????????? (4)生產過程安全監(jiān)控與預警功能；
????????? (5)生產過程虛擬現(xiàn)實功能；
????????? (6)生產信息及辦公自動化管理功能。
????????? 五、數(shù)字礦山建設關鍵技術
????????? 數(shù)字化礦山是將數(shù)字礦山中的固有信息數(shù)字化，按三維坐標組織起來一個數(shù)字礦山，全面、詳盡地刻畫礦山及礦體的基礎上再嵌入所有相關信息組成一個意義更加廣泛的多維的數(shù)字礦山。我們認為后一個層次才是真正的"數(shù)字礦山"，而"數(shù)字礦山"是需要多數(shù)字礦山建設是一個復雜的系統(tǒng)工程，不可能一蹴而就，需要個學科、高校、科研院所和煤炭企業(yè)的科技人員協(xié)同作戰(zhàn)、長期奮斗才能實現(xiàn)的?；跀?shù)字礦山建設的目標和主要內容，對現(xiàn)代先進技術進行集成創(chuàng)新，根據(jù)不同的礦山企業(yè)的特點制定符合企業(yè)實際的數(shù)字礦山建設總體技術方案。
????????? 5.1生產調度與監(jiān)測監(jiān)控技術
????????? 生產調度系統(tǒng)是煤礦安全生產管理中的重要手段之一，在煤炭生產中發(fā)揮著非常重要的作用。在地面，它是行政通信系統(tǒng)不可缺少的重要補充部分，因為煤礦生產規(guī)程中規(guī)定，在地面如絞車房、中央變電站等重點部位要安裝行政、生產兩套通信設備，保證在一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，另一個系統(tǒng)能滿足生產的需要。在井下，生產調度通信系統(tǒng)則是主要的通信手段，井下各生產環(huán)節(jié)的信息主要通過該系統(tǒng)來傳遞。生產調度與過程控制建立在綜合通訊系統(tǒng)平臺上，以實現(xiàn)對人員設備跟蹤定位、設備運行狀態(tài)控制以及視頻監(jiān)視系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，實現(xiàn)對采礦生產調度與過程控制，只有建立了功能完善的生產調度與過程控制系統(tǒng)才可能實現(xiàn)危險作業(yè)場所遙控采礦和無人采礦。礦山各種數(shù)據(jù)使用不同種類的傳感器進行采集，采用工業(yè)以太網(wǎng)、PLC智能控制及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦井提升、運輸、通風、排水、礦物加工過程等系統(tǒng)及設備的智能化集中監(jiān)控。礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)采用先進的遠距離射頻識別技術(RFID) 、通訊技術和計算機軟件處理技術,并采用雙頻點長短波頻率實現(xiàn)可靠的雙工通信。首先由KFD - 3 型人員跟蹤定位分站不斷產生132. 3 kHz 低頻編碼電磁波信號經發(fā)射天線發(fā)射出去,用來激活進入該區(qū)域的由入井人員隨身攜帶的KGE26 射頻標識卡(未進入發(fā)射天線工作區(qū)域標識卡不工作) 并將加密的載有目標識別碼的信息經卡內高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去;同時分站把接收天線接收來自KGE26 標識卡的高頻載波信號經過放大后,經軟件解調、解碼處理后提取有效的目標識別碼通過DPSK或RS485 通訊線傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主機, 再由主機運行在WINDOWSP2000 和SQLSERVER 環(huán)境的人員跟蹤定位及考勤軟件進行處理、統(tǒng)計、存儲、顯示和網(wǎng)絡共享。從而實現(xiàn)對礦井人員自動識別、跟蹤定位和考勤管理,為事故搶險救災提供技術支撐。
????????? 5.2礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)測技術
????????? 礦山井下生產過程中，主要的危害有巖體破壞、有毒有害氣體、火災等。因此，必須建立起有效的綜合安? 全監(jiān)控與預警系統(tǒng)礦山綜合安全監(jiān)控與預警系統(tǒng)采用傳感器采集各種數(shù)據(jù)，安全檢測系統(tǒng)采用時分制分布式結構，主要由地面監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)庫服務器、網(wǎng)絡終端、圖形工作站、通信接口、避雷器、系列監(jiān)控分站、各種傳感器和控制執(zhí)行器等部分組成。具有良好的開放性和可伸縮性，采用模塊化設計，組態(tài)靈活。監(jiān)控中心運行在標準的Ethernet TCP/IP網(wǎng)絡環(huán)境，操作系統(tǒng)平臺為中文Win2000，可方便實現(xiàn)網(wǎng)上信息共享和網(wǎng)絡互聯(lián)。支持Internet/Intranet模式的Web系統(tǒng)綜合監(jiān)控信息瀏覽。系統(tǒng)顯示畫面采用文本、圖形兼容方式，顯示信息直觀、生動，具有實時多屏顯示功能，實時數(shù)據(jù)存儲和各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)存儲能力。數(shù)據(jù)存儲時間長、查詢和報表功能豐富，格式可由用戶編排。有系列化，多用途監(jiān)控分站，功能豐富，具有甲烷斷電儀及甲烷風電閉鎖裝置的全部功能。有完善的數(shù)據(jù)停電保存能力，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)和設置數(shù)據(jù)信息不丟失。配有智能口，可采用RS485通訊方式的各種傳感器及設備。系統(tǒng)具有自檢功能，可對分站、電源、傳感器、電纜等設備進行診斷，能報警和記錄并自動切斷故障支路。有完善的多級口令保護功能。系統(tǒng)設備具有完善的故障閉鎖功能，當與閉鎖有關的設備未投入正常運行或故障時能切斷與之有關設備的電源并閉鎖。
????????? 通過傳感器對井下各種氣體進行及時預測、預報，而且能及時、準確、連續(xù)的監(jiān)測現(xiàn)場瓦斯、CO變化情況及設備運行參數(shù)，對瓦斯超限實行自動報警和斷電控制，傳感器所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能及時反應到地面中心站，對井下環(huán)境參數(shù)連續(xù)監(jiān)測收到了良好的效果。為生產調度提供及時準確的信息，并可通過對所存儲的數(shù)據(jù)進行曲線分析，對研究瓦斯、CO、風速等變化規(guī)律，掌握氣體變化動態(tài)，及時消除事故隱患具有重要參考價值，提高了礦井"一通三防" 的管理水平。同時通過以太網(wǎng)綜合通訊平臺進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)在主控中心采用專用的分析及預警軟件進行分析，及時發(fā)現(xiàn)和預測災害。使采礦在更加安全、高效、低耗的條件下進行。地壓災害也是礦山開采中災害之一，微震是礦巖變形、裂紋開裂及擴展過程的伴生現(xiàn)象，它與礦巖的力學行為有著密切的相關性，因而信號中包含了大量的關于圍巖受力破壞以及地質缺陷活化過程的有用信息，通過精密的儀器檢測、分析，可以推斷礦巖的力學行為，估測礦巖是否在發(fā)生破壞。微震事件的位置及強度反映了巖體內發(fā)生的變形或破壞的位置及其強度。因此，建立微震系統(tǒng)不僅能夠起到監(jiān)測災害的目標，還能起到預警的作用。微震系統(tǒng)在眾多領域獲得了廣泛應用，國內外許多礦山已經或開始建立微震監(jiān)測系統(tǒng)?；谖⒄鸬陌踩O(jiān)測及預警系統(tǒng)采用網(wǎng)絡化結構，通過在監(jiān)測區(qū)域外圍布置微震探頭，構成監(jiān)測網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸采用泄漏電纜、普通的雙絞線或光纖。
????????? 5.3 礦山綜合通訊技術
????????? 作為生產管理人員、電機車司機、皮帶維護工和其它流動人員的主要通信手段，井下無線通信系統(tǒng)保證了這些人員能夠與生產調度室及時取得聯(lián)系。它具有安裝快捷，能在較短時間內形成局部移動通信系統(tǒng)的特點。系統(tǒng)能與礦井行政、生產通信系統(tǒng)實現(xiàn)組網(wǎng)，特別是當井下發(fā)生緊急情況時，可為井下提供能及時與地面聯(lián)系的工具，對搶險的組織非常有幫助。井下／井上通信系統(tǒng)作為生產調度通信系統(tǒng)的補充在礦井生產安全等方面起重要作用，礦山綜合通訊同一網(wǎng)絡能夠同時傳輸語音、圖像、數(shù)據(jù)等各種信息，使語音、視頻、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一，圖2為綜合通訊系統(tǒng)示意圖。
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??????? 圖2
????????? 適宜于井下／井上綜合通訊系統(tǒng)的成熟通訊技術有：基于泄露通訊機制的井下／井上綜合通訊技術；基于光纖的有線綜合通訊技術；基于IEEE802．11．b通訊協(xié)議的無線綜合通訊技術等。數(shù)字礦山在實際建設中，可以根據(jù)礦山企業(yè)的實際和需求情況，選擇適合礦山企業(yè)需求的綜合通訊系統(tǒng)?；贗EEE802．11．b通訊協(xié)議的無線綜合通訊手段，能夠為井下／井上綜合通訊系統(tǒng)的創(chuàng)建提供關鍵技術，礦山下／井上綜合通訊系統(tǒng)將建成井下無線通訊的有結構網(wǎng)絡，即無線工作站(如電腦、手機、攝象機等等)無線方式接WAP：Wirless AccessPoint(無線接人點y)，無線接人點(WAP)之間用線纜連接，構成有線網(wǎng)，而在井上采用線纜或光纖直接與礦山的局域網(wǎng)(LAN)系統(tǒng)連接，形成一個功能完善的井下／井上綜合通訊系統(tǒng)平臺。如圖3
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??????? 圖3
????????? 井下無線通訊核心技術是采用微蜂窩和信道動態(tài)分配技術，從而大大地提高了頻率的使用率和系統(tǒng)的容量。小靈通小區(qū)基站與手機之間采用了時分雙工模式TDD，其無線信道基于時分多址TDMA結構，語音編碼采用32kbit/s AD PCM方式，提高了話音通信質量，增強系統(tǒng)的保密性；使用分集天線接收，加強了系統(tǒng)的抗干擾能力。PHS產品技術較以前的產品，無論是業(yè)務側、網(wǎng)絡側，還是無線側、終端，都已經取得了突破性的進展，到目前為止PHS已經形成了由服務提供商（SP）、網(wǎng)絡運營商、設備提供商、終端商和用戶組成的完整的產業(yè)鏈。
????????? 5．4 資源與開采環(huán)境可視化建模與評價技術
????????? 資源及開采環(huán)境可視化建模與評價主要實現(xiàn)兩個方面的目標：一是資源評價，主要采用可視化建模方法和虛擬現(xiàn)實技術完成礦床模型的建立，用以表征礦床有用元素的空間分布情況和對資源狀況進行科學合理的評價；二是開采環(huán)境評價，通過建模技術全面掌握礦床和巖層分布、巖體質量、構造特征、已有井下工程的分布狀態(tài)等影響礦床開采的技術條件和關鍵工程指標。
????????? 資源及開采環(huán)境可視化模型是數(shù)字礦山建設的基礎，只有完全掌握了礦床及井下開采環(huán)境情況，才能夠為數(shù)字礦山的建設提供基礎平臺，數(shù)字礦山建設后續(xù)的通訊系統(tǒng)、生產調度及人員設備定位、生產過程安全監(jiān)控與預警系統(tǒng)、生產過程虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都需要以此為基礎平臺進行設計開發(fā)和系統(tǒng)運行。
????????? 資源及開采環(huán)境可視化建模采用TIN(不規(guī)則三角網(wǎng))技術產生數(shù)字地形表面模型和地質體(包括床體、巖層及斷層)實體線框模型，同時采用變塊技術建立礦床資源評價塊段模型。最終采用地質統(tǒng)計學方法對塊段模型進行估值，得出既有結構性又具有隨機性的復雜地質體的空間分布及品位和開采環(huán)境綜合評價技術成果，并在此基礎上進行開采方案優(yōu)化與設計。
????????? 目前，實現(xiàn)這一功能的軟件主要有兩種：一種是地理信息系統(tǒng)專業(yè)軟件，如MAPGIS、MGIS、GeoMap等；一種是以地質和采礦為主的可視化礦山工程軟件，如Datamine、Surpac、Micromine、Minesight等。這兩種軟件都有各自的優(yōu)勢和不足，地理信息系統(tǒng)軟件技術能夠較好的模擬和表現(xiàn)礦床的地質體外部特征，但是在儲量空間分布估值和三維可視化采礦設計方面功能不完善；數(shù)字礦山工程軟件在模型模擬方面不是很突出，但在儲量空間分布估值和采礦設計方面提供了強大的工具。
????????? 六 結 語
????????? 數(shù)字礦山是一個科學、系統(tǒng)的概念，也是一種動態(tài)持續(xù)的過程，是符合適應建設信息化社會要求的礦山信息化的完整解決方案，數(shù)字礦山實施的成功，將對我國煤炭資源行業(yè)實現(xiàn)結構優(yōu)化重組和應對國際市場競爭的能力有著積極重要的作用。
????????? 數(shù)字化礦山技術正在進入一個新的飛速發(fā)展時期, 計算機技術、微電子技術的不斷突破給這一領域注入了新的活力。數(shù)字化礦山是另一個飛速發(fā)展的領域, 全面推進信息化裝備的應用，使礦山企業(yè)綜合信息網(wǎng)絡化、過程控制自動化、安全管理信息化、生產集約高效化，實現(xiàn)信息與業(yè)務之間完全融合、信息共享，將是數(shù)字化礦山發(fā)展的更高追求。
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