三交河礦綜合信息化管理平臺建設與實踐

馬麗芳

(霍州煤電(集團)公司 技術中心 ，山西 霍州 031400)

1 背景概況

霍州煤電集團三交河礦通過近年來“兩化融合”建設，逐漸提高了礦井信息化管理水平，在大量的自動化、高效率綜合自控與監測系統建設的同時，涌現出新的管理難題，面臨著新的挑戰:

1)礦井信息化建設系統涉及企業生產執行、經營管理、決策支持等各個層面，專業系統多，數據量大，但難以實現數據有效共享，進而形成“信息孤島”的局面，難以發揮預期作用。

2)生產系統龐大復雜，難以直觀有效調度。目前，礦井實現了設備、產量、瓦斯等各類信息實時監測信息，但表現形式單一，難以滿足對井上、井下生產運轉過程直觀監視、快速調度的需要。

3)礦井數據統計業務涉及業務面廣，類型復雜，統計工作存在著統計指標多、數據量大，統計方式僅表現為日報、月報、年報、統計年鑒等，缺乏統計工作細化性和專業性的工具，無法使統計信息得到深層次綜合、分析、提煉、挖掘，更難以達到安全生產的超前預知、預判。

4)日常監管模式單一，需要打造新型管理手段。三交河煤礦調度中心已實現對安全生產的全面監控，但只能通過計算機、大屏幕等方式展示給值班人員，需要建立更為靈活的移動網絡辦公模式。

2 系統建設理念

引入礦山專用3DGIS技術，與虛擬仿真技術相融合，突破傳統信息化建設的數據組織方式，構建了全息化的數據綜合管控一體化平臺—“E礦山管理平臺”，進行真實現場可視化、數據聚合沉淀、業務支撐與決策系統重構等3個層次的信息化架構改造，形成具有本礦特色的全息化數字礦山建設方法。數字化礦山建設理念示意圖見圖1.

圖1 數字化礦山建設理念示意圖

1)通過引入3DGIS架構的平臺技術，建立實時數據與海量基礎數據的銜接平臺，將礦山地形地貌、井巷工程、地質構造等客觀空間構造在平臺中真實再現，同時將各類實時監控數據、生產數據、設備信息、人員信息等植入系統，并還原和建立上述數據之間的異構型關聯邏輯，從而構建了能夠真實反映復雜生產運行狀態、環境安全狀態、人員設備實時狀態等的虛擬現實礦井。

2)利用現代系統工程管理方法，分析礦山生產與安全兩個主體業務的管理需求以及需要數字化感知的要素，研發了現有多種類型、多源數據的整合集成接口技術和數據規范，建立礦山企業數據中心和數據聚合池，實現了一個平臺統一管控的數據應用模式。

3 系統主要功能

3.1 建立真實全息場景

圍繞礦井井上、下三維地質信息、設備生命周期環節信息、井上、下工程建設信息、生產工藝信息等客觀固有的靜態與緩變基礎數據進行全面的采集和可視化呈現。

1)礦區地表及周邊三維地形地貌構建。

以礦區邊界為參照，建立該范圍內真實的三維地形地貌，礦區內采用高精度的衛星遙感影像，配合一定比例的地形數據，生成礦區地表的真實地景。礦區周邊一定范圍內，采用低分辨率的衛星遙感影像，配合使用一定比例的地形數據，生成更大范圍的地景遙感影像。上述不同區域所采用不同精度的影像數據在整個系統中實現無縫融合。高精度正射影像生成的三維地形地貌圖見圖2.

圖2 高精度正射影像生成的三維地形地貌圖

2)礦山井上下建設與設備三維再現。

對三維場景中的所有建筑和設備的屬性進行信息收集并將各類靜態數據等植入三維場景中，系統重現真實的安全生產作業場景，并提供設備管路、井巷工程、監測監控、工藝流程等重要信息的查詢定位、編輯更新功能。設備設施三維可視化圖見圖3，井巷工程三維可視化圖見圖4.

圖3 設備設施三維可視化圖

圖4 井巷工程三維可視化圖

3)建立基于勘探數據的三維地質構造模型。

采用高精度地質建模技術、多層地質表現及融合技術，將礦井地測數據(如:鉆孔、勘探線、煤層等高線等信息)收集整合后建立基礎三維地質構造。同時將礦井內的異常地質構造(如:斷層、陷落柱、積水區等信息)進行真實位置還原，實現礦井真實空間地質構造解析和展示。礦體圍巖與地質構造三維剖切查看示意圖見圖5.

圖5 礦體圍巖與地質構造三維剖切查看示意圖

3.2 以3DGIS為支撐體系進行全面數據整合

通過系統平臺建設，實現與安全監測、礦壓監測、水文監測、束管監測等系統的集成，并將感知信息動態反映到三維場景中，實現技術管理人員對重點監控區域進行可視化分析、排查;建立統一信息管控平臺，將整合的感知數據按業務關聯邏輯分類，建立數據聚合池，實現數據檢索、分析、發布。集成礦壓監測后的頂板動態監測界面示意圖見圖6，三交河煤礦統一管控平臺業務導航系統示意圖見圖7.

圖6 集成礦壓監測后的頂板動態監測界面示意圖

圖7 三交河礦統一管控平臺業務導航系統示意圖

3.3 建立生產運轉綜合調度系統

基于集成的現有各監測監控系統，圍繞礦山生產相關的各環節，將各類分散的實時監控系統的數據整合集成形成一體化的調度管控界面，直觀且明了地讓使用者了解到各類監控的重要信息;將原煤產量、精煤產量、掘進進尺、一線生產數據、人員信息等生產調度重點關注的數據以簡潔、直觀的方式呈現給決策者，對計劃和實際生產產量進行對比，通過多種對比方式，以柱狀圖、餅狀圖的形式來反映計劃完成情況，對產量偏離過大的數據進行突出顯示;對人均生產效率、生產成本等經營管理高度關注的數據進行整合和分析，并提供歷史曲線查詢等各類分析功能。集各類分散實時監測數據于一體的調度管控界面示意圖見圖8.

4 實施效果

1)全息化數字礦山管理平臺將分散在企業內不同部門、不同類型業務系統中的大量業務數據有機結合起來，已經逐步改變了原有的部分工作模式，提高了部門間信息共享的程度，可以為生產決策和指揮提供更為直觀、準確的數據支持。

圖8 調度管控界面示意圖

2)通過對生產調度信息的三維可視化管理，將生產調度各部門的信息高度集成，并接入各類實時數據，實現了跨系統的信息共享，真正起到預測預警和專家輔助分析作用。

3)全息化數字礦山管理平臺通過全息化生產技術構建可視化的礦山巷道及周邊場景，并集成設備設施、區域、工藝等真實的數據和生產動態數據，突發事件下能很好地解決管理者直覺感官獲取信息不足的難題，以真實場景、真實數據和災情全息再現的形式為管理者提供決策依據。

4)通過構建三維可視化場景和數據平臺，為后續其他應用系統建設提供統一數據接口和現實界面，形成信息化建設統一整合平臺。

5)系統能夠綜合各類信息進行決策支持，在進行生產問題磋商和決策時可以快速提供相關各類資料和準確數據支持和依據，提升管理效率50%以上。

5 結論

全息化數字管理平臺在三交河礦管理系統中的應用，使礦區實現了數據共享，解決了礦區內部各層面數據無法共享所產生的“信息孤島”的問題，改變了以往利用文字、報表等監測生產進度的傳統形式，通過引入3DGIS架構的平臺技術，建立實時數據與海量基礎數據的銜接平臺，將礦山地表設施、地形地貌、井巷工程、礦體圍巖、地質構造等客觀空間構造在平臺中真實再現，同時將各類實時監控數據、生產數據、設備信息、人員信息、管理信息等植入系統，并還原和建立上述數據之間的異構型關聯邏輯，從而構建了能夠真實反映復雜生產運行狀態、環境安全狀態、人員設備實時狀態等的虛擬現實礦井。建議全行業積極推廣應用該信息處理平臺，以提高全行業的生產技術水平。

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