礦井生產(chǎn)信息系統(tǒng)的開發(fā)

礦井生產(chǎn)信息系統(tǒng)的開發(fā)

礦山生產(chǎn)具有綜合強(qiáng)、系統(tǒng)復(fù)雜、災(zāi)害多的特點(diǎn)。要管理好礦井的安全和生產(chǎn)工作,首先必須了解礦井多變的地質(zhì)條件、錯(cuò)綜復(fù)雜的井巷工程及采掘、通風(fēng)、運(yùn)輸、排水等生產(chǎn)系統(tǒng)。礦井采、掘生產(chǎn)過(guò)程中引起生產(chǎn)環(huán)境的變化,即地質(zhì)條件、生產(chǎn)條件和工作場(chǎng)所在時(shí)空上都是變化的。采用靜態(tài)數(shù)據(jù)圖表和平面圖形信息進(jìn)行生產(chǎn)管理普遍存在著生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息反饋嚴(yán)重滯后的問(wèn)題,造成礦井生產(chǎn)技術(shù)管理和安全管理不到位,難以適應(yīng)礦井安全生產(chǎn)和建設(shè)發(fā)展需要。因此,礦井信息和數(shù)字化建設(shè)不僅僅是實(shí)現(xiàn)采掘平面圖的計(jì)算機(jī)繪制及地測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理,更重要的是要實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化和三維可視化,這也是當(dāng)前礦井信息化建設(shè)的技術(shù)難點(diǎn)。華亭煤礦是一座生產(chǎn)能力400萬(wàn)t/a的全國(guó)特級(jí)高產(chǎn)高效礦井,采用水平多分段綜采放頂煤采煤法開采急傾斜特厚煤層,各分段的石門、煤倉(cāng)、聯(lián)絡(luò)巷、工作面運(yùn)輸巷回風(fēng)巷等巷道在垂直方面上相互交錯(cuò)重疊,系統(tǒng)復(fù)雜,在采掘工程平面圖上難以清楚地反映巷道位置關(guān)系和生產(chǎn)狀況,其生產(chǎn)信息的利用已不能適應(yīng)礦井安全、生產(chǎn)管理需要。為此,針對(duì)礦井生產(chǎn)管理的需要和華亭煤礦急傾斜放頂煤開采條件,進(jìn)行了“礦井生產(chǎn)數(shù)字化與三維可視化信息系統(tǒng)”項(xiàng)目的研究,并在礦井生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化和三維可視化方面取得了突破進(jìn)展,為提高礦井生產(chǎn)技術(shù)管理水平發(fā)揮了重要作用。1礦井生產(chǎn)管理信息化和三維可視化情況監(jiān)控檢查構(gòu)成項(xiàng)目研究的目的是實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化和三維可視化,將礦井復(fù)雜的井巷工程、生產(chǎn)系統(tǒng)、地測(cè)等綜合動(dòng)態(tài)信息通過(guò)三維圖形逼真地表現(xiàn)出來(lái),使礦井各級(jí)生產(chǎn)管理部門、監(jiān)察部門能直觀、快速、全面地了解礦井生產(chǎn)狀況和相關(guān)信息,為礦井生產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)察部門的監(jiān)督檢查提供決策依據(jù)。主要內(nèi)容包括:①生產(chǎn)環(huán)境(礦井井巷工程、采礦工程和地層賦存狀態(tài))的數(shù)字化和三維可視化;②生產(chǎn)過(guò)程(掘進(jìn)工程與采礦工程的生產(chǎn)進(jìn)度、工程特征與技術(shù)參數(shù)時(shí)空變化信息)的數(shù)字化和三維可視化,如圖1所示;③生產(chǎn)系統(tǒng)(安全路線或救災(zāi)路線、通風(fēng)、排水、供電線路)的三維可視化與動(dòng)畫顯示;④安全設(shè)施(安全監(jiān)測(cè)站點(diǎn)風(fēng)機(jī)、風(fēng)門的分布和參數(shù))的信息化和三維可視化;⑤礦井生產(chǎn)管理三維可視化綜合信息查詢系統(tǒng);⑥礦井三維設(shè)計(jì)與建模系統(tǒng);⑦礦井生產(chǎn)管理與調(diào)度報(bào)表自動(dòng)生成與維護(hù)系統(tǒng);⑧地測(cè)數(shù)據(jù)處理與導(dǎo)線自動(dòng)繪圖、工程量與煤炭?jī)?chǔ)量自動(dòng)計(jì)算等數(shù)據(jù)及三維圖形處理系統(tǒng)。2建立自動(dòng)的工作面實(shí)時(shí)三維立體圖(1)系統(tǒng)軟件以“三維工程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)信息管理軟件(EDIS)”為基礎(chǔ)平臺(tái),使用C++、Delphi等語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā),適合Windows2000/XP操作系統(tǒng)。與AutoCAD圖形格式相兼容,可以直接導(dǎo)入CAD平面圖形,通過(guò)添加工程導(dǎo)線點(diǎn)的標(biāo)高生成三維立體圖,因而可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有資源。(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井生產(chǎn)歷史的記錄和三維圖形與信息的查詢。生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入不僅是為了生成報(bào)表,而是可以實(shí)現(xiàn)三大功能:①根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新采掘工程三維立體圖;②自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)報(bào)表;③生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù),可以通過(guò)三維采掘工程立體圖和生產(chǎn)報(bào)表快速查詢?nèi)魏我惶斓V井的生產(chǎn)狀況。(3)信息系統(tǒng)面向企業(yè)各級(jí)部門和人員,不同于其它軟件(如地測(cè)、機(jī)電、通風(fēng)軟件,主要面對(duì)生產(chǎn)技術(shù)部門使用),任何職員(有不同權(quán)限)都可以通過(guò)礦井三維采掘工程立體圖或生產(chǎn)報(bào)表快速查詢礦井的生產(chǎn)、安全、工程和地質(zhì)狀況;為滿足不同文化程度人員的使用,系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,具有自動(dòng)查詢功能,只要在三維圖形中點(diǎn)擊任一工程(工作面或巷道),便能自動(dòng)顯示該工程的生產(chǎn)信息、技術(shù)參數(shù)和工程地理信息。(4)回采工作面的三維成圖采用急傾斜開采方法回采工作面的成圖方案:直接從煤層體中截取回采工作面煤體,這樣生成的回采工作面圖形在層位上和傾斜度上自然符合煤層的變化情況,同時(shí),在三維煤層體視圖中可以直接觀察到已經(jīng)開采的采空區(qū)。(5)按照華亭煤礦的需要,回采工作面的儲(chǔ)量計(jì)算應(yīng)考慮工作面兩巷的寬度,不含巷道掘進(jìn)的煤量;隨回采工作面的推進(jìn)進(jìn)行三維圖形更新時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的回采巷道斷面尺寸和工程量,進(jìn)行工作面儲(chǔ)量與回收率計(jì)算。(6)開發(fā)與大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(SQLServer或Oracle)的接口和安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示功能,增強(qiáng)數(shù)據(jù)與圖形之間的關(guān)聯(lián)和處理功能,加上系統(tǒng)具有的三維動(dòng)畫、多媒體集成和二次開發(fā)等功能,使之構(gòu)成了先進(jìn)的、開放性的礦井安全生產(chǎn)綜合管理三維可視化信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。3軟件的主要功能3.1建立三維圖形及三維分析(1)使用礦井三維工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立的采掘工程三維視圖為矢量化圖形,可任意放大、縮小和從任意角度進(jìn)行觀察;三維工程圖形的尺度的形狀與設(shè)計(jì)或?qū)嶋H的相符,可以在三維視圖測(cè)量空間的尺寸和角度。(2)在視圖中點(diǎn)擊任意工程,自動(dòng)顯示該工程的名稱、總長(zhǎng)度、任意區(qū)段的長(zhǎng)度、方位和坡度,任意點(diǎn)的三維坐標(biāo);通過(guò)修改坐標(biāo)值,改變?nèi)S圖形的布置。(3)可沿工程導(dǎo)線漫游,查看工程內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)和設(shè)備布置狀況。(4)在有井下實(shí)地錄像資料時(shí),點(diǎn)擊三維圖形工程,可以自動(dòng)播發(fā)被選工程的實(shí)況錄像,便于了解井下實(shí)際情況和進(jìn)行技術(shù)方案討論。(5)可以在三維立體圖上進(jìn)行任意剖切和制作有厚度的剖切體。(6)在三維礦井采掘立體圖中自動(dòng)按輸入的數(shù)據(jù)更新各掘進(jìn)頭和回采工作面的位置;自動(dòng)計(jì)算各掘進(jìn)巷道的已掘工程量和剩余工程量,自動(dòng)計(jì)算各回采工作面的已采儲(chǔ)量、剩余儲(chǔ)量、回收率、當(dāng)前位置工作面的采高和傾角。(7)根據(jù)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀,可以快速生成通風(fēng)系統(tǒng)、安全避災(zāi)線路、運(yùn)輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)的三維線路圖,標(biāo)有線路運(yùn)行方向,實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫顯示。3.2地質(zhì)成果報(bào)表生成(1)根據(jù)平面等高線和斷層輪廓線制作三維地層(含斷層)立體圖。(2)多地層體制作及任意剖切功能。(3)地測(cè)數(shù)據(jù)的處理和報(bào)表自動(dòng)生成。地測(cè)部門的井下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可提交系統(tǒng)進(jìn)行處理,自動(dòng)生成符合標(biāo)準(zhǔn)的地測(cè)成果報(bào)表。(4)地測(cè)數(shù)據(jù)成圖及設(shè)計(jì)修正。由地測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成三維工程導(dǎo)線圖,該三維導(dǎo)線圖反映了工程的實(shí)際空間位置,它與設(shè)計(jì)圖有一定差距,通過(guò)實(shí)際導(dǎo)線和設(shè)計(jì)導(dǎo)線圖在同一圖中比較,可以方便地修正設(shè)計(jì)圖。(5)鉆孔圖標(biāo)與鉆孔柱狀圖信息自動(dòng)管理。使用地質(zhì)與測(cè)量信息模塊,可以快速生成鉆孔圖標(biāo),并與鉆孔柱狀圖相對(duì)應(yīng)。(6)任意區(qū)域地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算。在三維立體圖煤層中,任意劃定區(qū)域,自動(dòng)計(jì)算該區(qū)域的面積、體積、地質(zhì)儲(chǔ)量、平均傾角和厚度;在劃定區(qū)域內(nèi)還可以任意去除小區(qū)域(如礦柱)進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。3.3區(qū)域測(cè)站及瓦斯監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)顯示(1)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)直接在三維礦井視圖中標(biāo)出,由于三維礦井視圖與礦井的實(shí)際場(chǎng)景一致,并且隨生產(chǎn)的發(fā)展,自動(dòng)更新三維圖形。因此,實(shí)現(xiàn)了將安全監(jiān)測(cè)與生產(chǎn)狀態(tài)同時(shí)顯示,適合于生產(chǎn)調(diào)度。(2)添加區(qū)域測(cè)站功能。當(dāng)某一測(cè)點(diǎn)報(bào)警(如某工作面)時(shí),點(diǎn)擊該測(cè)點(diǎn),便可將該測(cè)點(diǎn)安裝場(chǎng)所的綜合監(jiān)測(cè)信息(如工作面瓦斯、風(fēng)量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)單位名稱)立即顯示出來(lái),同時(shí),三維礦井視圖也切換到報(bào)警地點(diǎn)的區(qū)域圖,并閃耀顯示報(bào)警位置。安全管理人員可以根據(jù)報(bào)警地點(diǎn)的綜合監(jiān)測(cè)信息和該區(qū)域生產(chǎn)、地質(zhì)、工程信息進(jìn)行處理決策。(3)瓦斯監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)信息柱狀圖示。不同于常規(guī)的安全監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格動(dòng)態(tài)顯示,系統(tǒng)對(duì)瓦斯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用柱狀圖示,這種顯示方式可以一眼判斷出多個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)大小,如瓦斯超限,柱狀圖變紅色,非常直觀。而常規(guī)的表格數(shù)據(jù)滾動(dòng)顯示,則難以一眼判斷多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的大小。3.4維工程導(dǎo)線的自動(dòng)生成和應(yīng)用(1)利用已有工程圖形或數(shù)據(jù)資源生成礦井三維立體圖可直接調(diào)用AutoCAD采掘平面圖,在工程導(dǎo)線變坡點(diǎn)上添加標(biāo)高,生成三維導(dǎo)線圖;利用地測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)三維數(shù)據(jù),自動(dòng)生成三維導(dǎo)線圖。(2)井巷工程導(dǎo)線布置可根據(jù)設(shè)計(jì)三要素:導(dǎo)線方位、長(zhǎng)度和坡度,自動(dòng)生成三維工程導(dǎo)線,并輸出各點(diǎn)三維坐標(biāo),不需要人工計(jì)算;同樣,使用鼠標(biāo)即可完成導(dǎo)線閉合。(3)將各種工程斷面編號(hào)生成工程斷面與支護(hù)斷面圖庫(kù)和斷面參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù),用于信息查詢。(4)選取導(dǎo)線,輸入巷道斷面編號(hào),便可生成有斷面形狀的三維立體圖,自動(dòng)計(jì)算巷道總長(zhǎng)度、各不同斷面區(qū)段的長(zhǎng)度及其工程量。(5)可以不輸入任何標(biāo)高數(shù)據(jù),像在平面圖上布置工程導(dǎo)線一樣,實(shí)現(xiàn)在三維煤層視圖上布置和生成沿煤層表面坡度變化的工程導(dǎo)線,也可布置與煤層表面保持一定距離的工程導(dǎo)線。(6)在形成了三維采掘立體圖后,可以對(duì)采掘工程的工程量和工程費(fèi)用進(jìn)行預(yù)算,直接顯示總概算結(jié)果,也可列出各分項(xiàng)工程概算的明細(xì)表。4信息實(shí)現(xiàn)與管理礦井生產(chǎn)管理數(shù)字化與三維可視化信息系統(tǒng)是針對(duì)采礦工程的特點(diǎn)和生產(chǎn)管理需要,對(duì)礦井的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過(guò)程及安全監(jiān)測(cè)等信息進(jìn)行綜合管理和查詢的三維可視化信息系統(tǒng),適用于礦井設(shè)計(jì)規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)察、企業(yè)形象展示、技術(shù)方案討論、職工培訓(xùn)等方面。該信息系統(tǒng)的建立,將“數(shù)字化礦山”的概念提升到了“三維可視化礦山”的高度,為礦井的生產(chǎn)技術(shù)管理、生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)察部門的監(jiān)督檢查提供了