矿山数字孪生构建方法与演化机理

新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合,为智能矿山技术发展提供关键技术支撑,将促进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术,是人工智能理论方法与数字化技术的有机结合,数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息世界交互与共智的关键技术难题,对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有重要意义。本文基于数字孪生技术和平行智能理论,提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、关键技术、基础理论和构建方法体系;提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的矿山数字孪生演化理论模型,据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建方法与演化过程,研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制,探讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理;最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例,通过模拟矿山生产场景数字孪生模型演化与协同控制,验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特征进行解析,实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。本文旨在通过矿山数字孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式,为矿山数字孪生技术应...     

智慧矿山数字孪生技术研究综述

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。数字孪生面向煤炭工业互联互通及智能化应用,发挥连接物理世界和信息世界的桥梁与纽带作用,将在煤炭开采、视频监控、人机交互等方面提供更加实时、智能、高效的服务。面向智慧矿山技术需求,提出了基于数字孪生+5G的智慧矿山建设新思路,将"数字孪生+5G"与AI技术相结合,为实现智慧矿山提供一种创新的方法。首先从智慧矿山建设进展及应用方面存在的问题入手,系统地梳理和分析了当前智慧矿山研究和发展现状,通过研究新一代信息技术与工业技术融合应用,阐述了数字孪生的概念内涵,指出数字孪生是智慧矿山发展的必然趋势并将为智慧矿山赋能;然后针对智慧矿山建设的难点和痛点问题,提出了基于"数字孪生+5G"的智慧矿山体系架构理论,通过构建矿山数字孪生模型(MDTM)实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射与实时交互。聚焦智慧矿山建设目标,以智慧矿山系统建设、优化和关键技术为核心,基于矿山信息物理空间的数字孪生和深度学习方法,以实际矿井为原型设计了智能开采的数字孪生一体化方案,构建了全域感知、边缘计算、数据驱动和辅助决策的智慧矿山平台。最后针对智慧矿山的数字孪生应用需求,提出并探讨了数字孪生赋能智慧矿山的关键技术问题,并指出了未来需要实现的关键技术路径。旨在通过对智慧矿山的数字孪生技术研究,为数字孪生模型构建、协同控制与交互优化等提供思路,为未来智慧矿山建设与设计提供理论借鉴。     

数字矿山技术的应用现状及展望

近几年,随着科技进步和经济发展,数字矿山的概念被广泛传播。数字矿山的基本技术可以提高企业生产效率,降低安全事故发生率,并且数字矿山也是矿山行业发展的最终目标。介绍了一些基本的矿山数字化应用系统,并加以说明数字矿山技术的发展以及存在的问题,同时说明数字矿山技术的应用现状。我国未来要加大对高新数字矿山科技的研究,普及基本矿山智能化技术,使我国矿山行业持续健康的成长。     

数字化矿山的建设是矿山企业未来发展的方向

随着信息技术的迅速发展,数字采矿是数字矿山最基础、最核心的部分。我国数字采矿开始比较晚,数字矿山建设技术较低,严重制约了矿山信息化进程。针对矿山企业对数字矿山建设的实际需求,开发具有自主知识产权的数字化矿业软件系统具有重要意义。本文着重介绍了乌兰图嘎煤炭有限公司数字矿山建设的核心部分,信息化和自动化,使读者更好地了解采矿业信息化。     

金属地下矿开采三维可视化技术及应用

真三维环境下展示金属矿山工程,能够最终实现矿山经济效益最大化。目前我国逐渐进入实现数字矿山的第一阶段,即实现矿山数字化信息系统构建。通过分析国内外数字矿山建设情况,以大型三维矿业软件为平台是建设数字矿山的有效途径。从三维可视化技术应用基础、三维地质建模关键技术和三维工程设计方法等三方面,对矿山三维可视化技术进行介绍,为数字矿山建设提供了必要的技术基础。     

数字矿区与矿山测量的机遇、挑战和对策

在介绍“数字地球”基本概念及关键技术的基础上,总结了“数字地球”提出后在国内矿山测量界引起的反响。针对当前矿山测量学科、技术与应用发展的问题,分析了建立数字矿区和数字矿山对矿山测量界的挑战与机遇,并对矿山测量界当前可采取的对策进行了探讨,指出数字矿区与数字矿山的建立将是矿山测量实现学科跨越式发展,拓宽生存空间和应用领域,适应知识经济时代的重要机遇。     

数字矿山的定义、内涵与进展

目前,用数字矿山技术打造本质安全型的高产高效矿井已成为我国采矿企业追求的目标。通过数字矿山的完整定义,简要描述了数字矿山的主要内容、技术内涵、建设规范和系统功能,论述了我国数字矿山技术的研究进展及其在矿山企业的应用现状,以此为准备实施或正在实施数字矿山建设的企业决策者和工程技术人员提供参考。     

基于Citespace文献计量工具的数字矿山与矿山安全文献综述

本文以1999—2019年矿山安全和数字矿山安全管理的中、英文文献为研究对象,以Citespace可视化软件作为研究工具,从文献数量、研究主题、主要学者和研究机构、关键词及其中心性、高被引文献等方面进行了系统梳理和分析。结果表明:从数字矿山视角研究矿山安全问题的论文,占矿山安全领域研究论文的20 % 左右,并呈现逐年上升的趋势,说明数字矿山在矿山安全管理领域的相关研究一直是本领域的热点;高被引中文文献多为理论方法或管理类研究,而高被引外文文献多为工科技术类研究,说明中外学术刊物载文存在一定差异性。外文文献的作者61.9 % 来自于中国,说明我国学者在本领域研究中作出了巨大的贡献,同时也说明我国学者兼顾了理论方法研究、管理类研究和工科技术类研究。国内外的现有研究集中程度高、研究力度强、具有很强的前瞻性,基本实现了新兴技术与数字矿山安全管理的结合,为数字矿山在矿山安全管理中的应用和发展提供了理论支撑。     

数字矿山特征及建设探析

建设数字矿山对充分利用开发矿山资源,化解开采过程中的高危险、高危害因素,落实我国矿产资源开发政策,促进矿山科技进步的发展等具有积极重要的意义。通过对数字矿山定义的分析,阐述了数字矿山的主要特征并据此提出了我国数字矿山建设的主要内容。分析说明了建设数字矿山的4方面核心内容,即矿山地质数字、矿床模型的建立,矿山开采模拟技术的应用,矿山生产过程中自动控制以及矿山决策管理系统的建设。     

三论数字矿山——借力物联网保障矿山安全与智能采矿

在简要总结我国数字矿山建设成效的基础上,梳理了数字矿山内涵及其不同理解,讨论了自动采矿、遥控采矿、矿山物联网、感知矿山、智能采矿等相关概念及其与数字矿山的联系。结合采矿科技进步,采用数字化、信息化与自动化3条主线对数字矿山等概念进行了矩阵描述。指出：数字化、信息化、自动化是智能采矿的3项关键技术,数字化与信息化相辅相成,共同支撑矿山自动化;数字矿山是感知矿山与智能采矿的基础,感知矿山是智能采矿的保障。以当前煤矿安全避险六大系统建设和金属矿无人采矿系统技术发展为例,明确了数字矿山借力物联网的新任务。并面向矿山安全与智能采矿,分析提出了“十二五”期间数字矿山的5个主攻方向,即数字矿山集成平台、采矿模拟仿真系统、露天矿全自动化系统、井下定位与导航技术、采场环境智能感知技术。     

数字矿山信息集成概念模型

数字矿山建设进程中,矿山生产采用的信息系统多而杂,使得矿山信息管理面临实时采集支持度低、数据格式各自独立且异构、实时共享困难、海量存储复杂、难以分析利用等问题。针对以上问题,在总结我国数字化矿山发展现状基础上,分析诺兰信息化建设过程阶段模型,发现我国数字化矿山建设在信息集成阶段将面临新的挑战和更高层次的要求。借助系统工程理论、数据库应用技术、网络技术、软件架构及云存储理论和方法,给出了新的数字矿山中信息集成模型的概念,建立了实时存储、高度共享、性能可靠、支持矿山企业智能数据融合的信息集成模型。根据该框架采用Web Service与XML技术集成方式实现对异构数据的集成。     

数字矿山关键技术研究与示范

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。     

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以5G和F5G双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。提出了基于双5G网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:(1)高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用5G和F5G双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;(2)智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;(3)以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。     

基于物联网的露天矿智能爆破系统设计研究

以矿山物联网、矿山智能化和采矿自动化、无人化的发展趋势为背景,以实现露天矿爆破的智能化为方向,以解决目前露天矿爆破在管理、安全和信息处理方面存在的问题为目的,以现代通信技术、自动化技术和软硬件技术为基础,重点研究了露天矿智能爆破的总体架构、核心内容、关键技术等。设计的主要内容：①露天矿用钻机的自动钻进与行走流程、钻孔精确定位与导航、穿孔数据记录、易损件和消耗件信息记录等功能;②适用于露天矿爆破工程的通信网络与数据库;③露天矿监控与爆破设计软件。该系统在实践中得到了良好应用。     

矿山中央排水泵房远程测控系统的设计

中央排水泵房对矿山的安全起着重要的作用。传统泵房采用手动操作,劳动强度大,反应不够迅速,远程测试与控制水平亟待提高。从管道系统设计、硬件系统设计和软件系统设计三个方面进行论述,并对关键参数和关键设备进行说明。系统信息化、自动化水平高,为矿山企业对设备的数字化、远程化管理提供了参考。     

浅谈数字化矿山建设整体架构思路

我国是世界矿产大国,但矿产资源是不可再生的宝贵财富,由于采矿工业涉及到国家的资源利用、环境保护、人身安全和可持续发展战略,所以"数字矿山"技术多年来一直是世界采矿大国包括美国、加拿大、澳大利亚、南非和我国科技研发的重要领域之一。本文从我国数字化矿山的现状出发,探讨了数字化矿山的功能体系,对建设数字化矿山的关键技术进行系统地分析。     

DIMINE软件对分段空场嗣后充填采矿法的研究

以某金属矿山的试验采场为例,结合DIMINE数字矿山软件,介绍了三维可视化建模技术在该矿山的应用。在建立地质体和工程实体模型的基础上,进一步研究数字矿山中实现三维采矿设计的关键问题,详细介绍了DIMINE软件的切割槽爆破设计和采场爆破设计,并将爆破设计的成果进行输出。     

DIMINE软件对分段空场嗣后充填采矿法的研究

以某金属矿山的试验采场为例,结合DIMINE数字矿山软件,介绍了三维可视化建模技术在该矿山的应用。在建立地质体和工程实体模型的基础上,进一步研究数字矿山中实现三维采矿设计的关键问题,详细介绍了DIMINE软件的切割槽爆破设计和采场爆破设计,并将爆破设计的成果进行输出。     

金属矿山地下开采工程三维推演系统架构研究

采用现代高新技术改造传统采矿工业是矿山发展的必然趋势。虚拟矿山是数字矿山的重要组成部分,是传统矿山的一种新型表达方式,在矿山信息化建设中扮演着举足轻重的角色。在分析了国内外数字矿山研究及应用现状的基础之上,讨论金属矿山地下开采工程三维动态推演系统的架构,阐述了如何以3D图形渲染技术和地理信息系统技术为依托,完成自然实体、人工实体和三维地质数据的精确地表达,将矿区工业广场以及地层、巷道、工作面的空间位置关系直观地展现出来。在此基础上通过对金属矿山井下工程数据资料的有效整合以及科学的分析,实现采矿方法的优选,并结合采矿设计的标准和采矿设计工程师的设计理念对地下开采过程进行动态推演,从而为采矿设计者的决策提供重要科学依据。