字地球提供的信息服务外，数字矿山更体现为一个实时管理 和调度矿山全部信息资源、 人力资源、 生产要素和生产经营活动的巨型信息系统。 数字矿山的实施，不仅能提高产量、提高生产率、提高矿产资源利用率，还可改 善生态环境、提高安全生产水平，全面提升矿业的高技术含量。 1.2 数字矿山的构成
未来我们所要实现的数字矿山的原型系统如下图所示：
地面控制中心（图文一体系统：OA+MGIS）
采矿模拟与分析系统
决策与仿真控制系统 远距离高速通讯网络（工业以太网）
无人采矿设备/工况环境信息
井上/下自动定位与导航
工况动态监测/环境静态监测与实时反馈
数据采集与快速更新系统
1.3
系统组成
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1）系统总体组成及结构层次 2）矿山资源信息系统 3）矿山信息管理系统 4）井下数字化安全及工业生产监测与监控系统 5）矿难紧急救援系统 6）调度中心子系统 数字化多媒体电视电话会议系统 调度中心数字化视频监控及大屏幕系统 7）井下通信系统 8）网络通信保障系统及企业信息化网络管理系统汇接 1.4 系统设计依据及原则 在系统设计过程中， 严格遵循国家规范和行业标准，并充分结 况和实际需要，参考的规范和标准如下： 1．新版《煤矿安全规程》关于装备矿井监控系统的有关规定； 2． 《MT/T772-1998 煤矿监控系统主要性能测试方法》 ； 3．中华人民共和国公共安全行业标准《安全防范工程费用概预算编制办法》 GAT70-94 ； 4．采用国际领先技术、充分利用现有设备、通讯线路和监控系统。系统设计原 则：以人为本，体现先进性、可行性、可靠性、可扩展性、高性价比，井下自动 化、无人化、安全化。 1.5 数字化矿山的意义 矿产资源是自然环境的重要组成部分， 各种资源是不同时间和不同空间条件 下按不同的比例和关系联系在一起，形成相互作用、相互联系和相互依存的统一 整体。在实施矿产资源开发的同时，必然会涉及到土地、水资源、地表植被及地 面建筑物等等一系列问题， 即引起矿区生态环境的破坏、 环境污染及灾害等问题。 “数字矿山”能从系统学的角度为保持矿区自然生态系统结构的动态平衡和控 制出于开采作业带来的灾害提供有力的智能决策支持。 矿产资源的开采， 是基于岩石圈的三维空间动态行为过程，这必然引发一系 列灾害因素的产生，如冲击地压、岩爆、矿震、岩土工程失稳、泥石流、煤与瓦 合井下的实际情
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斯突出、矿井火灾、突水等，对这些矿山灾害因素有效地预测预防是保证矿山安 全生产的关键。 “数字矿山”可以利用矿山开发前的勘察资料和生产过程中提供 的动态监测数据及相应的信息模型对可能出现的灾害进行预测分析或三维动态 模拟， 为灾害的预测预防提供可靠的理论依据。数字矿山的功能之一就是使我们 能全面、动态、准确地掌握我国金属矿山储量、基础储量和资源量的变化，从而 进行科学化的管理，达到资源的合理开发利用和节约目的。
第二章
2.1 系统总体组成及结构层次
系统总体功能分析与说明
整个系统由三个部分组成：OA 系统、MGIS 系统、远程监控系统 系统工作原理： 开采设备在自动定位与导航系统的引导下，在矿区进行准确 的自动定位后， 执行控制中心下达的掘进指令。 数字监控器对工况的动态信息 （如 生产设备的运行状况、生产进度等）和环境的静态信息（如地质状况、含水层水 位和水压变化情况、瓦斯安全性等）进行实时监控与信息反馈,这些数据会被数 据采集系统进行实时采集，之后借助远距离高速通讯网络（工业以太网）传送给 地面控制中心（OA+MGIS） ；此时，在 MGIS 系统上以三维的地理仿真直观反映出 来；控制中心相连接的采矿模拟与分析系统首先对其得到的数据进行整合分析， 当矿区某点发生安全隐患时， 控制中心会收到安全预警报告，通知维修人员及时 排除 故障。 之后决策与仿真控制系统会根据系统分析结果做出科学合理的决策， 同时将结果传递给控制中心。 控制中心再通过工业以太网将新的指令下达给采矿 设备，同时也可根据实际需要对设备参数进行合理修正，使设备正常、高效的工 作，按计划完成生产任务。OA 系统对数据、生成过程、生产管理、人员、设备 等进行管理。 数字矿山作为一个复杂巨系统，其系统结构自下而上可以分为以下 7 个主 层次:
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按数据流和功能流进行剖分，数字矿山包括五大类系统。应用系统是核心系 统，也是效率和效益的主要创造者。
数据调度 系统 应用系统 数据采集 系统
数字矿山系统
核心 过滤系统
数据采集系统： 负责数据的采集、 处理与更新。 这一系统利用各种技术手段 如 （ RS、GPS、常规测量、取样化验等） ，获取各种形式的空间与属性信息，对信息进 行必要的预处理（ 如图形和资料的数字化或矢量化、影像判读、坐标转换、数 据集成等） ，建立数据库，对数据进行存储和管理。
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数据调度系统：负责矿山地物对象的拓扑建立与维护、空间查询与分析、矿山制 图与输出等基本功能，并进行数据访问控制和调度等。
应用系统：即各种专业应用软件系统的集合，包括矿床地质模型系统、采矿 CAD 系统、优化与模拟系统、虚拟矿山系统、矿区地理信息系统、数字监控系统、管 理信息系统、 决策支持系统等， 为矿山业务流程和决策所需的各类工程计算与应 用分析提供功能服务。 过滤系统： 负责多源异质数据的集成和质量控制，集成和融合多源异质矿山数据 进行三维空间建模，并通过数据过滤与重组机制进行数据挖掘和规律发现。 核心： 负责统一管理矿山数据和应用模型，由矿山时空数据仓库和矿业应用模型 库两个子系统组成， 是数字矿山的心脏或“油库”。数字矿山系统在矿山企业中 的业务化运作是基于企业的宽带、高速网络来实现的。数据与模型服务器中的数 据组织以对象- 关系型数据库为核心， 负责对多源异质矿山数据和矿业应用模型 进 行 管 理 和 维 护 WWW 服 务 器 运 行 业 务 流 程 管 理 系 统 （ Business Process Management System，简称 BPMS） ；BPMS 基于矿山信息化业务流程的业务对象重 构来实现过程控制。
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2.2
矿山地理资源信息系统
数字矿山地理信息系统（MGIS ）建设
MapStudio 是电子科技大学推出的面向机助制图（CAD） 、遥感与地理信息 系统（RS/GIS） 、虚拟现实与三维仿真（VR）等领域的旗舰性产品。它为图形绘 制、高精度图形与图像混合打印、空间数据管理、高级分析、视景仿真提供了完 美的解决方案。 数字矿山地理信息系统（MGIS ）建设
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l 方便快捷的绘制各种专业图形。 l 利用系统的强大的数据输入输出接口 ESRI SHP / MAPINFO MIF / AUTODESK DXF）管理和传输各种数据。 l 无需专业人员进行二次开发， 只需简单操作即可快速搭建专业级的地理信 息系统（GIS） ，方便快捷地建立图形对象与属性数据的自动关联（可自定 属性表结构/支持图像、视频、二进制文件流） 。 l 利用系统提供的强大查询功能进行图形与属性数据的检索、定位、输出。 l 将各种遥感数据（卫星照片、航空照片）快速定位于地理坐标空间中（栅 格数据大地定向） 。 l 依据离散数据集快速建立数字高程模型（DEM） 。 l 在数字高程模型的基础上作各种量化高级分析（坡度分析、剖面线分析、 挖填方分析、流体覆盖分析） 。 矿山资源信息系统是对矿山与时空有直接联系的信息，如地表地形地貌、矿 体赋存、开拓方案、采掘方案、现有工程等信息的数字化，即将这些信息与其三 维空间坐标一一对应， 并建立各种三维立体模型，直观形象的显示矿山的地表地 下实体情况。
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矿山资源信息系统应从最基本的地质、测量、采矿做起，开发或引进各种专 业软件，将矿山资源数据数字化，建立矿山资源数据库，建成数字化矿山前期资 源模型和工程模型，最后建成矿山生产所需要的各种资源模型，比如，矿体地质 模型、矿山地表模型、勘探开拓工程模型等，为后期综合信息化管理打好基础。 矿山资源信息系统其最终目的是为矿山提供开采方案， 即在对矿产资源分布和构 成充分了解的情况下，建立矿山资源分布三维实体模型，通过对模型的分析，设 计出经济合理的矿山开采方案，这称之为资源与开采环境可视化建模与评价技 术。 资源与开采环境可视化建模与评价技术主要实现两个方面的目标： 一是资源 评价， 主要采用可视化建模方法和虚拟现实技术完成矿床模型的建立，用以表征 矿床有用元素的空间分布情况和对资源状况进行科学合理的评价； 二是开采环境 评价，通过建模技术全面掌握矿床和岩层分布、岩体质量、构造特征、已有井下 工程的分布状态等影响矿床开采的技术条件和关键工程指标。 资源及开采环境可视化模型是数字矿山建设的基础， 只有完全掌握了矿床及井下 开采环境情况， 才能够为数字矿山的建设提供基础平台，数字矿山建设后续的通 讯系统、生产调度及人员设备定位、生产过程安全监控与预警系统、生产过程虚 拟现实系统都需要以此为基础平台进行设计开发和系统运行。 目前，实现这一功能的软件主要有两种：一种是地理信息系统专业软件，如 MAPGIS、MGIS、GeoMap 等；一种是以地质和采矿为主的可视化矿山工程软件； 如 Datamine、Surpac、Micromine、Minesight 等。这两种软件都有各自的优势 和不足，地理信息系统软件技术能够较好的模拟和表现矿床的地质体外部特征， 但是在储量空间分布估值和三维可视化采矿设计方面功能不完善； 数字矿山工程 软件在模型模拟方面不是很突出， 但在储量空间分布估值和采矿设计方面提供了 强大的工具。 图 1、图 2 为三维可视化资源及开采环境建模结果。
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图 1 资源与开采环境评价实体模型
图 2 三维可视化采矿设计
针对以上两种软件的特点， 根据优势互补的原则， 将两种软件结合起来使用。 利用国内的地理信息系统和现有的矿山地理资源数据， 建立矿山地理信息资源矢 量图， 再通过可视化矿山工程软件建立矿山资源及开采环境评价实体模型，提出 矿山开采方案。 2.3 矿山信息管理系统 矿山信息管理系统（Mine Management Information System，MMIS） ，构建 矿山综合信息网平台， 确保矿山信息在 INTERNET 和企业内部的共享和传输。 MMI 的建设可实现信息的快速搜集与共享， 将大量以前繁杂的人工数据处理方式用计 算机替代，提高工作效率，促进矿山企业管理的科学化信息化、规范化。 矿山信息管理系统一般含有以下几个子系统：综合计划管理子系统、财务管 理子系统、生产技术管理子系统、物资管理子系统、设备管理子系统、销售管理 子系统、基建管理子系统、计量管理子系统、能源管理子系统、人事劳资管理子 系统等。 2.4 井下数字化安全及生产监测与监控系统 井下数字化监测监控系统主要用于监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作 面的作业条件， 如高浓度甲烷气体、 低浓度甲烷气体、 微量一氧化碳， 氧气浓度、 风速、空气温度、岩煤温度、水文地质信息、顶板压力、空气压力、烟雾和粉尘 浓度等。 同时监控系统也可以监控井上、井下主要生产环节的各种生产参数和重
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要设备的运行状态参数，如煤仓煤位、水泵状态和排水量、提升机、风扇、压风 机、胶带机、采煤机、井下辅助运输车开关、磁力起动器、供电等运行状态和参 数等。 2.4.1 煤矿安全监测监控系统的联网实时监测系统 采用 GIS（地理信息系统）技术、网络通讯技术、数据库技术，提供完备的 安全监测与安全信息管理功能；建立煤矿基础数据、对主要图纸（通风系统图、 采掘工程平面图、井下运输系统、给排水管路系统图、电气系统布线图等）实现 动态浏览；实现煤矿的安全监测参数集中监测和安全信息的集中管理、统计、分 析以及远程的移动监测、 危险数据瓦斯报警信息以短息的方式传送到公司、各矿 主管领导的手机上，通过对煤矿安全监测数据的分析，对每个煤矿提供合理、稳 定的通风系统参数；完成各煤矿安全监测数据的实时监测、实时数据查询、趋势 数据查询和各种报表的统计打印、各种数据曲线的分析，及时有效地管理煤矿安 全监测信息，从而有效防止安全事故的发生。 一．系统特点 WebGIS 是 Internet 技术应用于 GIS 开发的产物。由于国际互联网(Internet)的 迅速崛起，使得 Web 技术成为高效的全球信息发布技术。因此，利用 Internet 技术在 Web 上发布地理信息，就能从 WWW 的任意一个节点浏览 WebGIS 站点中的 地理信息， 并进行各种信息检索和处理，这就为地理信息的开放和共享性提供了 切实可行的技术。 总体来说， 基于 Internet 的 WebGIS 具有以下几个方面的特点: (1)较低的开发和应用管理成本 WebGIS 是利用通用的浏览器进行地理信息的发布，从而大大地降低了终端客 户的培训成本和技术负担。 而且利用组件式技术，用户可以根据实际需要选择需 要的控件，这也最大限度地降低了用户的经济负担。 (2)真正的信息共享 WebGIS 可以通过通用的浏览器进行信息发布的特点，使得不仅是专业人员， 而且普通用户也能方便地获取所需的信息;此外， 由于 Internet 的迅猛发展， Web 服务正在渗入千家万户，在全球范围内任意一个 WWW 站点的 Internet 用户都可 以获得 WebGIS 服务器提供的服务，真正实现了 GIS 的大众化。 (3)巨大的扩展空间
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Internet 技术基于的标准是开放的、非专用的，是经过标准化组织 IETF 和 W3C 为 Internet 制定的，这就为 WebGIS 的进一步扩展提供了极大的发挥空间， 使得 WebGIS 很容易与 Web 中的其他信息服务进行无缝集成，建立功能丰富的具 体 GIS 应用。 (4)扩平台特性 传统的 GIS 软件都是针对不同操作系统的， 对不同的操作系统，分别要使用 相应的 GIS 应用软件。而 WebGIS 则能做到“一次编成，到处运行”，真正发挥跨 平台的技术优势。 二．主要内容 1)监控系统厂家接入网络的简单通用的数据通讯协议; 2)矿端的代理服务器软件子系统； 3)矿端的数据报表曲线分析子系统; 4)网络数据采集服务器软件子系统; 5)WebGIS 矿井安全实时地图监测子系统; 6)WebGIS 矿井安全实时表格监测子系统; 7)WebGIS 矿井安全监测数据报表曲线打印子系统; 8)WebGIS 安全信息管理子系统。 三．系统主要功能
矿端代理服务器软件:主要完成从监控中心计算机获取井下监测数据、属性 数据上传给网络数据采集服务器; 矿端代理服务器和网络数据采集服务器采用
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了多线程的并行处理技术。 矿端代理服务器可同时为多台终端传输数据，网络数 据采集服务器可同时从多台矿中心站计算机采集数据;矿端报表曲线分析软件: 主要从代理服务器软件的数据库中获取数据形成各种报表和曲线分析图;网络数 据采集服务器软件:获取各代理服务器软件上传的监测数据，按一定的格式存入 数据库，同时显示每个矿的联接状态;WebGIS 安全监测、信息管理网站:完成监 测数据的多种形式的实时显示， 提供多种报表和曲线分析形式，报警的多种提示 形式，监督监管、办公管理的网上公开管理模式。在网络通讯上采用了 TCP 套接 网络通讯技术，提高了系统的实时性。地图数据、监测数据、安全信息管理监督 数据全部采用大型数据库统一管理。 WebGIS 矿井安全监测网络信息管理系统：此系统为煤矿监控系统的联网监 测、 安全信息的统一管理提供很好的解决办法。此系统集安全监测数据的实时监 测、安全信息监督管理、企业网站于一体，既可用于安全监测、安全信息管理， 又可用于企业的形象网站。 2.4.2 煤矿安全生产、通风安全网络信息管理系统 当前矿井安全管理面临的问题是矿井通风安全信息参数抽象不可视， 监测系 统不能够全面反映出通风系统的状况及其变化情况， 同时测定信息的表示方法不 直观，缺乏联系。因此，建立通风安全信息可视化系统，实现通风系统图形和通 风安全信息的交互处理， 将抽象的通风安全信息映射到彩色的几何空间，通过建 立通风系统基础数据库， 应用通风的基础理论，实现通风系统中每条风路通风参 数的全面显示， 选择采用科学的预测方法对重要的通风参数进行预测模拟将会促 进矿井通风管理和技术水平的提高。 一.系统结构、功能设计：通风安全信息系统主要包括图形绘 统计算模块、参数分析模块、信息管理模块。 通风系统计算模块：主要利用从通风安全基础数据库中读取的数据进行各种通 风计算，具体包括计算阻力测定路线的选择、数据处理、网络解算等，计算结果 将作为后面通风参数可视化的基础数据。 通风参数分析模块:主要是利用 MapX 的数据分析功能， 为本地数据库的属性数据 与空间数据融合的结果按照需求制定分析图。如阻力坡度图可以按照 MapInfo 中的统计图中的簇、百分比、堆放和真三维线性图进行分析。风量分布图采用专 制模块、系
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题图中的饼或环状图形进行分析等。 通风信息管理模块:主要是对通风安全基础数据库的管理和维护， 具体包括:网络 解算、阻力测定等的结果及这些属性数据对应的空间数据向 SQL Server 网络数 据库的传入;访问数据库的用户权限分类与设定;计算结果的表格和图形的输出。 二.交互绘图功能的实现：针对目前矿井中通风系统 CAD 图的应用现状，本文提 出采用 DXF 文件格式转化为 MapInfo 的格式文件的方法， 实现了通风系统图的数 字化。然后结合 MapX 组件开发法，不仅实现了图形的绘制和浏览，而且对通风 系统图的编辑功能做了进一步的完善。 三.通风系统的可视化实现方法： 采用多彩显示和数据绑定两 种可视化的实现方 法，利用多彩显示实现风流性质的可视化和借助 MapX 的数据绑定功能实现了阻 力、风量、风速和瓦斯等通风参数的可视化分析的观点，解决了通风参数抽象、 显示不直观的问题。 四.通风安全信息可视化系统的开发： 实现矿井通风系统图和通风安全信息的交互处理， 将抽象的通风安全信息映射为 直观可视的图形信息，通过建立通风系统基础数据库，应用通风的基础理论，实 现通风系统中每条风路通风参数的全面显示，选择采用 BP 人工神经网络预测方 法对瓦斯涌出量进行预测模拟。 2.4.3 井下水文地质信息管理与水害预测系统 1）水文地质数据管理子系统:主要实现对矿井水文地质数据资料的录入、编辑、 查询、分析、计算和输出。 2） 水文地质图形管理子系统:主要实现对矿井水文地质图形的输入、 成图、 编辑、 输出以及图形属性数据的查询和编辑。 3） 水害评价与预测子系统:主要依据水文地质数据管理子系统和水文地质图形管 理子系统提供的数值数据和图形数据， 利用相关的理论力学模型对矿井具体地点 进行矿井水害评价， 并利用多源信息复合法建立矿井水害预测模型对整个矿井进 行矿井水害评价，实现了对矿井水害的预测。 2.4.4 自动考勤系统及井下人员和设备定位跟踪系统 一．系统建设的必要性 井下人员管理及紧急搜救系统通过对矿山井下作业人员实时、精确的定位，
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建立了一个完整而实时的井下管理信息系统，可对井下作业人员的工作岗位、计 划安排、进出巷道的权限、人员分布、安全物资流动等要素进行严格管理， 以 达到落实责任、提高安全生产的技术水平、保证安全生产的目的。为井上的调度 控制中心提供准确、实时的井下作业人员身份信息、工作位置、工作轨迹、安全 物资流动等相关管理数据， 实现了对井下工作人员的可视化管理，提高煤矿开采 生产管理的水平。通过对瓦斯巡检、通风巡检、设备巡检、安全巡检等安全生产 岗位人员的精确定位，确保其按规定线路、时间、地点以及次数检查到位，增强 了工作责任心，杜绝瓦斯检查、安全检查的脱岗、空班、漏检情况，及时发现和 处理危险情况，防止瓦斯爆炸、顶板坍塌等各类事故,促进安全生产。一旦发生 安全事故，通过定位系统立刻可以尽快确定被困人员的身份、人数、所处位置等 必要信息， 确保抢险救灾和安全救护工作的高效运作。救援人员可使用手持式探 测器接收被困人员的信息，极大地提高救援效率，保障矿工的生命安全。 二．系统设计方案 1．遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员实行“一人一 卡”制，将人员标识卡作为“上岗证”或“坑道准入证”。系统数据库记录该人员标 识卡所对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职 务、 本人照片、 有效期等基本信息。 进入矿井的人员必须随身携带人员标识卡 （标 识卡可随身携带在腰带上或贴在矿灯帽内） 。 2．在井下巷道、峒室、作业面等地点安装本安型数据采集器。当持卡人员经过 设置数据采集器的地点时，系统将读取该卡号信息，通过传输网络，将持卡人通 过的地点、 时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理。 如果采集的卡号无效、 无卡或进入限制通道，系统将自动报警，监控中心值班人员接到报警信号，立即 执行相关安全工作管理程序。 3．井下一旦发生事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况， 如：人员数量、人员身份、所处位置等相关信息，以便于事故救助工作的开展。 4. 系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效率。 自动考勤系统示意图
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计算机 计算机 计算机 交换机 计算机 计算机 交换机 局域网 计算机
打印机
计算机
通信隔离器
井下显示屏 地面考勤机 井下考勤机 井下显示屏
井下考勤机 井下考勤机 地面考勤机 井下考勤机
网关 服务器
领导工作 站
工程师 工作站
调度员工 作站
工作站
控 制大屏 幕
光纤环网
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2号 采 集 点 1号 采 集 点
4号 采 集 点
5号 采 集 点
巷 道
3号 采 集 点 6号 采 集 点
控 中 制 心
井下人员及设备跟踪系统
三． 系统特点 1．平台设计功能强大：井下人员管理及紧急搜救系统将在环境恶劣、人员设备 分散、有特殊安装要求的煤矿井下构建一个符合防爆要求的 100/1000Mbps 高速 互联网，建立了具有开放协议的工业数字网络系统，可传输安全监测、监控、语 音、视频等信息，为煤矿的综合自动化提供可靠的高速信息平台，对煤矿安全生 产、减员增效和科学管理有重要意义。 2.高度自动化： 安装在煤矿井下各通道的无线信息采集设备能自动检测井下人员 经过该监测点的时间、 地点信息，实时将采集到的信息传送到井下专用处理传输 分站，并通过井下现场总线实时向地面的网络服务器传送相关人员通过的数据， 所有过程无需人员干预，自动实现对人员的考勤作业、统计及监测管理。 3．完备的数据统计与信息查询：完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具 备专用数据库管理系统， 包括人员通过巷道的信息采集和统计分析系统，考勤作 业的统计与管理分析系统， 显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查
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