智慧矿山技术-课件.ppt

1、智慧矿山技术智慧矿山技术主讲人：主讲人：20172017年年1010月月1818日日矿山技术发展历程原始阶段1机械化2数字化信息化3智慧化4 矿山技术发展大体经历了原始阶段、机械化阶段、数字矿山技术发展大体经历了原始阶段、机械化阶段、数字化、信息化阶段后，化、信息化阶段后，正快速迈向智慧化时代正快速迈向智慧化时代。智慧就是对事物。智慧就是对事物能迅速、灵活、正确地理解和处理的能力。能迅速、灵活、正确地理解和处理的能力。矿山技术发展历程原始阶段1最早的采煤运输方式最早的采煤运输方式人采骡拉人采骡拉原始开采阶段：人们主要通过手工和简单的工具稿刨、锨挖进行矿山的采掘活动，生产主要靠人力，效率极低。矿

2、山技术发展历程机械化阶段2矿山在采掘、运输、提升、以及生产辅助方面采用大量机械设备和爆破施工，生产效率得到大大提高，矿井用人数量大大减少。机器替代了人力机器替代了人力矿山技术发展历程数字化信息化阶段3 数字化信息化阶段，计算机技术的飞速发展，给传统产业的发展带来了巨大机遇，“用信息技术改造传统产业，提升传统产业实现跨越式发展”也成为国家战略，煤矿开展的“两化融合”、“三网合一”等工作就是这一阶段的的典型代表。从字面意义上来讲，数字化就是将从字面意义上来讲，数字化就是将“书面书面”信息转变成信息转变成电子信息电子信息数数字信息，对矿山人、机、环境进行实时三维数字化测控；字信息，对矿山人、机、环境

3、进行实时三维数字化测控；信息化信息化主要是主要是解决数据传输、数据呈现问题。解决数据传输、数据呈现问题。以矿体空间化、数字化、网络化和可视化等特征为代表。以矿体空间化、数字化、网络化和可视化等特征为代表。矿山技术发展历程智慧化阶段4 智慧化阶段，当前发达国家在各个领域都快速的向智慧时代飞进，尤其在军事领域，如无人飞机、机器战士，无人战车等等。智慧就是具有人类一样的思维能力，就是可以代替人处理复杂的工作，就是“无人”，智慧矿山能够主动的感知、自动分析、并能够正确快速地处理的矿山系统。信息化数字化与智慧化的区别标志就是是否实现了“无人”。以应用互联网、光纤网络、物联网、云计算等技术特征为代表。以应

4、用互联网、光纤网络、物联网、云计算等技术特征为代表。数字化矿山1）构建数字矿山，以信息化、自动化和智能化带动采矿业的改构建数字矿山，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、高产、绿色和可持续的矿业发展造与发展，开创安全、高效、高产、绿色和可持续的矿业发展新模式，新模式，是矿业生存与发展的必由之路是矿业生存与发展的必由之路。2）构建数字矿山，可以最大限度的开发和利用矿山企业的自然构建数字矿山，可以最大限度的开发和利用矿山企业的自然资源、人力资源以及其它相关资源，为矿山企业的生产和经营资源、人力资源以及其它相关资源，为矿山企业的生产和经营管理服务，可以优化设计、生产计划、生

5、产调度与过程控制，管理服务，可以优化设计、生产计划、生产调度与过程控制，实现矿山企业效益最大化实现矿山企业效益最大化。3）构建数字矿山，可以促进矿山企业的精细化管理，构建数字矿山，可以促进矿山企业的精细化管理，确保矿山确保矿山安全、高效生产。安全、高效生产。数字化矿山建设的必要性 数字化矿山概念“数字化矿山”(Digital Mine)或称为“数字矿山”，是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。数字矿山的最终目标是实现矿山的综合自动化。数字化矿山特点把矿山的所有内容处

6、理成现代计算机可以接受、储存、拷贝、加工和网络传输的数字信息，并保证信息的完整性。l 数字化基础数字化矿山特点把能准确地采集到任何地点、任何时间所需要的安全、生产和管理等信息，并保证信息的及时性。l 精准适时采集数字化矿山特点把所有信息包括实时数据、多媒体数据和管理数据可以通过局域网和广域网进行准时、可靠、安全的传输，必要的数据要保证时钟同步。l 网络化传输数字化矿山特点把通过标准的数据格式、开放的通信协议和统一的管理规范所定义的数据仓库实现各种应用中信息的互连互通。l 规范化集成数字化矿山特点把 对于数据仓库中的所有信息和模型均可用四维地理信息系统技术、虚拟现实技术、模拟仿真技术、多媒体技术

7、和可视化分析技术进行表达和展现，实现透明管理。l 可视化展现数字化矿山的基本构成数字矿山矿山矿山OA、ERP、CDS系统系统矿山应用系统矿山应用系统四维时空地理信息系统平台四维时空地理信息系统平台全矿井综合自动化系统全矿井综合自动化系统高速宽带网络传输系统高速宽带网络传输系统高效的多源数据采集系统高效的多源数据采集系统1、高效的多源数据采集系统高效的多源数据采集系统数据采集数据采集系统系统测量数据测量数据地质勘探数据地质勘探数据现场传感数据现场传感数据矿山设计数据及其他文档数据矿山设计数据及其他文档数据负责数据的采集、处理与更新。数字化矿山的基本构成2、高速宽带网络传输系统、高速宽带网络传输系

8、统高速宽带网络是数字化矿山的基石。数字化矿山的建设与矿山业务运行是以高速企业网为基础，在数字化系统中所处理的业务不但有语音、视频、数据业务，还有大量的与模型库交互的三维数据。建立宽带、高速和双向的通讯网络，确保海量矿山数据在企业内部、甚至是与网络快速传递都是十分必要的。数字化矿山的基本构成3、全矿井综合自动化系统全矿井综合自动化系统矿井生产执行系统矿井生产执行系统（MES）过程控制系统过程控制系统（PCS）企业资源计划系统企业资源计划系统（ERP）将先进的控制技术、计算机技术等信息技术与先进的矿井生产工艺技术、现代管理技术相结合。数字化矿山的基本构成4、四维时空地理信息系统平台、四维时空地理信

9、息系统平台三维地址体建模系统三维地址体建模系统-3D GMS三维图形显示系统三维图形显示系统矿山专题矿山专题GIS系统系统-MGIS矿山虚拟现实系统矿山虚拟现实系统-MVR地测地测GIS输配电输配电GIS综合管线综合管线GIS井下人员定位井下人员定位GIS等等 负责矿山地物对象的拓扑建立与维护、空间查询与分析、矿负责矿山地物对象的拓扑建立与维护、空间查询与分析、矿山制图与输出等基本功能，并进行数据访问控制。山制图与输出等基本功能，并进行数据访问控制。数字化矿山的基本构成5、矿山应用系统、矿山应用系统采矿采矿CAD系统系统（MCAD）虚拟采矿系统虚拟采矿系统（VM）矿山矿山模拟模拟系统系统（MS

10、）工程计算系统工程计算系统（EC）科学计算可视化科学计算可视化（SV）。应用系统应用系统如：储量计算，如：储量计算，开采沉陷预测等开采沉陷预测等 为矿山业务流程和决策所需的各类工程计算与应用分析提供为矿山业务流程和决策所需的各类工程计算与应用分析提供功能服务。功能服务。6、矿山、矿山OA、ERP、CDS系统系统 矿山OA系统 综合安全监控系统及开采环境监测系统 设备管理系统 物资管理系统 人力资源管理系统 定销存管理系统 客户关系和供应链管理 项目管理系统 综合调度指挥系统 .数字化矿山的基本构成 智慧化矿山智能化数字矿山是矿山信息化建设的目标和方向。其核心思想是利用计算机网络系统、通信系统、

11、控制系统等构成的矿山数字神经，实现矿业资源、矿山生产与经营运作过程的数字化，通过信息的智能化分析处理实现矿山生产过程的实时监控、管理与优化。智慧矿山概念u2008 2008 年年11 11 月月IBM IBM 提出提出“智慧地球智慧地球”的概念；的概念；u20092009年年1 1月，美国总统奥巴马肯定了月，美国总统奥巴马肯定了IBMIBM“智慧地智慧地球球”的思路；的思路；u20092009年年8 8月，月，IBM IBM 又发布了又发布了智慧地球赢在中国智慧地球赢在中国计划书，正式揭开了计划书，正式揭开了“智慧地球智慧地球”的序幕。的序幕。智 慧 供 应 链智 慧 供 应 链智 慧 电 力

12、智 慧 电 力智 慧 交 通智 慧 交 通智 慧 金 融智 慧 金 融智 慧 医 疗智 慧 医 疗智慧矿山概念 “智慧矿山”是在我国矿山企业当前提到的最频繁最时髦的一个词，自从2008年美国IBM提出“智慧地球”的概念后，煤矿行业许多学者都根据自己的观点出发进行定义。由中国智慧矿山联盟于2012 年提出，其定义被多数人认可。即定义为：对生产、职业健康与安全、技术和后勤保障等进行主动感知、自动分析、快速处理的无人矿山；智慧矿山的本质是安全矿山、高效矿山、清洁矿山;矿山的数字化、信息化是智慧矿山建设的前提和基础，智慧矿山的建设是逐步实现的，具有明显的阶段性。行业专家普遍认为，由中国智慧矿山联盟提出

13、的关于智慧矿山的定义表述简练、清晰、目标明确，指出了矿山技术的发展方向，同时说明了智慧矿山和数字矿山、信息矿山的关系。具有代表意义。同时，该定义征求了多单位、多位矿山技术人员、管理人员、政府主管部门、专家、学者的意见。智慧矿山概念 中国智慧矿山产业技术创新联盟（简称智慧矿山联盟)是根据创新型国家发展战略要求，按照科技部等六部下发的关于推动产业技术创新战略联盟构建的指导意见国家技术创新工程总体实施方案等6个文件的具体要求由国内业绩著名企业、大学、研究人员等“产学研用人”单位联合发起成立的新型国家级产业技术创新战略联盟。其于2012年9月26日成立。什么是智慧矿山联盟？智慧矿山概念1发起单位 智慧

14、矿山联盟是由中国职业安全健康协会牵头，北京龙德时代承办神华、中煤智慧矿山联盟是由中国职业安全健康协会牵头，北京龙德时代承办神华、中煤集团、中国矿业大学、煤炭科学总院等法人单位依据关于推动产业技术创新战略集团、中国矿业大学、煤炭科学总院等法人单位依据关于推动产业技术创新战略联盟构建的指导意见（国科发政联盟构建的指导意见（国科发政20082008770770号）联合发起成立的产业技术创新战号）联合发起成立的产业技术创新战略联盟。略联盟。2成立目的 联盟成立的目的是联盟成立的目的是:组织智慧矿山的关键科技攻关，建设智慧矿山示范工组织智慧矿山的关键科技攻关，建设智慧矿山示范工程，推广智慧矿山的理念和技

15、术，制定智慧矿山标准，推动矿山设备制造业程，推广智慧矿山的理念和技术，制定智慧矿山标准，推动矿山设备制造业的转型升级，实现矿山的本质安全、高产高效、绿色环保。的转型升级，实现矿山的本质安全、高产高效、绿色环保。智慧矿山概念 智慧矿山联盟简介1)明确智慧矿山的概念、内涵和发展方向，组织有关论坛，宣传智慧矿山理念和技术。2)凝聚“产学研用”等方面的力量，组织我国智慧矿山关键技术攻关，解决困扰矿山职业安全健康、生产、保障等方面的技术难题。3)建设智慧矿山示范矿井、示范工程、示范项目。4)制定或者参加制定智慧矿山的技术标准、应用标准等标准，促进智慧矿山技术的规范化和标准化。5)推广智慧矿山技术，促进矿

16、山实现本质安全、高产高效、绿色环保。6)通过技术攻关、技术转让、联盟合作等形式促进矿山制造业的产业转型和升级。7)在产业方面为政府提供合理化建议，促进政府建立相关的产业发展政策、体系和机制。8)促进业内企业和科研机构的合作，实现资源共享和优势互补。加强联盟成员之间的技术结合、信息沟通，鼓励联盟成员实现双边和多边形式的合作创新，促进产学研合作。3联盟的主要任务智慧矿山的特点“无人无人”是智慧矿山的最高形式是智慧矿山的最高形式 智慧矿山的显著标志就是“无人”，就是开采面无人作业、掘进面无人作业、危险场所无人作业、大型设备无人作业，直到整座矿山无人作业。整个矿山的各个方面都在智慧机器人和智慧设备下操

17、作完成。网络化传输精准适时采集规范化集成可视化展现智能化服务自动化操作数字化数字化基础基础最终建成数字化智慧体 总体建设思路把矿山的所有内容处理把矿山的所有内容处理成现代计算机可以接受、成现代计算机可以接受、储存、拷贝、加工和网储存、拷贝、加工和网络传输的数字信息，并络传输的数字信息，并保证信息的完整性。保证信息的完整性。数字化基础能准确地采集到任何地能准确地采集到任何地点、任何时间所需要的点、任何时间所需要的安全、生产和管理等信安全、生产和管理等信息，并保证信息的及时息，并保证信息的及时性。性。精准适时采集所有信息包括实时数据、所有信息包括实时数据、多媒体数据和管理数据多媒体数据和管理数据可

18、以通过局域网和广域可以通过局域网和广域网进行准时、可靠、安网进行准时、可靠、安全的传输，必要的数据全的传输，必要的数据要保证时钟同步。要保证时钟同步。网络化传输通过标准的数据格式、通过标准的数据格式、开放的通信协议和统一开放的通信协议和统一的管理规范所定义的数的管理规范所定义的数据仓库实现各种应用中据仓库实现各种应用中信息的互连互通，确保信息的互连互通，确保数据的唯一入口和一致数据的唯一入口和一致性。性。规范化集成对于数据仓库中的所有对于数据仓库中的所有信息和模型均可用四维信息和模型均可用四维地理信息系统技术、虚地理信息系统技术、虚拟现实技术、模拟仿真拟现实技术、模拟仿真技术、多媒体技术和可技

19、术、多媒体技术和可视化分析技术进行表达视化分析技术进行表达和展现，实现透明管理。和展现，实现透明管理。可视化展现对于主要生产执行环节、对于主要生产执行环节、监听监视环节、时限性监听监视环节、时限性强、准确度高的环节以强、准确度高的环节以及环境恶劣、易疲劳环及环境恶劣、易疲劳环节实现操作自动化或无节实现操作自动化或无人化。人化。自动化运行2.智慧矿山的特点在一些诸如危险源辨识、在一些诸如危险源辨识、灾害预警、方案设计、灾害预警、方案设计、计划编制、过程控制、计划编制、过程控制、经济分析、调度优化等经济分析、调度优化等方面提供智能化工具和方面提供智能化工具和综合决策支持，最大限综合决策支持，最大限

20、度地降低脑力劳动强度，度地降低脑力劳动强度，避免人为决策失误。避免人为决策失误。智能化服务智能服智能服务器务器方案设计方案设计计划编制计划编制灾害预警灾害预警过程控制过程控制调度指挥调度指挥决策支持决策支持智慧矿山建设思路智能化服务智能化服务精准适时采集精准适时采集网络化传输网络化传输自动化操作自动化操作可视化展现可视化展现数字化数字化基础基础规范化基础规范化基础最终建成最终建成智慧矿山智慧矿山智慧矿山建设的阶段性单个系统、单个系统、单项技术的单项技术的智能化智能化多个系统的多个系统的智慧化智慧化“一个矿井一个矿井的无人的无人”“矿区系统矿区系统的无人的无人”1234智慧生产智慧生产系统系统智

21、慧技术智慧技术与后勤保与后勤保障系统障系统智慧职业智慧职业健康与安健康与安全系统全系统 智慧矿山包括了矿山的各个方面，按照通常的划分方法，可以分为四个方面，就是智慧生产调度指挥中心、智慧生产系统、智慧职业健康与安全系统、智慧技术与后勤保障系统。智慧生产智慧生产调度指挥调度指挥中心中心智慧矿山的基本构架 智慧生产智慧生产系统系统智慧生产系统智慧主要生产系统智慧辅助生产系统智慧综采工作面无人掘进工作面无人采矿工作面无人掘进工作面煤矿1 1非煤矿山2 2智慧矿山的基本构架2.2.智慧矿山的基本构架 智慧职智慧职业健康与业健康与安全系统安全系统01020304智慧职业健康安全环境系统智慧爆破监控系统智

22、慧洁净生产监控系统智慧冲击地压监控系统05060708智慧应急救援系统等智慧水害监控系统智慧通风系统智慧人员监控系统智慧技术智慧技术与后勤保与后勤保障系统障系统生活管理4考勤系统56智慧化ERP系统1办公自动化系统2物流系统3.智慧矿山的基本构架2000辽宁铁法小青矿刨煤机无人工作面开采2003山西焦煤马兰矿引进DBT刨煤机自动工作面2007兖矿东滩矿1303自动化工作面（自主产权，国内首例）2010以山西科达自动化等公司为代表的国内厂家，积极投入无人采面工作面的研发，取得可喜成绩，已经有十多个工作面装备。智慧无人开采技术的历程科达自控研发的智能化煤矿综采工作面 我国综采工作面大中型煤矿在煤矿

23、生产的大部分关键环节实现了自动化的改造，但是在设备最多，难度最大的采煤环节还是一个空白，采煤环节必须在现场进行人工操作。由科大自控公司独立研发的国内首个煤矿自动化综采工作面已在晋城、阳泉两个煤矿试运行。该系统负责对200多台设备的进行集中控制，综采工作面 代表了采煤控制的世界先进水平。该项目已取得国家、省、市各级政府认可，分别列项支持。自动化综采工作面控制系统的主要特点如下：1、在顺槽控制中心，通过无线覆盖，传输语音和视频信号，实现工作面的控制；2、采煤机自动记忆切割；3、液压支架自动定位，推移；4、三机自动联动；5、皮带系统及泵站的自动控制；6、视频监视自动跟踪。整体架构示意图智慧矿山应用示

24、范情况科达自控研发的智能化煤矿综采工作面无人工作面-工作面无线全覆盖智慧矿山应用示范情况科达自控研发的智能化煤矿综采工作面无人工作面-采煤机记忆切割智慧矿山应用示范情况科达自控研发的智能化煤矿综采工作面 无人工作面-三机联动智慧矿山应用示范情况科达自控研发的智能化煤矿综采工作面 无人工作面-信息集成中心智慧矿山应用示范情况科达自控研发的智能化煤矿综采工作面应用业绩：晋煤集团古书院矿智能化工作面系统晋煤集团古书院矿智能化工作面系统 荫营煤矿智能化工作面系统荫营煤矿智能化工作面系统 四川川煤集团广能公司绿水洞煤矿智能化工作面系统四川川煤集团广能公司绿水洞煤矿智能化工作面系统 西山煤电晋兴能源公司智

25、能化工作面系统西山煤电晋兴能源公司智能化工作面系统 .智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 哈拉沟煤矿是神华神东煤炭集团的一大主力矿井，井田面积72.4平方公里，目前保有储量6.8亿吨。设计生产能力1000万吨。智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 调度室现有工作人员调度室现有工作人员12名。其中：主任、副主任各一名，调度及监测监名。其中：主任、副主任各一名，调度及监测监控员各控员各5名。调度室的主要职责是：统一组织、协调、指挥安全生产；统一调名。调度室的主要职责是：统一组织、协调、指挥安全生产；统一调度、指挥矿井安全监测监控系统；负责监督监控各大生

26、产系统；负责主运、度、指挥矿井安全监测监控系统；负责监督监控各大生产系统；负责主运、主扇、供电、供排水集中控制；负责组织协调矿井均衡生产；负责全矿的综主扇、供电、供排水集中控制；负责组织协调矿井均衡生产；负责全矿的综合调度及协调工作。合调度及协调工作。调调 度度 室室 基基 本本 情情 况况智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统01工业电视监视系统 工业电视监视系统：主要是通过工业电视对综采工作面、主运系统、通风系统、供排水系统、供电系统等关键生产部位及地点安装64个摄像头进行实时监视。智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统02综合自动化系统综合自动化系

27、统主运输系统供电系统供排水系统自动风门通风系统 综合自动化系统：主要是对主运输、供电、供排水、主要通风机、井下自动风门五大系统进行集中控制，实现了远程自动操作，同时具有故障报警功能。智慧矿山应用示范情况02综合自动化系统 全矿综合自动化系统以建设统一管理的矿井监测、监视、控制网络为平台，集成汇聚井上井下各分支系统监控点的视频流、数据流、信息流，与矿区现有信息化网络基础平台及其它子系统实现无缝连接，实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的信息化、科学化，确保矿井生产安全、高效，提升企业的生产力水平。整个系统分为信息层、控制层和设备层三层体系结构。采用工业级千兆光纤以太环网技术确保系统

28、的先进性、可靠性，并充分利用以太网资源，实现三网合一（数据、图像、语音同网传输）。适于大、中、小各类矿井使用 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 对主运和顺槽胶带机进行远程控制，同时对电机、CST运行电流、电压、功率、温度、流量、速度等参数进行实时监视。2-1主运输系统智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 调度室可对井下变电所进行远程停送电，并实时监测变电所内高低压开关柜运行状态，实现了无人值守。2-2供电系统5.5.智慧矿山应用示范情况智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 2-3供水、排水系统 对井下加压泵进行远程启停操作，可对水位、压力、流量等关键参数进行监测，同时可对供水压力进行调整，自动衡压供水，实现无人值守。根据水仓水位主排水泵可实现自动启停，同时可对水仓水位、水泵运行情况进行监测，实现无人值守。智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 2-4通风系统 调度室对通风机进行远程控制，并对通风机的风量、负压、电机温度等参数进行实时监测。智慧矿山应用示范情况 神东煤炭集团哈拉沟煤矿调度信息化系统 2-5自动风门 调度室对井下自动风门正常情况下进行状态监视和紧急情况下进行远程控制。5.5.智慧矿山应用示范情况智慧矿山应用示范情况谢谢大家谢谢大家