神华新街矿区三维数字化管理平台的建设研究

车仁浦

（神华新街能源有限责任公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000）

★ 煤炭科技·机电与信息化 ★

神华新街矿区三维数字化管理平台的建设研究

车仁浦

（神华新街能源有限责任公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，017000）

神华新街矿区是神华集团公司 “十二五”和 “十三五”期间规划建设的亿吨级现代化矿区，新街矿区数字化矿山的建设是神华集团公司发展战略的重要组成部分，也是新街现代化矿区的特色之一。神华新街矿区三维数字化管理平台的建设是新街矿区实施数字化矿山建设的重要组成部分，旨在推进新街矿区数字化和信息化的建设进程，促进高水平数字化矿区的建设，在煤炭企业升级和行业发展方面起到引领和示范作用。

神华新街矿区 三维数字化矿山 管理平台

AbstractShenhua Xinjie Mining Area is a planning modern mining area with annual output of 100 million tons coal during“Twelfth Five－year Plan”and“Thirteenth Five－year Plan”，while the construction of digital mine is the important part in the development strategy of Shenhua Group，and is also one of characteristics of Xinjie modern mining area.Moreover，the development of 3D digital management platform for Xinjie mining area is helpful to the construction of digital mine，with an aim of boosting the construction process of digitization and informatization of Xinjie mining area，promoting the construction of high－level digital mining area and giving a leading and demonstrating effect for the coal enterprise upgrade and the industry development.

Key wordsShenhua Xinjie Mining Area，3D digital mine，management platform

1 引言

神华新街矿区位于内蒙古鄂尔多斯市南部，面积约700 km2，煤炭储量超过130亿t，煤炭品质和赋存状况都比较好，适合大规模集中开采。目前，矿区开发处于前期准备阶段，各种开发方案、研究论证和技术探索正在紧张进行之中。2011年2月，国家发改委下发文件，明确要求神华新街矿区的建设要以高度集中的矿井群为依托，充分利用现代信息和自动控制技术，通过数字煤矿和智能煤矿的建设打造高产高效、绿色环保、节能减排、本质安全、和谐发展的现代化亿吨级矿区，为我国煤矿现代化建设做出应有的贡献。

建设数字矿山是煤炭企业实现产业升级的必由之路，神华新街数字化矿区的建设是神华集团公司发展战略的重要组成部分，也是新街现代化矿区的特色之一。信息技术的迅猛发展有力促进了中国煤炭行业的数字化建设进程，但由于煤炭行业自身特点，数字矿山建设的先进技术往往不能与煤炭企业进行有效的融合。另一方面，由于一个矿区不同的矿井数字化水平层次不齐，自动化和信息化应用系统集成度差，大多数仍停留在单项作业与应用的水平上，信息孤岛的普遍存在很难实现矿区整体数字化。所以，数字矿山在我国尽管经过10多年的发展，仍旧处于研究应用的起步阶段，这对神华新街矿区的数字化建设是一个挑战，同时也提供了一个极大的空间。

神华新街矿区三维数字化管理平台的建设是新街矿区实施数字矿山建设的重要组成部分，旨在推进神华新街矿区数字化和信息化的建设进程，促进高水平数字化矿区的建设，在煤炭企业升级和行业发展方面起到引领和示范作用。神华新街矿区优越的地理条件和四井一矿、三井一矿的布置方式为矿区的专业化管理、集约化管理和数字化管理提供了良好的平台。神华神东矿区在数字化建设方面的经验是神华新街矿区数字化建设的有力支撑平台，神华集团公司 “勇于进取，坚持改革创新”的企业文化是神华新街数字化矿区建设的动力源泉。

2 平台建设目标与建设原则

2.1 平台建设目标

数字矿山建设的核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理组织各类矿山信息，将矿山地表及地下的人类工程活动信息全部数字化之后，构建由计算机网络来管理的技术系统，其终极目标是实现矿山的综合自动化。因此，神华新街矿区三维数字化管理平台的建设将吸收和借鉴行业信息化和自动化方面先进的技术成果，结合新街的实际情况进行应用并力求创新，充分利用采矿科学、3S技术（GIS、GPS、RS）、三维建模与可视化技术（VR）、空间数据库及网络通信技术、人工智能技术和科学计算技术，对矿山地面及地下的空间元素进行真三维数字化描述，建立二维／三维集成一体化的空间基础数据库，实现三维交互可视化与三维空间分析基础功能，结合生产实时自动化监控系统，利用三维精细化空间模型及空间分析功能为矿山规划、开拓设计、生产安全管理、集成调度指挥、辅助决策以及应急救灾提供技术平台和强大工具，促进矿山企业信息化升级，为矿山安全、高效、绿色和可持续开采提供有效保障。

2.2 平台建设原则

平台的建设应遵循以下3个原则：

（1）先进性原则。采用先进的技术、新装备和新工艺，通过三维数字化管理平台的建设，有力助推神华新街矿区数字化建设，并在煤炭企业中起到引领和示范作用。

（2）开放性原则。神华新街矿区三维数字化管理平台是一个供矿区各个生产系统进行统一操作的基础环境平台，一个矿区的开发建设者及生产者共同操作的公共平台。平台的建设要在符合当前通用标准的前提下兼容多种数据源。接口的设计尽可能采用国际通用标准或行业惯例，具有高度的开放性，充分保证平台内所有子系统最大限度的信息共享，同时提供可持续的扩展能力。

（3）实时性原则。矿区三维数字化管理平台的建设涵盖了矿山企业生产经营的全过程，平台的使用贯穿于矿山的整个生命周期，数据的实时监测、实时显示和即时更新对矿山用户进行科学分析和决策规划具有重要意义。

3 平台建设技术路线

神华新街矿区三维数字化管理平台以提高矿山企业信息化管理水平、构建能够真实反映企业复杂生产环境和运行状态的三维数字矿山为目的，针对目前矿山企业存在的信息孤岛、生产监控数据难以整合共享以及日常调度磋商缺少可视化平台等现象提供相应业务功能，构建对矿山复杂环境进行三维再现的GIS平台。神华新街矿区三维数字化管理平台的总体架构图如图1所示。

图1 神华新街矿区三维数字化管理平台的总体架构图

作为三维数字化矿山管理平台，对平台的数据实时性要求非常高，因此采用单一B／S模式显然不能满足要求。另外，随着业务和流程的发展，还需要平台能够满足各类应用的扩展开发，这就需要发挥C／S＋B／S模式带来的扩展开发灵活性。基于对矿山用户需求的综合考虑，平台建设决定采用基于Internet／Intranet通信方式的C／S＋B／S相结合的架构开发模式。在C／S模式下，部署可采用网站超链接的下载方式，维护更新采用服务器集中更新、网络自动同步方式实现，解决部署和维护成本高的问题。同时，C／S模式可快速、高效、及时地满足应急紧迫性的需求，为上级主管部门或相关技术部门领导监督管理提供了快速的信息服务，并且能够充分利用PC硬件资源实现数学模型计算。C／S结构由数据层、空间数据引擎层、几何造型三维建模层和应用层四层结构组成。B／S部分主要负责三维模型在Web上的发布，为客户端提供三维场景和三维交互的人机界面。神华新街矿区三维数字化管理平台网络体系结构图如图2所示。

图2 神华新街矿区三维数字化管理平台网络体系结构图

4 平台功能设计

神华新街矿区三维数字化管理平台的建设以新街矿区真实的地理和地质信息数据为基础，把地面可视资源与地下地质、巷道以及设备状态等信息反映到统一的三维数字化平台中，使煤矿井上井下情况直观透明。矿区建设的参与者可以在这个平台上按照不同的分工完成矿区规划设计、施工管理、自动控制、应急演练、上级监管以及矿区形象展示等一系列活动，平台的采用将对传统煤矿的运行模式产生巨大的冲击。神华新街矿区三维数字化管理平台主要实现的功能如图3所示。

（1）矿区地面监测。神华新街矿区面积较大，煤田、石油天然气田、铀田重叠赋存。根据国家能源局的文件，矿区煤炭开发只有神华一个主体，矿区地面管理任务很重。自2011年初国务院同意授予神华集团公司新街矿区探矿权以来，有关方面在矿区进行了一系列的开发建设活动，修建了铁路、公路、经济开发区，还进行了大规模的勘探活动，已经对未来新街矿区的煤炭开发造成了很大的困难，目前看来还有进一步加剧的趋势。应利用国家有关部门提供的卫星及航空遥感影像，根据矿区管理的需要，在本三维管理平台上对矿区地面设施的变动情况进行实时监测，准确记录矿区环境的变化情况，为矿区的依法管理提供技术支持。

（2）生态监测。神华新街矿区地处沙漠，人烟稀少，地表水相对丰富，植被覆盖率较高，生态环境相当珍贵，同时也相当脆弱。矿区开发过程中，生态保护将是环境保护的重要基础，这不仅是当地政府和农牧民群众的基本诉求，也是国家有关部门和各级地方政府的关注重点，是涉及地企关系和社会稳定的大问题。高度集中的矿井布置为减少矿区土地占用、提高植被覆盖率创造了条件，保水开采和矿渣、废水的零排放是新街矿区建设的基本选择。从目前的实际情况看，由于开发活动的日益加剧，对当地生态环境已经造成影响，加强生态环境监测与管理已经迫在眉睫。利用遥感技术手段对矿区植被覆盖变化、水体变化、地面沉降情况等进行监测，利用三维平台进行辅助管理，是本平台的又一重要功能。

图3 神华新街矿区三维数字化管理平台功能模块结构图

（3）矿区规划设计。按照平台研发单位与相关设计单位达成的三维管理平台数据接口协议，将地面设施规划和井下设计导入平台，直接形成地面工业园区的三维立体模型和井下巷道及相关设施的三维模型。根据设计的进展情况，按照授权实时输入新的设计方案，并对原方案进行自动修改。该平台使井上井下情况直观透明，为后续的建设和生产提供支持，尤其是在设计方案对比和审查方面，三维数字化平台的作用更加突出。

（4）地质勘探及资源管理。通过和地质勘探部门达成的数据接口协议，将钻孔、水文、地质构造等地质勘探资料录入三维管理平台，在平台上自动形成三维地质模型，准确反映地下煤炭资源的赋存状况及相关的围岩、水文等信息，指导煤矿的规划设计、工程建设、煤炭储量管理、安全管理和生产活动。煤矿开采以后，三维平台表达的信息将随着地勘和其他各项工作的不断深入而愈加精确，这将促进井下煤炭资源的精细化管理，并扩大三维管理平台的使用范围。

（5）施工管理。按照新街公司的管理模式，依托工程项目管理软件和先进的测控技术，在三维管理平台上，实施设计管理、施工计划管理、质量管理、安全管理和验工计价，直观显现和记录工程的进展情况和工程形象，尤其是对隐蔽工程实行全面的影像记录和跟踪，全面提高工程质量和工程管理能力。

（6）自动控制。借鉴电力、化工、冶金等行业的成功经验，在矿区建立统一的生产过程自动控制平台，通过井上井下各子系统的标准化设计和国内外最先进的传输定位技术的采用，逐步实现煤矿井下和地面生产过程的自动控制，这是神华新街矿区数字化建设的核心，也是实现矿区本质安全、提高煤矿生产力水平，打造现代化矿区的基本途径。在矿区开发初期，以三维管理平台展现的地面建筑和巷道设计为依托，建立矿区的生产过程自动控制模型，通过在平台上的不断模拟演练和优化完善，形成完整的矿区生产过程自动控制模式，指导矿区自控系统的设计和建设。矿区建成后，作为矿区生产过程自动控制平台的一部分，配合矿区生产过程自动控制软件，运行矿区的自动化控制系统。

（7）安全监测。通过矿区测控系统的设计，将矿区所有安全信息，显现在三维平台和相关的管理软件之中。其中一部分作为矿区自动控制的测控信息源融入矿区生产过程自动控制体系，其他部分直接传入公司生产指挥中心，并按照问题的性质和紧急程度分类进行处理。

（8）职工培训。通过本平台新员工可迅速了解矿区和各大生产系统的基本情况。另外，员工可根据自身业务需要，在本平台上进行各种专业化模拟训练。

（9）应急演练。根据矿区应急预案，在三维平台上模拟发生事故，启动应急救援机制，实施救灾活动，记录演练过程，分析演练成果，改善应急管理。通过三维系统的模拟演练，可使演练过程更加直观有效，演练过程更加灵活，大大降低演练成本和演练风险。

（10）救灾指挥。矿区如果发生较大事故，三维管理平台可以帮助各级政府领导和参与救灾的各方面人员快速直观了解相关事故情况，分析事故原因，统一思想，制定救灾方案，控制掌握救灾过程，动员各方面资源，实施抢险救灾，提高救灾工作的针对性和有效性。

（11）矿区展示。对于新街这样的现代化矿区，各级领导的视察和行业内外人士的考察参观活动将成为常态。利用三维管理平台，通过三维动画演示短片的制作，根据不同人群的需要，从不同的侧面，形象生动地展现矿区的面貌和形象。同时可以减少人员下井次数，降低煤矿风险，保证煤矿生产效率。

5 结语

神华新街矿区三维数字化管理平台将矿区井上井下的实际状况在统一的空间坐标体系下进行了直观形象的展示，尤其使煤矿井下各种要素及其空间关系一目了然，在一定程度上消除了人们对煤矿的神秘感和畏惧感，使行业内外各个专业人员在同一平台上探讨问题，促进煤炭工业与其他行业先进技术的融合，推动煤炭企业的科技创新。在实际运行中，平台的使用者可同时在不同的地点按照各自的用户权限进行相关操作，设计单位可远程修改设计，集团总部可通过平台实时对矿区的生产运行情况进行查询监督等。由于本平台正在开发之中，有些功能已经实现，有些功能还在开发之中。随着神华新街矿区数字化建设的进展，不断产生的新需求还会促进平台的进一步开发和完善。

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（责任编辑 路 强）

Research on construction of 3D digital management platform for Xinjie Mining Area of Shenhua Group

Che Renpu
（Shenhua Xinjie Energy Limited Liability Company，Erdos，Inner Mongolia 017000，China）

A

车仁浦 （1956－），男，黑龙江五常人，研究生学历，高级工程师，现任神华新街能源有限责任公司总经理，主抓神华新街矿区的数字化建设工作，曾参与煤炭港口、矸石电厂、焦炉余热电厂、焦炉煤气电厂、焦化厂、甲醇厂、焦油加工厂以及煤矿建设等多项研究。