数字矿山论文_数字矿山论文doc

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论述数字矿山理论与技术的研究现状

国内数字矿山的研究现状,美国、加拿大、澳大利亚等矿业发达国家在数字矿山方面的研究起步较早。2001 年，中国矿业联合会组织召开了首届国际矿业博览会，其中包括一个以“数字矿山”为主题的分组会。2002 年，以“数字矿山战略及未来发展”为主题的中国科协第86 次青年科学家论坛召开，2006 年，煤炭工业技术委员会和煤矿信息与自动化专业委员会在新疆乌鲁木齐召开了“数字化矿山技术研讨会”。20 世纪末以来，国家主要科研资助机构和相关行业部门相继立项支持了一批数字矿山课题。包括2000 年开始的一项国家自然基金课题、2006 年开始的一项863 课题和一项“十一五” 支撑课题等。2000 年以来，国内多所高校、科研院所、企事业单位相继设立了与数字矿山有关的研究所、研究中心、实验室，主要有：2000年设立于中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院的“3S 与沉陷工程研究所”、2005 年设立于中南大学资源与安全工程学院的“数字矿山实验室”、2007 年设立于东北大学资源与土木工程学院的“3S 与数字矿山研究所”和2007 年设立于中国矿业大学(徐州)计算机科学与技术学院的“矿山数字化教育部工程研究中心”等。山东新汶矿业集团泰山能源股份有限公司翟镇煤矿是我国第一座数字矿山，与北京大学遥感与地理信息系统研究所合作，在国内首开数字化矿井技术应用之先河。此外，中国矿业大学等单位相继开展了采矿机器人、矿山地理信息系统、三维地学模拟、矿山虚拟现实、矿山定位等方面的技术开发与应用。论述数字矿山建设的内容技术 4 数字矿山的主要内容 数字矿山的具体内容包括:(l)煤矿基础设施的数字化。对煤矿不同比例尺的地形图、矿图、遥感影像、矿山与工程测量数据、GPS 动态监测数据, 以及反映煤矿水文、地质、采矿、安全、土地、交通、绿化、道路、环境、管线、房地产、人口、商业、电讯、电力等信息, 进行实时、动态的采集并传输到系统数据仓库。(2)建立专业应用模型库。建立满足不同部门、专业需求的分析和辅助决策支持模型库, 对煤矿生产、管理的主要问题, 如调度、采矿设计、安全生产、地质、测量、工程效益、防灾救灾、开采沉陷、环境保护及生态重建, 矿山压力显现的数字化传输及地面显示系统, 采掘动态接替等, 进行综合评价和系统分析。(3)煤矿多层空间的虚拟再现。实施煤矿地面和矿井多层空间信息叠置, 实现煤矿井上下三维实体及景观的计算机动态显示, 便于生产指挥、管理以及员工培训等。

(4)建立集团公司与各煤矿之间纵横或环状的高速光纤网络。通过高速网络实现分布式空间信息的共享和传输, 完成信息的查询、检索和分析应用, 实现煤矿产、供、销等信息的实时发布。(5)煤矿地面资源规划。数字矿山地面资源规划主要由涉及企业的人、财、物及其过程(如财务、供应、销售等)的管理信息系统、基于3S 技术和计算机网络技术建立起来的服务于煤矿的空间信息基础设施和信息系统组成, 并在此基础上建立全矿的地面管理、服务与决策支持信息系统 数字矿山关键技术

数字矿山的实现与应用涉及地理信息系统、虚拟现实、网络、多媒体、数据库和海量数据存储等多种高新技术, 集成应用是数字矿山实现的关键, 因此, 数字矿山是一项复杂的系统工程。依据数字矿山的数据流程将从数据获取、数据传输、数据存储、数据处理和数据共享等层面探讨数字矿山的关键技术, 6.1 数据获取技术

从数据获取层面来讲, 主要有遥感、数字摄影、GPS 全球定位系统和三维地震等关键技术。空间信息资源是支撑数字矿山的重要基础和能源, 因此, 数字矿山不能离开数据源。在煤矿环境监控与预测、周边小煤窑开采监控、煤矿区建筑物三维重建和矿区地表塌陷等方面应用遥感技术获取数据是最直接和最有效的手段, 尤其是随着遥感分辨率的不断提高和数据费用的不断降低, 遥感越来越成为数

字矿山的重要数据来源。视频信息是井下多媒体数据的直接来源, 煤矿实时大屏幕显示和调度系统均为视频信息, 实现开采现场的实时监控。GPS 全球定位系统不仅为地面测量带来极大的便利, 同时为矿区土地复垦获取了实时变形监测位置信息。数字矿山多数信息是基于地表以下, 具有许多特殊性、灰色性和动态修改性。正是数字矿山信息源的独特性决定了其数据获取技术的多样性,。如三维地震技术和物探技术。三维地震信息是分析矿区地质构造与沉积环境的重要资料, 能更为准确地构造煤矿地质模型和煤矿虚拟环境系统。6.2 数据传输技术

数字矿山的数据必须利用多数据库和多服务器来组织与管理;信息的利用不再是仅面向单用户和专业用户, 而是面向不同层次专业用户和管理用户。因此, 数据的传输必须依赖于网络技术。随着以太网AT M 和交换技术的逐步成熟, 将大大解决空间数据和海量多媒体数据传输的带宽和延迟问题。高速的远程网络技术将实现远程的实时调用大量空间数据以进行空间分析、数据处理和图形显示, 真

正实现全局的数据共享、联机分析处理海量信息和远程监督管理煤矿安全信息等问题。6.3 数据存储技术

数字矿山的多数据源决定了数据存储的复杂性, 这些数据既有实时动态数据又有相对静态数据,主要涉及的关键技术有空间数据库和数据仓库技术。基于其数据的复杂多元化, 必须采用合理的技术组织才能提高海量数据的存储、管理效率和质量。既可以利用GI S 地理信息系统技术本身数据管理和分析功能, 同时可以采用o ra d e 和SQL Se rv er 等大型工业标准数据库管理软件建立数字矿山的数据中心, 对复杂多源煤矿信息进行有效的、合理的存储、管理与分析。并且针对复杂地理空间实体可以应用面向对象的GI S 技术, 通过空间数据库引擎实现空间数据的动态相互调用。

6.4 数据处理技术

数据处理技术是数字矿山的直接目的, 所有数据主要为数据处理服务。它主要有自动绘图技术、虚拟现实技术和信息提取与决策处理技术等。自动绘图技术主要解决煤矿常用图件绘制的自动化程度、信息更新的动态编辑能力以及图件之间信息的共享程度。煤矿虚拟现实技术是利用V R 软件和硬件设备, 依据煤矿地质、测量、三维地震、煤矿开采和地面图像等数据模拟出包括煤矿各种自然实体

和人工实体在内的三维空间, 是使用户在其中可以自然地与各种虚拟实体进行动态交互的虚拟环境系统。虚拟现实技术是反映灾害状况的最好手段。通过虚拟现实技术可将各种数据或分析成果直观而有效的交互式地显示在电子图形上,管理人员通过查看历史曲线, 利用专家处理经验, 科学预测灾变或发展趋势, 做出准确的分析判断, 并给出相应的处理信息和决策, 进而做到科学指挥, 将灾害消灭于萌芽状态或将灾害损失降到最低限度。6.5 数据共享技术

从数据共享应用的角度讲, 主要有数据标准化、元数据标准化和数据共享与互操作等技术。海量数据的转换、交流和共享都迫切要求建立煤矿信息的标准化体系和规范, 以实现煤矿信息的共享并减少数据的冗余。这样, 煤矿数据和元数据的标准化体系以及互操作规范的研究与建立均对数字矿山工作的推进具有重要的现实意义。

黄金矿山的生产过程自动化，不同于一般的制造企业。由于作业地点分散、作业过程不连续、作业条件恶劣等原因，完全实现自动化、数字化难度较大。最近几年，大部分金属地下矿山的装 备水平有了很大的提高，与之相适应的生产过程自动化也有了长足的发展。提升、运输、通风、排水、充填系统的自动化，遥控铲运机、遥控钻机在个别矿山的应用，说明自动化与遥控技术已 经进入了国内矿山企业。山东黄金下属矿山的装备水平，一直处在国

内黄金矿山的前列，这为自动控制系统的建设创造了有利条件。目前，以矿山ＭＥＳ为中心的自动控制系统的建设，已经在重点矿山全面推开，取得了一批成功的建设经验。已建成并在生产中发挥效益的系统有：①提升自动化系统；②运输自动化系统，包括井下运输和地面运输；③通风自动化系统；④排水自动化系统；⑤供风自动化系统；⑥充填自动化系统；⑦供配电自动化系统；⑧选矿自动化系统；⑨动力自动计量系统，包括电量计量和高压风计量等。当前数字矿山建设存在的理论和技术问题及解决方法

当前矿山各部门, 具有成熟软件支持的是财务管理, 该部门具有一套完整的业务处理系统, 独立的数据库, 但未能接入企业内部网, 为领导提供决策的是一堆报表, 查询很不方便, 地测资料近年来已有较成熟的软件支持, 但仍没有完全系统化和接人网络。机电设备管理、物质材料领取等大都受传统影响, 很多仍是以料单的形式进行手工操作, 管理混乱,容易丢失, 效率低下。其他如安全信息、生产、销售、人事、后勤等, 虽有些信息, 但达不到数字矿山的要求, 还需专业人员建立准确完备的数据库及相应的操作软件系统。从目前数字矿山的现状来看, 数字矿山存在的关键问题在于缺乏网络化建设、软件系统建设及相关自动化智能化硬件设施的建设。造成这种局面的主要原因有以下几‘个方面: 1 缺乏人才

尤其是既精通矿山生产业务又精通计算机的复合式人才更为匾乏领导重视程度不够。一部分领导尚未认识到数字矿山的重要性和必要性, 有些是由于其本身缺乏相应信息化知识概念, 认为数字矿山建设投资大、建设周期长、收效微, 甚至认为数字矿山建设只是“ 作秀”、赶时髦, 从思想上不认同这种建设。3 高管人员中信息化知识贫乏

数字矿山建设牵涉到煤矿建设的生产、技术、安全、后勤、经验、人力等各个方面, 需要高层领导的亲自牵头, 制定设计方案和实施步骤。而现状是很多熟悉煤矿生产管理的人员整天忙于业务没有时间学习信息化知识, 而一些熟悉信息化知识的计算机类人才大都缺乏煤矿实践, 造成矿山数字化工作举步维艰。应对的措施与方法

为提高矿山的竞争力, 增强矿山的适应能力, 实现矿山的安全、高效、环保、科技文明发展, 加强数字矿山建设无疑是与时俱进的必须之举。根据当前数字矿山建设现状, 需采取以下措施: 1 培养、引进人才, 建立相应机制留住人才矿山行业是高危行业, 劳动强度大, 危险系数高, 社会声誉低, 矿难事故时有发生, 给社会上的许多人以很大的负面影响。在如此环境下如何切实做好人才的培养、引进工作是一项重要工作。

必须努力建立一套有效的务实机制, 防止和减少人才流失, 切实能够做到事业留人、环境留人、待遇留人, 实现人才、企业的双赢。2 加大投资

数字矿山建设涉及面广, 建设周期长, 工程量庞大, 要确保有足够的资金投人, 制定详细的规划和具体的实施步骤, 循序渐进, 逐步实施, 切不可急功近利。分步实施, 加强培训有计划、有步骤地加强高级管理人员的信息化培训工作。

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