解決方案

1.1 目標要求

 充分分析客戶的現狀和信息化需求，是為客戶提供合理而準確的解決方案的必要條件。通過前期了解，智能煤礦提出了以下幾個方面的要求：

1.設置井下遠程集控中心或地面控制中心，具備對巷道掘進設備進行遠程操控的功能，實現一鍵啟停及智能操控。

 2.實現掘進作業(yè)規(guī)程、計劃、任務、輔助作業(yè)指揮、分析優(yōu)化等智能化管理；能夠與生產經營管理系統(tǒng)數據的互聯互通。

 3.具備巷道掘進工作面三維地質模型構建功能，并根據地質裝備和掘進過程中揭露的實際地質信息對模型進行實時動態(tài)修 正。

4.應用數字孿生等技術對井下巷道與掘進設備進行三維重現，實時反映掘進設備的位姿與作業(yè)環(huán)境信息，能夠根據采集的設備數據實現掘進工作面遠程操控和仿真。

5.具備掘進工作面環(huán)境（粉塵、瓦斯等）智能監(jiān)測功能，并具備監(jiān)測環(huán)境數據智能分析，以及掘、 錨、運、支工序的智能聯動，異常信息可推送至區(qū)域警示設備與單兵設備。

1.2 目標理解與分析

  1.設置井下遠程集控中心或地面控制中心，具備對巷道掘進設備進行遠程操控的功能，實現一鍵啟停及智能操控。

  2. 實現掘進作業(yè)規(guī)程、計劃、任務、輔助作業(yè)指揮、分析優(yōu)化等智能化管理；能夠與生產經營管理系統(tǒng)數據的互聯互通。

  3.具備巷道掘進工作面三維地質模型構建功能，并根據地質裝備和掘進過程中揭露的實際地質信息對模型進行實時動態(tài)修正。

  煤礦指揮中心建立可動態(tài)生成、更新的煤礦三維地質模型、開采環(huán)境模型。

  生產集中控制系統(tǒng)、安全集中監(jiān)測系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)、數字化場景及應用系統(tǒng)

2 解決方案介紹

 2.1 整體方案

針對以上需求分析，結合新一輪技術革命與產業(yè)革命的蓬勃興起，融合大數據、人工智能、5G、數字化孿生等新興技術，配合煤炭行業(yè)生產方式發(fā)生的歷史性變革，我們提出智能煤礦的3D可視化解決方案。該方案根據煤礦現場的 CAD 圖、GIS地形圖、BIM廠區(qū)圖、設備三視圖等資料還原外觀建模，圍繞以數字化開采、高速掘進、智能通風排水供配電、篩煤工藝等內容為主體協助搭建的三維立體可視化管理系統(tǒng)。

 2.2 煤礦全場景可視化

   煤礦場景依托于GIS地形圖，BIM廠區(qū)圖，構建煤礦全場景空間。場景初始化后，界面通過自由視角、固定路線對煤礦全場景空間進行巡檢式漫游，在路徑中展示礦區(qū)工廠設備及系統(tǒng)信息，漫游線路的制定著重凸顯核心區(qū)域或智能化發(fā)展區(qū)域，為用戶呈現礦山整體面貌、重點發(fā)展區(qū)域及智能化發(fā)展成效。

   全場景可視化，通過無人機航拍，加后期數據處理，無縫融合BIM、設備等原有 3D 模型，實現了煤礦宏觀和微觀融合一體化的需求，較好的解決了傳統(tǒng)人工實景建模工作量巨大的問題。

 2.3 巷道可視化

   針對控制中心頁面的建設，運用豐富的可視化圖表和動畫效果，集成供水、通風、運輸、掘錨機運作及井內三維漫游畫面，形象的對井下多元應用場景進行詳盡的數據解釋；可融合智能感知設備數據，實現對礦井的生產環(huán)境、工作視角、設備分布、工藝流程、產量走勢、巷道劃分、設備運行實時狀態(tài)的真實復現，達到礦井上下透明化管理的目的。

三維立體的巷道監(jiān)管效果，有利于改善礦山環(huán)境及工程實施設計，能將巷道工程變遷情況客觀無誤的記錄和展現。可視化巷道的搭建由點-線-面-單個巷道-多個巷道過渡延伸。點擊按鍵可隨意切換工作區(qū)視角和井內視角，方便運維人員從不同角度觀察到每條巷道的名稱、視點位置、設備分布及對應的數據。巷道內部漫游設有前進、倒退等功能，易于實時了解視點位置。此外，增添聚光燈的設計會讓巷道整體更加真實，仿佛身臨其境。

   為保證時刻對煤礦采掘過程進行安全監(jiān)管，可將 CAD 圖紙導入平臺，連接后臺數據接口，根據作業(yè)人員位置坐標，進行位置的同步動態(tài)更新。當礦難事故預警信號觸發(fā)時，系統(tǒng)能立即以告警形式通知就近工作人員，撤離至安全區(qū)域，減少礦難悲劇的重演。

2.4 機電設備可視化

  依托CAD圖紙、模型，建立通風、壓風、排水、瓦斯、運輸等機械裝置設備的可視化建模。

 2.4.1 通風系統(tǒng)

   相較于傳統(tǒng)靜態(tài)模擬圖式的通風機房在線監(jiān)控系統(tǒng)，3D 可視化通風系統(tǒng)能更加生動形象的展現在人眼前，使其內容具有可讀性與可控性。兩側 2D 面板數據提供重要運行參數的實時變化和歷史趨勢查詢，提供自定義趨勢查看、數據分析、曲線對比等功能，點擊場景中的設備可顯示設備屬性信息。對于超限時狀態(tài)設備進行及時報警，在短時間內為運維人員提供所需信息要素，提升運維監(jiān)測效率。

   系統(tǒng)可通過生產作業(yè)計劃或井下空氣質量監(jiān)測到的動態(tài)實時數據，進行風網解算。運維人員根據井下通風情況即可隨時調節(jié)風機頻率、通風量和風機的啟停狀態(tài)，優(yōu)化井下作業(yè)效率，滿足場景按需通風。

 2.4.2 壓風系統(tǒng)

   壓風自救裝備系統(tǒng)在正常生產運作時，可為井下開拓掘進工作的風動工具提供壓縮空氣動力，滿足井下巖石巷道掘進及煤巷支護之需；當發(fā)生災變事故時，工作人員可進入自救裝置，打開壓氣閥進行避災自救。

將礦井壓風系統(tǒng)與 3D 可視化進行有機結合，可對井下用風情況準確掌握。系統(tǒng)將根據設定的井下各指標閾值，自動調整空氣壓縮機的啟動關停、倒機、負荷調控，確保井下恒壓供風。健全礦井緊急避險系統(tǒng)的日常維護水平，加強抗災救災能力。

 2.4.3 瓦斯

   為完善瓦斯抽采流程的標準化，可通過 HT 可視化系統(tǒng)實現對瓦斯抽采泵、放空管閘閥、管道總閘閥、高低負壓閘閥等設備的遠程遙控監(jiān)測。根據井下監(jiān)測到的抽采泵站工作狀態(tài)、瓦斯?jié)舛?、氣體流量、工序能耗等信息通過抽采管路實時上傳到監(jiān)控設備中，提供瓦斯的精準研判，為下一步科學優(yōu)化抽采設計提供準確分析。

當發(fā)現異常測點時，系統(tǒng)將啟動自檢診斷功能，對危險管段進行迅速定位診斷。在提高瓦斯抽放參數測量的準確性和安全性的同時，還能起到礦井上下全覆蓋監(jiān)測的作用，為礦井“提濃提效、高效抽采、安全生產”奠定基礎保障。

2.4.4 運輸

由于煤礦運輸距離較長、分布較廣且實時性高，為延長設備壽命，提速煤流，系統(tǒng)將根據采煤數量提供智能調速，平衡煤流并給予皮帶運轉速率建議。針對皮帶跑偏、堆煤、煙霧、溫度、急停等多類故障信息，可以支持自主分析預判、異常報警停機、異物智能識別告警功能。讓皮帶運輸得以根據煤流方向、大小、煤位進行均衡運轉。

 2.4.5 排水

   人工檢測形式控制線路雜亂無章，缺乏與運維人員的交互協作，現場維護成本也是居高不下。3D 可視化排水監(jiān)測模塊，可實時顯示高位水池、井下水倉的液位高度以及水泵等設備的動態(tài)數據，同步采集排水設備的溫度、電流、壓力、流速等多重信息，創(chuàng)建多參數實時在線監(jiān)測，形成供排水量的平衡管理、聯動控制、動態(tài)預警能效，有效降低主機能耗和透水事故的發(fā)生。

 2.5 開采環(huán)境可視化

   通過強大的渲染功能，真實還原采煤機井下運動工況的行進效果，利用可視化圖表將采煤機運行的關鍵數據進行直觀呈現。針對采煤機故障診斷提供切實的數據依據，加速扼殺故障的萌芽。通過地面調度室即可遠程遙控操作，由此達成井下少人化作業(yè)，加大煤炭資源的開采效率，為采煤機的高效安全生產奠定基礎。

 2.6 安全集中監(jiān)測系統(tǒng)

  支持集成綜合控制中心通風、供排水、供電、抽瓦斯等系統(tǒng)的多源數據，基于地理信息系統(tǒng)，耦合礦井工程巷道圖紙信息進行內容展示，以各安全監(jiān)測指標數據的空間位置坐標為導向，對管轄區(qū)域內各系統(tǒng)的管網分布、狀態(tài)，以及遙視、遙測、水位、氣壓、水量等要素信息進行實時全方位監(jiān)測，可以點選查看各系統(tǒng)、設備等要素的詳細信息；通過三維建模，真實還原各系統(tǒng)關鍵設備（如：風機、水泵）的外觀、機構、工作狀態(tài)等信息；結合前端智能感知設備數據及專業(yè)的模型算法，可對各系統(tǒng)的運維狀態(tài)、各項監(jiān)測指標（如風機的風速、風壓、風量）的實時態(tài)勢進行監(jiān)測評估；無縫結合 HTML5 各項多媒體功能，支持集成各類視頻資源形成統(tǒng)一的視頻流，可在 2D、3D 態(tài)勢地圖上標注攝像頭對象并關聯其視頻信號源，通過場景交互來調取相應監(jiān)控視頻，滿足運維人員對場景進行實時態(tài)勢感知、歷史數據回溯比對、應急處理預案等監(jiān)測需求。

 2.7 生產集中控制系統(tǒng)

   支持集成生產控制系統(tǒng)，可在 2D、3D 設備圖上開關等信息，通過場景交互實現遠程交互控制。

 2.8 煤礦有限元分析可視化

  支持集成地質分析系統(tǒng)、礦井通風仿真系統(tǒng)。將礦區(qū)最新的仿真分析真實展現。