矿山数字化解决方案范文篇1

关键词：地质模型；生产计划；模型化管理

目前，国内煤矿企业在地质数据、开采设计、生产计划编制等工作使用基础整理软件进行管理，逐渐暴露出诸多弊端，如数据信息碎片化、设计周期长、工作效率低、数据挖掘深度低等，阻碍了煤矿数字化发展。

1立项背景

随着矿井智能化开采技术迅速发展，对技术管理的需求越来越高，工程师使用整理软件进行技术管理就显得捉襟见肘，采用专业化的技术管理工具替代整理软件尤为重要。煤矿生产模型管理系统（以下简称模型管理系统）充分利用空间分析、数据挖掘、虚拟现实、可视化、网络和科学计算技术，为矿山资源精确化管理、矿山规划、采矿设计、生产计划进行模拟、仿真和分析，提供新的技术平台和强大工具。在矿井生产管理方面具有用人少、工作效率高规划指导性强，各专业协同运作等优点；实现了煤矿地质数据、开采设计、生产计划等生产活动的模型化管理。

2系统概况

系统集成矿山地质管理、开采设计、生产计划编制等功能，将钻探编录信息数字化并使用数据库对数据进行校验，对钻孔数据逐一检索后录入地质数据库用于数据管理、存储；集成物探、巷探等多维数据建立地质模型；融合地质和开采设计数据，对开采煤层进行块段网格化划分形成数据单元，结合地质条件、生产组织、设备效能等诸多影响因素科学编制生产计划，输出成果资料，模型化管理更高效、快捷。

2.1系统构成

该模型系统主要是由地质数据库、地质模型、开采设计和计划模型构建而成。

2.2系统功能

1）地质数据库。地质数据库作为智能模型管理系统的数据“入口”，实现钻孔数据安全管理。该软件用于地质资料数据收集、校验、浏览和报告功能的数据管理系统。软件可将钻孔数据可视化，将钻孔岩性属性在视窗内直观显示；还提供强大的数据校验功能，确保钻探数据准确性；共享的存储系统可以确保数据的安全性。2）地质模型。建立地质模型，实现矿井地质管理、构造解译等相关工作。该软件采用快速高效的建模技术，读取数据库钻孔文件及各种物探、巷探数据并进行模拟运算，建立三维地质模型。地质工程师利用地质模型可从全方位地观察煤层赋存情况，方便快捷的进行区域的储量计算，煤质煤厚区域划分，等高（厚）线、煤层分叉线、任意煤层剖面图等图纸的绘制及输出；同时软件可支持多种格式的地质数据输出，为开采模型建立提供煤岩层的网格数据。3）开采设计模型。软件兼具AutoCAD常规绘图功能的同时，增加了适用于煤矿开采设计的专业菜单栏，能够快速矿井设计，极大的提高了工作效率，并将地质模型与开采设计进行数据耦合，形成采掘数据单元。将开采设计绘图工作由原本的几小时缩短至几分钟，提高了工作效率；并为计划模型提供基础单元数据。4）计划模型。软件用于编制矿井生产计划及对未来开采计划方案的模拟。将开采设计和地质数据融合，结合可预见性地质情况、生产组织等影响因素遵照开采逻辑模拟矿井采掘接续，并以动画的形式演示矿井今后的生产接续状况；软件支持人工动态修正生产计划，实现了生产计划编制的可视、可控、可调。将生产计划编制时间由原本的几天缩短至几个小时，提高了工作效率。多场景、全因素、长周期的模拟采掘计划方案，寻找最优采掘接续计划，为企业决策者提供矿山寿命全周期采掘接续规划方案。

2.3系统特点

1）系统运行环境依托云服务平台，降低系统对终端硬件的需求，提高运行速度和数据安全性，也便于模型更新和维护。2）地质数据多维度融合。使用钻探、物探和生产实际揭露的巷探等数据修正地质模型，提高地质模型精确度，满足煤矿生产需求。3）使用专业煤矿开采设计软件进行开采设计，地质模型与开采设计进行数据耦合，形成采掘块段的数据单元。链接了地质信息与开采设计间的信息“孤岛”。4）在开采模型数据基础上，通过建立开采逻辑、采掘设备不同条件下的生产效能、生产组织和采掘影响因素等限制条件，逼真模拟矿井生产接续情况，推演进度计划让决策者快速了解未来矿井运行状况，科学合理的制定生产计划方案。

3系统应用

模型管理系统由济南煤科院引进澳洲模型软件组建而成，并在转龙湾煤矿进行国内应用。1）地质数据库。通过建立数据库校验规则对导入数据进行“清洗”，使用管理系统存储数据，提高了数据安全性，避免了人员误操作、更替、流动造成的数据丢失问题；减少因地质资料缺失或精确度低导致的经济损失。2）地质模型。作为地质工程师的辅助工具，将钻探、巷探和物探数据统一存储并集成，通过多维数据协助工程师解译地质构造。方便快捷的进行区域的储量计算，绘制煤厚区域划分、等高（厚）线、煤层分叉线、任意煤层剖面等图纸，提高工作效率。成果数据数字化传输，模型数据能够被开采设计所使用。3）开采设计方案的调整，软件根据地质模型数据自动计算开采储量，无需地质工程师重新计算，减少人员重复工作。4）计划模型中设定采掘设备生产效能、生产影响因素和系数、工作面按撤时长、停产检修时间等一系列可预知的生产活动，推演生产计划方案。极大了缩短了生产计划编制周期，提高了工作效率。图5矿井生产接续计划图

4结语

专业化、模型化的矿山管理系统，提高了工作效率，链接地质资源、开采设计、生产计划等专业的“信息孤岛”，避免了因人员更替、流动造成的数据丢失问题，科学合理的制定矿井生产接续，多因素长周期推演生产计划避免造成接续冗余，有利于矿井节支降耗；系统管理提高企业管理的标准化、流程化和数字化，为企业数字化转型和大数据战略奠定基础。

参考文献:

[1]彭莉.澳大利亚哈默斯利公司采掘计划中计算机的运用[J].中国矿业.马钢集团公司南山矿业公司，1999.

[2]王忠鑫.MINEX及其在数字矿山中的应用研究[D].露天采矿技术.中煤科工集团沈阳设计研究院，2013.

矿山数字化解决方案范文篇2

摘要：矿山工程三维技术能够实现矿产开发、采矿设计、采矿工程、生产组织等的三维动态展示，是数字矿山的关键性技术。以实例的方式介绍了三维技术在矿山工程建设、矿产资源动态管理中的应用，总结出适合现代化矿山应用的新型矿山工程技术。

关键词：矿业工程；三维技术；数字矿山；工程技术

“数字矿山”是以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算机科学为理论基础，以矿山测量和网络技术为支撑，建立起的一系列不同层次的系统模型、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计算机模型等的兼并集成，可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达［1］。目前，该系统在我国已经有了初步的应用，但局限于企业系统引入的完整性、计算机水平与资金投入等因素的制约，在应用上缺乏深度和广度，不能为矿产资源评估、矿山规划、设计优化等决策提供全面有效的信息数据。

1数字矿山的系统构成

数字矿山分为7个层次:(1)基础数据层。为实测数据，或设计数据，是各层的基础数据。(2)模型层。该层将基础数据加工为直观、形象的表述形式，并为设计与优化提供依据。(3)模拟与优化层。如采选工艺流程模拟、技术经济指标参数优化、设计与计划方案优化等。(4)设计层。该层把各环节优化过的数据转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段。(5)执行与控制层。如自动调度系统、质量指标参数自动监测与远程控制操作等。(6)管理层。包括MIS与办公自动化。(7)决策支持层。依据各层级的信息数据加工成果，就重大的设计、施工、投资等方案进行分析与预测，为决策者提供决策支持［2］。

2五矿矿业数字化矿山建设情况

2008年五矿矿业公司启动数字矿山建设，购置了三维矿业软件，以北洺河铁矿为试点，以已有的测量数据、钻孔数据、一次圈定、二次圈定数据、地质素描数据等为依据，建立地质三维模型、矿体三维模型、矿山工程三维模型、地表建构筑物三维模型。由于矿山生产活动动态快速变化，常规测量设备与手段效率低、精度低、采集数据量极其有限，并且数据本身的误差较大不能达到建模要求，加之采空区、放矿溜井、塌陷区等人员设备无法到达，无法准确完成数据采集，造成工程设计方案不能准确地为采矿做指导，设计因此经常需要修改，造成大量的工程浪费。采空区、放矿溜井、塌陷区等重点监控区域无法准确建立三维模型，无法真正实现空间管理，实现资源优化配置与安全管理，更不能科学编制生产计划，无法做到采场出矿质量精细化管理。为此，2014年五矿矿业公司引进并开发三维扫描技术，对矿山采矿工程、采空区、塌陷区进行三维扫描，这些问题才更好的得到了解决，该公司的数字矿山系统也从第二层上升到第三层建设，三维扫描测量成果的应用如图1所示，目前，利用三维激光扫描技术，该公司开展了地形图扫描、采掘工程放量验收、采场边坡变形测量、采空区实测、充填体变形监测、井巷巷道实测、主溜井破坏度实测等。目前，建有矿山矿体三维模型、地质构造三维模型、采空区三维模型、井巷工程三维模型、地表建构筑物三维模型、地表塌陷区三维模型、地面工业场区等三维模型，真实反映其相互间三维空间管理。以数字化矿山模型的应用实例为依据，展示其在资源储量动态管理、工程质量控制、采矿设计、采空区管理、主溜井修复方案等方面的研究与应用，论述数字化矿山成果的重要性以及发展方向。

3矿山数字化建设的研究与应用

3．1矿山三级矿量及资源量动态管理

根据一次圈定二次圈定的地质勘探资料、实际勘测数据建立地质勘查数据库、三维矿产资源模型、矿业工程实测模型，可以清晰准确的展示任意中段任意盘区的三级矿量保有情况，采掘现状，为下一步科学的进行施工组织决策提供参考依据。

3．2工程施工质量检测

由于传统测量采用毛断法方式采集数据，只利用中线量取巷道的高度、宽度、到控制点的距离的方式，不仅速度慢，且采集数量极其有限，所以无法全面地反映出工程实际施工的质量情况，不能满足数字矿山的要求，利用三维激光扫描技术采集数据，建立巷道实测模型，利用其快速、便捷、大数据的特点，并通过三维矿业软件建立巷道真实模型。

3．3采空区验收、优化矿柱爆破设计

实际测量采空区现状，绘制三维实体模型，并参照盘区矿块的采准设计、回采设计，与模型进行合并，用类似于工程质量检测的方法进行对比，为爆破设计提供可靠的信息数据，有效降低了爆破震动对采空区充填体的破坏，在保证充填体安全的前提下，尽可能多地回收矿产资源。

3．4采空区顶板地压的安全风险评估

采空区的边帮受地压的影响存在垮落现象，如图5、图6所示，为了预防采空区边帮、顶板塌落冒顶对上部工程以及作业人员、设备造成伤害，以区域实测成果为基础数据，定期对采场的采空区变化情况以及采矿边界内顶部工程(凿岩巷道和充填耳洞)位置进行对比，对顶部工程的安全风险进行分析与评估。凿岩巷道底板与塌冒区边界距离为2．8～9．9m，最小距离仅为2．8m，采空区顶板冒落比较严重，并随时存在再次塌冒的危险，人与设备在巷道内作业内，随时处于危险状态，凿岩巷道应及时封闭并挂警示标志，禁止行人进入巷道内。

3．5地表塌陷区动态监测

采用崩落法采矿的矿山，地表将随着采矿活动的进行而不断的往下塌陷，人员与设备均不能够靠近，常规测量设备无法完成全面准确的数据采集，无法建立塌陷区模型。而利用三维激光扫描技术可以定期进行无接触的全面激光扫描，在安全区域快速获取塌陷区完整数据，并通过三维软件进行点云数据处理建立，不同测站数据的快速融合，如图9所示，三维模型进入三维矿业软件进行分析对比，获得塌陷区动态变化情况，可以及时准确的获取塌陷区变化的情况，并及时采取有效的措施，避免周边人员、设备、建构筑物遭受损失。

3．6为主溜井治理方案提供依据

主溜井是矿山运矿的主要途径，随着服务年限的增加，主溜井会出现不同程度的损坏，由于主溜井构造和服务的特殊性，人员无法进入了解内部情况，设计人员无法了解现场实际情况，来完成主溜井修复方案设计。利用三维激光扫描技术，快速完成主溜井破坏区域数据采集，实现主溜井虚拟模型数字化。

4结论与建议

(1)采用三维扫描技术采集数据，大幅度提高了数字化矿山成果的准确度、精度和密度，使采准设计、回采设计和中深孔爆破设计更加精准，爆破效果更好，技术经济指标有显著提升。(2)较大程度地提高了矿山的安全管理水平，避免了人员进入到采空区、地表塌陷区等危险地点作业，扫描速度快，可以配合遥控电铲、摇臂、遥控车进入到更深更远的地方工作。

(3)提高工程设计精度，很大程度地改善了爆破对充填体的破坏度，降低了残孔率、废孔率、二次爆破，提高回采率、降低贫化率、损失率，取得一定的经济效益。

(4)目前，五矿矿业公司正朝数字矿山系统第5个层次规划，把此数字化矿山技术成果应用到安全六大系统中，全面开展地表地容地貌的数字化建设与矿体模型、矿山工程模型相融合，将成果展示在调度大屏上，利用人员定位系统将人员位置定位在此模型上，同样实行人员分级，利用颜色分级，例如选厂设备检修，在调度室就可以清晰地看到有几人在维修，有无科长、段长、专家在，是否有其他的维修力量可以调配过来，减少维修时间。又如，如果井下某区域有塌方或者火灾，堵住了安全通道或者有被困人员，就可以在大屏上指挥人员疏散或者组织救援等。

参考文献

［1］刘立．现代矿山新趋势:自动化和智能化［J］．矿山装备，2011(7):34-37．