可視化礦山與機電技術在數字礦山建設中的應用研究

摘要：探討了可視化礦山的建設內容，包括可視化礦山的系統架構、功能實現，對智慧礦山可視化框架技術做了深入分析，并基于實例介紹了可視化礦山的實際應用效果。

關鍵詞：可視化;大數據;智慧礦山

0 ? ?引言

煤炭和石油在我國的消費比例約為6：4，因此，煤炭的開采技術保障了我國的煤炭使用安全。本研究從可視化礦山的建設出發，通過建立數字化、信息化的多元系統網絡，分析了可視化礦山建設的系統框架，并探討了機電運行狀態參數的管理與信息化、智能化的關系。

1 ? ?可視化礦山的實現

1.1 ? ?可視化礦山概述

可視化礦山是指利用計算機，在同一時空框架下將礦山地質條件、礦山工程分布在三維空間中進行展現，以三維坐標的方式將坐標信息及其相互關系組成信息框架的系統。它能對礦山的真實地質情況、相關地貌做出信息化的表達，為礦山工作人員地質勘查提供數據支持。

礦山可視化技術要用到數學三維建模，一般采用航空拍攝測量的方法制作三維景觀模型，如圖1所示。

1.2 ? ?可視化礦山系統架構

從技術上來說，可視化礦山技術是在大數據的基礎之上構建整合的。建設可視化礦山需要用到互聯網、信息化、智能化等大數據技術，要為煤礦開采、信息化管理等提供系統性的大數據服務，建立可視化、信息化的仿真模擬管理系統，滿足現代煤礦開采需求。

1.2.1 ? ?一個核心

借助大數據、云計算等技術支持，在物聯網的基礎上，建立起模擬仿真的礦山三維立體模型。對三維立體模型的建立要與實際開采環境盡可能相同，實現從模型可視化到沉浸式可視化的轉變。

1.2.2 ? ?四個方向

可視化礦山的建設方向主要包括數據可視化、模型可視化、場景可視化、沉浸式可視化。首先要實現的是數據可視化;進而對數據進行分析整合，實現模型可視化;在其基礎之上，擴大模型的規模，實現場景的可視化;最后實現沉浸式可視化。

1.2.3 ? ?多個主要內容

以建設方向為基礎，可視化礦山框架的主要內容包括對數據可視化進行的大數據與物聯網的應用;以模型可視化為目標的三維數據模型和機械設備模型數據的分析、仿真、渲染;通過云計算模擬而實現場景可視化;以沉浸可視化為基礎的主動漫游、被動漫游。

1.2.4 ? ?四大數據庫

建立從礦井設計到煤炭開采各個環節的數據采集系統，對數據的分類、存儲實現整合。

1.2.5 ? ?一個平臺

建立平臺是要打破礦山信息孤島，統一整合各個領域的數據，對各類數據進行統一分析、統一監管，實現對礦區的共同管理。

2 ? ?智慧礦山可視化框架技術

2.1 ? ?三維立體礦井仿真模型

對三維立體礦井仿真模型的建設是可視化礦山的建設基礎。要對礦山地質地層進行仿真模擬，根據地質資料和現場勘查，建立可視化煤礦開采時序過程。通過三維坐標數據，實現開采過程的可視化、礦場管理的科學化。

2.2 ? ?開拓設計方案選擇

以三維仿真模型為基礎，為開拓設計提供可視化方案。根據礦井地質數據等進行科學合理的開拓設計，對設計過程中的各種指標進行仿真模擬，為決策者提供科學合理的開拓決策。

2.3 ? ?開采方案設計

合理的開采方案能夠提高資源回收效率和工作效率，因此，可以通過大數據運算形成圖文并茂的數據分析圖，定量地展示生產速度，為精細化管理提供技術支持。

2.4 ? ?礦井風量風速配置

礦井風量與礦區安全息息相關，通過通風網絡圖、通風節點來調配礦井風量，實現對礦區通風的科學管理。同時，對礦區特定區域實施瓦斯監測、特殊氣體監測等，防止礦區安全事故的發生。

2.5 ? ?專家決策系統

在開采過程中如遇技術問題，可通過專家決策系統對所遇問題進行權重劃分，在數據庫中對主要問題進行檢索，系統會推薦最適合的解決方案，指導礦區的安全生產。

2.6 ? ?動態處理系統

利用大數據技術，對礦壓預測、應急事故實現動態管理，提高數據管理推送的準確性，提高可視化礦山的建設水平。動態處理系統能夠對系統各項數據進行動態分析調整，為日常生產提供科學指導，創造更高的經濟效益。

3 ? ?實際應用分析

筆者以梧桐莊礦數字化礦山建設為例，介紹可視化礦山的實際應用情況。梧桐莊礦數字礦山系統建設架構如圖2所示。

該項目的重點建設方向以及實現方案包括：綜合業務網絡平臺、綜合集成平臺、網絡化控制。綜合業務網絡平臺確保礦區數據傳輸的穩定性、高效性。在實際應用中，礦區網絡因環境問題時常受到破壞，綜合業務網絡平臺應用千兆工業網絡，能保證數據傳輸的穩定性。而網絡化控制實現了對各項設備的集中控制。

4 ? ?可視化系統與煤礦機電設備運行狀況的評估

通過大數據技術對數據的分析搜集，能實現對煤礦機電設備運行狀況的評估。該系統分為基本操作模塊、數據接口模塊、數據查詢模塊、設備運行狀態評估模塊和預警模塊，如圖3所示。

該系統具有設備管理功能和設備運行狀態評估功能。設備管理功能能夠實現對設備運行狀態信息的實時監測，為決策者快速決策提供參考。設備運行狀態評估是系統的核心，即對礦區機電設備的運行狀態進行檢測，評估設備運行情況，能夠降低設備發生故障的概率。

5 ? ?結語

可視化礦山建設對于緩解我國能源危機具有重要意義，同時為解決開礦過程中的環境污染問題提供了高效的方案。在高新技術的推動下，煤礦開采過程管理會更加高效化、集約化，可為我國邁向煤炭強國提供堅實的技術保障。

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收稿日期：2020-07-28

作者簡介：馮文博（1972—），男，陜西銅川人，工程師，從事機電管理工作。