摘要：探討了可視化礦山的建設(shè)內(nèi)容，包括可視化礦山的系統(tǒng)架構(gòu)、功能實現(xiàn)，對智慧礦山可視化框架技術(shù)做了深入分析，并基于實例介紹了可視化礦山的實際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：可視化;大數(shù)據(jù);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(shù)保障了我國的煤炭使用安全。本研究從可視化礦山的建設(shè)出發(fā)，通過建立數(shù)字化、信息化的多元系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，分析了可視化礦山建設(shè)的系統(tǒng)框架，并探討了機電運行狀態(tài)參數(shù)的管理與信息化、智能化的關(guān)系。

1 ? ?可視化礦山的實現(xiàn)

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(zhì)條件、礦山工程分布在三維空間中進行展現(xiàn)，以三維坐標的方式將坐標信息及其相互關(guān)系組成信息框架的系統(tǒng)。它能對礦山的真實地質(zhì)情況、相關(guān)地貌做出信息化的表達，為礦山工作人員地質(zhì)勘查提供數(shù)據(jù)支持。

礦山可視化技術(shù)要用到數(shù)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(tǒng)架構(gòu)

從技術(shù)上來說，可視化礦山技術(shù)是在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上構(gòu)建整合的。建設(shè)可視化礦山需要用到互聯(lián)網(wǎng)、信息化、智能化等大數(shù)據(jù)技術(shù)，要為煤礦開采、信息化管理等提供系統(tǒng)性的大數(shù)據(jù)服務(wù)，建立可視化、信息化的仿真模擬管理系統(tǒng)，滿足現(xiàn)代煤礦開采需求。

1.2.1 ? ?一個核心

借助大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)支持，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)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(huán)境盡可能相同，實現(xiàn)從模型可視化到沉浸式可視化的轉(zhuǎn)變。

1.2.2 ? ?四個方向

可視化礦山的建設(shè)方向主要包括數(shù)據(jù)可視化、模型可視化、場景可視化、沉浸式可視化。首先要實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)可視化;進而對數(shù)據(jù)進行分析整合，實現(xiàn)模型可視化;在其基礎(chǔ)之上，擴大模型的規(guī)模，實現(xiàn)場景的可視化;最后實現(xiàn)沉浸式可視化。

1.2.3 ? ?多個主要內(nèi)容

以建設(shè)方向為基礎(chǔ)，可視化礦山框架的主要內(nèi)容包括對數(shù)據(jù)可視化進行的大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用;以模型可視化為目標的三維數(shù)據(jù)模型和機械設(shè)備模型數(shù)據(jù)的分析、仿真、渲染;通過云計算模擬而實現(xiàn)場景可視化;以沉浸可視化為基礎(chǔ)的主動漫游、被動漫游。

1.2.4 ? ?四大數(shù)據(jù)庫

建立從礦井設(shè)計到煤炭開采各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)的分類、存儲實現(xiàn)整合。

1.2.5 ? ?一個平臺

建立平臺是要打破礦山信息孤島，統(tǒng)一整合各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析、統(tǒng)一監(jiān)管，實現(xiàn)對礦區(qū)的共同管理。

2 ? ?智慧礦山可視化框架技術(shù)

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(shè)是可視化礦山的建設(shè)基礎(chǔ)。要對礦山地質(zhì)地層進行仿真模擬，根據(jù)地質(zhì)資料和現(xiàn)場勘查，建立可視化煤礦開采時序過程。通過三維坐標數(shù)據(jù)，實現(xiàn)開采過程的可視化、礦場管理的科學化。

2.2 ? ?開拓設(shè)計方案選擇

以三維仿真模型為基礎(chǔ)，為開拓設(shè)計提供可視化方案。根據(jù)礦井地質(zhì)數(shù)據(jù)等進行科學合理的開拓設(shè)計，對設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)運算形成圖文并茂的數(shù)據(jù)分析圖，定量地展示生產(chǎn)速度，為精細化管理提供技術(shù)支持。

2.4 ? ?礦井風量風速配置

礦井風量與礦區(qū)安全息息相關(guān)，通過通風網(wǎng)絡(luò)圖、通風節(jié)點來調(diào)配礦井風量，實現(xiàn)對礦區(qū)通風的科學管理。同時，對礦區(qū)特定區(qū)域?qū)嵤┩咚贡O(jiān)測、特殊氣體監(jiān)測等，防止礦區(qū)安全事故的發(fā)生。

2.5 ? ?專家決策系統(tǒng)

在開采過程中如遇技術(shù)問題，可通過專家決策系統(tǒng)對所遇問題進行權(quán)重劃分，在數(shù)據(jù)庫中對主要問題進行檢索，系統(tǒng)會推薦最適合的解決方案，指導(dǎo)礦區(qū)的安全生產(chǎn)。

2.6 ? ?動態(tài)處理系統(tǒng)

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對礦壓預(yù)測、應(yīng)急事故實現(xiàn)動態(tài)管理，提高數(shù)據(jù)管理推送的準確性，提高可視化礦山的建設(shè)水平。動態(tài)處理系統(tǒng)能夠?qū)ο到y(tǒng)各項數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析調(diào)整，為日常生產(chǎn)提供科學指導(dǎo)，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。

3 ? ?實際應(yīng)用分析

筆者以梧桐莊礦數(shù)字化礦山建設(shè)為例，介紹可視化礦山的實際應(yīng)用情況。梧桐莊礦數(shù)字礦山系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)如圖2所示。

該項目的重點建設(shè)方向以及實現(xiàn)方案包括：綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺、綜合集成平臺、網(wǎng)絡(luò)化控制。綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺確保礦區(qū)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、高效性。在實際應(yīng)用中，礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)因環(huán)境問題時常受到破壞，綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用千兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。而網(wǎng)絡(luò)化控制實現(xiàn)了對各項設(shè)備的集中控制。

4 ? ?可視化系統(tǒng)與煤礦機電設(shè)備運行狀況的評估

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)的分析搜集，能實現(xiàn)對煤礦機電設(shè)備運行狀況的評估。該系統(tǒng)分為基本操作模塊、數(shù)據(jù)接口模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、設(shè)備運行狀態(tài)評估模塊和預(yù)警模塊，如圖3所示。

該系統(tǒng)具有設(shè)備管理功能和設(shè)備運行狀態(tài)評估功能。設(shè)備管理功能能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)信息的實時監(jiān)測，為決策者快速決策提供參考。設(shè)備運行狀態(tài)評估是系統(tǒng)的核心，即對礦區(qū)機電設(shè)備的運行狀態(tài)進行檢測，評估設(shè)備運行情況，能夠降低設(shè)備發(fā)生故障的概率。

5 ? ?結(jié)語

可視化礦山建設(shè)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(huán)境污染問題提供了高效的方案。在高新技術(shù)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(shù)保障。

[參考文獻]

[1] 賀雁鵬，黃慶享，曹健.可視化礦山的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學技術(shù)，2019，47（4）：32-37.

[2] 肖雅靜，孟國營.梧桐莊礦數(shù)字化礦山工程建設(shè)與創(chuàng)新[J].煤炭科學技術(shù)，2016，44（7）：129-134.

[3] 王金珠.礦山機電設(shè)備運行狀況評估及可視化管理系統(tǒng)研究[J].山西科技，2013，28（3）：108-110.

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。