了得網工業技術_特大型鎳礦數字化礦山建設與進展

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《特大型鎳礦數字化礦山建設與進展》可供采礦、地質、水電和土木工程等領域從事采礦設計、生產實踐及科學研究的科研人員使用，也可供從事采礦教學的大專院校和科研院所的教師和研究生參考。

內容簡介

《特大型鎳礦數字化礦山建設與進展》是《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》的第八冊，主要介紹了金川特大型鎳礦數字化礦山建設及研究進展。《特大型鎳礦數字化礦山建設與進展》全面介紹了金川鎳礦在數字化礦山建設方面所取得的成果及安全生產管理與風險控制方面的理論研究與工程實踐成果。首先介紹了金川礦山信息化概況；然後介紹了金川礦區數字化礦山建設的框架結構；在此基礎上，分別介紹了三維可視化繫統、智能化控制繫統、網絡通信繫統及監測與監控繫統等；後介紹了金川礦區數字化礦山發展展望。

《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》序一
《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》序二
《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》序三
《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》編者的話
前言
第1章緒論
1.1概述
1.2數字化礦山的概念
1.3數字化礦山的體繫
1.4數字化礦山建設目的
1.5數字化礦山研究內容與關鍵技術
1.6數字化礦山研究現狀與發展趨勢
1.7我國數字化礦山建設存在問題及原因
第2章金川集團公司信息化概況《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》序一

《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》序二

《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》序三

《特大型鎳礦充填法開采技術著作叢書》編者的話

前言

第1章緒論

1.1概述

1.2數字化礦山的概念

1.3數字化礦山的體繫

1.4數字化礦山建設目的

1.5數字化礦山研究內容與關鍵技術

1.6數字化礦山研究現狀與發展趨勢

1.7我國數字化礦山建設存在問題及原因

第2章金川集團公司信息化概況

2.1企業概況

2.2企業信息化戰略

2.3基礎設施建設

2.4管理信息繫統建設

2.5自動化繫統建設

2.6企業公共信息化服務建設

2.7全面提升信息化理念和技術創新水平

2.8信息化建設成果與經驗

第3章金川礦區數字化礦山建設框架體繫

3.1金川集團公司數字化礦山建設目標

3.2數字化礦山繫統建設原則

3.3數字化礦山建設總體架構

3.4數字化礦山管理繫統實現層次

3.5數據資源標準建設

第4章金川礦區數字化礦山三維可視化繫統

4.1繫統簡介

4.2工作原則與流程

4.3金川礦山數據庫建立

4.4階段工作成果

第5章金川礦區智能化控制繫統

5.1提升機遠程集中控制

5.2運輸繫統遠程集中控制

5.3排水排污控制繫統

5.4供配電繫統

第6章金川礦區網絡通信繫統

6.1井下人員定位繫統

6.2工業電視監控繫統

6.3金川礦區工業以太網

第7章金川二礦區緊急避險繫統

第8章金川二礦區壓風自救繫統

第9章金川二礦區供水施救繫統

第10章金川二礦區通信聯絡繫統

第11章金川二礦區人員定位繫統

第12章金川二礦區監測與監控繫統

第13章監測數據傳輸及監控調度指揮中心建設

第14章金川礦區數字化礦山發展展望

參考文獻

在線試讀

第1章緒論
1.1概述
金川集團公司作為我國重要的有色金屬生產基地，礦產資源豐富，但礦體厚大、礦岩破碎不穩固、礦體埋藏深、地應力高，由此給礦產資源開發帶來嚴重困難。隨著二礦區二期工程的建設，采礦深度增加，開采深度接近千米，開采面積達到10萬平方米。因此，金川礦產資源的安全、高效開發和綜合利用，不僅關繫到金川集團公司的發展，而且必將影響我國有色金屬在國際上的競爭力。隨著信息時代的到來，數字化礦山的構建已經成為實現礦山企業安全、高效、綠色開采的有效途徑，是當今采礦科學、信息科學、人工智能、計算機技術和3S技術高度結合的產物，它將深刻地改變傳統的采礦生產活動和人們的生活方式。因此，構建金川數字礦山，不僅有利於礦山的科學管理和安全生產，而且能夠提高礦山采礦生產能力。金川鎳礦自建成投產以來，十分重視采礦技術攻關及科學技術在采礦生產中的應用。
幾十年來不斷技術攻關，不僅解決了一期工程建設中的技術難題，實現了一期工程無礦柱大面積連續開采，而且在二期工程的開發建設中，也成功解決了1150m中段以上厚大礦體的安全開采，成功推廣了一期工程的大面積連續開采經驗。針對二期工程的采礦技術條件，開展了廣泛而深入的研究。研究開發了金川二礦區安全信息管理繫統，實現了金川采礦生產和數據管理信息化；首次引進數字礦山建模軟件，構建了金川礦產資源的三維地質模型，實現了礦產資源的信息化評估和可視化設計；首次采用光纖光柵傳感技術，建立了二礦區采場圍岩和充填體的變形監測網，開發了變形監測信息的預警預報繫統，實現了采礦生產過程的動態監測和災變預警；2000年建立全礦地表GPS變形監測網，進行長期動態、實時監測，並開發信息管理繫統，實現地表沉降信息的監測與監控；在二礦區膏體充填繫統中，引進和完善充填自動控制繫統，實現充填繫統的精確控制。
這些技術的研究與發展，不僅大大提高了金川鎳礦生產管理信息化、數字化、網絡化水平，而且為金川數字化礦山的建設與發展奠定了堅實基礎。隨著金川礦區開采深度的逐步增加，采礦難度增大，深井采礦面臨嚴峻考驗，潛在諸多技術難題和安全隱患。因此，金川二礦區深井礦床開采，不僅需要繼續開展重大技術難題攻關，更重要的是開發建設金川數字化礦山。通過采用先進的信息技術、人工智能、數值分析和3S技術綜合集成繫統，進行采礦方案優化設計、生產調度繫統規劃、回采過程動態管理、監測信息動態監測監控，從而實現二礦區千米深井采場地壓的有效控制、采場災變風險的決策，為金川大型難采礦床的安全、高效開采提供可靠的保證。
1.2數字化礦山的概念第1章緒論

1.1概述

金川集團公司作為我國重要的有色金屬生產基地，礦產資源豐富，但礦體厚大、礦岩破碎不穩固、礦體埋藏深、地應力高，由此給礦產資源開發帶來嚴重困難。隨著二礦區二期工程的建設，采礦深度增加，開采深度接近千米，開采面積達到10萬平方米。因此，金川礦產資源的安全、高效開發和綜合利用，不僅關繫到金川集團公司的發展，而且必將影響我國有色金屬在國際上的競爭力。隨著信息時代的到來，數字化礦山的構建已經成為實現礦山企業安全、高效、綠色開采的有效途徑，是當今采礦科學、信息科學、人工智能、計算機技術和3S技術高度結合的產物，它將深刻地改變傳統的采礦生產活動和人們的生活方式。因此，構建金川數字礦山，不僅有利於礦山的科學管理和安全生產，而且能夠提高礦山采礦生產能力。金川鎳礦自建成投產以來，十分重視采礦技術攻關及科學技術在采礦生產中的應用。

幾十年來不斷技術攻關，不僅解決了一期工程建設中的技術難題，實現了一期工程無礦柱大面積連續開采，而且在二期工程的開發建設中，也成功解決了1150m中段以上厚大礦體的安全開采，成功推廣了一期工程的大面積連續開采經驗。針對二期工程的采礦技術條件，開展了廣泛而深入的研究。研究開發了金川二礦區安全信息管理繫統，實現了金川采礦生產和數據管理信息化；首次引進數字礦山建模軟件，構建了金川礦產資源的三維地質模型，實現了礦產資源的信息化評估和可視化設計；首次采用光纖光柵傳感技術，建立了二礦區采場圍岩和充填體的變形監測網，開發了變形監測信息的預警預報繫統，實現了采礦生產過程的動態監測和災變預警；2000年建立全礦地表GPS變形監測網，進行長期動態、實時監測，並開發信息管理繫統，實現地表沉降信息的監測與監控；在二礦區膏體充填繫統中，引進和完善充填自動控制繫統，實現充填繫統的精確控制。

這些技術的研究與發展，不僅大大提高了金川鎳礦生產管理信息化、數字化、網絡化水平，而且為金川數字化礦山的建設與發展奠定了堅實基礎。隨著金川礦區開采深度的逐步增加，采礦難度增大，深井采礦面臨嚴峻考驗，潛在諸多技術難題和安全隱患。因此，金川二礦區深井礦床開采，不僅需要繼續開展重大技術難題攻關，更重要的是開發建設金川數字化礦山。通過采用先進的信息技術、人工智能、數值分析和3S技術綜合集成繫統，進行采礦方案優化設計、生產調度繫統規劃、回采過程動態管理、監測信息動態監測監控，從而實現二礦區千米深井采場地壓的有效控制、采場災變風險的決策，為金川大型難采礦床的安全、高效開采提供可靠的保證。

1.2數字化礦山的概念

綜觀歷史，采礦業曾受到大大小小技術進步的巨大衝擊。如今數字地球（digital earth，DE）和數字中國（digital China，DC）戰略的提出及數字農業、數字海洋、數字交通、數字長江、數字城市等一繫列示範工程的著手實施，不斷激勵人們進行數字化礦山的開發與建設。數字化礦山（digital mine，DM）是數字地球在礦山開發中的應用，所以定義數字化礦山首先要理解數字地球。數字地球是指“一個多種分辨率、三維的表述方式，使人們能嵌入巨大數量的地理坐標繫數據繫統”，就是指在全球範圍內建立一個以空間位置為主線，將信息組織起來的復雜繫統，即按照地球坐標整理並構造一個全球的信息模型，描述地球上每一點的全部信息，按地理位置組織、存儲起來，並提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使每一個人都可以快速、準確、充分和完整地了解及利用地球上各方面的信息。

在這個意義上，數字地球就是一個全球範圍的以地球位置及其相聯繫為基礎而組成的信息框架，並在該框架內嵌入所能獲得的信息的總稱。因此，可以從兩個層次上來理解數字地球。一個層次是將地球表面每個點上的固有信息（即與空間位置直接有關的相對固定的信息，如地形、地貌、植被、建築、水文等）數字化，按地理坐標組織起來一個三維的數字地球，全面、詳盡地刻畫人們居住的這個星球，也即通常所指的地球本身；另一個層次是在此基礎上再嵌入所有相關信息（即與空間位置間接有關的相對變動的信息，如人文、經濟、政治、軍事、科學技術乃至歷史等）組成一個意義更加廣泛的多維的數字地球，為各種應用目的服務。數字化礦山的特征與數字地球是一致的，隻是尺度和範圍上不同。

所謂數字化礦山就是指在礦山範圍將礦山信息以三維坐標為主線，構建成一個礦山信息模型，來描述礦山中每一點的全部信息，按三維坐標組織，存儲起來，並提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使有關人員都可以快速準確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息。從這個意義上說，數字化礦山就是一個礦山範圍內的以三維坐標信息及其相互關繫為基礎而組成的信息框架，並在該框架內嵌入所獲得的信息的總稱。因此，可以從三個層次上來理解數字化礦山。（1）個層次是將數字化礦山中的固有信息（即與空間位置直接有關的固定的信息，如地面地形、井下地形、地質、開采方案、已完成井下工程等）數字化，按三維坐標組織起來形成一個數字化三維空間，全面、詳盡描述礦山及采掘工作體繫。（2）第二個層次是在此數字化三維空間上再嵌入所有相關信息（即與空間位置間接有關的相對變動的信息——網絡化離散的管理信息數據，如井下監測監控、供電管理、通風管理、排水管理、生產管理、調度管理等）。（3）第三個層次是數字化空間的動態性和業務、管化。數字化礦山是一個動態的概念。因為新的數據不斷更新，采掘面不斷更新，數字化三維空間和空間中的數據都在發生變化。從這個角度來講，數字化礦山首先是資源的數字化，以大量信息構成的資源量可直觀顯示出來；其次是信息資源的立體化，而不是平面的；後業務在這個數字化空間中是多層次、多角度的，管理也是多層次、多角度的，這個數字化空的。

用一些場景來真實感受以下各數字化空間：技術人員可以使用鼠標在模擬的三維礦井中下礦，真實地感受礦井的工作現場和查看現場數據，如現場安全檢測設備處於礦山中的何種位置，發揮著何種作用，設備狀態如何，誰在進行操作，如何使設備在礦山中獲得配置等信息資源。把人事管理“嵌入”數字化空間中，可以實現扁平化、透視化。礦山中的人力資源分布，各種人員的流動性圖表，獲得勞動力組合。財務管理、營銷管理也可以“嵌入”這個數字化空間。在礦山設計、建設開采過程中，模擬三維礦井條件，進行有效的表述，不再要求親自深入井巷工作面，辦公室內就可觸摸工作面礦床，不再非要礦井建成後再去體驗，“礦井未建先下井巡視一番”已成為可能，可以把礦井建設得更科學合理。在技術研討中，生產中的技術管理往往要反復進行多方案對比，參與人員觀察問題的角度增加了，如果一個技術問題在三化空間中分析，可以醞釀得更充分，那麼對技術問題的認識也會更深刻，專家可以從各個角度描述問題，使得技術問題更加全面，並可以對研討對像進行精確刻畫，形成多種備選方案。

1.3數字化礦山的體繫無論從業務層面、數據層面還是從技術層面，數字化礦山都是一個復雜的巨大繫統，它所涉及的是多知識的融合、多學科的交叉。圖1.1所示為大多數數字化礦山繫統架構圖，通常數字化礦山繫統由以下幾部分構成。

圖1.1數字化礦山繫統

1. 高速寬帶網絡支撐體繫數字化礦山的建設與礦山業務運行以高速企業局域網為基礎，在數字化繫統中所處理的業務不但有語音、視頻、數據業務，還有大量的與模型庫交互的三維數據。建立寬帶、高速和雙向的通信網絡，確保海量礦山數據在企業內部甚至是與IP網絡快速傳遞都是十分必要的。高速寬帶網絡是數字化礦山的基石。因此，高速企業網技術是數字化礦山建設的關鍵之一。

2. 三維數據原庫和應用模型結合礦山安全生產數據標準，整合安全監測數據和現場GIS信息，並采用虛擬現實技術，建立三維數據模型庫，將為礦業工程、生產、安全、經營、管理、決策等服務的各類專業應用模型納入模型庫，為礦山數字空間提供原庫調用服務。在三維的礦山3D原庫中，用關聯和拓撲的方式組織相關的原庫。礦山信息的拓撲查詢、分析與應用及許多采礦安全問題的模擬、分析與預測等，均以礦山3D實體的屬性、幾何與拓撲數據的統一組織為基礎。因此，可以立足礦山3D數據的矢柵集成，完成礦山3D拓撲描述、表達、組織與維護。

3. 礦山知識挖掘知識挖掘是利用基於知識工程（knowledge based engineering，KBE）技術和人工智能，從礦山海量數據中為用戶挖掘有用的數據、獲取決策信息，以及建立求解各類具體工程、生產、管理與經營等問題的應用模型，是本繫統的實用化工具。隻有當數字化礦山能夠方便、快速地從其數據倉庫中提取用戶所需的顯式數據與模型，智能、快速地從其數據倉庫中重新組織並產生用戶所需的隱式數據與模型時，數字化礦山的海量礦山信息纔能被未經過特別培訓的用戶和各業務部門所共享。由於礦山空間信息的上述特點，為了從礦山數據倉庫中快速提取專題信息、發掘隱含規律、認識未知現像和進行時空發展預測等，數據挖掘技術提供了這種高效、智能、透明、符合礦山思維的服務。

4. 中間處理層中間處理層是空間和應用數據的合成基地，負責統一管理數據和模型，即空間數據原庫和應用模型庫，提供數據資源的載入;完成空間拓撲建立與維護、空間查詢與分析、制圖與輸出等GIS基本功能，並進行數據訪問控制、開放接口;分析組織各個空間原庫，將離散動態數據庫載入空間。中間處理層同時還完成三維數字化空間視圖，即在統一的空間參照下進行采礦動態組織與管理，並調度和控制各類三維原庫和應用模型的使用和運行，完成業務數據的管理與封裝等繫統功能;為統一的OA、CDS一體化中心，提供各種應用功能空間載體，如在此空間可設計實時開采模擬、作業安排與監測、資源動態管理、通風網絡體繫模擬、排水繫統模擬、開采沉陷動態模擬、地表數據整合、生態恢復和礦區可持續發展多目標決策等。

5. 三維基礎數據及業務環境提供者礦山企業應用繫統中已形成了不同層次、具有不同功能的應用繫統和軟件模塊，如虛擬現實(VR)、三維地學模擬(3D geoscience modelling，3DGM)、礦山GIS(MGIS)、虛擬儀器，並形成海量數據與海量模型。可采用三維地學模擬進行數據與模型的過濾和重組。應用三維地學模擬，將采掘資料、地震資料、開挖設計數據及各類物探、化探資料建成礦井、礦體與采區巷道及開挖空間矢柵整合的3D模型庫，可實現海量礦山地物的幾何信息、拓撲信息和屬性信息的虛擬再現。運用VR和並行計算技術，並嵌入虛擬儀器、各類專業應用模型，如開采沉陷計算、開采沉陷預計、頂板垮落計算、圍岩運動模型、儲量計算、通風網絡解算、湧水計算等。經過上述的處理，對礦山采礦活動造成的地層環境影響進行大規模模擬與虛擬分析。形成各個基礎的三維模型庫、應用模型庫。為統一的數字化礦山業務處理（OA）、指揮調度繫統（CDS）一體化中心提供業務視圖環境和業務管理方式。

6. 數字化礦山業務處理和指揮調度繫統一體化信息管理中心數字化礦山的根本目標是為企業高效管理決策提供支持。在數字化礦山中，把辦公自動化和指揮調度繫統進行一定的綁定。在可視的環境中，形成全礦山、全過程、全周期的數字化管理、作業、指揮與調度，做到信息數據、管理業務流程相互協調、相互融合。

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