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 煤炭科学研究总院
  煤炭信息研究院
  中国矿业大学

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生产矿井解决方案

一、生产矿井信息化建设概述
    1. 生产矿井的信息化建设已有一定规模,安全与生产所需的子系统都已建成,存在的主要问题是各子系统相互独立,互不兼容,而且各子系统没有提供数据接口,给系统集成造成困难。
    2. 从数字化矿山建设的层次看,生产矿井信息化可分为两大部分:
      • 企业资源计划管理系统ERP:供应、销售、计划、财务、人力等子系统;
      • 安全与生产综合管理系统:地质、井巷工程、生产、安全、综合自动化监控等与生产、安全相关的子系统。
      目前,国内、外还没有成熟和成功的数字化矿山的整体解决方案,由于采矿行业的专业性很强,企业资源计划管理系统(ERP)的提供商做不了煤矿的安全生产综合管理系统,而能做矿井安全生产管理系统的提供商又做不了ERP系统。所以,多数煤炭企业是两条腿走路,分别建立两个系统平台:将企业供应、销售、计划、财务、人力资源等系统建立在ERP平台上;将工程、生产、安全相关信息建立在矿井安全与生产综合管理系统平台上,再逐步把这两个平台整合到一起。
    3. “三维数字化矿山建设平台”是生产矿井首选的系统平台,它可满足生产矿井和集团公司集成地质、工程、生产、安全相关信息管理的需要,以矿井现有条件为基础,通过数据接口软件将安全监测、人员定位、束管监测、视频图形等信息集成到平台,同时不改变、也不影响各矿现有系统的使用。系统平台建立后,可根据矿井添加的子系统逐步接入平台,使之不断完善。最重要的是该系统有三维矿井地理和生产系统信息和立体数字图形,将工程、生产与安全信息综合一起,实现全面了解矿井生产状态、安全状态的目的,为安全生产管理、生产技术管理、调度指挥、安全隐患排查、应急响应、抢险救护等提供信息支持。
二、生产矿井信息化建设平台

        以三维地测、工程数据为基础,自动生成三维的井巷工程采掘立体图、三维钻孔、煤层立体图;在矿井采掘立体图中三维显示:生产信息(当前采、掘工作面位置)、实时动态的安全监测信息(瓦斯、CO等有害气体的三维分布)、人员三维分布、视频监控图像、安全与生产设备的三维分布及其运行状态(综合自动化系统监控信息:主扇、局扇、风门、采煤机、皮带、水泵、人车、压风机、煤仓煤位、水位、束管分析),将矿井井上、下的真实全貌(包含生产、设备运行状态)完整地展现出来。

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三、平台内容:
    • 企业网站(可对外发布信息)
    • 矿井实时动态工况展现(三维矿井信息全方位显示)
    • 生产调度系统(三维矿山采掘位置显示查询)
    • 安全监测系统(三维矿山实时数据显示、预警)
    • 人员定位系统(三维矿山人员分布)
    • 视频监控系统(三维矿山与实景关联)
    • 煤层自燃监测系统(束管监测三维矿山图)
    • 三维地理(地测)信息系统(三维地层、工程制图)
    • 三维工程辅助设计系统
    • 办公自动化系统(OA)
    • 综合自动化系统(三维矿山图中集成)
    • 工程项目管理系统(三维立体展现工程进度与计划)
    • 矿井水害监测系统(三维实时动态水位展现)
    • 平台扩展:集成其他系
  (1).矿井信息网站(企业门户)建设

        系统平台采用B/S结构,为矿井建立企业信息网站,用于发布和查询安全与生产相关的图形、报表、数据、图形和实时动态工况。系统平台网站可以作为企业门户对外发布。

  (2)矿井地面、井下生产与安全综合工况实时动态展现

在矿井三维立体数字模型上,分层次实时展现生产与安全综合动态工况。

主层次:展现矿井上、下三维立体全貌,在一个画面中实时展现 矿井安全与生产的综合工况信息:

    • 矿井地面工业广场建筑、设施的三维分布;
    • 生产系统状态(生产设备、管路、采煤机、皮带运输、提升、通风、排水等运行状态);
    • 通风安全状态(主要有害气体实时含量与分布、风机、主扇、风速状态;以及实时报警);
    • 井下人员状态:井下人员总数、主要地点人员分布。

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矿井实时动态工况图

 

第二层次:在主层次显示图形的基础上,通过点击图件展现其相关的详细信息:

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        如:点击某一巷道,弹出子窗体,分步展现:该巷道内的视频监控图像(实景)、设备运行实时状态、安全监测实时信息、生产进度查询、工程参数查询等;

按专业对信息进行分类综合展现

  • 如:按通防系统,在三维造型图形中,用一个界面综合展现主扇、局扇、风速、风流、风门、风流状态,动画显示。

 
  • 按自动化子系统,以实时动画组态画面显示设备的监控状态
自动化子系统,以实时动画组态画面显示设备的监控状态

  (3)系统平台子系统集成
 

系统平台可集成以下子系统:

 
  ①.安全监测子系统集成

以采掘设计三维立体图为基础,接入瓦斯监测系统实时数据,实现在矿井安全生产状态的可视化。

      • 厂、矿安全监测数据采集、联网与信息共享;
      • 通过设置,自动将安全监测点与厂、矿生产状态图关联显示;
      • 实时显示各种生产状态的安全监测信息(瓦斯、CO等实时信息在采掘立体图上三维分布和运行状态),自动报警。
      • 自动统计、生成报警测点信息的统计报告表。
 
  ②.人员定位系统集成
      • 在矿井实时动态工况图中实时显示全矿井井下人员总数、井下不同区域的人员分布。通过鼠标右键,查询任意分站地点的人员信息(名称、单位、岗位、卡号等)、人员下井累计时间、人员下井的轨迹,是否有超时等。
      • 实现各部门下井人员的统计及其人员信息查询,禁区人员查询等功能。
      • 在三维采掘图形中,三维显示不同区域人员分布情况,区域人员详细信息查询;人员下井累计时间查询,人员轨迹查询及人员轨迹三维动画显示
矿井三维人员定位系统(可查询人员个人信息及到达时间、人员轨迹)

矿井三维人员定位系统(可查询人员个人信息及到达时间、人员轨迹)

 
  ③.视频监视系统集成:
 
  在矿井三维造型图形上,点击视频监控地点,自动弹出该地点的实时视频监控图像。
点击视频监控地点,自动弹出该地点的实时视频监控图像
 
  ④.煤层自燃监测(束管气体检测)系统集成
      • 煤层自燃监测数据采集、联网与信息共享;
      • 实时数据处理、自动生成提示报告和数据报表。
      • 在安全生产工况图中实时显示束管检测地点关键数据及曲线查询。
      • 束管监测和人工采样检测各种气体含量的曲线查询和历史数据查询。
束管监测和人工采样检测各种气体含量的曲线查询和历史数据查询
  (4)系统平台具备的子系统
 
  ①.生产管理系统
 
  以采掘设计三维立体图为基础,导入矿井生产信息,形成生产动态三维立体图:
      • 回采工作面的动态位置、产量、进尺信息
      • 井巷工程掘进头的动态位置,以不同颜色显示工程月进尺、总进尺
      • 矿井工况动态信息图形显示;
      • 日常生产数据的存储、处理、统计、报表管理。
 
  ②.视频监视系统集成:
      • 采集或集成现有地测系统的钻孔数据和地测数据;
      • 建立三维地理信息和井巷工程信息数据库;
      • 由钻孔数据和断层数据,经过处理生成三维与二维煤层等高线、顶、底板面和地层体;
      • 由地测数据,经过处理生成井巷工程的三维与二维图形;
      • 建立含井巷工程与煤层一体的矿井三维可视化立体图。
 
  ③.生产矿井辅助设计子系统
      • 以井巷工程与煤层一体的矿井三维可视化立体图为设计基础和依据,设计和布置开拓巷道、准备巷道;根据导线方位、距离和坡度及断面参数,自动生成三维工程立体图;
      • 煤巷布置设计与平面设计一样,系统自动将平面布置的煤巷导线投影到煤层上,生成沿煤层底板或顶板的三维立体图。自动每间隔一段距离进行插值,求出三维坐标、方位和坡度。
      • 回采工作面设计:根据回采巷道的布置,生成三维立体工作面图,计算工作面的技术参数、储量。
      • 三维、二维图形处理、图形转换,与AUTOCAD图形格式兼容。
 
  ④.系统平台管理
通过览器对矿井安全与生产信息、图形进行综合查询、实时动态显示。
      • 系统管理:员工信息维护、部门信息维护、岗位信息维护、单位信息设置、报表流程、员工权限配置等。
      • 报表管理:根据用户报表格式和管理流程,制定用户报表和报表输入、审核、上报流程。
      • 报表类型:生产调度日报、生产技术报表、生产统计报表等。报表具有打印、导出到excell电子表格的功能。

每天三班的设备开停状态、开机率分析

      • 矿井三维立体图形分类管理,通过浏览器查询。
      • 矿井CAD平面图形分类管理,通过浏览器查询。
      • 文件文档管理:对用户上传、共享的文件、文档进行有效管理,使文件或文档按用户的需要传送给指定的单位或个人查阅。

浏览器上打开三维地理、采掘立体图及CAD平面图、三维标注、三维距离测量

 
  ⑤.实时警钟
实时警钟为后台运行软件,值班人员不需要打开系统平台,当井下出现报警信息时,该软件自动弹出报警信息,并用语音提示。
  (5)系统平台具有的扩展功能(根据需要进行扩展)
  • 综合自动化子系统集成:
  • 在系统平台上接入综合自动化子系统的相关重要数据,在矿井三维采掘立体图以及矿井动态工况图中展现以下子系统的实时信息:
    采运监控子系统 提升机监控子系统、
    井下主排水监控子系统 锅炉房监控子系统
    地面压风机系统 主扇监测系统
  • 集成完善的办公自动化系统;
  • 集成矿井水监测系统;
  (6)系统平台的特点:
  • 高度集成的信息管理平台:地测、工程、设计、生产、视频监控、安全监控、气体监测、安全生产调度、综合自动化、文档与图形管理;
  • 三维数字矿山与视频监控系统的有机结合:三维图形与视频监控点互动功能;
  • 矿井安全生产工况动态展现功能:以三维地理、工程立体图为基础,直观显示厂矿安全、生产、工程、场地视频、设备、调度等综合信息;
  • 先进的三维、二维图形显示和管理功能:三维地形、工程设计、数据处理与综合查询(系统结构简单、常规运行环境、维护方便);
  • 矿井实时数据采集、数据处理、网络数据通讯自动监视预警;
  • 远程、异地使用系统平台功能;
  • 平台的扩展性: 办公自动化系统OA、应急救援、隐患排除、设备维修系统等。
  • 应用范围:安全生产管理、工程设计、生产规划、企业形象展现、技术方案研究、职工技术培训。
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