数字矿山关键技术研究与示范

王金华，汪有刚，傅俊皓

(1．中国煤炭科工集团有限公司，北京　100013;2．煤炭科学研究总院，北京　100013;3．中煤科工能源投资有限公司，北京　100013)



数字矿山关键技术研究与示范

王金华1，2，汪有刚3，傅俊皓3

(1．中国煤炭科工集团有限公司，北京100013;2．煤炭科学研究总院，北京100013;3．中煤科工能源投资有限公司，北京100013)

摘要:总结了数字化矿山国内外发展现状，分析了数字化矿山建设中存在的主要问题，提出了数字化矿山项目实施的方法及需要解决的若干关键技术，如高带宽信息可靠传输技术、数字化安全监测监控技术、安全及生产过程一体化管控技术、三维地质体及实景场景构建技术、多系统数据融合及针对矿井的大数据分析挖掘技术等。以天地王坡煤矿数字化矿山建设为示范，介绍了天地王坡煤矿数字化矿山建设取得的研究成果和应用效果，展望了未来数字矿山建设的重点研究内容及其发展方向。

关键词:数字矿山;架构模型;安全管控;3D可视化;示范矿井

王金华，汪有刚，傅俊皓．数字矿山关键技术研究与示范［J］．煤炭学报，2016，41(6):1323－1331．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2016．0419

Wang Jinhua，Wang Yougang，Fu Junhao．Crucial technology research and demonstration of digital mines［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1323－1331．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2016．0419

我国是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，随着经济结构的调整和环境保护的需要，国民经济发展对煤炭能源的开采和利用也提出了新的更高的要求，“数字化矿山”(Digital Mine)是随着计算机技术、微电子技术、信息技术、自动化控制技术和网络技术的迅速发展而提出来的。“数字化矿山”是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识和数字化再现［1］，是一个能够真实反映矿山本体、矿山开发与运行过程的“虚拟矿山”。数字矿山以计算机与传感器为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，并应用于各个生产环节、过程控制与管理决策之中，以达到生产方案优化、过程控制自动化、管理精细化和决策科学化的目的［2］，实现矿井的科学化和安全化管理水平。

1　矿山数字化建设国内外现状

1.1国外发展现状

随着计算机技术、微电子技术、信息技术和网络技术的迅速发展，欧美国家在煤矿大力推广自动化、信息化技术，对主要设备均实现了子系统监测和自动化生产控制。矿业发达国家建设数字矿山的重点是实现远程遥控和自动化采矿。美国已成功开发出一项大范围的采矿调度系统，采用计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统(GPS)技术，对露天矿生产计算机进行实时控制与管理，实现了露天煤矿无人自动化开采。德国鲁尔煤业的哈尼尔矿，采用鲁尔公司的数字化矿山系统，通过建立地面监控调度中心，对井下各个生产流程进行综合监视和集中控制，实现从地面对井下人员调度和设备操作的整体的整体控制，形成一个整体的数字化矿井解决方案。安徽口孜东矿于2012年引进了德国贝克公司的数字化矿山系统，是国内第1个基于三级SCADA系统的管控一体化矿山。通过采用先进的中央集控模式，该矿实现了对各系统、各区域、各类大型设备、各关键岗位的实时监控与指挥，为矿井安全生产提供了现场监控与监测，做到了对矿井的全面感知和对整个矿井的数字化和智能化管理，使生产效率大为提高，安全状况明显改善，减人提效效果显著。

1.2国内发展现状

国内煤矿数字化起步较晚，但是发展过程与国外产煤发达国家相似，也经历了从单独信息系统建设到分布式监测监控系统整合，再到全矿井的数字化的发展历程，矿山数字化建设已经取得了一些先进适用的技术成果。如:神华集团神东公司的综合自动化采煤系统、开滦集团的企业信息化与电子矿图系统、枣庄柴里煤矿的生产与安全集中监测监控系统、伊敏露天矿的卡车调度系统等［3］。近年来，中国煤炭科工集团有限公司依托国家重大专项、863计划，国家科技支撑计划专项等国家课题，取得了一大批科研成果，如“无人工作面技术”、“突出冲击地压预警技术”、“遥控自动化钻机技术”等。中国矿业大学等学术团体相继开展了采矿机器人、矿山地理信息系统、三维地学模拟、矿山虚拟现实、矿山定位等方面的技术开发，基于专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等先进技术，开发成功了人工智能技术、GPS技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等，已在矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、矿山开采、计划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。

1.3国内数字化矿山发展存在的问题

我国数字化矿山经过10 a的研究现已取得了初步成效，大部分矿井已经建立了信息化、自动化系统，实现了各局部生产环节自动化，煤矿井下安全避险、监测监控系统在煤矿安全生产管理过程中正发挥着重要作用，但是，到目前为止，涵盖煤矿安全、生产、运营全过程的数字化矿山整体解决方案才刚刚起步，尚没有建立真正意义上的煤矿数字化矿山工程，主要存在以下几个方面的问题:

(1)数字化矿山建设缺乏统筹性、整体性规划。一方面，我国煤矿信息化建设发展时间较短，基础相对薄弱，缺少从煤炭行业全行业高度上的统筹规划和顶层设计，信息化整体规划的程度较低，煤炭工业信息化缺乏统一规划和方向引导;另一方面，就矿山企业而言，通常是不同阶段针对某项单一的具体项目分开实施，造成了资源浪费、功能重叠和低水平重复建设等现象，导致多层次、多部门、多专业的一体化数字矿山建设推进缓慢［4］。

(2)各厂商间缺乏统一的矿用设备与集成标准规范。大部分矿山设备只考虑单一的设备应用，不同厂家设备的信息编码、采集及处理标准各异，造成多源异构系统中各类设备信息量大，信息规范缺乏的现状。而且现有井下网络通讯方式及协议种类繁多、兼容性差，缺乏统一、可靠的传输协议与标准;各系统的通信标准、接口协议各异，各数据流相互孤立，“数据孤岛”问题普遍存在，导致异构系统的集成与互联严重脱节。

(3)缺乏监测监控多维动态的统一化集成平台。传统的煤矿数字化矿山建设多以中央调度室或控制室为中心，以大屏幕显示器为主要显示手段，显示信息分散，缺乏各系统信息间的交互。而且多数情况下调度显示平台和控制平台起点低、内容少、智能性差、扩展空间小、开放性差，不利于后续新建子系统的接入。此外，由于监视与控制相互独立，使得监测和控制系统二者信息不能有效地集成共享，不便于监测监控操作的集中化和智能化。

(4)数字化矿山自动化控制关键技术及各系统间协同联动尚待突破。虽然煤矿企业生产中大多机电一体化产品实现了设备的自动化，但没有通讯功能，通常处于自动化孤岛状态，仍为就地控制模式，没有实现远程集控。由于各厂商受专业知识的限制和技术的制约，大部分软件都只考虑了单一专业的局部应用，井下的视频监控系统、无线通讯系统、电力监控、运输控制系统等很难有效地解决各系统间的信息共享、统筹分析与协同控制问题，在矿山生产优化控制与节能降耗管理过程中，没有真正达到人本安全、节能降耗、减人提效的目的。

(5)现有的数字化矿山三维可视化软件的研发及现场应用水平较低。矿山井上、下空间复杂交错，各类环境信息主要通过二维的CAD平面图纸进行记录和交互，很难全面直观地反映矿山真实的空间环境。目前，国内主要使用的三维可视化软件虽然具备了矿山基础信息数字化、矿体/矿床三维建模与可视化等功能，但距离矿体储量动态管理、采矿过程模拟、综合监控调度、安全隐患预警、应急救援三维实景支持等需求还有很大距离，难以满足矿山业务集成和多部门间的协同需要。

2　数字化矿山架构模型

我国在2011年颁布实施的《工业企业信息化集成系统规范》(GB/T 26335—2010)，规定了工业企业信息化集成系统的总体架构，并对系统组成、功能要求、系统实施、系统运行和维护等给出技术指导性意见，提出了工业企业信息化集成的五层架构模型。国内数字化矿山建设多以此模型为依据，结合矿山自身特点和信息化建设水平，找出模型中各层在矿山企业中对应的研究内容加以研究并进行工程示范。

数字化矿山是一个复杂的综合性系统，涉及到多学科的融合、多专业的交叉、各种技术的集成，应该遵循自上而下逐级规划，自下而上分步实现的总体思路。首先结合科学理论和矿山企业信息化的具体需求，提出数字化矿山的架构模型，进而对架构模型中各层工作内容逐级分解、细化，最终形成一系列需要解决的关键技术和关键问题，然后自下而上的对关键技术和关键问题逐一研究实现。数字矿山的五层架构模型如图1所示。

笔者选取天地王坡煤矿作为示范矿井，在深入调研其自动化建设现状和生产经营实际需求的前提下，确定了天地王坡煤矿数字矿山建设的总体目标为:针对天地王坡煤矿数字化矿山建设中存在的信息传输及网络安全、生产过程自动化和矿井安全管控模式、全矿井实景展示平台等技术问题，研究开发高带宽有线网和无线网相融合的“一网”信息可靠传输技术、数字化安全监测监控技术、安全及生产过程一体化管控技术、三维地质体及实景场景构建技术、多系统数据融合以及针对矿井的大数据分析挖掘技术等关键技术［5］，实现有机整合煤矿信息资源、优化控制流程的目标，提升全矿井生产效率及安全生产水平。

图1　五层架构模型Fig.1　5－layer architecture model

3　天地王坡煤矿数字化矿山示范工程

天地王坡煤矿是中国煤炭科工集团有限公司煤炭科技与装备的“安全、清洁、高效”生产示范矿井，于2006年6月正式投产，该矿井以中国煤炭科工集团有限公司的先进技术、人才、成套装备、信息优势为支撑，信息化矿井建设工程已具备一定的基础，但仍然存在信息网络传输低效、监测监控数据杂乱、生产自动化控制薄弱、矿井安全管控模式分散以及全矿井实景展示平台欠缺等问题。示范工程的目的是在煤矿已有的设备、设施及系统的基础上，按“先进性、实用性、可靠性和可扩展性”的设计原则，围绕井下设备及网络、安全生产一体化管控、二三维与实景融合一体化管理及展示的主要建设内容，对全矿井信息进行全面、有序、高效整合，实现管、控、监一体化监控。天地王坡煤矿数字矿山建设的主要内容如图2所示。

天地王坡矿数字化矿山示范工程基本建设内容有五个部分:千兆工业以太环网、私有云数据中心、安全生产管控平台、三维可视化平台和三维可视化远程监管平台等。千兆工业以太环网技术已经成熟，在此不再赘述。本次示范工程建设过程中，重点研究解决的关键技术有:井下异构系统网络接入与多系统数据集成技术、面向各专业的自动化控制技术(主要包括综采自动化分控中心、矿井主煤流分控中心、矿井供配电分控中心)、安全与生产过程一体化管控技术、三维地质体与实景场景构建技术、矿井的大数据分析挖掘技术等。

3.1私有云数据中心建设

煤矿私有云数据中心是数字化矿山各层架构及与远程监控中心互联互通的前提，而井下异构系统网络接入与多系统数据集成技术是私有云数据中心建设的保障。煤矿井下各类监测监控系统繁多，涉及到不同厂家的多种矿山设备、仪器和接口。因此，首先需要编制矿用设备信息编码规范、矿用实时可靠传输协议与标准、以及异构系统集成与互联规范。

图2　天地王坡煤矿数字矿山建设主要内容Fig.2　Content of Tiandi Wangpo digital mine construction

综合比较分析国家、行业、企业编码准则，采用暗示法以及混合法，设计了可以惟一标识、灵活变动、易于理解、便于扩展的设备编码体系［6］，撰写了《矿用测控数据交互编码规范》(草案)。根据各设备之间交换的数据类型、交互响应时间的不同要求，从链路结构设计、寻址规则和传输模式设计上，分别提供有针对性的协议格式、传输方式和数据处理方法并进行差异性分析，通关不断的验证和校验，设计了一套完整的矿用实时传输协议，撰写了《矿用串行链路实时传输协议规范》(草案)。撰写了《煤矿监测监控系统数据集成规范》(草案)，针对矿井生产安全各系统进行分类数据集成，其中监测监控系统采用FTP的文本文件采集，生产自动化系统采用直接通过PLC控制器的网口或通过上位机OPC方式采集，经营管理类系统主要采用XML文件或提供规范表格的数据库方式采集。

3.2基于ABB－800XA组态平台的煤矿一体化安全

生产管控平台

煤矿一体化安全生产管控系统是生产、经营、决策与设备层之间的桥梁，是整个数字矿山建设的核心，既可实现对矿井综采、煤流运输、供配电、通风和安全保障等专业流程的分布式控制，又可实现相关专业的信息联动与闭锁的综合集中控制［7］。

天地王坡煤矿一体化安全生产管控平台是基于ABB－800XA组态平台和EOW－X3操作平台开发的数字矿山管控平台，这也是ABB公司远程控制平台在煤矿中的首次综合应用。核心理念是实现生产活动中“人、设备、系统”三大要素的准确协同形成生产合力，从而达到“集中远控、无人值守、设备在线监测和故障预警”的建设目标，实现矿山安全生产运营水平提升。该平台拥有其它同类产品所不具备的技术优势:一是具备全球领先的自动化与信息技术，是实现协同理念的重要支撑。该监控平台基于800xA系统扩展自动化系统，采用ABB专利化属性对象(Aspect/Object)技术，实现控制层、应用层的系统、设备和仪表等无缝集成。二是包含强大SCADA/HMI，是具备过程控制和应用程序集成能力的扩展自动化系统;采用国际领先的核心技术，架构设计先进，性能稳定可靠;提供强大的集成及应用功能，保证信息交互的及时准确。三是集成方式灵活，不仅可以通过软件OPC方式接入第三方系统，也可以通过PLC Connect直接连接DCS和PLC，减少中间转换程序;更可以通过AC800M等控制器丰富的现场总线和通信协议的支持能力，以硬件的方式参与现场控制。同时该监控平台的集成与控制方式的准确可靠性远超其它同类产品。最后该监控平台采用的硬件产品AC800M控制器、集中监控操作台(EOW－x)等，均具备世界领先的工业级设计，可与软件平台完美结合。

该平台通过ABB的VIP协议集成了矿井现有的安全监控系统、人员定位系统、无线通讯系统和视频监控系统，通过OPC集成了新建立的环网监控系统、综采分控系统、矿井主煤流分控系统和矿井供配电分控系统。一体化安全管控平台网络拓扑图如图3所示。

图3　一体化安全生产管控平台Fig.3　Integrated management and control platform of roduction safety

3.3综采工作面分控系统

综采工作面分控系统采用拟人手法，把人的视觉、听觉延伸到工作面，将工人从工作面采场解放到相对安全的监控中心或地面，实现在监控中心或地面对综采设备的远程操控。

在工作面建立数字化网络，搭建高速传输平台，为工作面海量的数据向运输巷道内的监控中心及地面调度指挥中心上传提供通道。在工作面建立数字化视频采集网络，实时采集工作面液压支架工况及采煤机实时工况，并借助工作面搭建的数字化高速网络平台，将工作面工况实时上传，并在巷道内设置视频监视器，监视工作面工况，为操作人员提供实时视频画面，提高远程操作的可靠性。在工作面运输巷道设备中心建立监控中心，该中心通过与工作面各子系统进行数字化通讯，接入电液控制系统、采煤机控制系统、三机控制系统及泵站控制系统，实时监测顶板压力、工作面视频、工作面三机及泵站等主要设备状态，通过数字化网络采集开关及移变等设备数据，实时监测相关设备的运行状况。并能由采煤队操作人员就地控制工作面割煤、移架和运输等生产过程，也能由监控中心操作人员远程割煤、移架和控制相关设备起停等工作。通过地面服务器和千兆工业以太环网接入到一体化安全管控平台，通过地面调度指挥中心向工作面发送远程控制指令，实现在地面对工作面设备的远程控制。综采工作面分控系统实现了“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预控制为辅”的工作面自动化生产模式，创新了“无人跟机作业，有人安全值守”的安全开采理念。综采工作面自动化系统架构如图4所示。

图4　综采工作面自动化系统架构Fig.4　Automation system architecture of fully mechanized coal face

3.4矿井主煤流分控系统

主煤流分控系统主要面向生产部门，主要运用AC800M控制器与井下原煤运输流程相关设备的控制器进行通讯，将整个原煤运输系统集成到一体化安全管控平台中，并能与安全监控系统、人员定位系统、调度通信系统、视频监控系统、供电监控系统等之间进行协同联动，主要实现的功能有:①监测功能。将整个原煤运输系统流程图、各主要运输设备核心运行参数等同一界面集中显示，并具有报警提示。② 控制功能。对各设备原有的就地控制系统进行改造，以胶带机负荷及其变化趋势为依据，采取模糊算法，对采煤机割煤速度进行优化控制，多系统联动，实现对带式输送机、采煤机的自动调速，达到煤流生产过程的优化和协同控制的目的，如图5所示。

图5　煤流运输集控系统Fig.5　Integrated control system of coal flows transportation

煤流运输集控系统解决了3项关键技术。一是带式输送机的就地及集中控制技术，ABB AC800M冗余控制器采用Modbus通讯方式从原控制系统读取胶带运行速度、电流、电压等运行信息，电机的状态反馈和控制指令通过硬接线方式实现。通过控制系统切换箱实现远程集控和就地控制的切换。二是带式输送机与采煤机之间的协同控制技术。利用ABB AC800M冗余控制器，通过Modbus通讯方式从原有综采工作面监控系统的PLC控制器读取采煤机、刮板机等设备运行信息，适时自动启动预设的系统控制逻辑，由AC800M冗余控制器发送控制指令到原综采系统控制器，实现协同控制。三是带式输送机与安全保障系统之间的协同控制技术。煤流分控中心平台软件通过OPC接口方式读取矿端安全监控系统、人员定位系统、电力监控系统的实时监测数据，根据预设规则控制相关系统的运行状态，保证生产安全。

3.5矿井供配电分控系统

供配电分控系统主要面向机电专业，采用3层结构，由地面一体化安全管控平台的监控中心站、井下各变电所监控站和终端开关等设备组成，将变电所的就地操作和供电信息管理转移至地面电力分控中心，实现井下变电所无人值守，同时在监控中心站还设计了电源、开关、负荷设备和电缆构成的矿井供电网络图，形成了逐级控制的监测监控逻辑关系图，能够方便快速、准确地分析事故位置及事故原因。该系统与井下安全监控系统、视频监控系统、调度通信系统和门禁系统实现协同联动，增加了供电防越级跳闸控制技术和井下电网故障分析技术，具备的主要功能有:五遥四联动、变电所门禁、防越级跳闸、开关远程遥控、供电系统故障追查定位、实时供电状态和环境监视和报警提示等。系统架构如图6所示。

图6　电力分控中心系统Fig.6　Distributed control center of electric power

矿井供配电分控系统研究解决了3项关键技术。一是电网防短路越级跳闸技术。采用电流速断闭锁法，使用具有短路闭锁信号输出的专用智能综合保护器，在检测到短路电流时，发出闭锁信号，通知短路点上方最靠近短路点的一级开关速断跳闸，切断短路线路。二是井下变电所无人值守技术。通过环境监测传感器对变电所的环境进行全面监测，根据实际监测到的环境参数，通过对预设阈值和逻辑的判断，如果有超限情况发生，立即启动预设应急预案，并向变电所附近的人员进行语音广播，发出声光报警命令，提示变电所异常。三是电力监控协同控制技术。采用网络通信技术取代人力操作，实现遥信、遥测、遥控、遥视和四联动功能。通过整合工业电视系统和传感器信息资源，将变电所日常巡查、人员进出和环境监控等功能集中到地面分控中心完成。通过对供电操作权限的分级授权避免了越权操作和错误操作。通过就地远控按钮和远方挂牌闭锁两大措施避免误操作，最大限度保证供电安全。

3.6煤矿三维可视化综合管理平台

煤矿三维可视化综合管理平台是一种全新的矿山监控、管理技术手段，以安全生产、管理决策为主线对全矿井各类数据信息进行整合、挖掘、分析，能够反映井下最新的真实状况，能够把“各自为政”的信息系统有效共享综合利用，是矿山安全生产管理与应急指挥的重要支撑，也是员工入井培训、安全应急培训的可视化教材。该平台的开发主要依托煤炭科学研究总院自主研发的3DMine平台、3D－GIS技术、360度全景技术(该技术首次应用在煤矿三维可视化)和二、三维一体化融合技术［8］，主要研究并解决了以下关键技术:三维可视化矿山的快速构建和数据展示技术，实现对煤矿宏观与微观信息的直观反映，提高监测效率，缩短认知与决策时间;矿山海量空间数据的优化管理及快速加载技术，实现矿山三维场景空间信息的流畅展示;矿山空间数据分析及增值利用技术，探索了安全环境危险性分析、评判和决策，逃生路线智能规划等，能够为安全生产运营和应急救援决策提供辅助支持。该平台不仅真实再现了矿山地形地貌、地表设施、井巷工程、矿山地质等空间构造，而且将矿山监测监控系统、生产自动化系统、风险预控系统、经营管理系统等各类专业系统的实时、动态监测监控数据等生产数据、设备信息、人员信息和管理信息植入平台，从而构建成为能真实反映煤矿复杂生产环境和状态的实景三维数字矿山。同时，该平台实现了安全监测数据预警分析和各类风险信息跟踪，对矿山企业危险源、隐患、事故等信息的定位记录和管理，能够在发生突发事件时为决策者提供全面的应急决策信息支持，最大程度降低发生事故的概率和减少事故所造成的损失。

3.7三维可视化远程监管平台

三维可视化远程监管平台部署在集团公司监控中心(异地远程监管)，满足了集团对各下属煤矿的安全生产进行三维实景、实时的远程监测监管需求。可供煤炭集团不同的部门、管理人员按照专业所需同时使用。该平台主要有远程数据采集、多矿井信息集成(安全监控、人员定位、紧急避险、工业电视监控、综采监控、主通风机监控、主副井提升监控、主运输监控等系统)、矿区地理信息三维可视化、井上下场景三维可视化、矿井生产综合工况和数据的综合利用等功能模块，能够实现矿井生产与安全综合工况实时动态展现，实时数据的自动汇总处理、历史数据查询、数据展示分析、实时报警提示等功能，并且可与井下人员进行语音通话和视频互动，三维可视化远程监管平台是数字化矿山远程监控管理中心。

4　数字化矿山建设的发展展望

数字化矿山建设的最终目标是要逐步实现煤矿生产的少人化或无人化，建设安全、高效、清洁、智慧的生态型矿井。顺应“互联网+”的时代潮流，借力物联网技术发展，面向矿山安全与智能采矿，结合当前矿山数字化、信息化与自动化发展的进程，今后要在以下3个方面继续进行深入研究。

(1)数字化矿山基础性支撑技术与装备。数字化矿山的建设必须以一些更先进、高性能、高可靠性的技术与装备为支撑，主要包括:矿山数据的统一存储、深度挖掘和增值利用，从根本上解决“信息孤岛”难题;继续开发先进的矿山三维可视化软件，完善三维模型动态更新技术、提升空间模型运行便捷性和应用能力;攻关研究高性能的采矿仿真模拟系统，从而为矿山开采设计、生产调度、过程管控、重大危险源防治和应急决策等提供科学依据与技术支持;研制高性能的国产化智能采矿设备、仪器，如稳定可靠的传感器、高速通讯网络设备、自动采矿设备、统一的数字化矿山监测监控集成平台以及应急救援机器人等。

(2)研究煤矿重大灾害预警技术，建设矿山安全隐患辨识评判的感知型数字矿山。煤矿瓦斯、火灾、冲击地压等重大灾害预警是保障煤矿安全生产的必要条件。煤矿井下采场环境复杂多变，而现有的监测监控系统预警源单一且准确率较低，难以满足生产需要。矿山企业必须采用物联网技术，一方面利用集成、物联、互联、泛在的多源传感器对“矿山征体”进行全面的感知，主要包括水、火、瓦斯、顶板、温度等采场环境参量、各种采矿设备状态的变化和井下人员的位置等信息;另一方面利用多模式时空综合认知、多维的数字化矿山集成平台及空间数据的深度挖掘分析技术，对矿山生产安全隐患和事故进行综合辨识、智能诊断和预警预报，从而为矿山的本质安全提供主动式安全保障。

(3)研究统一、协同的自动化控制系统，建设少人化或无人化开采的智能矿山。数字化矿山应在感知矿山的基础上，将从关键采矿设备或单一系统的自动化向以采矿过程智能决策、各子系统协同控制为特征的智能生产矿山发展，逐步实现局部智能化的无人工作面和全面智能化的无人矿井。智能矿山建设的基础是具有统一、协同的自动化控制系统，主要包括:以采矿机器人、地面遥控、煤岩分界识别技术和先进井下导航系统为依托的无人开采系统，井下供电和运输远程监测监控的动力保障系统，以及井下安全监控、人员定位和视频监控的联动保障系统等。

5　结　　语

我国煤炭工业信息化经过近几年的发展已取得了初步建设成果，安全避险六大系统、高速通讯网络等基础设施已基本建成，但仍然存行业统筹规划整体性缺乏、大数据分析利用欠缺、及监测监控统一集成化平台与自动化控制等关键技术薄弱等问题。天地王坡煤矿以三维综合管理平台、安全生产管控平台和三维可视化远程监管平台为架构，以信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化与决策处理集成化为基础的示范工程，对推动我国数字化矿山的发展具有一定的意义。随着技术的进步和管理理念的创新，在现有成果的基础上，应继续深入研究大数据私有云、矿井大型设备健康诊断技术、采矿仿真模拟系统和高性能采矿设备等基础性支撑技术，将数字化矿山向以矿山安全隐患辨识评判的感知矿山、以及少人化或无人化开采的智能矿山迈进［9］，真正实现建设安全、高效、绿色、低耗、可持续发展的生态型矿井的目标，全面提升我国数字化矿山建设的水平。

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中图分类号:TD67

文献标志码:A

文章编号:0253－9993(2016)06－1323－09

收稿日期:2016－04－01修回日期:2016－05－30责任编辑:毕永华

作者简介:王金华(1957—)，男，河北衡水人，研究员。Tel:010－84263196，E－mail:wangjinhua@ccteg．cn

Crucial technology research and demonstration of digital mines

WANG Jin-hua1，2，WANG You-gang3，FU Jun-hao3
(1．China Coal Technology＆Engineering Group Co．，Ltd．，Beijing100013，China;2．China Coal Research Institute，Beijing100013，China;3．CCTEGE Energy Investment Co．，Ltd．，Beijing100013，China)

Abstract:This paper presents the current development of digital mines in China and overseas，including main issues for digital mine construction．The paper proposes the approach for digital mine project implementation and some unsolved relevance key technologies，such as high bandwidth reliable information transmission technology，digital security monitoring technology，the integrated management and control technology of safety and production process，three dimensional geologic body and real scene building technology，multiple system data fusion，and big data analysis and data mining technology in terms of coal mines，etc．The paper presents a demonstrative project of Tiandi Wangpo digital mine to show its research achievements and application outcomes．In addition，the paper proposes the future development direction and key research topics for digital mine construction．

Key words:digital mine;framework model;security control;3D visualization;demonstration mine