一、前言

      隨著科學(xué)技術(shù)與采礦技術(shù)的發(fā)展，煤礦的信息化水平也在不斷的提高，建立數(shù)字化的現(xiàn)代化礦井已經(jīng)成為一種趨勢。各種監(jiān)測、監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)服務(wù)于礦井的各大系統(tǒng)中，它們的應(yīng)用對于煤礦安全生產(chǎn)提供保障的同時，也帶動了采礦生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展，大大的提高了企業(yè)的信息化水平，提高了生產(chǎn)效率。

      監(jiān)測、監(jiān)控設(shè)備的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)靠經(jīng)驗、靠人工監(jiān)測、離散的數(shù)據(jù)分析成為過去，實現(xiàn)了在線、實時、分布式監(jiān)測的同時，也將生產(chǎn)礦井各個環(huán)節(jié)的復(fù)雜、不系統(tǒng)描述狀態(tài)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一數(shù)字表示的狀態(tài)。由于井下條件的復(fù)雜性，在線的實時監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，也僅僅是對某個區(qū)域的相關(guān)情況的掌握，無法掌握礦井生產(chǎn)的整體情況。隨著礦井的生產(chǎn)能力和礦井的數(shù)字化程度的進一步提高，僅僅對于井下生產(chǎn)系統(tǒng)中設(shè)備的工作結(jié)果的了解與掌握，已經(jīng)不能滿足煤礦安全生產(chǎn)管理和決策的需求。

二、系統(tǒng)概況及特點

      基于前面所述的情況，山東精誠電子科技有限公司結(jié)合自身的技術(shù)優(yōu)勢及行業(yè)資源，規(guī)劃了基于3D GMS（3D Geosciences Modeling System,三維地學(xué)模擬系統(tǒng)）的煤礦安全生產(chǎn)決策系統(tǒng)。

      井下生產(chǎn)是動態(tài)變化的過程，系統(tǒng)全面、直觀的展現(xiàn)井下設(shè)備的布置，設(shè)備的工作狀態(tài)，生產(chǎn)接續(xù)及進度的掌握，采動引起的上覆巖層的運動過程及規(guī)律，提升、運輸、通風(fēng)等各大系統(tǒng)的工作狀態(tài)，進而智能控制井下設(shè)備運行狀態(tài)。

      基于3D GMS的煤礦安全生產(chǎn)決策系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)：

1 對整個礦井的生產(chǎn)動態(tài)變化情況整體的展示；

2 以用戶的視角漫游整個礦井；

3 模擬煤礦工人下井的全過程、動態(tài)展示工人在井下所處的位置；

4 形象展示出井下各系統(tǒng)的布置及運行狀態(tài)，展現(xiàn)全礦井的環(huán)境數(shù)據(jù)；

5 展現(xiàn)設(shè)備的布置及運行狀態(tài)或運行軌跡；

6 針對生產(chǎn)過程中的異常情況，智能的對設(shè)備運行狀態(tài)進行調(diào)整；

7 幫助領(lǐng)導(dǎo)對整個礦井的安全生產(chǎn)監(jiān)測、監(jiān)控、調(diào)度、設(shè)備運行狀態(tài)有個更加清楚、全面地掌握與認識，直觀地進行安全生產(chǎn)管理和決策支持。

三、范圍、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

1 研究內(nèi)容

      煤礦井工開采是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，與地面礦產(chǎn)開采等其他地面工程相比，無法用一般工程意義上的GIS來獲取、整理、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)，這是礦井巷道和采煤工作面的特殊性質(zhì)所決定的，而這些分布在不同地層和地質(zhì)構(gòu)造中的特殊對象和它們所處的地層、地質(zhì)環(huán)境都是關(guān)系到煤礦安全生產(chǎn)的地理信息。

      在該項目的研究中采用3D GMS的理論和方法，對礦井巷道和采煤工作面以及其所處的地層和相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造進行三維空間構(gòu)模，實現(xiàn)井下工程的地學(xué)可視化，并建立全面的拓撲空間關(guān)系。在3D GMS的基礎(chǔ)上，將采煤、掘進、機電、運輸、通風(fēng)、安全監(jiān)測等各安全生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)結(jié)合空間地理位置信息、生產(chǎn)信息建立管理和有關(guān)決策數(shù)學(xué)模型，最終通過三維拓撲描述、三維空間分析、三維動態(tài)開采過程模擬、井巷地質(zhì)工程可視化等技術(shù)手段，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)決策系統(tǒng)。

(一) 井下信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

（1） 井下人（物）定位系統(tǒng)。

（2） 井下通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)

（3） 井下瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

（4） 井下防治水監(jiān)控系統(tǒng)

（5） 礦壓監(jiān)測系統(tǒng)。

（6） 井下運輸系統(tǒng)

（7） 其他資源及設(shè)備裝置

(二) 井下實物的建模

1、 井巷的建模對象

      要構(gòu)建井下場景，就需要對井下相關(guān)實物進行建模，井下建模的對象應(yīng)包括地形、巖石、煤、人員、支架或支柱、運輸設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、供電設(shè)備、提升設(shè)備、電纜、水溝、瓦斯監(jiān)測設(shè)備、水監(jiān)測設(shè)備等井下的相關(guān)實物。

2、 建模的方法

（1） 數(shù)字地形建模

（2） 三維空間建模

（3） 三維動態(tài)模擬數(shù)學(xué)算法

2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)基于SOA（面向服務(wù)）架構(gòu)的信息平臺

(2)使用WCF（Windows通訊基礎(chǔ)）建設(shè)應(yīng)用邏輯服務(wù)

(3)基于XNA技術(shù)三維圖形分析與處理

(4)基于3D GMS三維空間的信息系統(tǒng)模型與算法

3 創(chuàng)新點

1）理論創(chuàng)新

      對“礦井沖擊地壓、水害等與開采過程、地質(zhì)信息等的關(guān)系，研究井下各信息系統(tǒng)及設(shè)備間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系及其數(shù)據(jù)信息，建立礦井三維空間信息模型”研究，形成創(chuàng)新性決策理論。

2）應(yīng)用創(chuàng)新

      在井下信息系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)煤礦井巷開采動態(tài)的三維模擬。

3）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

      利用SOA架構(gòu)思想對項目進行系統(tǒng)的整體設(shè)計，通過面向服務(wù)技術(shù)的交互設(shè)計和分布式的部署模式，采用三維空間模型的建模算法分析井下資源信息，建立相應(yīng)動態(tài)三維模擬模型，最終為建立礦井下三維仿真系統(tǒng)提供技術(shù)保障。

四、項目的分步實施計劃

      該項目最終實現(xiàn)的目標是實現(xiàn)整個礦井的三維信息管理。將地理信息、生產(chǎn)信息、設(shè)備運行狀態(tài)、礦井環(huán)境數(shù)據(jù)有機的、動態(tài)的在三維環(huán)境中漫游。

整個項目周期將分為3期實現(xiàn)，各個階段實現(xiàn)的效果如下：

第1期：選擇某一個有條件的工作面，實現(xiàn)三維動態(tài)立體建模，對采煤工作面生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)進行展現(xiàn)。

第2期：在第1期成果的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)針對全礦井的某一系統(tǒng)的三維信息化管理。

第3期：最終實現(xiàn)全礦井各類信息的三維信息化虛擬漫游。

五、應(yīng)用該系統(tǒng)產(chǎn)生的效益

      該系統(tǒng)，在促進煤礦信息化的同時，將從決策技術(shù)手段上進一步保障煤礦安全生產(chǎn)。系統(tǒng)幫助煤礦安全生產(chǎn)管理者在把握礦井整體生產(chǎn)情況的同時，為管理者提供有效的決策支持，對礦井生產(chǎn)的有效投入提供幫助。

      希望通過精誠科技公司的《基于3D GMS的煤礦安全生產(chǎn)決策系統(tǒng)》為煤礦管理者分憂解難，為煤礦安全生產(chǎn)開路護航，為整個煤礦行業(yè)的安全貢獻一份力量！