智能化矿山建设方案范例6篇

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智能化矿山建设方案

智能化矿山建设方案范文1

关键词:智慧矿山;LTE无线专网;数据传输

中图分类号:TN 929.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)01-0020-01

智慧矿山是利用信息技术、通信技术、物联网技术、云计算技术等,对矿山开采运行过程中各项关键信息进行采集、分析并对监测、监控、管理、调度等需求做出智能响应,从而实现矿山生产管理的自动化、智能化和无人化,为矿山中的工作人员创造更美好的具有安全保障的工作环境,促进矿山开采与利用和谐、可持续成长。

智慧矿山的实现基础之一是实现信息的网络化传输。传统的矿区信息化程度不高,企业员工办公及沟通效率低下,特别是对于露天矿,传统的有线网络无法适应矿区环境多变的作业环境,而一般无线技术存在覆盖半径小、稳定性可靠性差、带宽小、支持业务单一等问题,导致通信网络不畅、通信手段单一,无法有效支撑矿山开采生产过程的各类信息化应用。利用LTE技术搭建的无线局域专网能够解决上述问题。

1 技术特点

LTE无线局域专网主要采用TD-LTE的关键技术来保证网络语音集群功能的高效性和网络的安全可靠性,如正交频分多址技术、链路自m应技术、MIMO技术、小区间干扰抑制技术。其技术特点如下:

1.1 良好的移动性能

LTE无线局域专网工作频段为1785MHz~1805MHz,带宽达到20MHz,提供50Mbps上行和100Mbps下行的峰值速率,为应用终端在120km/h速率下提供高性能服务,在120~350km/h速率下保持蜂窝网络业务性能。

1.2 支持多业务需求

LTE无线局域专网具备较强的数据吞吐能力,能够提供物联网数据采集、多媒体集群调度、高清视频服务、移动互联网等多种业务,满足客户需求。

1.3 灵活的系统应用

LTE无线局域专网采用时分双工技术(TDD),可根据需要灵活配置上下行时隙资源和系统带宽,实现频带资源、频谱利用率的最佳使用;当发生突发事件时,通过QOS、GOS控制策略可以保证重要客户正常通信;具备系统扩展性好、不同规模组网灵活的特点。

1.4 良好的安全保密性

采用硬件加密、数据加密、端到端语音加密、无线空口加密等措施,保证了系统的安全可靠。

2 建设需求

(1)建设统一的LTE无线局域专网解决矿区数据传输问题,提供宽带无线传输业务,支持智慧矿山各类信息化应用的接入,具备高效可靠的数据传输、专业集群和多媒体调度能力。

(2)矿区无线局域专网的语音、数据、视频业务通过无线方式传回矿区核心机房实现数据交互,解决有线方式无法覆盖区域的数据传输问题。

(3)可通过互联网专线实现Internet接入。

(4)预留与PSTN/PLMN网关的接口,后期可通过PSTN/PLMN网关实现与公网用户语音通话。

3 建设方案

无线局域专网由应用终端、无线基站、核心网平台三部分组成:

(1)应用终端。包括CPE无线路由、车载/手持终端、移动视频摄像机等接入终端,提供语音、数据接入等功能,终端设备通过空口协议与基站进行数据通信。

(2)无线基站。包括eBBU、eRRU、天线等无线基站设备,实现接入控制、移动性控制、用户资源分配、空中接口管理等无线接入和无线资源管理功能。eRRU和天线安装在室外高点进行室外无线覆盖。eBBU通过光纤传输统一接入到核心网。

(3)核心网平台。包括一体化核心网设备、网管平台、网络设备、智慧矿山的各类应用系统。一体化核心网设备主要对网络呼叫信令进行控制并完成对数据、业务的承载,实现用户连接和管理功能。网管平台主要负责对各应用终端、无线基站、核心网平台设备实现配置管理、性能管理、拓扑管理、故障管理以及安全管理等功能。

由于LTE无线局域专网采用特定的工作频段,各应用终端需通过特定的无线频段接入基站系统。各基站通过光纤接入到核心网平台的网络交换机,由网络交换机进行汇聚后再接入一体化核心网设备。考虑到无线局域专网可靠性要求,网络设备配置2套实现设备级冗余,一体化核心网设备主要单板采用1+1主备工作方式。同时部署1套网管实现对核心网、基站的管理。系统通过互联网外部接口访问Internet网络,预留与PSTN/PLMN网关的接口。

4 结语

LTE无线局域专网具有高带宽、高保密性、覆盖范围广、支持高速移动、支持专业集群业务等技术优势,为矿区数据传输问题提供了一种解决方案。本文对LTE无线局域专网技术特点、建设需求进行了分析,提出了建设方案,为该领域类似工程提供一些借鉴和参考。

参考文献

[1]雷高.智慧矿山建设的探讨[J].铜业工程,2013(4):43-46.

智能化矿山建设方案范文2

关键词:露天煤矿 数字矿山 建设

中图分类号:TD216 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(a)-0051-01

随着时代的不断进步和发展,科学技术日新月异,矿产资源的需求量不断增加,开采加工难度不断增大,给采矿业带来了巨大的冲击,机遇和挑战并存,这就要求采矿业不断走向数字化和智能化,以提高开采质量。1998年,美国前副总统戈尔在“数字地球―展望21世纪我们这颗行星”的演讲中提出了“数字地球”(Digital Earth)的概念,1999年召开的首届“国际数字地球”大会上又提出了“数字矿山”(Digital Mine)的概念。“数字矿山”的提出,为矿业发展指明了方向。为进一步促进露天煤矿的可持续发展,其必须结合自身实际,加强数字矿山建设,以促进经济效益和社会效益的提高。

1 数字矿山的内涵及研究意义

目前,对于“数字矿山”的定义国内外尚未完全统一。通俗地讲,数字矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标信息及其相互关系为基础而组成的信息框架,并在该框架内嵌入我们所获得的信息的总称。对于数字矿山建设,概括起来目前主要有以下五种观点,即数字地球观点、地质模型观点、信息管理观点、监控系统观点和工程应用模式观点。对于数字矿山的功能内涵,必须从对矿山数据的存储、传输和表述向更深层次延展,并不断拓宽各个层次的应用,应涵盖数据的获取、存储、传输和表述,矿山生产与经营决策优化,各种设计、计划工作和生产指挥的计算机化,生产工艺流程和设备的自动控制等多个方面。数字矿山建设,具有重要的现实意义,第一,数字矿山能以数字化的形式全面反映矿区的地质信息、力学信息、露天煤矿矿产资源的储量和开采情况,有利于根据这些数据信息做出合理的开采规划,在保证矿产资源稳定供应的同时,促进资源的合理利用和环境保护工作,以促进经济社会的可持续发展。第二,数字矿山能适应日益增多的深井开采条件,并结合自动化开采技术,使矿工远离高温和岩爆威胁等恶劣环境,减少和避免矿山安全事故。第三,对矿山开采引起的各类生态破坏和环境污染问题进行数字化分析,以为矿山的生态重建方案、灾害评价与预测预报体系等提供参考依据。

2 露天煤矿数字矿山建设存在的问题

近年来,我国露天矿紧跟时代步伐,大力致力于数字矿山建设,取得了一定的成效,但数字矿山的建设总体上仍处于起步阶段。部分露天煤矿仍处于劳动密集型的机械化初级水平,管理粗放,煤炭开采技术、装备水平、矿山地质测量信息管理手段相对落后,缺乏三维可视化手段;煤矿开采设计和计划缺乏统一规划,大多以经验为主,缺乏科学性;过程控制程度低,生产效率不高。另外我国部分矿山企业对进行数字矿山建设的重要性认识不足,建设积极性不高,缺少长远规划和发展目标,影响数字矿山建设的进程。同时矿床开采涉及的领域较为广泛,需要多种技术的综合支撑,存在一定的技术阻碍。对于露天煤矿的数字矿山建设不可能一蹴而就,还需要较长时期的不懈努力。

3 数字露天矿建设的主要内容

数字露天矿的建设应综合考虑本矿区的生产管理需求及具体实际,设定合理的数字矿山建设的长期目标和内容:实现资源与开采环境的数字可视化、安全化和环保化,技术装备智能化与生产过程控制自动化,信息传输网络化与资源高度共享化,管理与决策科学化。具体而言,其主要可侧重于以下几个方面的研究和实践。

3.1 虚拟条件下矿山模拟开采技术研究

为促进矿山开采的科学性,数字矿山建设倡导对虚拟条件下矿山模拟开采技术研究,以期为矿山开采提供参考依据。其主要是综合考虑矿区的地质情况、矿床模型等,构造虚拟矿山,进行数字模拟开采,合理编制露天煤矿的开采计划、采矿方法、边坡工程设计、灾变应变预案等,此项技术的重点在于以优化开采为目标,有利于提高矿山开采的效益。

3.2 矿山数字地质、矿床模型研究与开发

矿山数字地质、矿床模型研究与开发,有利于实现对矿区地理信息的全面把握。可采用矿山地理信息系统建立统一的时空框架,全面整合矿山各类系统中的大量异质信息,建立数据仓库及模型库,实现数据共享。具体而言,应注重对空间和矿物属性的矿山实体数字地质、矿床模型、采场和排土场模型,地理信息系统和虚拟现实模型等的建立,实现对矿床中矿、岩的空间分布的全面了解,其主要利用RS、GPS、GIS、常规测量、地质写实、取样化验等各种实时在线采集系统与技术手段获取。根据钻探或遥感、遥测信息建立矿床地质构造模型,根据钻孔、探槽和炮孔取样建立有关矿、岩属性的空间数字模型。

3.3 实现生产过程管理和控制一体化

矿山生产过程管控一体化是指应用可视化技术,实现生产过程、工艺、设备、仪器的自动监测与控制。其主要包括:(1)生产调度监控系统,其是运用计算机、GPS、无线通讯及设备监测监控技术实现对生产过程及生产设备的真三维显示,加强对开采设备生产作业参数及状态的监测和故障的诊断,并根据实际情况,对采场运输进行合理的优化调度。(2)生产决策支持系统,将矿山中的固有信息如地面地形、煤田地质、开采方案等数字化,按三维坐标构建数字矿山,并进行矿山三维地学仿真显示、开采过程模拟分析等工作。(3)管理信息系统(MIS),其将计划管理、设备管理、财务管理、材料管理等相关信息嵌入到数字矿山三维框架内,对多维数字矿山进行构建。(4)矿山安全监测与预警系统,其以实体数字地质模型为基础,综合各类数据信息,对矿床开采进行安全监测与预警,以促进矿区环境保护,预防地质灾害的发生。

3.4 开发矿山应用软件及人工智能技术研究

为促进数字矿山建设,必须配置相应的矿山应用软件,如采矿CAD、虚拟矿山、采矿仿真、工程计算、人工智能和科学可视化等软件工具。另外应将电子与机械技术相结合,实现遥控机器人采矿,提高露天煤矿生产效率。同时为实现矿山的智能化,应加强人工技能技术的研究,实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能。

综上所述,数字矿山是矿业发展的必然趋势,数字矿山建设是露天煤矿一项庞大的系统工程,应综合考虑我国矿山现阶段的技术、装备、管理水平,分阶段实施, 逐步系统完成,促进矿山真正安全、高效、经济开采,构建生态矿业工程,并最终实现资源、环境与经济三者的和谐统一,达到可持续发展的目标。

参考文献

智能化矿山建设方案范文3

【关键词】数字矿山;设备智能化;高速传输网络;三维建模

引言

矿业是全球经济持续发展的基础,它提供了约95%的能源和80%的工业原料[1,2]。近年来,现代高新技术和信息科技为世界矿业带来了前所未有的发展机遇,矿山发展日新月异,传统矿业正迈入一个信息化、自动化、智能化的崭新而充满活力的科技发展领域 [3],比如“智能化矿山”、“数字矿山”、“远程采矿”、“自动导向设备”、“GPS全球定位调度系统”等诸多新概念不断涌现。

所谓智能化矿山,是指采用现代高新技术和全套矿山自动化设备等来提高矿山生产率和经济效益,并通过对生产过程的动态实时监控,将矿山生产维持在最佳状态和最优水平。智能化矿山的基本要素包括:矿山信息与数据采集系统、双向高速矿山通讯与信息网络系统(实时监测和控制)、计算机信息管理系统、矿山计划、调度和维护系统、与矿山信息网相连的自动化机械设备、与公共网络相连的通讯和监测系统。

1 数字化矿山发展现状

随着我国煤炭工业整体快速发展,国内矿山自动化、信息化建设也取得了一定的成效。但是涵盖煤矿安全、生产、运营全过程的数字化矿山整体还处于起步阶段,主要存在一下几个方面的问题。

(1)数字矿山是一个复杂的系统,涉及煤矿地质勘探、规划设计、建井施工、安全生产、经营管理的全过程,许多信息需要持续利用共享,然而各环节信息化方式和水平不同,数据格式兼容性差,信息不能重复利用,信息孤岛现象严重。

(2)数字化矿山的建设理念多样,如煤矿数字化技术的主要任务是通过开发各种接口, 将自动化项目集合于地理信息数据系统与总调度室,从而实现煤矿可视化集中监控[4]。构建以矿山空间信息描述为主框架,整合煤矿安全生产信息和管理信息的数字化矿山基础信息平台。通过数字化矿山管理平台提供的企业真实生产环境和状态,建立全息化应急管理系统。数字化矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标信息及其相互关系为基础的信息框架,并在该框架内签入所获得的信息总称[5]。

(3)煤矿地质条件复杂,环境恶劣,瓦斯、粉尘、水害、顶板事故、火灾隐患难以探测和辨识,大型事故时有发生,目前的数字化矿山解决方案中缺乏安全保障体系[6],没有实现地面井下所有对象的透明管理,也没有兼顾工艺的先进性、设备的可靠性、环境的安全性, 抗灾能力较弱,无法发挥数字化矿山总体预警的作用。

(4)在技术层面上,能承载数字矿山海量信息平台的技术首选3DGIS。而3DGIS理论与煤矿对数字矿山适用性的客观需求差距较大。数字矿山需要3DGIS作为框架支撑技术,而3DGIS技术只在三维可视化渲染引擎方面比较成熟,在通用的三维建模算法、三维空间分析、三维空间信息存储引擎等关键技术方面仍在探究阶段,通用的商用3DGIS平台还没有出现。但煤矿建设数字矿山不仅要求可视化地进行三维模拟和虚拟再现矿井生产环境及相关现象,更主要是能够仿真化地模拟分析矿井采煤、掘进、供电、运输、通风、给排水等生产系统运行过程和灾变过程,实时采集相关环境与工况参数,按照各业务系统的运行原理进行空间分析,最后实现自动化地预警矿井灾害和启动安全预案,为安全生产起到真正的辅助决策作用。由此可见,3DGIS 支持与实际需求还有一定差距。

(5)煤矿所处的环境复杂、不确定因素多、相关专业多、生产系统工艺复杂、技术设备智能化水平低、采掘现场的许多工况参数尚无法获取,这些都制约着数字矿山的发展。

2 关键技术

2.1 设备智能化

设备智能化是指该设备具有完备的检测 (设备的运行参数和空间位置 ) 和控制执行功能,并能通过接口与第三方进行信息交互。随着技术的发展,矿井设备智能化有了一定的改善,但总体水平比较低,矿井生产的主要设备如综采和综掘成套装备的电控智能化只在电液控制方面有所突破,综采工作面的采煤机、刮板输送机、转载机等主要设备智能化程度较低,

相关工况参数难以获取。主通风机、水泵、供电设备、带式输送机、地面洗选成套装备等可以通过加载第三方传感器和 P LC 控制等方式实现运行工矿参数的监测和自动控制,设备本身的智能化程度较低。矿井地质测量和定位设备的智能化也是数字矿山在设备层面上的一个瓶颈。主要设备的智能化是数字化矿山的基础。

2.2 高速传输网络

煤矿生产包含采掘、运输、提升、供电、通风和排水等多个环节,决定了矿井监测、控制子系统异构的特征,集成和整合子系统需要统一的传输平台,而可靠稳定的矿井高速网络是传输平台的首选。随着信息技术的发展,工业以太环网、无源光网络 ( GEPON )、SDH等技术广泛应用于煤矿,构成了矿井主干的高速信息网络。该网络承担矿井数据、图像和语音的实时传输任务,但工作面、掘进巷道等地方是网络覆盖和高速接入的难点,这些地方恰恰是数字矿山信息的重要节点,高速接入、传输这些节点的信息目前是矿井高速网络的瓶颈。因此,矿井末端节点的高速接人和传输技术是数字矿山研究的重点,各种无线传输技术 ( WiFi、izgBee )、光纤传感器网络技术、专业现场总线技术的研究已成为研究的热点。

2.3 三维建模算法

三维空间构模方法研究是目前3DGIS领域研究的热点问题。在过去几年中,提出了20余种空间构模方法。其中空间构模方法可以归纳为基于面模型(Facial Model)、基于体模型 ( Volumetric Model)和基于混合模型(Mixed Model) 的三大类构模体系。数字矿山需要针对矿井特征的实际建模需求和不同的矿用对象研究不同的构模算法,为了实现专业系统空间分析功能,要求模型结构必须顾及拓扑关系。

3 结语

综上所述,数字矿山需要在企业高速网络环境下建立一套集矿井基础数据 ( 空间、属性) 实时有效采集、准确传输、存储管理、科学分析、可视化表现、自动化控制、智能化预警和信息反馈的矿井综合自动化安全生产系统;需要建立以矿井监控数据、空间数据为基础 ,以矿用对象库为核心的统一的数字矿山基础信息平台,构建按生产系统划分主题的具有完整内涵的煤矿数据仓库;开发具有煤炭行业特征的专业化3DGIS支撑平台,为基础数据的组织管理和可视化提供机制和保证;基于数字矿山基础信息平台开发以矿井安全生产、经营管理为核心业务的应用系统,最终实现矿山资源与开采环境数字化、技术设备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理与决策科学化的发展目标。

参考文献:

[1]古德生.地下金属矿采矿科学技术的发展趋势[J].黄金,2004(1).

[2]谢和平.21世纪高新技术与我国矿业的发展与展望[J].中国矿业,2002(1).

[3]张爱民,杨建伟,徐聪等.矿山数字化探讨[J].矿山测量,2011(5).

智能化矿山建设方案范文4

关键词:矿山,现状,发展,评估

 

0引言

自2 l世纪以来,以信息技术为代表的技术革命迅速发展,而数字化更是成为信息的表现形式,1999年召开的首届“国际数字地球”大会上又提出了“数字矿山”(Digital Mine,DM)的概念后,“数字矿山”在矿业中发挥出越来越大的作用,是矿业发展的目标和方向。而构建数字矿山,以信息化、自动化和智能化带动采矿业的改造与发展,开创安全、高效、绿色可持续的矿业发展新模式,是我国矿业生存与发展的必由之路。

1数字矿山的概念

1.1 数字矿山的概念

数字矿山就是指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线,将矿山信息构建成一个矿山信息模型,描述矿山中每一点的全部信息。按三维坐标组织、存储起来,并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段,使有关人员都可以快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的信息。

2、数字矿山的研究现状

2.2 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。

3.数字矿山的技术分析

3.1“3S”技术

GPS主要用于实时、快速提供目标、各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)的空间位置;RS用于实时或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面的各种变化,及时地对GIS的空间数据进行更新;GIS则是对多种来源的时空数据综合处理、动态存贮、集成管理、分析加工,作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。以GIS为核心的“3S”集成是当前空间技术发展的重要方向,这主要是在空间数据处理中的GIS、RS、GPS既各有特色,有存在着密切的联系。在解决实际问题中常常要3个系统联合使用,用RS技术来获取信息,再由GPS进行定位及导航GIS负责最后的处理,并提供各种图形,提出决策实施方案。免费论文。所以3S集成系统的研究已越来越被人们所关注。免费论文。

3.2可视化技术

3.2.1可视化建立的必要性

可视化模型是数字矿山建设的基础,只有完全掌握了矿床及井下开采环境情况,才能够为数字矿山的建设提供基础平台,数字矿山建设后续的通讯系统、生产调度及人员设备定位、生产过程安全监控与预警系统、生产过程虚拟现实系统都需要以此为基础平台进行设计开发和系统运行。

3.2.2可视化的建立方法

可视化建模采用TIN(不规则三角网)技术产生数字地形表面模型和地质体(包括床体、岩层及断层)实体线框模型,同时采用变块技术建立矿床资源评价块段模型。最终采用地质统计学方法对块段模型进行估值,得出既有结构性又具有随机性的复杂地质体的空间分布及品位和开采环境综合评价技术成果,并在此基础上进行开采方案优化与设计。

3.3虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术

3.3.1虚拟现实技术的概念

指利用人工智能、计算机图形学、人机接口、多媒体、计算机网络及电子、机械、视听等高新技术,模拟人在特定环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术。免费论文。VR 在许多工程领域和基础研究方面已经得到较为广泛的应用,在国外矿业领域的研究起步比较早,出现了一些2.5维的虚拟矿山系统。通过对虚拟矿山实体进行操纵,可以构造出逼真的三维、动态、可交互的虚拟生产环境,用以模拟完成在真实矿井中进行的工作。

3.3.2虚拟技术条件下矿山模拟开采技术研究

以地质及矿床模型为基础,结合其它关键信息构造虚拟矿山,进行数字模拟开采,完成矿山长、中、短期开采计划编制、地下矿巷道标准断面设计、峒室设计、开拓设计、采矿方法设计、穿爆设计、通风设计、灾变应变预案等工作。

4、数字矿山的发展趋势

(1)实现生产过程管理和控制一体化。矿山生产过程管控一体化是指应用可视化技术,实现生产过程、工艺、设备、仪器的自动监测与控制。

(2)开发各种功能的矿山应用软件。必须针对不同的应用和矿山工程需求,研究开发适合不同用户、具有不同功能的矿山应用软件,如采矿CAD、虚拟矿山、采矿仿真、人工智能和科学可视化等软件工具。

(3)朝着构建生态矿业工程方向发展。生态矿业工程就是当人类开发矿产资源引起自然生态平衡破坏时,建立人为的生态平衡,构建生态矿业工程对实现可持续发展具有非常重要的现实意义。

(4)人工智能技术研究。自20世纪80年代中后期以来,人们已开始应用人工智能理论与技术来解决采矿工业中的各种实际问题,并逐步显示出无法取代的优越性。运用数据挖掘与知识发现、专家系统等人工智能技术实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能,实现矿山的智能化。

5、结论

我国既是采矿大国,又是资源消费大国。随着经济的高速发展和工业化进程的快速推进,中国对矿产资源的消费将持续呈现快速增长态势,将长期保持旺盛的需求。但是,中国矿产资源所面临的资源短缺,供应乏力的严峻形势,目前已经成为发展工业的瓶颈,如果这种势头继续发展下去,势必对国民经济的可持续发展产生深刻影响。因此,客观的实事求是的评价资源现状,充分合理的利用和保护资源,以建设数字矿山来改变和确保矿产资源长期稳定供给是中国矿业走可持续发展一条正确之路。

参考文献:

[1] 吴立新,张瑞新等. 维地学模拟与虚拟矿山系统[J].测绘学报,2002,31(1):29-33

[2].吴立新,刘纯波,牛本宣等。试论发展我国矿业地理信息系统的若干问题[J].矿山测量,1998,(04):48-51

[3]刘光.地理信息系统[M].北京:中国电力出版社, 2003

[4]陈述彭.区域地理信息分析方法及应用[M] .北京:科学出版社,1999

[5]吴立新,殷作如,钟亚平.再论数字矿山特征、框架与关键技术[J]-煤炭学报 2003,28(01):1-6

智能化矿山建设方案范文5

关键词 GPS智能调度;防碰撞系统;卡车称重系统

中图分类号:U491 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)20-0017-04

1 鞍山钢铁集团鞍千露天矿简介

鞍山钢铁集团鞍千露天矿是中国大型露天铁矿之一。全矿分为三个采区:南采、北采和新区。采用电铲-大型自卸卡车-卸点的半连续开采工艺,设备数量多,生产指挥较为复杂。GPS矿山智能管理系统在自卸车、电铲、辅助车辆等设备上一期工程安装了118套车载终端,二期工程预计安装34套车载终端。

系统于2014年7月2日开始试运行,2014年8月12日北采区正式上线运行,GPS矿山智能管理系统投入运行后,解决了传统调度方式主要存在以下问题。

1)管理人员对采运排作业的优化、合理组织生产的难度逐渐增大。

2)调度人员难以及时动态掌握设备的实时分布及作业情况,难于进行精确定位。

3)因特殊情况造成设备暂时不能作业时,难以及时掌握设备的准确位置,导致车铲配比失衡,降低了生产效率和设备的维护效率。

4)调度与司机的信息沟通困难,导致工作效率低下。

5)企业管理者难以及时了解和掌握实时生产状况。

6)生产信息分散在各个管理部门,不能够集中管理和查询,因此不能为企业管理者提供管理依据。

7)司机当班行为不易跟踪,安全管理难度大。

8)人工计量,产量数据的客观性、及时性难以控制,有亏吨现象。

2 系统整体建设

GPS矿山智能管理系统由通信网络、移动车载终端、软件系统(智能调度系统、防碰撞系统、卡车称重系统等)组成。

图1 系统构成

2.1 硬件系统建设

2.1.1 Mesh网络系统建设

Mesh网络由中心基站、固定基站、移动基站组成。

中心基站:在露天矿调度室设置中心基站,使其通过光纤或无线方式与露天矿信息中心(机房)相连,组成局域网。

固定基站:固定基站作为Mesh无线宽带网络的骨干网络,是网络稳定性的保证基站,设置固定基站和移动基站实现矿区无线宽带信号覆盖,固定基站和移动基站通过2.4G与卡车、电铲、工程车等设备相连。

移动基站:选择移动基站作为固定基站覆盖的补充。

中心基站、固定基站和移动基站都通过MESH网的5.8G实现骨干网状网络的自组网,通过2.4G实现网络覆盖和车载终端进行无线通信。

2.1.2 车载终端系统建设

移动车载终端安装在所有矿山移动设备上的工业级微型电脑,具有数据运算、存贮和处理能力,可以实现数据的传输和车辆定位、显示调度信息,负责移动设备和调度中心之间的信息沟通,所有指令语音播报。

定位方式采用先进的GPS卫星定位系统,要求功耗低、抗遮挡能力强,定位精度高。

无线通讯系统采用开放频带,网络连接速度快,满足传输矿山所有数据必需的大传输通量要求,并且保证通讯质量,无传输堵塞,不受设备运动速度的影响。

GPS车载终端系统设计预留扩展通讯接口,便于以后扩展升级。

车载系统硬件宽温设计,既要有良好的散热,又要有低温自动补偿单元。

电气设计上要考虑有过压、过流,过热保护电路,要求防辐射、抗干扰。

图2 车载终端组成

2.2 软件系统建设

2.2.1 车载终端软件

终端软件在windows XP平台下采用C#语言开发,软件主要功能设计如下。

定位功能:车载终端可自动寻星、自动定位、自动转换坐标系。

通讯功能:终端通讯功能是将自身定位、状态数据、请求、报告数据向调度中心上传,并将调度中心的指令和回复数据进行解码等。

调度功能:终端可接收系统优化后的生产调度指令,并以文字结合图形方式显示在屏幕上,伴随声光提示司机。

车辆状态报告功能:状态报告包括时间、调度信息、实时产量、货物类型、设备状态、生产状态、运距、司机登录情况、定位与通讯强度指示等。

实时产量查询功能:系统提供实时的产量查询功能,以便司机能够掌握自己完成的产量情况。

计算功能:其主要运算内容包括:最优路径计算、定位数据解码、到达生产位置识别、运距统计、接口数据运算统计等。

语音播报提示功能:设备的调度指令、产量、采区作业状况的变化、路况变化等信息,系统以语音播报的方式提醒司机。

防碰撞预警功能:车载软件提供防碰撞功能,充分解决矿区作业空间复杂、作业强度大、盲区多、车型复杂以及人员长时间作业等因素造成的车辆碰撞的事故等多种问题。

2.2.2 应用系统软件

系统软件由智能调度系统软件、防碰撞系统软件、报表软件等软件构成。采用B/S与C/S混合软件体系结构。

B/S软件体系结构,即Browser/Server(浏览器/服务器)结构,是随着Internet技术的兴起,对C/S体系结构的一种变化或者改进的结构。在B/S体系结构下,用户界面完全通过WWW浏览器实现,一部分事务逻辑在前端实现,但是主要事务逻辑在服务器端实现。

B/S体系结构主要是利用不断成熟的WWW浏览器技术,结合浏览器的多种脚本语言,用通用浏览器就实现了原来需要复杂的专用软件才能实现的强大功能,并节约了开发成本,是一种全新的软件体系结构。基于B/S体系结构的软件,系统安装、修改和维护全在服务器端解决。用户在使用系统时,仅仅需要一个浏览器就可运行全部的模块,真正达到了“零客户端”的功能,很容易在运行时自动升级。B/S体系结构还提供了异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一服务的最现实的开放性基础。

图3 C/S与B/S混合软件体系结构

2.2.3 通讯系统调试

通信网络采用了国际先进的MESH通讯技术,实现了自组网、自冗余、设备之间可相互组网通讯。为实现多采区统一或跨采区调度和管理,将三个采区统一在一个大网络覆盖下,保证在网的所有设备跨越采区作业而不掉线,确保跨越采区设备实时在网、在线。随着采区的推进,势必出现坑下临时性局部盲区,但坑下不能建立固定通信塔,为满足扩建后信号仍然可以覆盖整个采区,系统提供了移动基站用以解决盲区补偿问题。固定基站同时直接与多个移动中继站互联,保证了信号完全覆盖,无盲区,同时保证了通讯速率。

3 GPS智能调度系统

3.1 系统简介

GPS车辆智能调度系统实现对露天矿主要采矿设备(卡车、电铲、钩机、洒水车、平路机等)的位置及工作状态的跟踪,实时监控卡车及电铲的运行状态,自动适应采矿生产过程中的各种变化,在生产设备数量一定的条件下,实现对卡车、电铲等采矿设备的实时优化调度,自动、及时、高效地安排矿山设备的生产作业,达到优化生产、提高产量、节约成本、安全高效的目的。使用最低消耗,完成最大产量,提升管理水平。

3.2 系统应用

GPS车辆智能调度系统是一套露天矿智能化的生产指挥管理系统,对生产采装设备、运输设备、卸载点及生产辅助设备进行全方位的实时监控、优化调度和监控管理。

GPS车辆智能调度系统主要实现以下功能。

1) 设备的实时监控与定位。在矿山地理信息地图(GIS)上不仅可以显示矿山的工程位置同时还可以对设备进行实时监控与定位。

图4 设备实时监控与定位

2)设备的实时跟踪与状态识别。实现对设备的状态自动识别与跟踪,可以实时掌握设备任何时间点的信息,从而保证调度员和其它管理者及时掌握设备状态及运行情况,以便合理有效地组织生产与管理。

3) 车辆智能指挥生产。车辆智能指挥生产是整个GPS车辆智能调度系统核心,它以实现优化配车为目的,为工作人员提供合理优化调度方案,共调度人员进行指挥生产。

4)产量自动统计。设备在作业时,无需人工干预而自动统计卡车和电铲产量,避免了作弊手段,同时也不会发生任何误差,从而确保产量信息的客观性、准确性等。

5)班作业计划制作与动态调整。根据生产环境情况,通过模拟、分析等多种手段辅助调度员优化合理地做出当班的作业计划,提供合理的生产方案,并可根据生产的变化实现动态调整。可将班生产作业任务书发到相应设备终端,以便设备操作者查阅并依照指令生产。

图5 车辆智能指挥生产

6)报警功能与管理。可以实现对矿山设备非正常生产情况进行总结,并及时给出报警。包括超速、超载、偷懒、油量不正常消耗等。

7)对历史数据进行查询。可以实现对电铲、卡车等任何设备历史数据进行查询,同时以图表的形式进行展现。

8)对历史工作状态进行回放。可以实现对过去任意时刻、任何设备的历史轨迹回放,有助于分析矿山生产过程为管理者提供客观数据。

9)辅助车辆管理。实现对辅助车辆生产的管理与监控。实时掌握现场辅助车辆生产的情况。

10) 生产数据管理与查询。实时对生产信息数据进行采集与管理,包括设备状态数据、车流规划数据、调度数据、班中实时统计数据等。

3.3 系统优势及特点

1)智能调度算法,合理指挥生产。智能调度算法是整个GPS车辆调度管理系统的中心,以行车优化路径为基础,结合现场的实际生产情况和生产要求,以产量最大,消耗最少为原则,实现车流规划,形成最优的调度方案,从而实现优化调度,共调度人员进行指挥生产。

2)高度自动化与智能化。GPS车辆智能调度系统是综合运用GPS卫星定位技术、计算机技术、现代通信技术和最优化技术等先进手段,实现了对矿山优化调度与生产管理的自动化。

3)简化管理流程,生产管理的时效性、透明度。

4 防碰撞系统

4.1 系统简介

随着露天矿开采工艺的不断进步以及开采强度的不断增加,设备大型化也在不断发展。在运输线路复杂,弯道和斜坡道较多,车辆种类繁杂的施工环境中,重型卡车的庞大车体以及盲区的存在给司机的视线造成极大障碍,相撞事故时有发生。如何让司机得知周围有无车辆,尽早采取避让措施,避免事故发生,是丞待解决的重要问题。

防碰撞系统基于矿区电子地图、道路拟合的思想,采用先进的GPS定位技术、Mesh无线通讯技术,并辅以语音报警和预测算法等技术,充分解决矿区作业空间复杂、作业强度大、盲区多、车型复杂以及人员长时间作业等因素造成的车辆碰撞的事故等多种问题,并对矿区车辆的驾驶问题进行有序的管理,为露天矿的正常生产提供安全保障。

4.2 系统原理

防碰撞系统是监控车辆利用车载终端接收GPS卫星数据,通过MESH无线通信网络将实时数据传输到监控中心服务器,监控中心服务器配有防碰撞分析软件,系统进行实时运算,甄别相邻两车辆是否有相撞的可能性,再将解算后的结果通过Mesh网回发给监控车辆,最终实现相应的监控管理功能。不仅能够使接近车辆动态显示在卡车的液晶屏幕上,而且能够动态测距。动态测速,自动判别不同方向的来车等等。系统具有全方位(左、右、前、后),多种信息(距离、车速),多种方式(语音提示、声光)等特点。

图6 防碰撞系统原理图

4.3 系统优势及特点

1)与GPS卡调系统二合一:和GPS卡车调度系统完美结合,已经安装GPS卡调系统的车辆无需再安装任何车载设备,借助GPS卡调系统车载终端的硬件平台即可。

2)基于中心计算的预警模式:所有数据在中心服务器进行计算,结合GPS卡调系统的调度指令、电子地图、路径属性、挡墙、台阶、拐弯等属性进行全局综合判断,使得防碰撞系统更加客观和准确。

3)全天候自动预警:GPS定位全天候,mesh通信全天候,全天候安全运行的自动预警功能。

4)斜坡弯道处处有效:在斜坡道拐弯处,本系统能有效的给出对方行驶车辆的方位、距离,达到预警的目的。

5)可透过视线屏障:在风沙、浓雾等恶劣天气的情况下,MESH通讯技术能穿透这些视线屏障。

6)夜晚行车监督提醒:在夜晚行车,视线不清的情况下,为司机实时检测周围是否有车辆的存在。周围如果有车辆出现,必有语音报警,使司机立即清醒。

7)可设置合理的超前预警:最关键因素是在一定的距离范围内提前预警,让司机知道周围是否有车辆的存在,及早作好会让的准备。

8)路网拟合:车载上传的GPS数据在中心与电子地图进行拟合,结合路网判断安全距离及相遇的可能性,提高了判断精度。

5 卡车称重系统

5.1 系统简介

卡车称重是通过安装称重传感器,采集卡车装车前与装车后的压力,然后根据压力的变化计算出当前车辆的载重量情况。

5.2 系统原理

卡车称重系统利用称重传感器气压力的实时检测值,通过滤波、建立气压和载重之间存在的数学模型,从而计算出卡车的载重。当汽车的载重量前后气压会发生变化,以增加气压值来抵御外来的载荷力,即承载后,压力值则会增加。因此,气压的变化量和载重量之间存在一定的关系。

卡车称重系统的压力传感器和控制器得出目前的压力值,再根据车载终端中GPS数据判断车辆行驶的速度信号,车辆是否完成装载的工作状态,根据汽车速度信号以及终端软件对车辆状态的智能识别决定是否进行称重模型的运算启动。卡车进入铲位速度为零处于待装时,通过压力变送器获得卡车所有气压的初始值,卡车装载完毕后继续获取新的压力值,从而得到气压的变化值,再通过不同卡车的载重数学模型进行计算,求出卡车的载重值。

5.3 系统优势及特点

通过GPS 卡车调度系统的计量,实时记录计量循环信息,系统可以查看计量循环信息的历史记录和二维监视回放,查看装卸时序是否匹配,这种计算方法能够保证在复杂生产运输工艺条件下,生产设备产量和运行统计准确,避免了虚报产量和人工计量误差,该算法突出了卡车调度系统在露天矿生产中的实用性和准确性,提高了露天矿卡车调度系统在矿山的应用效果,计量功能是露天矿GPS车辆调度的基本功能,根据卡车的基本运输过程自动计量车数和重运运距,同时也可统计出对应的电铲产量。同时,每个卡车都有标载,车数、实际载重和运距,可以自动统计出吨公里,系统根据装卸循环时序生成产量图表和报告

6 总结

鞍千露天矿建设的GPS矿山智能管理系统是一套综合性的系统,包含露天矿生产作业设备的优化调度管理系统、防碰撞系统、卡车称重系统及其它辅助系统,这些系统的成功应用实现了矿山生产的信息化和智能化,提高了生产效率,同时降低了成本,为露天矿提供了科学有效的生产管理办法和智能化的生产手段。

参考文献

[1]张幼蒂,苏靖,李曙光.计算机控制卡车实时调度的系统研究[J].中国矿业大学学报,1995(02).

[2]李军才.DISPATCH系统在我国大型露天矿山中的应用[J].中国矿业,2000(S1).

[3]孙前芳,刘光伟,赵浩.三维可视化建模技术在露天矿中的应用[J].采矿技术,2010(06).

[4]李一帆,李枫,王慧萍.三维可视化技术在矿山工程中的应用[J].中国钨业,2009(01).

[5]段二雄.浅谈露天煤矿设备管理与维修一体化策略[J].露天采矿技术,2013(11).

智能化矿山建设方案范文6

关键词:阶段崩落法;中深孔;测量管理;矿山测量

中图分类号:P258 文献标识码:A

一、红透山铜矿阶段崩落法的来源与施工工艺

中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司是一座1958年建矿的老矿山,经过五十多年的开采,开拓深度已达到1337m,属国内采深最大的有色金属矿山之一。随着开采深度增加,统计表明,地压显著的频度和强度与开采深度明显成正比例关系。为保证工作人员安全,使其不直接在大面积暴露顶板下作业,为此自1988年以来, 公司和铜锌矿两级行政部门和学术组织在东北大学协作下经多次论证、研讨,小中段崩落法就此应运而生,在铜锌矿作为新兴采矿工艺,开始服役。

自1994年起,铜锌矿小中段崩落法在-467中段10采开始试验、应用。其施工工艺基本是:

1. 将中段60m的高度进行分配,其中底柱13 m,顶柱8m(充分保证上下中段的稳定),矿房高度为39m,包括切割层共分为3个平巷,每个平巷采高为13 m;

2. 拉槽方式:采用一个吊罐天井作为切割天井,通过施工中深孔拉槽,为平行上向中深孔。底部受矿结构与普通留矿法底部结构近乎相似,仅是中间预留尖柱;

3. 中深孔施工方式为:在平巷中施工扇形中深孔,孔底距一般为1. 6到1. 8 m,最大不超过2.5米。排距1. 3到1. 5 m,长度3到15 m;在横巷中施工上向孔,炮孔角度为90°。

4. 采用南京工程机械厂生产的气动YGZ-90型凿岩机;

5. 爆破时炸药选用新投入使用的乳化炸药,爆速为3500到5000m/s,装药方式为人工装药。

二、中深孔在测量与绘图当中存在的问题

在中深孔采场中,测量人员的先期任务在于,按照采矿专业设计要求,将中深孔施工的位置和方向,排线之间的间距,在现场进行标定。待验收时,对已施工完毕的中深孔进行角度和深度的测量,方法如下:

1) 将总体长度大于中深孔长度橡胶管(或PVC管)进行长度分段整尺标记;

2) 人工将橡胶管端部送至中深孔底部,标记好中深孔口与橡胶管的重合位置,由分段标记长度处丈量不足整尺的部分,记录深度;

3) 将悬挂半圆仪固定在插入中深孔的钎杆上,用半圆仪正反两个位置进行测定倾角,读数两次,在数值相近的情况下取平均值进行记录。

这种传统的中深孔测量方法虽然投入的成本小,但是伴随着许多弊端,如:橡胶管的延展性使得分段长度测量不准确;现场作业人员的劳动强度过大,工作效率低下;测倾角时存在钎杆滑落或散落造成人身伤害的安全隐患;现场噪声污染带来的读数、记录误差等。再加上施工时产生的各项偏差,达不到验收技术规范和爆破工作的要求。

绘图使用的方法是直尺与量角器进行配合。这种画法与测图方法同样,步骤重复反锁,出现人为误差的概率较大。测图与绘图的误差累计,必然会对后期爆破设计的准确性带来影响,再加上施工时产生的各项偏差,达不到验收技术规范和爆破工作的要求,从而无法实现预期的效果,并直接造成经济损失。

三、解决方案

3.1CSJ10C型智能炮孔深度和角度测量仪

CSJ10C型智能炮孔深度和角度测量仪是采用智能声回波测距原理测量炮孔深度,圆柱体触摸导向杆作为微电子加速传感器测量倾角,并以单片微控制机作为核心的测量仪器,并有储存和上传功能。它由手持可伸缩式操纵测量器、显示储存器、电源器及线缆组成,是一种适用于矿山井下爆破孔(中深孔)的深度和倾角测量仪器。适用于直径55—100mm的各种中深孔或深孔,可以测量中深孔的深度、倾角,孔内裂隙的位置进行显示,使用重锤传感器测量倾角的变化,由精密的光电编码器给出准确的测量结果。其原理是:手持测量器受重力的作用,测量器的重锤摆谱仪器的基准位置与基准面成一角度,该角度值通过测量器的系统角度传感器变成电信号显示在储存器上,即为该孔的测量倾角值;孔深是通过接受智能回声波往返于孔底所需时间及传递速度,通过测量器的系统距离传感器变成电信号显示在显示储存器上。

目前,铜锌矿正在对这此款仪器进行可行性试验。若能正常投入使用,每排孔深度、倾角的测量时间只需2-3分钟,大大缩短劳动时间,减轻工作强度,提高工作效率,达到精度要求,这对原有测量方法是质的改善。

3.2利用AutoCAD绘制中深孔

AutoCAD(Auto Computer Aided Design)是美国Autodesk公司首次于1982年研究开发的计算机辅助设计软件,是目前国际上应用最流行的绘图工具,功能全面,操作稳定,普适性强。开放的结构体系——二次开发,又很好的弥补了其在专业针对性上不足的缺点。

如图1所示,此图为对AutoCAD进行二次开发后,专门为绘制中深孔而设计的程序。该程序只需将钻心坐标、平巷规格、实测炮孔和角度进行录入,再对倾角范围进行选择,然后点击绘制,每个实测的炮孔最深度的点位坐标就会在屏幕上显示,从平巷边界参考钻心位置,再和最深度点位坐标进行连接即可得到实测炮孔图。

这款小软件与CSJ10C型智能炮孔深度和角度测量仪相配套使用,直接对中深孔的测量与绘制从传统手工转向了数字化成图,为企业和矿山创造了经济价值。

4结束语

矿山的生产特点是跨度时间长,可能从几年到几十年,甚至上百年,在这日积月累中累计了太多的贯穿于矿山生命周期的测量资料,在周而复始的使用时,这些测量资料的破坏与损失将严重影响矿山生产、

安全。同时测量资料是矿山采矿、地质等多学科、多部门的基础资料、共用资料,随矿山信息化、电子化的发展,更需要建立一个资料管理的共享平台。但总体说来,全国矿山测量资料管理水平较低,管理手段比较落后,已经远远跟不上测绘事业的发展步伐。因此建立电子版矿山测量资料要一步步更新,逐渐为进入数字化矿山时代做准备。本文从对中深孔的测量与绘制存在的问题与解决方案的叙述当中,以小见大,论证了数字化矿山给测量管理人员提供了便捷,给矿山、企业带来的利益,足以证明矿山数字化是值得发展和推广的。

参考文献:

[1] 王洪勇. 红透山铜矿小分段落矿采矿方法的应用及发展新构想[J].有色矿冶,2001(01)

[2] 范宏允. 红透山铜矿中深孔采矿工艺的改进[J].有色矿冶,2000(05)

[3] 马彬,雷斌,谭学军. WGL-1型中深孔深度倾角测量仪的应用和评价[J].黄金科学技术,2005(Z1)

[4] 江家权. 智能WGL-1型中深孔测量仪在安庆铜矿的应用[J].矿业快报,2008(06)