三交河矿综合信息化管理平台建设与实践

马丽芳

(霍州煤电(集团)公司 技术中心 ，山西 霍州 031400)

1 背景概况

霍州煤电集团三交河矿通过近年来“两化融合”建设，逐渐提高了矿井信息化管理水平，在大量的自动化、高效率综合自控与监测系统建设的同时，涌现出新的管理难题，面临着新的挑战:

1)矿井信息化建设系统涉及企业生产执行、经营管理、决策支持等各个层面，专业系统多，数据量大，但难以实现数据有效共享，进而形成“信息孤岛”的局面，难以发挥预期作用。

2)生产系统庞大复杂，难以直观有效调度。目前，矿井实现了设备、产量、瓦斯等各类信息实时监测信息，但表现形式单一，难以满足对井上、井下生产运转过程直观监视、快速调度的需要。

3)矿井数据统计业务涉及业务面广，类型复杂，统计工作存在着统计指标多、数据量大，统计方式仅表现为日报、月报、年报、统计年鉴等，缺乏统计工作细化性和专业性的工具，无法使统计信息得到深层次综合、分析、提炼、挖掘，更难以达到安全生产的超前预知、预判。

4)日常监管模式单一，需要打造新型管理手段。三交河煤矿调度中心已实现对安全生产的全面监控，但只能通过计算机、大屏幕等方式展示给值班人员，需要建立更为灵活的移动网络办公模式。

2 系统建设理念

引入矿山专用3DGIS技术，与虚拟仿真技术相融合，突破传统信息化建设的数据组织方式，构建了全息化的数据综合管控一体化平台—“E矿山管理平台”，进行真实现场可视化、数据聚合沉淀、业务支撑与决策系统重构等3个层次的信息化架构改造，形成具有本矿特色的全息化数字矿山建设方法。数字化矿山建设理念示意图见图1.

图1 数字化矿山建设理念示意图

1)通过引入3DGIS架构的平台技术，建立实时数据与海量基础数据的衔接平台，将矿山地形地貌、井巷工程、地质构造等客观空间构造在平台中真实再现，同时将各类实时监控数据、生产数据、设备信息、人员信息等植入系统，并还原和建立上述数据之间的异构型关联逻辑，从而构建了能够真实反映复杂生产运行状态、环境安全状态、人员设备实时状态等的虚拟现实矿井。

2)利用现代系统工程管理方法，分析矿山生产与安全两个主体业务的管理需求以及需要数字化感知的要素，研发了现有多种类型、多源数据的整合集成接口技术和数据规范，建立矿山企业数据中心和数据聚合池，实现了一个平台统一管控的数据应用模式。

3 系统主要功能

3.1 建立真实全息场景

围绕矿井井上、下三维地质信息、设备生命周期环节信息、井上、下工程建设信息、生产工艺信息等客观固有的静态与缓变基础数据进行全面的采集和可视化呈现。

1)矿区地表及周边三维地形地貌构建。

以矿区边界为参照，建立该范围内真实的三维地形地貌，矿区内采用高精度的卫星遥感影像，配合一定比例的地形数据，生成矿区地表的真实地景。矿区周边一定范围内，采用低分辨率的卫星遥感影像，配合使用一定比例的地形数据，生成更大范围的地景遥感影像。上述不同区域所采用不同精度的影像数据在整个系统中实现无缝融合。高精度正射影像生成的三维地形地貌图见图2.

图2 高精度正射影像生成的三维地形地貌图

2)矿山井上下建设与设备三维再现。

对三维场景中的所有建筑和设备的属性进行信息收集并将各类静态数据等植入三维场景中，系统重现真实的安全生产作业场景，并提供设备管路、井巷工程、监测监控、工艺流程等重要信息的查询定位、编辑更新功能。设备设施三维可视化图见图3，井巷工程三维可视化图见图4.

图3 设备设施三维可视化图

图4 井巷工程三维可视化图

3)建立基于勘探数据的三维地质构造模型。

采用高精度地质建模技术、多层地质表现及融合技术，将矿井地测数据(如:钻孔、勘探线、煤层等高线等信息)收集整合后建立基础三维地质构造。同时将矿井内的异常地质构造(如:断层、陷落柱、积水区等信息)进行真实位置还原，实现矿井真实空间地质构造解析和展示。矿体围岩与地质构造三维剖切查看示意图见图5.

图5 矿体围岩与地质构造三维剖切查看示意图

3.2 以3DGIS为支撑体系进行全面数据整合

通过系统平台建设，实现与安全监测、矿压监测、水文监测、束管监测等系统的集成，并将感知信息动态反映到三维场景中，实现技术管理人员对重点监控区域进行可视化分析、排查;建立统一信息管控平台，将整合的感知数据按业务关联逻辑分类，建立数据聚合池，实现数据检索、分析、发布。集成矿压监测后的顶板动态监测界面示意图见图6，三交河煤矿统一管控平台业务导航系统示意图见图7.

图6 集成矿压监测后的顶板动态监测界面示意图

图7 三交河矿统一管控平台业务导航系统示意图

3.3 建立生产运转综合调度系统

基于集成的现有各监测监控系统，围绕矿山生产相关的各环节，将各类分散的实时监控系统的数据整合集成形成一体化的调度管控界面，直观且明了地让使用者了解到各类监控的重要信息;将原煤产量、精煤产量、掘进进尺、一线生产数据、人员信息等生产调度重点关注的数据以简洁、直观的方式呈现给决策者，对计划和实际生产产量进行对比，通过多种对比方式，以柱状图、饼状图的形式来反映计划完成情况，对产量偏离过大的数据进行突出显示;对人均生产效率、生产成本等经营管理高度关注的数据进行整合和分析，并提供历史曲线查询等各类分析功能。集各类分散实时监测数据于一体的调度管控界面示意图见图8.

4 实施效果

1)全息化数字矿山管理平台将分散在企业内不同部门、不同类型业务系统中的大量业务数据有机结合起来，已经逐步改变了原有的部分工作模式，提高了部门间信息共享的程度，可以为生产决策和指挥提供更为直观、准确的数据支持。

图8 调度管控界面示意图

2)通过对生产调度信息的三维可视化管理，将生产调度各部门的信息高度集成，并接入各类实时数据，实现了跨系统的信息共享，真正起到预测预警和专家辅助分析作用。

3)全息化数字矿山管理平台通过全息化生产技术构建可视化的矿山巷道及周边场景，并集成设备设施、区域、工艺等真实的数据和生产动态数据，突发事件下能很好地解决管理者直觉感官获取信息不足的难题，以真实场景、真实数据和灾情全息再现的形式为管理者提供决策依据。

4)通过构建三维可视化场景和数据平台，为后续其他应用系统建设提供统一数据接口和现实界面，形成信息化建设统一整合平台。

5)系统能够综合各类信息进行决策支持，在进行生产问题磋商和决策时可以快速提供相关各类资料和准确数据支持和依据，提升管理效率50%以上。

5 结论

全息化数字管理平台在三交河矿管理系统中的应用，使矿区实现了数据共享，解决了矿区内部各层面数据无法共享所产生的“信息孤岛”的问题，改变了以往利用文字、报表等监测生产进度的传统形式，通过引入3DGIS架构的平台技术，建立实时数据与海量基础数据的衔接平台，将矿山地表设施、地形地貌、井巷工程、矿体围岩、地质构造等客观空间构造在平台中真实再现，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，并还原和建立上述数据之间的异构型关联逻辑，从而构建了能够真实反映复杂生产运行状态、环境安全状态、人员设备实时状态等的虚拟现实矿井。建议全行业积极推广应用该信息处理平台，以提高全行业的生产技术水平。

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