探析可视化矿山的发展现状及关键技术

2020-01-13常浩山煤集团煤业管理有限公司山西太原030000

化工管理 2020年15期

常浩（山煤集团煤业管理有限公司，山西太原030000）

0 引言

作为煤炭资源的开采大国，我国每年产出的煤矿数量可达世界总量的一半，而在煤炭资源消耗方面我国能源消耗总量的60%都是煤炭资源。为了能进一步提升我国煤炭资源开采应用的便捷性和智能性，构建智慧煤矿势在必行。在此环节，相关工作人员需要基于科学的可视化矿山建设技术做好智能化开采准备。

1 可视化矿山的发展现状

目前，可视化矿山的理念已经得到了国内外学者的认同，学术界对智能采矿技术的研究不断深入，可视化、数字化、智能化技术被广泛应用于智能采矿方案制定中，可视化矿山的建设方案也在不断完善。可视化矿山建设需要实现数据、模型、场景和沉浸式可视化，应该基于仿真和采矿理论模型实现对设计、回采、生产调度等方面的可视化、数字化集成操作。不过，在当前的可视化矿山建设环节存在以下问题：

首先，现有三维立体模型具备局限性。改模型并不能实现完全可视化，只能提供局部真实性可视化以及示意性可视化，所以其应用教学意义大于实践开采模拟意义，无法真正地为煤矿开采生产进行有效指导和反馈。

其次，模拟仿真模型具备单一性。目前，仿真模拟的可视化模型还不具备随意切换场景的可视化和无限制漫游沉浸的可视化功能，所以其可视化目的仍需依靠摄像头来达成。而且，模拟仿真可视化的真实化水平较低，展现方式也十分单一，并不能达成人机交互可视化。

最后，设备智能化水平不高。可视化矿山建设环节中的智能化设备在进行特定问题判断时无法基于专家系统支持作业，而且其数据采集和动态处理能力较弱，大数据技术的功能也没有得到切实展现，甚至在设备智能化的发展缺乏正确指引。

2 建设可视化矿山的关键性技术

可视化矿山的建设仰赖于大量的先进技术，不仅包含可视化技术、智能技术和互联网技术，还包括大数据处理技术、云计算技术、物联网技术等多种信息技术。在作业环节，需要通过完成体系化的可视化建设和信息管理服务来满足智慧采矿要求。在此情况之下，可视化矿山建设环节，应该以打造数据可视化、模型可视化、场景可视化和沉浸式可视化为发展方向；在作业时，需分别构建大数据数据库、模型数据库、场景数据库和漫游数据库，以实现对文档、关系型数据，三围模型、机械设备模型数据，开拓回采运输场景、应急调度场景以及主动、被动漫游的有效记录，并基于集成化操作平台实现有效管理。基于此，在这一环节可视化矿山建设人员必须做好关键技术的选择和应用。

2.1 三维立体仿真模型

可视化矿山建设集多项先进的技术于一体，先进技术的融合使智能采矿目标成为可能。大数据、智能监控等技术是可视化功能实现的基础，其具体实现过程为将子单元和结构定义为块模型，然后通过三维技术的应用，存储和计算矿井空间数据，并在此基础上组建模型，最后在观看者眼前呈现出微观的数据[1]。针对矿井开采过程中的液气形态，可以使用软件中自带的渲染功能，增强气体的视觉表现力。

所以，在可视化矿山建设环节，三维立体矿井仿真模型的应用至关重要，这也是实践环节最关键的可视化矿山建设技术。在作业环节中，三维立体仿真模型的构建依据为矿区的勘察数据和地形地貌，模型中包括采掘工作面和矿井等内容。同时还能对动态化的开采过程进行模拟，从而为技术人员设计科学开采方案创造有利的条件。基于三维坐标数据，就可创造可视化开采模型，进而实现对煤矿开采过程的可视化模拟，为提高生产科学性和安全性奠定基础。比如：在模型构建完成后，工作人员可以通过观察模型，掌握过空巷、过煤柱和煤层间距所处的位置和大小等等。

2.2 专家决策系统

在当前的煤炭开采环节，许多技术性问题必须经过专家的深入研究才能解决，但在当前的可视化矿山建设中由于设备智能性以及功能性的缺失，这一要求尚未被满足。因此，可视化矿山建设人员必须应用专家决策系统，为更科学高效地解决煤矿开采问题提供辅助。该技术的应用，可以从多样化的研究领域和层次对引起矿山开采问题的原因进行分析通过权重划分和理论支撑展现针对性的解决方案。比如，依照权重高低排列埋深、倾角、支架工作阻力等矿产开采过程中的作业参数，并在现有数据库中通过检索主要因素查询具备最高适配度的处理方案，为更加安全、高效地开展生产提供指导。

2.3 动态处理技术

煤矿开采的质量因素众多，所以生产环节的调配作业和管理难度颇高。为了保证可视化矿山的建设成效，在作业环节需要添加动态处理技术，借助于大数据处理系统，实现对生产数据的全面性收集和处理，让三维建模和支护设计、应急数据的准确性与实用性得到提升；同时，还应以数据网格化和融合的方式，实现情境化的数据管理，进而保证系统做出的数据呈现具备准确性和高效性[2]。当然，在动态处理技术应用环节，相关工作人员还需要合理应用调配系统。该系统应具备实现煤矿开采全过程调配的能力，可根据地质构造差异，实现对通风阻力的调节、单日产煤量和运输力的调控以及支架阻力阈值的调控，进而提高可视化矿山生产有效性和科学性提供辅助。

2.4 风险识别和预警技术

为了能提高煤矿开采的安全性，在作业环节需要高质量地完成危险源的之别和防控。所以，在可视化矿山建设环节，风险识别和预警技术不可或缺。由于煤矿开采的干扰因素过多，所以其风险源的种类也十分多样，为了有效地开展风险防控和安全保护工作，必须要借助于各种监测和监控设备实现对煤矿生产环节进行全面监控。比如，红外线成像仪、通风监测设备或瓦斯粉尘监测设备等。不仅如此，相关工作人员还应该为有效防控危险源而制定明确的安全管理标准和监测预警指标。比如，制定采矿空间温度场、应力场、电磁场等指标，实现对采场数据的深度挖掘和把控，理顺彼此关系。同时，还要基于大数据和云计算技术，有效开展数据处理，为识别风险及时预警奠定基础。

2.5 数字化集成操作平台

建设可视化矿山的根本目的是实现煤矿开采的系统性和高效性管理，为提升单日开采量、提升开采安全性、降低开采能耗提供条件。而在实践工作环节，需要开采环节各项工作的综合管理和调度才能发挥可视化矿山的根本作用。所以，必须构建数字化集成操作平台，以便于实现对数据信息的有效收集、储存、处理和推送，完成对综合调度和监控，及时接受安全警报并制定有针对性地解决方案。此时，技术人员应该基于安全性和可靠性原则设计数字化集成操作平台，确保平台具备提供多样化检查处理方法的能力，并且能保障数据信息的安全可用。比如，应用以SOA组件为依托的技术框架，采用XML规范作为信心交互的标准，借助于国内外优秀厂商的先进经验和成熟的软硬件支撑平台，构建可视化矿山的数字化集成操作平台[3]。此外，建立数字化集成操作平台的过程中，需要增强系统的可扩展能力，为保证系统的后期开发和功能革新提供便利条件，通过增加系统适配度和适应性来为数字化矿山的有效构建提供保障。