临矿集团田庄煤矿：浅谈数字化矿山建设

　　浅谈数字化矿山建设

　　长期以来煤炭工业是我国国民经济的龙头产业，但与发达国家相比，我国的煤炭产业还存在以下几方面的不足：一是煤矿设施落后，装备技术化水平低，许多地方还是要靠人力，先进技术支持力度不够;二是安全事故多，每百万吨的死亡率是2.04，发达国家为0.5左右，而仅次于我国的第二大产煤国美国每百万吨的死亡率为0.033。究其根本原因，是对矿井作业过程和环境状况缺乏一套系统、科学的动态监测分析以及实时有效的监控技术。信息化时代的到来，为煤炭行业这一传统工业的改革指明了方向。

　　数字矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。数字矿山的最终目标是实现矿山的综合自动化。

　　目前煤矿井下各种监控系统繁多且相互独立，信息不能互通难成体系，整体可靠性差，现有的矿级网络大多仅支持办公自动化，实时性、可靠性和抗恶劣环境的能力还不能满足煤矿安全、生产、调度系统的需要。信息不能综合利用，难以从系统工程的整体角度来对矿山进行统一的自动化调度管理。这就需要开发数字化矿山，全面运用电子技术，形成高效的自动化安全生产技术，提升企业生产装备的综合自动化水平，使生产流程和安全控制程序化、集成化、网络化、智能化，提高安全监控系统的可用性，确保生产安全和高产效。

　　数字矿山自下而上可分为以下七个主层次：

　　(1) 基础数据层。即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理;数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。该层为后续各层提供部分或全部输入数据。

　　(2) 模型层。即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层不仅将数据加工为直观、形象的表述形式，而且为优化、模拟与设计提供输入。

　　(3) 模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。

　　(4) 设计层。即计算机辅助设计层。该层为把优化解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、流程参数自动监测与控制、远程操作等。该层是生产方案的执行者。

　　(6) 管理层。包括MIS与办公自动化。

　　(7) 决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。

　　按功能划分，数字矿山包括六大类系统：数据获取与管理系统、数字开采系统、矿区地理信息系统、选矿数字监控系统、管理系统、决策支持系统。其中数字开采系统是核心系统，也是效率和效益的主要创造者。

　　以漳村煤矿为例，该系统以数据仓库(DataWarehouse)技术为基础，以联机分析处理(OLAP)和数据采掘(DataMining)工具为手段，并通过计算机技术及建立的关系与实时数据库，构建了三维虚拟数字化矿井信息管理平台。该平台以矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统为主体，主要围绕矿井的生产过程(采、掘工作面的推进)引起生产环境(地质条件、生产系统)变化的特点，针对静态平面图形和数据图表难以反映矿井地质条件、生产条件、工作场所在时间、空间上变化而造成生产动态信息反馈严重滞后的问题，采用了先进的三维可视化技术，开发和集成了三维动画、多媒体、数据库及数据实时动态显示等系统功能，将矿井复杂的井巷工程、生产与安全系统、地质地测等综合动态信息通过三维立体图逼真地表现出来，使矿井各级生产部门、监察部门能直观、快速、全面地了解矿井生产状况和相关信息，为矿井生产管理、生产调度、安全监察部门的监督检查提供决策依据。矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统是漳村矿综合自动化建设的一大亮点，该系统的投入，使漳村矿进入“数字化矿井”迈出了关键一步。

　　漳村煤矿数字化矿山建设针对安全高效现代化矿井建设的需求，研究了综合自动化数字矿山建设的结构体系及其支撑关键技术，包括煤矿企业PCS过程数据检测技术、煤矿企业PCS生产过程建模技术、基于MES技术及原理的煤矿安全生产调度管理系统、基于可靠性的设备维护及连续生产保证系统技术、煤矿企业ERP/MIS管理技术、综合自动化低成本集成技术以及矿井安全生产三维可视化平台建设相关技术等。以此为基础，设计了煤矿综合自动化PCS , MES及ERP/MIS一体化解决方案，实现了煤矿的生产过程监控及实时管理自动化目标。

　　漳村矿数字化矿山建设的创新特色主要具有：①通过自主开发和集成创新，系统地建立了实用的煤矿企业综合自动化与信息管理数字化矿山体系结构;②在煤矿企业MES中引人RCM系统，结合PCS的故障诊断与异常检测，开发出漳村煤矿连续生产保证子系统;③将三维虚拟技术与煤矿安全生产调度管理系统(MES )结合，实现了自动化系统与矿井安全生产三维可视化信息平台集成;④在煤矿综合自动化工业控制网络设计及应用中，引入ProfiNet网络，实现了“数据、视频、语音”三网合一;⑤在国产采煤机开发应用了自动调整滚筒高度记忆割煤智能化技术，实现了综采工作面采煤机仿形割煤智能控制。

　　数字矿山建设涵盖内容很多，而且在国内刚刚起步，发展前景广阔，对国家和企业都是十分重要的，数字矿山于2008年末被列为国家“863计划”。数字矿山是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。

　　数字矿山是国家战略资源安全保障体系的重要组成部分，是评价矿山资源生态环境的重要数据基础。数字矿山建设是资源可持续发展的重要基石，是化解高危行业风险的根本途径。绿色矿山是发展的趋势目标。