智慧矿山解决方案

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智 慧 矿 山 解 决 方 案 ● 方案综述 ● 应用系统 ● 基础中心 ● 监管平台 应用案例 》 目录 contents ● 安全生产监管平 台 ● 绿色矿山管理系 统 ● 智慧园区管理平 台 ● 尾矿库在线监测 义 构 程 状 势 标 定 架 历 现 趋 目 念 本 展 业 来 设 概 基 发 行 未 建 自 智慧矿山概 述 解决 方案 感知设 备 ● 岩土类设 备 ● 环境类设 备 part 1 智慧矿山概 述 1.1 概 念 定 义 智慧矿山是以矿山数字化、 信息化为前提和基础 ，对矿山生产、 职业 健康与安全 、 技术支持 与 后勤保障等进行主动感知、 自动分析、 快速处理。 建 设 智慧矿山 ，最终实现 安全矿山、 无人矿 山、 高 效矿山、 清洁矿山的建 设 。 智慧职业 健康 与安全系统 矿山的职业 健康与安全包 含了环 境、防火、防水、监测等多个方面 ， 子系统众多包含如下子系统 ：智慧职 业 健康安全环境系统 ，智慧防灭火系 统、智慧爆破监控系统、智慧洁净生 产监控系统、智慧冲击地压监控系统、 智慧人员监控系统 ，智慧通风系统、 智慧水害监控系统、智慧视频监控系 统 ，智慧应急救援系统 ，智慧污水处 理系统等等。 智慧技术支持与 后勤保障系统 保障系统分为技术保障系统、 管理和后勤保障系统。 智慧技术保障系统是指地、 测、采、掘、机、运、通、调度、 计划、 设 计等的信息化、 智慧化 系统等。 智慧管理和后勤保障系 统 ，智慧化的矿山管理后后勤保 障系统 ，是指针对矿山的智慧化 ERP 系统、 办公自动化系统、 物 流系统、 生活管理、 考勤系 统等。 智慧生产 系统 包括智慧主要生产系统和智 慧辅助生产系统。 智慧主要生产系统包括采煤 工作面的智慧化和掘进工作面的 智慧化 ，对于煤矿来 讲 ，就 是以 无人值守采煤掘技术为代表的智 慧综采工作面和无人掘进工作面。 对于非煤矿山来 讲 ，可能是以智 慧爆破采矿为代表或者以自动机 械采矿技术为代表的无人采矿工 作面和无人掘进工作面系统。 分类 智慧矿山系统 》 1.2 基本架 构 智慧化阶段 ： 智慧系统能够主动的感知、 自动分析、并能够正确快速 地处理。大力推进矿业领域 科技创新 ，加快建 设 数字化 、 智能化、 自动化矿山 ，大力 发 展 “互联网 + 矿业”。 高形式。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 备下操作完成。 数字化阶段 ： 采用自动化生产设 备 和 信息化系统作为经营管 理工具 ，实现 数字化整合、 数据共享。仍面临系统集 成、信息融合等诸多问题。 原始阶段 ： 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——人采骡拉。 》 1.3 发 展 历 程 机械化阶段 ： 大量采用机械设 备 进行 矿产生产活动 ，机械化 程 度 较高 ，但生产较粗 放、资源浪费比较严重。 无人化阶段 ： “ 无人”是智慧矿山的最 信息和数据孤立 多为子系统独立建 设 ， 系统缺乏统一集成实施 ， 数据和信息缺乏关联和 融合 系统缺乏协调 各控制系统都处于局部 和有限控制 ，缺乏“智 慧大脑”实现协调和联 控 被动灾害监测 被动式的、事后响应 式的灾害监测 缺乏智能分析 多数靠经验判断、单 点判断式的 ，缺乏对 数据信息的可靠共享 和智能分析 01 问题 分析 03 》 1.4 行 业 现 状 0 2 0 4 5G 技术 在工业 现 场 存在大量移动设 备和 转动部件 ， 对其检测或控制时采用有线网络就会受到 限制或非常困难。而 5G 时代的到来 ，可 以通过移动网络实现检测或遥控数据的传 输 ，彻底解决了有线传输的困难问题 ，采 矿控制进入无线时代。 三维地图科技 三维地图科技、 X 射线衍射科技的利用、 轨道系统自动化、重新设 计 挖掘机、仿真 模拟器、环境友好型矿石开发 技术 、隧道 掘进自动化等一系列的科技会给智慧矿山 带来巨变。 VR 技术 在智慧矿山中 ， VR 虚拟现 实技 术可 以 通过在虚拟环境中的模拟实训 ， 大幅 降低在真实环境中操作的错误 ， 从而 提高安全水平以及应对安全事 故的应 急处置能力。 》 1.5 未 来 趋 势 业务融合 智能化 集中管控 移动互联 应急联动 数据共享 目标 》 1.6 建 设 目 标 part2 解决方案 设 计理念 两大中心 构 建 智慧数据中心和综合指挥中 心。将各类数据进行 采集 、抽取 清洗、加载后形成可用的信息在 综合指挥中心供相关人中使用。 三个平台 构 建 三维可视监管平台、安全 生产监管平台、应急指挥监管 平台 ，为生产计划、安全生产 和应急救援提供助力。 一套系统 以监控设 备 、传感设 备 、网络设 备 为基础形成的智慧矿山综合系统。 》 2.1 方案综 述 以监控设 备、 传感设 备、网 络设 备为基础 形成智慧矿山 的感知触角 ，为智慧矿山提供最基础、最真实的感知数 据。 构 建 数据中心和综合指 挥中心。将开采数据、财务数据、 人员行 为数据、监控数据、环境数据等形成 专题类数据 为数据分析提供基础支撑数据。 建 设 综合指 挥中心为智慧矿山工作人员提供可视化监控 大屏 ，可查看作业 人员行 为 规划、作业车辆轨迹、危险 源实时监控数据、异常数据报警等。 建 设 地 上地下一体化三维矿山展示平台 ，以三维形态查 看矿区地形、钻孔勘探、地层构造、煤层储量、开采情 况等。 对全矿山实现 全方 位、无死角监控、对高危地区设置电 子围栏、对作业 人员作业 行 为监测等。行 为 异常可实现 实时报警。 应急指挥管理平台根据应急预案可进行 应急 演练 ，当有 事故发 生进 ， 结合三维模型和监控视频进行 可视化 抢救 救援。 摄像头、 传感器、 采集器、 … … 综合指挥中心 应用层 监测 数据 环境 数据 行 为 数据 运营数据 感知层 数据层 》 2.1 方案综 述 应急指挥 监管平台 安全生产 监管平台 三维可视 监管平台 总体架 构 》 2.1 方案综述 应用技术 空间信息技术 三维模拟和虚拟现 实 云网融合技术 射频识别、红外感应器、全球定位系统、三维激 光扫描仪等信息传感设 备与互联网 连接起来 ，进 行 信息 交换和通信 ，以实现 智能化 识别、定位、 跟踪、监控和管理。 智能采矿技术 智慧矿山需要智能采矿技术理论的支持 ，包括无人采矿 技术、井下勘探与物探技术、井下快速定位与自动导航 技术、地下矿井人员定位技术、 自动化指挥调度系统等。 智能服务技术 智慧矿山以严格规范的管理、先进的技术真正实现 无人 员失误、无机器故障、无系统缺陷、无管理漏洞 (“ 四 无” ) 的人、机、矿山和管理高度融合的矿山安全目标 。 数据挖掘技术 从海量数据中提取有用的知识 ，基于此建立决 策支持和智能服务的专家系统 ，是实现 智慧矿 山的关键技术。 借助虚拟现 实、 三维模拟和人工智能技术建立起来 的 矿床模型、采矿模拟、地下矿井仿真、井下围岩力场 仿真等场景。 以测绘、遥感、全球定位导航技术、地理信息 系统为基础的空间信息技术将实现 矿山 信息采 集和处理的实时化、 自动化、智能化。 应用 技术 》 2.1 方案综 述 5G 技 术 智能分析 通过对各子系统、上层业务系 统、数据中心的海量数据进行 挖掘 ，利用模型、趋 势 等 先进 技术对矿山的安全生产状态进 行 实 时智能分析 传输整合 综合硬件传输平台基于统一 的 TCP/IP 传输网络 ，并提 供 具备多种数据输入接口的 统 一接入设 备 业务融合 通过基于平台化的建 设 理念 与 数据共享后 ，将以前各子系统 零散的业务融合起来 ， 达成业 务高度统一 数据共享 将以前数据独立 ，无法进行 共 享的数据整行 整合 ， 消 除“ 数据孤岛” 》 2.1 方案综 述 优势特点 》 2.2 应用系统 主要由传感感知系统、露天矿区系统、以及技术软件系统组成 ，可实现 对矿山生产、职业 健康与安全、技术和后勤保障等过 程 的主动感知、 自动分析以及快速处理。 综合调度指挥软件 矿山三维应急救援智慧 系统 露天矿区系统 传感感知系统 技术软件系统 应用系统 人车业务管理 管理平台软件 矿山之星系列 安全保障软件 尾矿库监测 加油站管理 矿区建模 基础软件 产能优化 产能管理 人员管理 车辆管理 视频监控 微震监测 地压监测 边坡监测 环境监测 人员定位 地址保障软件 》 2.2 应用系统——传感感知系统 人员定位子系统 人员定位模块可实现 对 井下人员的实时跟踪和定位 监测 ，使管理人员能够随时掌握井下人员的分布状况和 运动轨迹 ，以便于进行 更加合理 的调度管理。 当事故发 生 时 ，救援人员也可根据井下人员及设 备 定位系统所提供的数据、 图形 ，迅速了解有关人员的位 置情况 ，及时采取相应的救援措施 ，提高应急救援工作 的效率。 系统功能 l 实时位置显示 l 真实三维动态显示 ：井下人员显示、 定位基站显示 l 定位 ：人员定位、 基站定位 l 轨迹跟踪与回放 ：轨迹描绘、 轨迹列表、 历史轨迹 环境监测子系统 根据矿山井下生产实际情况 ，主要安装 CO 、 风速、 温度和氧气传感器 ，设 计 选用的传感器均为矿用本质安 全型、 防爆型 ，多功能分站与人员定位多功能分站共用。 软件功能 l 设 备生成 ： 将传感器模型生成预设 ，包含设 备的基 本 信息 ： 名称、 编号、 运行 状 态等。 l 设 备 位置显示 ：可以通过旋转和缩放场景 ，调整球 体模型的显示状态。 l 设 备数据获取 ：通过 读取数据库的方式获取设 备的 数据 ，数据包含 ：当前数值、 运行 状 态和采集时间。 l 设 备信息 列表 ：提供设 备 列表 ，显示设 备 相关信息。 l 设 备数据 显示与更新 ：设 备数据定 时更新 ，只更新 设 备的 当前数据 ，更新时间间隔可以进行 调 节。 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 技术特点 ： l 专业性 ：针对金属非金属露天矿山高陡边坡稳定性监测设 计 ， 增设 采动应力监测、爆破 振动监测。 l 复用性 ：针对临时性边坡监测 ，监测终端一体化组合拆卸 ，可回收重复使用。 l 适用性 ：适用矿山现 场环境 ，监测终 端太阳能供电 ，数据采集无线传输。 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 边坡监测子系统 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 边坡监测子系统 尾矿库在线监测及预警系统 ，是综合传感器技术、遥感技术、电子技术、信息技术、通信技术、计算机技术、 网络技术、等 多学科手段进行 自动监测 及预警的系统。可以完成尾矿库监测信息的自动采集、存储、 网络分发 、 预警显示等功能 ，实现 信息化、 实时化、 网络化 ，使得尾矿库生产、安全管理人员 ，可以及时直观的掌握尾矿库安全参数的实际动态。 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 尾矿库监测子系统 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 尾矿库监测子系统 系统拓扑图 深部地压在线监测及预警系统 ，是综合传感器技术、电子技术、信息技术、通信技术、计算机技术、 网络技术等多学科手段进行 自动监测及预警的系统。可以完成深部地压监测信息的自动采集、存储、 网络分发 、 预警显示等功能 ，实现 信息化、实 时化、 网络化 ， 可以及时直观的掌握井下深层地压安全参数的实际动态。 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 地压监测子系统 通过研究岩体微震活动的 特点 ，在井下安装拾振器 ，采 集以弹性波形式传播的微震能 量 ，对岩体稳定性进行 监测 以巷道断面为单位在巷道 内壁安装巷道收敛仪 ，监测巷 道围岩收敛位移和收敛面积 ， 反映巷道受力变形特征 在巷道围岩以巷道断面为 单位布设钻孔应力计 ，通过监 测钻孔残余应力变化来表现巷 道围岩内部应力大小 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 地压监测子系统 应 用 案 例 系 统 优 势 微震监测技术是利用岩体受力变形和破坏过程 中产生的 声波来 监测工程 岩 体稳 定性的技术方法。微震监测技术在三维实时监测和 灾害时空预警等方面具有突出优 势 ， 近年来广泛应用于矿山地压灾害监测领域态。 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 微震监测子系统 定 位 原 理 系 统 架 构 软件系统充分利用互联网 + 、大数据、云服务、深度学习、人工智能等技术 ，并配合 微震专家组 ，为用户提供专业 的数 据分析服务 ，定期为业 主发 布开采安全诊 断报告 ，指导矿山安全高效生产。 》 2.2 应用系统——传感感知系 统 工 程 界 面 微 震 事 件 波 形 微震监测子系统 三维联合 l 系统自动分派工单 ，工单关联的矿用自卸车、 挖机、 铲车 接收信息 ，确认后进入接单程序。 l 每台挖机圈定 工作 范围 ，当矿用自卸车到达挖机装车范围 内时 ，挖机司机手机会显示进入装车范围的车辆编号 ，卡 车司机发出装车邀请 ，铲车司机进行 确 认 ，确认成功后进 行装车 ，装车完成后 ，挖机确认完成。 l 当满载车离开生产现 场 接近储煤场和排土场时 ，会经过一 套车辆计数系统 ，对车辆进行拍照 ，打卡 ，过磅称重 ，数 据传输到云平台数据库。 l 称重传感器实时测量回传矿用自卸车装载量 ，实现 采掘、 运输以及堆场三方产能验证。 l 当车辆出现异常时 ，系统后台会及时显示 ，然后通过车辆 终端报警以及直接对讲方式告知司机 ，并指导司机操作。 》 2.2 应用系统——露天矿区系 统 系统综述 模块 设 备 示例 备注 车辆调度 车载终端 非显示终端 （ 4G ） 显示终端 （ 4G/Wi Fi ） 油耗传感器 行车记录仪 报警手柄 车载摄像头 车辆称重 汽车衡 称重传感器 桥式 轮辐式 应变式 车辆计数 计数一体机 加油站管理 加油管理终端 系统模块 简述 矿区建模 包括矿区二维建模、三维建模 车辆调度子系统 可实现车辆实时定位 ，车辆状态查询 ，电子围栏 圈定 、 自动派单等功能 车辆计数子系统 实现 矿用自 卸车的打卡计数、装载量监控拍照 车辆称重子系统 实现车辆无人值守称重以及矿用自卸车实时称重 人员定位子系统 人员定位、语音对讲、视频远程 加油站管理模块 实现 矿区加 油站油量消耗管理 产能管理子系统 采掘计量、运输计量、堆场计量三方验证 ，效率 统计、油耗智能管理 产能优化子系统 时间节点统计、效率统计、矿车数量优化等 人车业务管理（移动端） 移动端汇总展示矿区人车信息、产能信息等 ；依 据定位、称重、车辆状态等信息 ，优化任务下单 ， 实现挖机、卡车、铲车作业 工 序精准对接 系统管理子系统 系统权限、车辆防撞、设 备状 态检验等 》 2.2 应用系统——露天矿区系 统 系统综述 主要软件系统 主要硬件设 备 系统功能 l 在系统中嵌入矿区真实二维地图 ，对于矿区整体情况有大致了解 ； l 同时可对二维地图进行电子围栏圈定 ，通 过 GPS 定位系统实现 矿 车在地图上的实时位置显示 ； l 可在二维地图上实现 设 备 轨迹回放 ，为绩效考评保留依据 ； l 在地图上圈定电子围栏 ，用以规范车辆管理 ，若车辆超出位置识 别区域 ，则系统会自动报警 ； l 合理规划车辆行驶路线 ，节省调度成本（车辆磨损和油量消耗） ； l 三维展 现 为 卡调调度系统提供三维展示 ，能够看到矿车、 电铲的 位置信息 ，平台的信息。系统为三维 GIS 软件平台提供基础数据 ， 三维 GIS 运用这些数据以动态的方式再现 采场生产场 景。三维展 示 场景的放大、缩小、漫游、全图等功能。 软件界面 基本 架 构 》 2.2 应用系统——露天矿区系 统 矿区建模子系统 》 2.2 应用系统——露天矿区系 统 车辆管理子系统 基本 架 构 软件界面 系统功能 l 车辆基本 信息 ： 明确车辆的工作类型、所属班组及对应班次 ，并与司机相互对应。 l 车辆基本 状 态 ：显示车辆的油耗情况 ，车速情况等 。 l 车辆考勤 ：通过车辆打卡系统及人员打卡系统可体现车辆刷卡次数与刷卡时间。 l 车辆定位 ：结合二维卫星地图 ，三维模拟地图 ，将每个车辆的位置实时显示。 l 语音调度 ：支持双向对讲 ，司机或者监控中心有紧急情况可直接互相联系。 l 车辆汇总 ：车辆状态整体汇总 ，凸显可调度车辆、正在维修车辆和出现故障车辆。 》 2.2 应用系统——露天矿区系 统 车辆管理子系统——车辆调度 应用流程 l 在车辆关键路口 ，放置车辆计数设备。 l 车辆行驶到计数设 备 旁边→通过车辆内置 RFID 刷卡→读卡器接读取出车号信息 传输给摄像机→摄像机拍照→语言播报→显示屏显示→将数据通过 4G 网络上传。 l 多层数据存储（ 内置 SD 卡存储 ， U 盘存储 ，云平台数据存储 ，监控中心本 地 存 储）