????????? (4)生產(chǎn)過程安全監(jiān)控與預(yù)警功能；
????????? (5)生產(chǎn)過程虛擬現(xiàn)實(shí)功能；
????????? (6)生產(chǎn)信息及辦公自動(dòng)化管理功能。
????????? 五、數(shù)字礦山建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)
????????? 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(biāo)組織起來一個(gè)數(shù)字礦山，全面、詳盡地刻畫礦山及礦體的基礎(chǔ)上再嵌入所有相關(guān)信息組成一個(gè)意義更加廣泛的多維的數(shù)字礦山。我們認(rèn)為后一個(gè)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(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不可能一蹴而就，需要個(gè)學(xué)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(zhǎng)期奮斗才能實(shí)現(xiàn)的?；跀?shù)字礦山建設(shè)的目標(biāo)和主要內(nèi)容，對(duì)現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行集成創(chuàng)新，根據(jù)不同的礦山企業(yè)的特點(diǎn)制定符合企業(yè)實(shí)際的數(shù)字礦山建設(shè)總體技術(shù)方案。
????????? 5.1生產(chǎn)調(diào)度與監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)
????????? 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)管理中的重要手段之一，在煤炭生產(chǎn)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(bǔ)充部分，因?yàn)槊旱V生產(chǎn)規(guī)程中規(guī)定，在地面如絞車房、中央變電站等重點(diǎn)部位要安裝行政、生產(chǎn)兩套通信設(shè)備，保證在一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，另一個(gè)系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)的需要。在井下，生產(chǎn)調(diào)度通信系統(tǒng)則是主要的通信手段，井下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息主要通過該系統(tǒng)來傳遞。生產(chǎn)調(diào)度與過程控制建立在綜合通訊系統(tǒng)平臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人員設(shè)備跟蹤定位、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制以及視頻監(jiān)視系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采礦生產(chǎn)調(diào)度與過程控制，只有建立了功能完善的生產(chǎn)調(diào)度與過程控制系統(tǒng)才可能實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、礦物加工過程等系統(tǒng)及設(shè)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(jìn)的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù)(RFID) 、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件處理技術(shù),并采用雙頻點(diǎn)長(zhǎng)短波頻率實(shí)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(chǎn)生132. 3 kHz 低頻編碼電磁波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去,用來激活進(jìn)入該區(qū)域的由入井人員隨身攜帶的KGE26 射頻標(biāo)識(shí)卡(未進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域標(biāo)識(shí)卡不工作) 并將加密的載有目標(biāo)識(shí)別碼的信息經(jīng)卡內(nèi)高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去;同時(shí)分站把接收天線接收來自KGE26 標(biāo)識(shí)卡的高頻載波信號(hào)經(jīng)過放大后,經(jīng)軟件解調(diào)、解碼處理后提取有效的目標(biāo)識(shí)別碼通過DPSK或RS485 通訊線傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主機(jī), 再由主機(jī)運(yùn)行在WINDOWSP2000 和SQLSERVER 環(huán)境的人員跟蹤定位及考勤軟件進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、顯示和網(wǎng)絡(luò)共享。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井人員自動(dòng)識(shí)別、跟蹤定位和考勤管理,為事故搶險(xiǎn)救災(zāi)提供技術(shù)支撐。
????????? 5.2礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)
????????? 礦山井下生產(chǎn)過程中，主要的危害有巖體破壞、有毒有害氣體、火災(zāi)等。因此，必須建立起有效的綜合安? 全監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)礦山綜合安全監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)采用傳感器采集各種數(shù)據(jù)，安全檢測(cè)系統(tǒng)采用時(shí)分制分布式結(jié)構(gòu)，主要由地面監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)，組態(tài)靈活。監(jiān)控中心運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，操作系統(tǒng)平臺(tái)為中文Win2000，可方便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上信息共享和網(wǎng)絡(luò)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(dòng)，具有實(shí)時(shí)多屏顯示功能，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、查詢和報(bào)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(fēng)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(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)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(shè)備。系統(tǒng)具有自檢功能，可對(duì)分站、電源、傳感器、電纜等設(shè)備進(jìn)行診斷，能報(bào)警和記錄并自動(dòng)切斷故障支路。有完善的多級(jí)口令保護(hù)功能。系統(tǒng)設(shè)備具有完善的故障閉鎖功能，當(dāng)與閉鎖有關(guān)的設(shè)備未投入正常運(yùn)行或故障時(shí)能切斷與之有關(guān)設(shè)備的電源并閉鎖。
????????? 通過傳感器對(duì)井下各種氣體進(jìn)行及時(shí)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，而且能及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)的監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯、CO變化情況及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，對(duì)瓦斯超限實(shí)行自動(dòng)報(bào)警和斷電控制，傳感器所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)能及時(shí)反應(yīng)到地面中心站，對(duì)井下環(huán)境參數(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)收到了良好的效果。為生產(chǎn)調(diào)度提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息，并可通過對(duì)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線分析，對(duì)研究瓦斯、CO、風(fēng)速等變化規(guī)律，掌握氣體變化動(dòng)態(tài)，及時(shí)消除事故隱患具有重要參考價(jià)值，提高了礦井"一通三防" 的管理水平。同時(shí)通過以太網(wǎng)綜合通訊平臺(tái)進(jìn)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(yù)警軟件進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)災(zāi)害。使采礦在更加安全、高效、低耗的條件下進(jìn)行。地壓災(zāi)害也是礦山開采中災(zāi)害之一，微震是礦巖變形、裂紋開裂及擴(kuò)展過程的伴生現(xiàn)象，它與礦巖的力學(xué)行為有著密切的相關(guān)性，因而信號(hào)中包含了大量的關(guān)于圍巖受力破壞以及地質(zhì)缺陷活化過程的有用信息，通過精密的儀器檢測(cè)、分析，可以推斷礦巖的力學(xué)行為，估測(cè)礦巖是否在發(fā)生破壞。微震事件的位置及強(qiáng)度反映了巖體內(nèi)發(fā)生的變形或破壞的位置及其強(qiáng)度。因此，建立微震系統(tǒng)不僅能夠起到監(jiān)測(cè)災(zāi)害的目標(biāo)，還能起到預(yù)警的作用。微震系統(tǒng)在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外許多礦山已經(jīng)或開始建立微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；谖⒄鸬陌踩O(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，通過在監(jiān)測(cè)區(qū)域外圍布置微震探頭，構(gòu)成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，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(shù)
????????? 作為生產(chǎn)管理人員、電機(jī)車司機(jī)、皮帶維護(hù)工和其它流動(dòng)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(chǎn)調(diào)度室及時(shí)取得聯(lián)系。它具有安裝快捷，能在較短時(shí)間內(nèi)形成局部移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)能與礦井行政、生產(chǎn)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，特別是當(dāng)井下發(fā)生緊急情況時(shí)，可為井下提供能及時(shí)與地面聯(lián)系的工具，對(duì)搶險(xiǎn)的組織非常有幫助。井下／井上通信系統(tǒng)作為生產(chǎn)調(diào)度通信系統(tǒng)的補(bǔ)充在礦井生產(chǎn)安全等方面起重要作用，礦山綜合通訊同一網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)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(shù)有：基于泄露通訊機(jī)制的井下／井上綜合通訊技術(shù)；基于光纖的有線綜合通訊技術(shù)；基于IEEE802．11．b通訊協(xié)議的無線綜合通訊技術(shù)等。數(shù)字礦山在實(shí)際建設(shè)中，可以根據(jù)礦山企業(yè)的實(shí)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)。基于IEEE802．11．b通訊協(xié)議的無線綜合通訊手段，能夠?yàn)榫拢暇C合通訊系統(tǒng)的創(chuàng)建提供關(guān)鍵技術(shù)，礦山下／井上綜合通訊系統(tǒng)將建成井下無線通訊的有結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，即無線工作站(如電腦、手機(jī)、攝象機(jī)等等)無線方式接WAP：Wirless AccessPoint(無線接人點(diǎn)y)，無線接人點(diǎn)(WAP)之間用線纜連接，構(gòu)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(gè)功能完善的井下／井上綜合通訊系統(tǒng)平臺(tái)。如圖3
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??????? 圖3
????????? 井下無線通訊核心技術(shù)是采用微蜂窩和信道動(dòng)態(tài)分配技術(shù)，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(jī)之間采用了時(shí)分雙工模式TDD，其無線信道基于時(shí)分多址TDMA結(jié)構(gòu)，語音編碼采用32kbit/s AD PCM方式，提高了話音通信質(zhì)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的保密性；使用分集天線接收，加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。PHS產(chǎn)品技術(shù)較以前的產(chǎn)品，無論是業(yè)務(wù)側(cè)、網(wǎng)絡(luò)側(cè)，還是無線側(cè)、終端，都已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，到目前為止PHS已經(jīng)形成了由服務(wù)提供商（SP）、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備提供商、終端商和用戶組成的完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
????????? 5．4 資源與開采環(huán)境可視化建模與評(píng)價(jià)技術(shù)
????????? 資源及開采環(huán)境可視化建模與評(píng)價(jià)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的目標(biāo)：一是資源評(píng)價(jià)，主要采用可視化建模方法和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(duì)資源狀況進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)；二是開采環(huán)境評(píng)價(jià)，通過建模技術(shù)全面掌握礦床和巖層分布、巖體質(zhì)量、構(gòu)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(shù)條件和關(guān)鍵工程指標(biāo)。
????????? 資源及開采環(huán)境可視化模型是數(shù)字礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，只有完全掌握了礦床及井下開采環(huán)境情況，才能夠?yàn)閿?shù)字礦山的建設(shè)提供基礎(chǔ)平臺(tái)，數(shù)字礦山建設(shè)后續(xù)的通訊系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度及人員設(shè)備定位、生產(chǎn)過程安全監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)、生產(chǎn)過程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都需要以此為基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和系統(tǒng)運(yùn)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(shù)產(chǎn)生數(shù)字地形表面模型和地質(zhì)體(包括床體、巖層及斷層)實(shí)體線框模型，同時(shí)采用變塊技術(shù)建立礦床資源評(píng)價(jià)塊段模型。最終采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)塊段模型進(jìn)行估值，得出既有結(jié)構(gòu)性又具有隨機(jī)性的復(fù)雜地質(zhì)體的空間分布及品位和開采環(huán)境綜合評(píng)價(jià)技術(shù)成果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開采方案優(yōu)化與設(shè)計(jì)。
????????? 目前，實(shí)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(zhì)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(shì)和不足，地理信息系統(tǒng)軟件技術(shù)能夠較好的模擬和表現(xiàn)礦床的地質(zhì)體外部特征，但是在儲(chǔ)量空間分布估值和三維可視化采礦設(shè)計(jì)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(chǔ)量空間分布估值和采礦設(shè)計(jì)方面提供了強(qiáng)大的工具。
????????? 六 結(jié) 語
????????? 數(shù)字礦山是一個(gè)科學(xué)、系統(tǒng)的概念，也是一種動(dòng)態(tài)持續(xù)的過程，是符合適應(yīng)建設(shè)信息化社會(huì)要求的礦山信息化的完整解決方案，數(shù)字礦山實(shí)施的成功，將對(duì)我國(guó)煤炭資源行業(yè)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化重組和應(yīng)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力有著積極重要的作用。
????????? 數(shù)字化礦山技術(shù)正在進(jìn)入一個(gè)新的飛速發(fā)展時(shí)期, 計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的不斷突破給這一領(lǐng)域注入了新的活力。數(shù)字化礦山是另一個(gè)飛速發(fā)展的領(lǐng)域, 全面推進(jìn)信息化裝備的應(yīng)用，使礦山企業(yè)綜合信息網(wǎng)絡(luò)化、過程控制自動(dòng)化、安全管理信息化、生產(chǎn)集約高效化，實(shí)現(xiàn)信息與業(yè)務(wù)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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