三维数字化矿山建设平台方案

三维数字化矿山建设平台
北京三维吉斯工程软件科技有限公司
第1章概述
1.1前言
煤炭行业的集团化管理已是必然趋势，这不仅是为了矿井安全生产的需要，也是提高企业经济效益的需要。

但另一方面，集团越大对企业管理水平的要求越高。

目前，一个普遍的共识是：提高企业管理水平的主要途径是提高企业信息化水平，全球500强企业无不通过企业信息管理来管理企业。

同样，煤炭大型企业由于管辖的矿井多、区域广，采用传统的粗放管理已经无法有效管理大型企业。

大型煤炭企业信息化建设应注意一下两个问题：
（1）不仅要注重企业上层决策、计划管理的信息化（ERP系统），更要注重企业底层（生产一线）管理的信息化水平。

以往，企业信息化多数投入于物资
供应、销售、财务、人力等信息系统（ERP系统）的建设，但这一上层信息
系统没有底层信息的直接支持，使得这些系统的数据和信息缺乏依据和可
靠性。

如各矿井的产量、工程量、完成的各项指标都是生产矿井单位人工
输入的，所以，数据的真实性受人为因素影响，从而影响ERP系统的可信
性和实用性。

要解决这一问题就必须建立生产过程管理的信息系统，将生
产一线（从采区设计、施工、回采、进度）信息进行统一管理，直接向ERP
系统提供实时真实信息，这样才能保证上层管理系统信息的可靠性，使计
划方案和决策指标(包括给各矿下年度的指标)更为合理。

（2）煤炭企业领导特有的重大责任是矿井的安全生产，由于集团大、矿井多、分布区域广，无法对各矿井的安全生产状况进行仔细了解，这就需要通过
信息化手段来对集团多矿井的生产过程、安全状况进行实时的动态的管理。

而信息化的又一个问题是矿井生产的系统多，一个矿井可能多达10多个系
统，每个系统又是独立的。

大集团要管理多矿、多系统的信息，没有一个
管理平台是无法实现的。

为了避免许多矿井信息系统存在的上述问题，采用三维吉斯“矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统”构建包括三维工程地理信息系统在内的矿井安全生产综合管理三维数字化矿山信息平台已是矿山信息化建设的发展趋势。

该系统平台的独特优势在于：
（1）各安全生产子系统的高度集成
三维地测、三维工程设计、采掘进度管理、生产调度、安全监测、人员定位、工业电视、束管监测、综合自动化等与安全和生产相关的综合信息。

（2）安全生产调度管理三维可视化，直观显示矿井安全生产综合状态以上10多个系统在三维采掘立体图中综合显示实时的安全与生产信息，由于有三维采掘立体图的直观展现、即使长时间没有下矿，甚至对煤矿不了解的人员（上级领导、考察人员）也能通过系统平台了解矿井的安全生产实时状态，使生产矿井、集团公司的信息化水平达到一流，大大提高企业形象。

（3）由总体（综合）信息到细节（具体）信息分层次查询功能，以三维、二维图形与动画、图像、曲线、数据、报表等多种方式表现矿井状态。

（5）系统扩展之后，可成为矿井安全避险“六大系统”理想的协调管理平台。

（6）矿井三维、平面各种图形进行分类管理（安全生产管理不可缺少的功能）：通过浏览器直接浏览三维、二维图形，并可随意缩放、旋转、任意角度立体剖切、三维测距、标注等功能。

（7）按专业管理信息：瓦斯、人员、通风、运输、自动化系统等（含自动化组态功能）
（8）集团化信息管理的全新构架：可将每个矿的各个系统集成一起，又可将各矿的系统集成到集团公司的平台上。

为集团公司安全生产综合管理提供基础平台。

全国唯一实现将各矿安全生产相关信息集中到集团公司平台上的应用案例（9）矿井三维漫游功能，可控制人物互动。

工业广场三维漫游
回采工作面三维漫游
该系统平台以被神华集团信息化建设的试点单位宁煤集团作为安全生产综合管理平台采用，该集团正在建立两个平台：ERP系统平台和矿井安全生产综合管理三维可视化系统平台。

安全生产管理平台采用“矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统平台”，并将这两个平台的进行整合，数据共享，达到全面管理集团公司信息，为集团的规划、各基层单位指标的确定、安全生产调度指挥、重大工程项目决策、资源管理等提供决策依据。

该集团的信息化管理模式值得借鉴。

1.2矿山信息化现状与行业发展趋势
1.2.1 矿井信息化的现状
近几年，根据生产管理的需要陆续进行了一些信息化项目的建设，构建了矿井工业以太环网和与集团公司的局域网。

存在的问题是信息化建设缺乏系统的整体规划，功能单一、各系统数据各自独立、互不共享，利用率极低。

●缺少安全监测信息与生产环境信息的结合。

●没有构建安全与生产综合管理系统。

●均采用平面图形，难以展现矿井三维立体的安全生产综合信息。

●信息系统的集成性差，存在着严重的“信息孤岛”的现象。

1.2.2 矿井信息化建设的发展趋势
随着计算机技术、网络技术的迅速发展，以及煤炭企业逐步走向集团化的集中管理
模式，以下几方面已成为煤炭企业信息化建设的发展趋势：
（1）矿井安全生产综合信息的高度集成。

这是企业安全管理、生产技术管理、提高效益的迫切需要。

多系统应用造成的信息孤岛问题已被证明是资源浪费、管理落后、制约企业发展的重要因素。

因此，需要一个信息平台，整合集成企业现有的信息资源，避免信息孤岛现象不断扩大。

（2）安全生产管理与调度指挥的三维可视化。

生产矿井生产环境（生产、地质条件）随时空发生变化的。

三维可视化可为安全生产管理和调度指挥提供最为快捷、直观、综合的信息。

当前计算机软、硬件的发展已为此创造了良好条件，因此，三维可视化先进技术的应用将会得到迅速扩展。

（3）数字化矿山建设是行业发展趋势
数字化矿山建设在国家科技部、工业和信息化部的倡导下，企业积极跟进。

当前，数字化矿山建设正得到普及和推广，已成为煤炭行业的发展趋势。

例如：潞安矿业集团漳村煤矿成功应用了“矿井安全与生产综合管理三维可视化信息系统”，在信息管理方面不仅实现了数字化矿山，而且实现了三维可视化矿山的建设，是一套高度集成矿井地测、工程信息、生产过程信息、安全监测信息、人员定位信息、综合自动化监控信息及其它办公系统信息的三维可视化信息系统平台。

该系统通过点击直观的、实时动态的三维图形，可直接查询到所需的相关数据、曲线和图形，反应了数字化、信息化和三维可视化矿山的发展趋势。

保利协鑫集团在内蒙古锡林矿业公司也建立了三维数字化矿山平台，实现了在香港总部全面了解矿井上、下安全与生产的实时动态状况，大大提供了集团化安全生产管理水平。

1.3立项的必要性
（1）构建数字化矿山信息系统平台的迫切性
矿井已建立了多个信息子系统，根据生产的需要还将建立给排水自动控制、压风制氮监控、掘进监控等子系统。

如果还没有建立统一信息平台，将会造成更严重的信息独岛问题，使以后的系统集成更加困难。

所以，应该立即进行矿井信息化的统一规划，首先建立信息系统平台，将矿井各方面的子系统集成到一个平台上，实现矿井综合信息的管理和共享。

（2）矿井安全与生产综合管理的需要
矿井的生产地质条件具有很强的地理空间关系并随时间发生变化，尤其对于多煤层
开采、条件复杂的矿井，采用平面设计、在平面图中展示生产系统、安全监测系统、通防系统和生产设备等内容已不能满足安全生产管理的要求。

将数字化矿井上升到三维可视化矿井是必然的发展趋势。

本项目建立的系统平台不仅可实现矿井井巷工程的三维显示、三维设计，而且使地测系统、安全监测系统、生产管理系统、通防系统实现三维及综合可视化，可以全面提升集团公司和生产矿井的安全生产管理与调度指挥水平。

（3）数字化矿山建设是行业发展趋势，越早投入，越早受益
数字化矿山建设在国家科技部的倡导下，企业积极跟进。

当前，数字化矿山和三维可视化信息系统的应用已得到普及和推广，是煤炭行业发展的必然趋势。

因此，尽快建立数字化矿山系统平台，可以尽早地获利于集团公司和矿井的生产管理。

同时也为今后其他矿井的信息化建设提供样板，并为构建集团公司多矿井综合信息管理平台打下基础。

（4）提高矿井在应急情况下的快速响应能力
系统平台可以集成瓦斯安全监测、人员定位信息、综合自动化监控信息等，有自动报警功能，可及时提示来自多方面的监测信息。

在应急情况下，可以立即查询到包括地质、工程、人员、生产状态、设备运行状态等相关信息，为抢险救护、调度指挥提供决策的依据。

（5）提高矿井的信息化管理水平和企业形象
通过系统平台的使用，可以有效解决信息孤岛问题，使各矿井多系统的信息得到充分的共享和利用。

实现在三维立体图上综合查询矿井安全、生产、人员、工程、地质等多方面的信息，全面反映了矿井的总体状况，不仅方便于安全生产的管理，同时也非常适合为来自企业内、外各级领导、专家和参观人员介绍矿井的概况，充分展现矿井在安全生产管理方面的科学性和先进性，提升矿井科技进步的企业形象。

1.3.1 信息化建设方案
企业以生产为中心，以安全为前提，安全与生产综合管理是企业的核心，是企业信息化建设最重要的需求。

矿井生产与安全综合管理信息系统包含以下几方面的信息管理：
①基础信息：
生产环境：井巷工程、三维地理与地测信息、工程结构、煤层地质、生产系统（通风系统、运输系统、安全线路、排水）、工业广场分布等；
安全环境：有害气体、火（煤层自燃）、水文、安全设备运行状态；
生产过程：采掘工程的日常进度、产量、进尺、设备运行状态。

②安全生产综合管理信息：
矿井综合实时动态工况：在三维矿井立体图上，综合反映矿井各种基础信息（生产环境、安全环境、生产过程），实现在一个界面上较全面了解矿井综合安全生产状态；
安全预警：自动对安全隐患地点、环境状态进行报警；
生产调度：采掘工程管理，生产计划、进度管理，统计分析报告；
业务管理：安全生产报表管理、三维、二维采掘图管理，技术文档管理，办公自动化。

矿井生产与安全综合管理信息系统属于管理层应用系统，强调矿井安全生产信息的整体性和综合性，目的是使相关部门和领导能够直观、全面了解矿井安全生产的总体状态，及时有效地处理和指挥生产过程中出现生产问题和安全问题。

因为在分析、解决问题时，不仅需要了解某一点的监测数据，还必须与附近场所的环境条件、生产状态联系起来。

可见，该系统中包含了监控系统这部分。

当系统采用了矿井三维立体数字建模，便构成了数字化矿山雏形。

（1）数字化矿山（采矿行业信息化最终实现的目标）
数字化矿山建设是国家科技部、工业和信息化部积极倡导的项目，是采矿行业信息化建设的最终目标：实现对企业资源计划、采、掘、机、运、通等各大系统管理的规范化、信息化和可视化，通过信息化系统不断改进、优化生产过程和安全环境，不断降低成本，提高生产效率和经济效益，保证企业持续高效发展。

从数字化矿山信息化的层次看，企业信息化可分为两大部分：
◆企业资源计划管理系统ERP：供应、销售、计划、财务、人力等子系统；
◆安全与生产综合管理系统：地质、井巷工程、生产、安全、综合自动化监控
等与生产、安全相关的子系统。

目前，国内、外还没有成熟和成功的数字化矿山的整体解决方案，由于采矿行业的专业性很强，企业资源计划管理系统（ERP）的提供商（如国际知名的SAP公司和国内的用友公司）做不了煤矿的安全生产综合管理系统，而能做矿井安全生产管理系统的提供商又做不了ERP系统。

所以，目前多数煤炭企业是两条腿走路，分别建立两个系统平台：将企业供应、销售、计划、财务、人力资源等系统建立在ERP平台上；将工程、生产、安全相关信息建立在矿井安全与生产综合管理系统平台上。

将来再逐步把这两个平台整合到一起。

采用矿井安全与生产综合管理三维可视化信息系统平台，可满足矿井和集团公司集成工程、生产、安全相关信息的需要，它以各矿井现有条件为基础，有“综合监控系统”的矿井可以接入，没有这个系统的矿井可以通过数据接口软件将安全监测、人员定位、束管监测、视频图形信息集成到平台，同时不改变、也不影响各矿现有系统的使用。

系统平台建立后，可根据矿井添加的子系统逐步接入平台，使之不断完善。

最重要的是该系统有三维矿井地理和生产系统信息，将工程、生产与安全信息综合一起，实现全面了解矿井生产状态、安全状态，为安全生产管理、生产技术管理、调度指挥、安全隐患排查、应急响应、抢险救护等提供信息支持。

此外，通过系统平台的统一数据接口逐步实现与ERP系统平台的整合。

显然，煤炭企业信息化建设应该选择数字化矿山建设为目标，本着“总体规划、分步实施、逐一成效”的原则，稳步推进矿井信息化建设。

目前的着眼点是将工程、生产、安全相关信息建立在一个系统平台上，将来再逐步与ERP平台整合。

基于以上分析，建议采用以矿井安全与生产综合管理三维可视化信息系统为基础，构建矿井的三维数字化矿山平台。

1.4成功应用实例
“矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统”是我国第一套高度集成矿井地测、工程信息、安全监测信息、人员定位信息、视频监控图像、综合自动化监控信息及其它应急响应调度系统信息的三维可视化信息系统平台，已在神华宁煤集团、潞安煤业集团公司、兖矿集团有限公司、川煤集团、保利协鑫集团、华亭煤电股份公司及50多对生产矿井中应用，为提高集团公司和生产矿井的安全生产管理水平、改善安全生产状况发挥了重要作用。

该系统成果获得了国家安全生产科技成果奖。

该系统在兖矿集团的应用开发项目获2008年国家安全生产科技成果三等奖、中国煤炭工业科技成果三等奖。

国家安全生产监察局在近几年最为有影响的重大矿山安全生产事故调查中应用了“矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统”，为现场事故调查提供矿井生产状态三维图形支持和信息技术支持。

1.4.1 神华宁煤集团
神华宁煤集团作为神华集团信息化建设的试点单位，于2009年底经过调研选择了“矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统”构建集团化管理的三维数字化矿山平台，用于管理集团15个生产矿井的安全生产信息、3个洗煤厂和煤化工视频监控信息。

浏览器显示的三维矿井工况（综合信息）平台：集团公司任意矿井信息的查询、统计分析、生产调度管理、安全生产管理、图形管理，点击要查询的地点如工作面，自动通过子窗体显示工作面的视频图像、生产进度、自动化设备运行状态、人员信息等。

1.4.2 潞安矿业集团漳村煤矿
安全生产综合管理三维可视化信息系统（集成综合自动化子系统）
漳村煤矿是全国综合自动化信息系统做得最好的特大型生产矿井之一，为了提高矿井安全生产的管理水平，实现高效、安全、数字化矿山的目标，建立了包括安全监测、综合自动化监控系统、生产调度、地测、设计系统在内的最完整的三维立体数字化矿山。

潞安矿业集团漳村煤矿在信息管理方面不仅实现了数字化矿山，而且实现了三维可视化矿山的建设，是我国第一套高度集成矿井地测、工程信息、安全监测信息、人员定位信息、综合自动化监控信息及其它办公系统信息的三维可视化信息系统平台，该系统通过点击直观的、实时动态的三维图形，可直接查询到所需的相关数据、曲线和图形，真正反应了数字化、信息化和三维可视化矿山的发展趋势，已成为潞安矿业集团矿井安全生产综合管理数字化、自动化、信息化和三维可视化的样板工程。

2008-1-4 11:19:18
一项旨在推进“综采自动化、掘锚一体化、主运集控化、辅运快捷化、通风智能化、选煤模块化”等目标的先进技术——综合自动化与信息管理数字化矿山的研究与应用技术12月19日在潞安集团漳村煤矿通过鉴定，其功能的系统性、实用性及安全生产监控三维可视化平台建设方面均处于国内领先地位，总体成果达到国际领先水平，这标志着潞安数字化矿山建设跨入国际先进行列。

“综合自动化与信息管理数字化矿山的研究与应用”项目是由漳村煤矿与北京科研部门共同完成的。

该项目针对安全高效现代化矿井建设的需要，研究了综合自动化数字矿山建设的结构体系及其支撑关键技术，并以此为基础设计了煤矿综合自动化PCS、MES及ERP/MIS一体化解决方案。

（天闻日平慧芳）
转载自：新华网
（上图）实时动态矿井工况图（下图）矿井通风动态系统图，包含所有通风监测信息
1.4.3 保利协鑫集团内蒙古多伦协鑫矿业有限责任公司
多伦协鑫矿业有限责任公司归属于保利协鑫(集团)控股有限公司（港资上市公司），协鑫集团总部设在香港，为了使集团公司相关部门对矿井的生产与安全情况有真实的了解，集团公司领导要求把多伦煤矿建成“现代化数字矿山”。

该矿通过建立“三维数字化矿山建设”平台，于2008年11月实现了工程进度、安全生产状态、视频监控图像、煤层自燃监测的数字化、远程网络化和三维可视化，实现了在香港、上海总部可以直观看到矿井地面和井下的实时生产与安全状态。

全面提升了集团公司对矿井的安全生产管理水平，破除传统企业管理的思维定式，更新管理理念，积极应用信息化推动管理创新。

该系统已实现在任何地点通过英特网了解矿井安全生产综合实时动态工况、工程进度、安全生产状态、视频监控图像、煤层自燃监测信息等。

矿井企业网站（对外）
矿井三维立体安全生产工况动态图
矿井工程进度管理：不同颜色表示不同月份的进尺
第2章系统平台
2.1系统建设目标
依据集团公司实际状况，结合当今成熟的数据库技术和网络技术，用先进的三维可视化技术，建立矿井安全与生产三维可视化综合管理信息系统，将矿井复杂的井巷工程、地质信息、生产监控、安全监控和地测信息通过三维图形逼真的表现出来。

构建集团公司多矿井生产管理信息化的基础动态数据与图形资源库，实现矿井工程和生产过程的三维可视化，为适应复杂的矿井生产地质条件的时空变化提供了直观、高效的信息查询服务。

在这个平台上，实现集中管理地测、设计、掘进、采煤、生产系统（通风、排水、运输系统运行路线）、安全监测、视频监控等矿井生产环节信息。

为集团公司和生产矿井的安全管理、矿井灾害预测与防治、生产调度、工程管理、应急响应等提供信息支持。

2.2整体解决方案
以地测、工程数据为基础，自动生成三维的地形、井巷工程立体图、三维钻孔、地层立体图；在矿井采掘立体图中三维显示生产信息、实时动态的监测信息：瓦斯、CO 等有害气体的三维分布、人员三维分布、安全与生产设备的三维分布及其运行状态（综合自动化系统监控信息：主扇、局扇、风门、采煤机、皮带、水泵、人车、压风机、煤仓煤位、水位），井上、下视频监控图像，将矿井地面与地下的真实全貌（包含生产、设备运行状态）完整地展现出来。

系统平台具有自动进行实时报警、实时视频监视、生产与安全数据分析、统计，生产设备开机率分析与统计，自动生成报表、曲线及报告、信息自动发布功能。

具有对矿井三维、平面生产图形进行分类管理、上传、按权限进行查询的功能；在浏览器上真正实现三维地理、工程立体图及CAD平面图浏览（WEB3DGIS）、三维标注、三维距离测量、三维立体图任意方位及角度的剖切。

为矿井构建一个安全生产综合管理的数字化、自动化、信息化和三维可视化信息系统平台。

系统平台采用以矿井安全生产信息系统为基础，以集团公司安全生产综合管理为目标的总体系统架构。

其技术特点：对集团公司按专业信息横向综合管理方法，对生产矿井按系统信息纵向综合管理方法。

所以，该系统即可用于单一矿井，同时又很容易构建集团公司多矿井安全生产综合管理的信息系统平台。

系统平台根据使用单位的不同分为两级：
第一级：生产矿井安全与生产综合管理三维可视化信息系统
主要内容：
（1）矿井生产环境的数字化与三维可视化（井巷工程、地表工程、生产系统、地理信息的三维可视化）；
（2）生产过程的数字化与三维可视化（掘进工程的进度、采掘工程的时空变化、生产动态数据的采集与处理等，生产过程信息在三维采掘图中实时动态显示）；
（3）安全生产监测监控信息联网及数据再处理（安全生产监测实时数据采集、分析，以不同的图、表方式显示）；
（4）安全与生产调度管理三维可视化（安全监测数据和生产动态数据处理、分析，自动上报集团公司；矿井安全生产实时工况展现：在三维采掘立体图中将安全生产监控信息、视频监控信息与生产、工程、地理信息同时显示、综合查询）；
（5）建立矿井相对独立的安全生产综合信息网站（实现矿井安全、生产、工程、地质地理信息的发布和综合查询）。

这一级系统为集团公司整个信息系统提供生产矿井的安全、生产、工程等综合动态信息和三维图形，是集团公司安全生产调度管理三维可视化信息系统的基础和信息的提供者。

但同时，它又是一个独立的安全生产管理三维可视化信息系统，为生产矿井的安全、生产管理与调度服务。

第二级：公司安全与生产综合管理三维可视化信息系统
主要内容：
（1）各生产矿井的安全生产信息综合分析、处理、综合查询（建立集团公司的安全生产综合信息网站并与各生产矿井的安全生产综合信息网站关联一体）；
（2）公司安全与生产调度管理三维可视化（各生产矿井安全、生产综合管理信息系统切换、综合查询）；
（3）公司安全、生产数据自动汇总、统计，生成报表并发布到网站上。

集团公司系统平台扩展：
●矿井生产、安全监控子系统的接入；
●新增生产矿井的信息系统构建、接入；
该系统适用于集团公司多矿井安全生产管理与调度指挥、安全监察、矿井规划设计、技术方案讨论以及职工技术培训等多方面，对于提高集团公司、生产矿井的安全生产管。