三维全息数字化矿山管理平台系统在塔山矿的应用实践

张 兴，宋选民

（1太原理工大学采矿工艺研究所，太原 030024；2.大同煤矿集团大唐塔山煤矿公司，山西 大同 037001）

三维全息数字化矿山管理平台系统在塔山矿的应用实践

张 兴1，2，宋选民1

（1太原理工大学采矿工艺研究所，太原 030024；2.大同煤矿集团大唐塔山煤矿公司，山西 大同 037001）

为了提高塔山矿的煤炭生产与安全技术管理水平，与科研单位合作开发研制出适应塔山矿的三维全息数字化矿山管理平台，并在日常技术管理上进行实践应用。该平台将开采的地理信息、实时安全监控信息、生产调度信息、设备位置及开停运转信息、无线通讯及人员定位信息等全部融合到一个系统中，用于全矿的信息共享和生产决策。

数字化矿山；三维；管理平台；塔山矿

1 塔山矿信息化建设存在问题

塔山矿的信息化建设在矿井基建期间开始起步，通过几年的发展，目前仍处在满足矿井现代化建设基本硬件系统要求的初始阶段，既缺乏引领行业发展的高度、又缺乏满足企业现代化管理横向联系的广度、还缺乏提升企业管理文化底蕴的深度。不仅没有领先煤炭行业的发展，甚至在集团内部也丧失了优势。

传统方式的矿山生产，无论在矿井设计还是生产管理上，运行成本过高，生产效率过低，这对煤炭企业在能源市场上的竞争提出了巨大的挑战，实现矿山的数字化，将会大大降低生产成本，提高生产效率，在能源市场竞争上占据主动[1]。

现代化生产的矿山企业对于煤矿地质的了解和掌握是提高煤矿生产效率和安全保障的重要条件，煤矿地质工作的主要任务之一是根据岩矿样品和地质构造编制准确的钻孔柱状图、剖面图、平面图等一系列图件，为编制矿山生产计划、矿山生产管理服务。但是二维图件不仅空间上孤立的，信息之间无法衔接，对于一些空间分析和全空间数值模拟带来困难，而且在生产者也难以对新图件形成起辅助和指导作用，存在较大人为误差，二维图件制作过程也难以综合利用地质勘探和测量数据。随着煤矿安全生产保障体系的提升完善，煤矿更迫切需要了解地下全空间的地质构造和地质异常分布情况。同时，随着近年来煤矿信息化工作的大力开展，各煤矿构建了功能强大的基础地学数据库和生产数据管理数据库，可以方便地查询、查看各类不同时间内的数据。但这些数据也仅仅处于被管理、难利用的“尴尬”境地，还无法对煤矿生产提供有效有利地实用价值[2]。煤矿也迫切需要一种方法能有效的利用好这些数据，基于这些数据进行二次开发，指导煤矿安全生产。

2 三维全息数字化系统

该系统的开发建设，严格采用目前国内外最为先进的全息化三维场景构建技术，建立集大范围三维地形地貌、矿山企业地表生产设施、三维地质构造及煤层赋存模型、井巷工程真实三维场景、所有管线设备真实位置和形貌等全要素一体化的显示系统，在此基础上实现各类实时生产数据的三维呈现和实时显示，通过该全息数字化矿山管理系统平台的建立，可将真实的矿山企业“搬”到计算机系统中，做到足不出户即能对矿山地上、地下所有信息了如指掌，而且以身临其境的视角关注和管理各类业务信息，切实解决矿山企业面临的管理难题和技术瓶颈。

2.1 三维地理信息显示与查询

在本平台系统中，能够将企业所处地理位置及其周边地形、地貌清晰的展现出来，运用不同类型的地理信息数据建立真实的三维地景，在三维场景中能够可视化显示厂（矿）区周边县、镇（乡）、村行政区等相关信息，点击查询时被选中区域加亮或着色，同时闪烁显示行政区域政府所在地，并突出显示行政区域名称及有关信息。矿压三维模拟，井下巷布置，见图1-图2。

系统支持对矿区进行地质剖切及对各岩层进行定位查询，将平时看不到的地下岩层、巷道、设备进行直观展示，便于日常业务中相关信息的查询调阅以及抢维修时快速了解和掌握。

系统支持实时地理信息查询、标绘等功能，用户可以在三维场景下进行道路、建筑物、区域等信息的标绘，并可在二维界面下选中查看或标绘信息，保证二、三维数据的无缝融合及实时共享。

2.2 空间量测及地测数据植入与管理

系统以空间地理信息平台为基础，系统支持在三维场景中进行针对地表起伏状况的空间量测：如倾角、坡度、起伏变化等；支持地表直线距离、垂直距离、地表面积、投影面积测量，高度、坡度、北向夹角测量等，测量精度不低于原始数据的精度，且测量结果的显示响应时间≤10 ms。

系统提供针对地测科室地质数据（矿界、地层、磷矿层、等高线、勘探线、钻孔、断层、陷落柱、积水区、保护煤柱和水文地质等）管理的专业存储机制，建立地质数据库。碳系煤层三维模拟，勘探线与钻孔位置，见图3、图4。

通过建立数据标准、地质数据库，保证陷落柱、断层、积水区等地质构造的数据模型准确，以及同其他外系统集成后的数据同步更新。

3 三维数字矿山系统的生产管理

1）在三维数字矿山系统，可提供综采面、皮带运输、装车外运等专用模块，点击相应模块即可在系统显示生产运行各环节的三维场景及实时作业状况，包括不断移动的采煤机实时跟踪,采煤机周围支护、前后运输机、煤壁，各种综采设备与设施的工作参数等信息，皮带运行开停信息，实时装车外运信息。矿井管理决策者可通过对这些可视化信息的了解和掌握，快速地了解生产过程并进行相应的调度管理。

2）现有各监控信息系统的集成与融合。基于使用系统具有的开放通讯接口及通讯协议标准，将对生产、安全等相关各系统进行集成与融合，以便在煤矿生产的三维场景中实时查询各个设备和生产环境的关键运行参数和具体工况信息。

该三维数字化矿山管理平台系统集成有综采监控系统、环境监测系统、人员车辆定位系统、束管监测系统、矿井压风系统、皮带监测系统、瓦斯抽放系统、装车外运系统、视频监控系统等相关第三方子系统。

3）井下交通信息管理。该系统能够整合井下机车运行系统的实时监测数据，宏观地屏显矿井无轨胶轮车的当前位置与运动状态（停或动）。系统提供车辆综合监控系统集成接口，能够对各类车辆运行状态、位置信息、载人载货信息、调度指令等进行跟踪和定位显示，结合巷道的路由计算，对井下所有安装了定位芯片的车辆进行实时动态跟踪和位置记录，实现人员与车辆定位的双重监测；同时结合井下无线通讯系统，可以有效地提高矿井车辆人员调度指挥的实时性和有效性。

4）全息化矿井应急预案处置与管理。针对煤矿开采生产中涉及的数量巨大的应急预案，该系统可以制作生成预案处理事件的树状结构图，按照事故发生后的处置过程来提示每一个关键步骤的执行者和参与者。事件处理结构图中，每一个事件框，关联了主要的参与人员角色及电话号码，也能通过事件的引导节点来查询建议的处置内容和预案要求，给应急处置人员提供可选择的决策参考。

该系统通过对预案处理结构的分析，提供相应的预案制作模板，方便煤矿用户根据行业的标准预案制作模板制定各种应急预案，并进行分类保存，实现预案的分类结构管理和模板细化管理；系统还可实现预案的版本更新管理和快速的更新维护，方便迅速地调用相关预案，提高应急预案的实际利用效率。借助全息化数字矿山管理平台系统，授予权限的相关部门人员可以迅速将分类好的预案，按照企业的业务流程进行评审、发布，并可将评审意见进行过程化精细管理。

4 结论

1）全息化数字化矿山管理平台是一种全新的矿山信息化管理技术手段，该平台依托世界领先的3D-GIS技术和虚拟仿真技术，通过构建一体化的三维可视化平台，将矿山地形地貌、地表设施、井巷工程、矿体围岩等客观空间构造，在平台系统中真实再现，同时将各类实时监控数据、生产数据、设备信息、人员信息、管理信息等植入系统，从而构建成能真实反映企业复杂生产环境和状态的三维数字化矿山；在此基础上，根据企业不同层级、不同部门的业务需求，定制相应的业务功能，为企业运营管理提供可视化的信息支持。

2）通过三维全息数字化矿井的建立，实现构建数字化矿山，以信息化、自动化和智能化带动矿区的创新发展，开创安全、高效、高产、绿色和可持续的煤炭企业发展新模式，是实现矿区全面、协调、可持续发展的必由之路。三维全息数字化矿山管理系统是一个高效、便捷的一体化平台，能够实现通过地上、地下漫游，全方位、立体化、多角度的展示数字矿山；能够对地层、巷道、钻孔等的任意剖切查看，以及管理地质地测数据；能够实现生产调度信息管理、安全监管监控等；能够用于企业形象展示、可视化生产调度管理、预警预测、辅助决策分析等业务；能够提高劳动生产率，降低生产成本，提升企业竞争力和管理水平，可以实现煤矿的科学化、现代化管理，保障煤矿安全高效生产，提高煤炭行业的科技发展水平。

[1]车仁浦.神华新街矿区三维数字化管理平台的建设研究[J].中国煤炭,2012（7）：148-149

[2]薛志刚.煤矿信息化建设的研究与思考[J].山东煤炭科技,2013（3）：276-277.

Practice of 3D Hologram Digital Mine Management Platform in Tashan Mine

ZHANG Xing1,2,SONG Xuanmin2
(1.Mining Technology Institute,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Datang Tashan Mine,Datong Coal Mine Group,Datong 037001,China)

To improve the level of coal production and safety management in Tashan mine,3D hologram digital mine management platform for Tashan Mine was developed through the cooperation with a research institute.The platform has been put into routine technological management.The system integrates mining geographic information,real-time safety monitoring information,production scheduling information, device position and operational information,and wireless communication and personnel position information,which is helpful for information sharing and production decision in the mine.

digital mine;three-dimension;management platform;Tashan Mine

TD67

A

1672-5050（2015）01-0070-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.023

（编辑：薄小玲）

2014-10-30

张兴（1982-），男，山西大同人，在读工程硕士研究生，工程师，从事矿山机电技术与管理工作。