导读：原文《507页XX市应急管理局智慧矿山煤矿数字化矿山技术解决方案》（获取来源见文尾），本文精选其中精华及架构部分，逻辑清晰、内容完整，为快速形成售前方案提供参考。

部分内容：

第一章项目概述

第二章数字化矿山建设设计依据与范围

第三章数字化矿山架构及建设模型、

第四章数据传输与集成数据处理平台

第五章综合自动化和在线数据监测

第六章安全生产监测系统

第七章数字化矿山软件平台及应用系统

第八章煤矿三维综合管理系统

第九章项目实施计划

第十章项目培训计划

数字化矿山建设历程

随着自动化、信息化技术的不断发展及在煤矿行业的逐步应用，我国数字化矿山的建设历程主要分为如下几个阶段（参见图1-2）：

图1-2 数字化矿山的发展历程

目前矿井单一自动化系统基本已经实现，绝大多数单系统，例如主排水、主运输等都已实现了自动化管理。但到目前为此，虽然高速网络及软件技术得到了飞速发展，但数字化矿山建设绝大多数矿井仍然处于浅层次的综合自动化水平，主要实现了地面的远程监测监控。只有在单系统自动化的基础上，通过高速网络接入各单系统，充分数据融合，建立合理的联动机制才能完成从单系统自动化到综合自动化的转变，该部分的转变从投入的资金和实现的容易度相对来讲可实现性和可控性都比较容易，但是从综合自动化向数字化矿山发展，涉及的面比较广，必须由多方共同来推进，一般涉及到“综合自动化”、“空间数字化”及“管理信息化”三大方面，三者缺一不可，通过三者的有机融合，再通过合适的平台例如三维可视化平台进行展示，同时通过科学合理的管理制度和流程加以应用才是真正意义上有血有肉的数字化矿山。这阶段的转变除了需要大量的资金投入，更多的需要理念的转变，相对来说难度较大，数字化矿山同时也是后续矿山数字化发展的基础，在合适的环节加以有效的决策分析系统，必然能够为领导层提供生产经营管理的决策依据，实现向智能矿山的发展，实现这一阶段的转变需要不断的对决策分析系统进行丰满，完成信息化向知识化的转变。

数字化矿山建设各阶段关键特征

1. 单系统自动化阶段关键特征

（1）具备可靠和全面的传感和执行机构。

（2）具备可编程的控制系统。

（3）具有远程监测监控功能。

（4）单系统根据条件可以进行系统自动化运行。

2. 综合自动化阶段关键特征

（1）具备高速网络通道。

（2）实现各自动化系统的数据融合。

（3）具备一定的数据挖掘能力。

（4）具备可建模的联动控制策略。

3. 数字化矿山阶段关键特征

（1）综合自动化、管理信息化、空间数字化三化数据融合；

（2）在多维空间矿山实体的基础上动态嵌入与矿山安全、生产、经营相关的所有信息如环境参数、机电设备运行状态、人员、产量、业务管理信息等，并找出这些信息内在的联系，赋予数字化矿山更丰富的含义。

（3）具备基于GIS的二维、三维或多维展示平台。

4. 智能矿山阶段关键特征

（1）在数字化矿山的基础上，运用人工智能技术、数据挖掘技术，将煤矿行业内各专业的专家思想及专业解决方案编制成若干可重复运行、决策指挥的决策分析系统，能为安全生产经营提供决策依据；

（2）运用云计算、物联网等技术实现矿山的“物联化、互联化、智能化”。

数字化矿山架构及建设模型

3.1 数字化矿山系统架构

数字化矿山需要统一的数据传输网络、统一的数据仓库、统一的2DGIS和三维管理及组态平台、统一的管理平台。

数字化矿山总体构架自下而上由六层组成，他们分别是：数据采集与执行层、数据传输层、数据存储层、控制层、管理决策层、表现层。

集团数字化矿山的系统架构参见图3-1所示。

图3-1 数字化矿山总体架构

3.1.1数字化矿山统一的平台或系统规划

从数字化矿山建设的基础层面，需要实现四个统一：

1. 统一的2DGIS、三维管理和组态软件平台

对“采、掘、机、运、通”整个安全生产流程空间数据和属性数据的管理，采用统一的GIS、三维可视化或虚拟矿井平台；对综合自动化系统，采用统一的组态软件平台。

2. 统一的管理平台

生产矿井运营管理、安全生产在线检测管理、安全生产技术综合管理、决策支持采用统一的管理平台，实现数据矿山软硬件系统的集成操作、分析和管理。

3. 统一的数据传输

除了瓦斯监测系统外（目前国家规定必须是专网），井上下企业管理、综合自动化、在线检测、安全生产技术综合管理，采用统一的网络进行传输。

4、统一的数据仓库

生产矿井运营管理、综合自动化、安全生产在线检测管理、安全生产技术综合管理、决策支持采用统一的数据仓库，实现数据的共享。

从数字化矿山建设的应用层面，需要实现两个统一，即安全生产运营管理平台和安全生产执行控制平台。

（1）安全生产运营管理平台

通过GIS平台以及对三维高精度透明化地质模型、设备模型的建模，实现对生产过程的数据进行实时集中监测，为生产运营提供生产技术综合管理、安全生产决策支持管理等。

（2）安全生产执行控制平台

按专业面向使用部门对相关关联系统实现远程集中控制。

3.1.2数字化矿山的六层架构

1. 数据采集与执行层

本层主要设备既是数据的采集者，也是决策执行信息的执行者，他包括三个层次的内容：

（1）安全生产井上下动态实时在线信息的采集。这里主要包括生产环境在线检测系统（如水、火、瓦斯、顶板、人员定位等）、综合自动化系统（如综采工作面控制系统、胶带机集控系统等）、其他生产指挥信息采集系统（井下工业电视系统等）。

（2）生产技术和运营管理数据的采集。这里主要包括非实时的生产数据，如钻孔、地震、机电设备、通风阻力测定成果等等；运营管理的数据，如财务管理、运销管理、人力资源管理等。

（3）执行控制层或管理决策层信息。通过管理决策层的分析、处理，其结果通过控制层、传输层达到执行层，完成对设备的控制、矿体的空间形态和属性的动态修正。

2. 数据传输层

由工业以太网和企业管理网构成；是一个由有线和无线组成的全覆盖网络。

3. 数据存储层

构建包括从数据采集、传输、存储、分析、反馈、发布全过程的元数据标准和元数据库；构建数字化矿山编码体系和标准；完成安全生产分析和决策支持的知识库和模型库(如“水、火、瓦斯、顶板”决策支持模型库)的组织和管理；完成在线检测、综合自动化、生产技术、经营信息的存储和管理。

为此，需要建立矿用监控数据中心、矿用空间数据中心、矿用管理数据中心。

4. 系统控制层

包括对设备、矿体等的控制或动态修正。下面对部分内容进行阐述。

（1）原煤生产分控中心。实现对原煤系统，包括采掘工作面系统、井底配仓、综采运输顺槽、采区大巷运输、一水平东翼运输胶带、主斜井皮带等系列原煤生产流程相关的子系统集中远程控制；可独立设置控制室。

（2）电力系统分控中心。实现对地面变电所、副井变电所，井下中央变电所、采区变电所等矿井动力相关的系统集中远程控制；独立设置控制室。

（3）机电分控中心。实现对井下主排水、矿井水处理、生活污水处理等与水处理有关的系统控制，实现对压风机监控系统、热交换站控制系统、副井提升监控系统等与机电有关的各类控制系统，可独立设置控制室。

（4）通风分控中心。实现对主扇通风控制系统、人员定位系统、安全监控系统、火灾束管监测系统、顶板压力安全监测系统、矿灯房信息管理系统等与通风管理相关的系统集中控制和监测，除安全监控系统规程要求必须有独立监控室外，其他集控可在调度中心实现远程集中控制和监测。

（5）辅助监测中心。实现对架空人车监控系统、计量称重系统、井下车辆监控系统、机房环境监测系统、机房门禁系统、工业电视系统等各类辅助监测系统的集中监测和控制。

（6）地测动态修正。执行对采掘工程平面图或三维图形的动态更新操作；根据最新的掘进、回采、物探、补探等信息，执行对三维高精度透明化地质模型进行动态修正的操作。

5. 管理决策层

包括四部分内容，即运营管理信息系统、生产技术综合管理系统、三维综合管理系统、决策支持系统。

（1）运营管理信息系统。基于企业管理网络平台和数据仓库，实现对产、供、销、人、财、物等办公自动化的网络化管理。

（2）生产技术综合管理系统。实现对“采、掘、机、运、通”整个生产业务流程中地质、测量、水文、储量、“一通三防”、采矿辅助设计、机电设计、设备选型等的完全信息化、网络化管理。

（3）三维综合管理系统。基于三维GIS或三维可视化系统或虚拟矿井平台，实现数字化矿山主要管控过程的可视化展示、分析和操作。

（4）安全管理和决策支持系统。基于在线检测系统、综合自动化系统、知识库和模型库等，完成对危险源（水、火、瓦斯、顶板等）、作业环境、地质构造、设备故障等的动态分析和预测。

6. 表现层

通过网络、固定或移动设备对煤矿多媒体信息进行发布和展示。

3.2系统建设的理论支撑和模型研究

XX煤矿数字化矿山系统是一个复杂的巨系统，不仅涉及先进的地理信息系统理论和技术方法，以解决动态处理煤矿生产信息的目的，而且涉及最新的智慧矿山技术以及大量的煤矿专业核心技术，只有研发、集成系列化的高新技术，才能实现XX煤矿的现代化建设，并为集团打造一个高科技的示范矿井，为全集团安保型矿井建设提供高科技支持。

3.2.1灰色地理信息系统的理论及技术

在地质勘探、矿山开采等领域，常常有这样的现象。随时间的推移，GIS处理的数据越来越多，GIS对空间对象的描述和表达趋于准确。在研究初始阶段，如地质勘探初期，只能通过有限的采样数据获得对空间对象整体的猜想和控制，这种控制是对实际对象的近似和模拟。随着时间不断增长，通过各种途径获取的准确数据越来越多，空间对象的真实状态也逐渐被揭示出来，控制越来越准确，认识越来越清晰。在研究最后阶段，如露天开采中盖层的剥离、地下开采中的工作面回采等，对空间对象达到完全准确或近似完全准确的控制。

由于数据获取或各种限制因素，人们能够获得的已知信息不能满足需要，只能通过有限的数据对空间对象进行整体猜想和控制，空间对象呈现灰色状态。随着时间推移，确定性信息不断加入使得空间对象由灰色状态不断向白色状态转移，这种变化引起了GIS数据模型的局部或全部重构。我们提出灰色地理信息系统（Gray Geographic Information System，简称GGIS）的概念。GGIS能够分析和处理灰色空间数据的时空变化，动态修正和快速更新空间对象的模型和图形。目前国内外广泛使用的地理信息系统都可划分为白色或者是接近白色的地理信息系统，它们对空间对象的表达和处理时，认为获取的空间对象的信息比较完全，不考虑信息缺少而产生的空间对象的灰色不确定性。综上所述，GGIS作为研究具有灰色特征的空间对象的理论和技术，目前还是崭新的研究领域，具有十分重要的科学研究价值。本文针对GGIS理论和技术中存在的概念、特点和研究体系等问题进行研究。