937页39万字智能矿山项目建设整体解决方案（煤矿）word资料

资料内容如下：

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目 录

1 总体设计

1.1 项目建设背景和意义

1.1.1 国外发展现状

1.1.2 国内发展现状

1.1.3 矿井发展目标

1.2 总体技术要求

1.2.1 核心业务架构

1.2.2 业务中心规划

1.2.3 技术框架要求

1.3 总体设计思路与架构

1.3.1 总体设计思路

1.3.2 总体业务架构设计

2 智能矿山标准规范建设

2.1 引用标准与编制规范

2.2 元数据标准规范

2.3 设备层scnvbc标准规范

2.4 传输层标准规范

2.5 应用层标准规范

2.6 子系统接入方式及规范

2.7 智能矿山管控平台标准规范体系

3 智能矿山建设关键技术

3.1 一张图协同服务技术

3.1.1 煤矿一张图管理

3.1.2 协同地理信息系统

3.1.3 煤矿一张图协同服务

3.2 分布式GIS服务平台技术

3.2.1 服务GIS平台

3.2.2 分布式计算

3.2.3 分布式协同GIS

3.3 “采、掘、机、运、通”图形处理技术

3.3.1 地测空间管理技术

3.3.2 “一通三防”管理技术

3.3.3 生产辅助设计技术

3.3.4 供电设计与计算技术

3.4 矿山专用云服务平台技术

3.4.1 云平台技术概述

3.4.2 云服务平台技术

3.4.3 矿山专用云服务技术

3.5 统一空间数据存储及查询技术

3.6 多源数据集成技术

3.7 透明化矿山和矿区的构建技术

3.7.1 高精度地质体建模

3.7.2 巷道几何建模

3.7.3 地表工业广场建筑物建模

3.7.4 地形建模

3.7.5 透明化矿山倾斜摄影测量技术

3.7.6 基于地质模型的平、剖、三维动态修正更新技术

3.7.7 透明瓦斯地质三维建模技术

3.7.8 基于透明化矿山的煤矿多业务数据共享集成与应用

3.8 基于虚拟矿井的培训演练技术

3.8.1 虚拟矿井平台技术

3.8.2 培训演练协同工作及同步控制技术

3.8.3 安全培训专业知识库技术

3.9 基于大数据分析的安全生产动态诊断技术

3.9.1 大数据平台技术架构

3.9.2 大数据平台功能架构

3.9.3 安全生产动态诊断大数据技术

3.10 基于移动终端的可视化交互技术

3.11 工作流引擎技术

4 智能矿山云数据中心建设

4.1 元数据管理

4.2 主数据管理

4.3 数据交换系统

4.3.1 MPP数据库集群与传统数据库数据交换

4.3.2 MPP数据库集群与Hadoop系统数据交换

4.3.3 传统数据库与Hadoop系统数据交换

4.3.4 非结构化数据与Hadoop系统数据交换

4.3.5 低价值密度数据向高价值密度数据转换

4.4 大数据支撑平台

4.4.1 设计原则

4.4.2 设计思路

4.4.3 架构体系

4.4.4 数据流向

4.4.5 建设内容

4.4.6 统一数据操作接口

4.4.7 云存储设计

4.4.8 煤矿大数据分析应用框架建设

4.4.9 方案优势特点

4.5 私有云计算平台

4.5.1 设计原则

4.5.2 建设思路

4.5.3 基于大数据的矿井云数据中心建设

4.6 机房基础设施

4.6.1 项目概述及设计规范

4.6.2 模块化UPS供电方案

4.6.3 机房制冷方案

4.6.4 机柜系统及封闭冷通道系统

4.6.5 机房动环监控系统

4.6.6 机房防雷接地

4.6.7 机房新排风系统

4.6.8 机房气体消防系统

5 智能矿山网络传输平台建设

5.1 企业管理网络

5.1.1 系统实现功能及技术参数

5.1.2 网络体系架构

5.1.3 网络节点划分

5.1.4 主要设备选型

5.2 工业控制网

5.2.1 环网结构

5.2.2 环网特点

5.2.3 节点划分

5.2.4 设备选型及技术性能指标

5.3 视频专网

5.3.1 环网结构

5.3.2 环网特点

5.3.3 节点划分

5.3.4 设备选型及技术性能指标

5.3.5 环网管理软件

5.3.6 工业网络综合布线

5.4 网络安全防护

5.4.1 网络安全系统架构

5.4.2 网络安全产品性能参数

6 智能矿山管控软件系统建设

6.1 煤矿智能监控系统建设

6.1.1 智能监控平台设计

6.1.2 智能监控平台组态软件

6.1.3 矿井灾害监控系统集成

6.1.4 煤矿井下视频监视系统

6.1.5 综采工作面监控系统

6.1.6 主煤流运输集控系统

6.1.7 井下排水监控子系统（接入）

6.1.8 矿井通风监控系统（接入）

6.1.9 矿井压风机监控系统

6.1.10 矿井水处理系统

6.1.11 生活水、污水处理厂监控系统

6.1.12 水源井水处理系统（接入）

6.1.13 锅炉房监控系统（接入）

6.1.14 主副井提升监控系统（接入）

6.1.15 副立井监控系统（接入）

6.1.16 电力监控系统

6.1.17 瓦斯抽放监控系统

6.1.18 洗煤厂生产系统（接入）

6.1.19 钢丝绳在线检测系统

6.1.20 矿井产量监测系统

6.1.21 机车信集闭系统

6.1.22 综掘工作面监控系统（接入）

6.1.23 其他子系统接入

6.1.24 系统冗余

6.2 煤矿安全生产执行系统建设

6.2.1 基于GIS的分布式协同一张图管理系统

6.2.2 煤矿生产调度指挥系统

6.2.3 基于GIS的煤矿安全管理系统

6.2.4 煤矿生产技术一张图管理信息系统

6.2.5 基于3DGIS技术的透明化矿山建设

6.2.6 基于虚拟矿井的培训演练系统

6.2.7 数据处理

6.3 煤矿经营管理系统建设

6.3.1 财务管理

6.3.2 办公自动化

6.3.3 人力资源管理

6.3.4 内部市场管理

6.3.5 供应商关系管理

6.3.6 销售与客户关系管理

6.3.7 企业安全文化管理

6.3.8 数字档案管理系统

6.4 煤矿智能分析决策系统建设

6.4.1 煤矿井下自然灾害预警系统

6.4.2 基于三维透明化矿山的空间分析预警

6.4.3 安全风险量化分析

6.4.4 生产成本分析

6.4.5 生产效能分析

6.4.6 设备效能分析

6.4.7 人员绩效分析

6.4.8 智能风险预警处置

6.5 煤矿移动门户系统

6.6 智能矿山综合门户系统

7 智能化管控指挥中心建设

7.1 调度中心功能区设备

7.2 大屏幕显示系统

7.3 智能会议系统

8 项目实施计划

8.1 项目组织与管理

8.2 项目进程安排

1.1 总体技术要求****

1.1.1 核心业务架构

智能矿山业务架构是在统一的标准与规范及安全运维保障体系下，按分层设计模式，分为设备层、控制层、生产执行层、经营管理层与决策层五个层次。本次建设的主体内容为L2、L3、L4、L5层相关内容。具体层次结构图如图1-2所示：

图1-2 核心业务架构图

智能矿井建设将应用架构分为五层，自下而上分别是设备层、控制层、生产执行层、经营管理层、指挥决策层，其中设备层、控制层、生产执行层是智能化矿井建设的主要内容。智能矿山管控平台 由生产执行及生产管理、调度管理、机电管理、一通三防、综合分析、应急救援等业务模块构成，系统涵盖了煤炭采、掘、机、运、通、洗选、装车各个环节，是一体化管理信息系统，并实现了和经营管理、控制监测等信息系统的数据互连。

1.1.2 业务中心规划****

按照智能矿山建设思路，全矿计划分为4个业务中心，分别为智能管调中心、智能监控中心、矿井安全中心、运营管控中心 。智能矿山管控平台应有效支撑所有业务中心的高效运转与流程无缝衔接。如图1-3智能矿山管控平台功能划分。

图1-3智能矿山管控平台功能划分

方案已充分理解功能中心规划精神，根据设计需要可以对中心的数量、功能、职责进行对应调整。

1、智能监控中心

生产控制中心主要包含生产控制类子系统，采集所有设备层子系统中控制器、各种传感器和执行机构等的数据信息，并对这些数据信息进行整理、分析和利用。实时监控全矿生产设备的运行状况，并进行全矿井的生产过程控制。同时将安全和生产之间的数据进行关联，并提供所有历史数据记录便于查询和汇总，通过报表、报警和趋势直观反映给相关人员。

2、智能管调中心

生产管理中心，主要包含安全、生产、调度管理类子系统，通过基于实现对“采、掘、机、运、通”整个生产业务流程中地质、测量、水文、储量、“一通三防”、采矿辅助设计、机电设计、设备选型等的完全信息化、网络化管理，并且基于二/三维GIS、虚拟矿井平台，实现智能化矿井主要管控过程的可视化展示、分析和操作，实现矿井生产技术各专业之间的在线协同、数据共享，提升业务集成、安全生产等全面的管理能力。

3、矿山安全中心

矿山安全中心主要包含矿井安全监测监控类子系统，并通过深度挖掘智能化矿井数据库的数据，综合分析和利用，开发煤矿安全生产动态诊断模块、煤矿应急救援指挥模块、水害危险源识别、预测、预警模块等等。完成对危险源（如瓦斯、水文、火灾、矿压等）、作业环境、地质构造、设备故障等的动态分析和预测。并在实现重大危险的早期预测、预警、预控基础上，根据应急预案选择最佳处理流程。

4、运营管控中心

运营管理系统涵盖企业人、财、物资、设备、运销、生产和项目管理的信息系统，另外还包括：办公自动化、综合统计、档案管理、知识管理、行政后勤管理、党群管理等。这一部分的建设需与集团统一规划实施的或已有的软件系统相融合。

1.1.3 技术框架要求****

智能矿山基于一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心、研制一个业务云服务平台，面向不同业务部门实现按需服务，相关信息基于“一套指标、一张图、一张表”在多端（DLP大屏、PC端、智能终端、井下设备）同步多维形象展示。系统采用分层设计，智能矿山整体技术架构可以分为设备层、传输层、服务层与应用层，具体技术架构图如图1-4所示：

图1-4智能矿山架构

在统一的时间与空间框架下，以用户为中心，遵循安全生产与经营管理业务线，采用面向服务架构（SOA），基于企业服务总线（ESB），围绕监测实时化、控制自动化、管理信息化、业务流程化、知识模型化、决策智能化目标进行相应业务应用设计。

1.2 总体设计思路与架构****

1.2.1 总体设计思路****

采用国内一流和世界先进的技术和装备，建成一个能用、实用、管用、高效运行的智能化矿井，实现矿井“管、控、营”一体化，实现矿井安全可靠化、管理高效化、成本最小化、效益最大化。

（1）构建涵盖需求预测、生产计划、生产组织、生产执行与指标量化分析为一体的智能系统，实现以销定产、少人或无人作业。

基于矿山物联网和大数据云计算技术，对生产计划（ERP）、生产执行（MES）、生产过程控制等多个环节信息进行有效整合，实现基于市场需求、环境安全状态、设备健康状态、物质配备、员工配备情况的生产目标动态分解、生产任务自动排程、安全生产全流程自适应控制与实时反馈，实现以销定产，少人或无人作业。

（2）围绕“人、财、物”精细化管理目标，通过内部市场化运作，实现全员绩效考核与降本增效。

精细化管理是运用自动化、标准化、数据化和信息化的手段，使矿相关组织单元的以精确、高效、协同和持续运行。建立集团、矿、部门、区队、班组、个人六级市场体系， 涵盖物资市场、设备市场、安全市场、资金市场、服务市场等内部市场交易，实现各层级市场主体的预算、核算和及结算，有效提升全员绩效水平。

（3）以灾害成因理论为指导，管理手段为支撑，信息化手段为保障，实现安全风险有效防控。

煤矿安全生产动态诊断与决策支持以云计算、物联网、数据挖掘技术为支撑，以行业、矿业集团、矿井制定的各类安全生产规程、规范为知识依据，结合综合自动化、在线监测（水、火、瓦斯、顶板等）、隐患数据、事故数据、人员三违数据等（人、机、环、料、法）动态数据和静态数据，基于动态三维地质模型和虚拟矿井平台，对煤矿安全生产的各类信息进行展示、分析、推理，挖掘历史数据中蕴含的模式和知识，诊断并概括现势安全状态，预测未来安全形势，实现煤矿安全生产的动态诊断和辅助决策。

（4）从智能矿山建设的基础层面需要实现四个统一，即“一盘棋、一张网、一张图、一个库”。

1）统一的“一张图”展示平台**。** 对“采、掘、机、运、通”整个安全生产流程空间数据和属性数据的管理，采用统一的GIS、三维可视化或虚拟矿井平台；对综合自动化系统，采用统一的组态软件平台；最终数据集成应用展示采用统一“一张图”方式展示。

2）统一的管理平台**。** 生产矿井运营管理、安全生产在线检测管理、安全生产技术综合管理、决策支持采用统一的管理平台，实现数据矿山软硬件系统的集成操作、分析和管理，即“一盘棋”统一管理。

3）统一的数据传输****网络。 除了瓦斯监测系统外（目前国家规定必须是专网），井上下企业管理、综合自动化、在线检测、安全生产技术综合管理，采用统一的网络平台进行数据传输。

4）统一的数据仓库**。** 生产矿井运营管理、综合自动化、安全生产在线检测管理、安全生产技术综合管理、决策支持采用统一的数据仓库，实现数据的共享。

（5）从智能矿山建设的应用层面，需要实现两个统一，即安全生产运营管理平台和安全生产执行控制平台：

1）安全生产运营管理平台**。** 通过GIS平台以及对三维高精度透明化地质模型、设备模型的建模，实现对生产过程的数据进行实时集中监测，为生产运营提供生产技术综合管理、安全生产决策支持管理等。

2）安全生产执行控制平台**。** 按专业面向使用部门对相关关联系统实现远程集中控制。

1.2.2 总体业务架构设计

智能矿山业务架构是在统一的标准与规范及安全运维保障体系下，按分层设计模式，分为设备层（L1）、控制层****(L2)、生产执行层(L3)、经营管理层(L4)与决策层(L5) 五个层次(以下分别简称L1、L2、L3、L4、L5)。本次建设的主体内容为L2、L3、L4、L5层相关内容。具体层次结构图如图1-2所示。

（1）L1设备层：设备层主要负责现场信号实时采样与控制指令的执行，其主要由环境参数传感器、设备工况传感器、目标跟踪定位传感器、生产控制设备、通讯联络设备、便携式智能设备、摄像机等构成。

（2）L2控制层：围绕“安全监控实时化，过程控制自动化”目标，基于“工业以太环网+现场总线+无线”技术，基于大型组态软件集合订制开发模式，利用多种软硬件接口（OPC、modbus、DCOM、数据库、webservice、PLC、协议转换器、网络），构建全矿井同意、稳定、高效的集控平台，实现对矿山环境参数、设备工况、生产流程的集中监视，高度可靠的协同控制平台，实现对矿山环境参数、设备工况、生产流程的集中监视，高度可靠的协同控制与一体化的应急通信联络。

（3）L3生产执行层：在统一的时间与空间框架下，以安全生产为主线，用户为中心，采用面向服务架构（SOA），基于企业服务总线（ESB），对安全生产数据、业务功能、工作流程、“一张图”协同界面进行有效融合无缝集成。该服务基于组件模式开发，可灵活扩展，业务功能涵盖安全、生产、调度、机电与设计多个环节。

（4）L4经营管理层：该层主要以精细化管理为核心目标，建设ERP、CRM、SRM、OA、绩效管理等系统建立，打通与L3层数据实时交互，构建从生产需求预测、生产任务分解、生产组织执行、结果反馈、量化分析的精细化经营管理系统。

（5）L5决策层:决策分析支持以矿山各类结构化、半结构化、非结构化数据为基础，通过高效数据预处理技术解决信息元间存在的相互影响、相互印证、语义矛盾、冗余问题，综合利用数据仓库和大数据技术，实现信息多维度在线分析、挖掘和可视化表达，为安全、生产、经营提供服务。如图1-5总体架构图。
图1-5总体架构图

2 智能矿山标准规范建设****

智能矿山建设应按照“总体规划、分步实施、因地制宜、效益优先”的总体要求，坚持“前瞻性、先进性、可靠性、实用性、开放性”的设计原则，吸收国内外成熟、先进的智能化技术，并进行应用创新，把矿井建设成一个世界一流、国内领先的安全、高效、绿色、智能的矿山。

建设智能矿山要以业务需求为导向，结合实际，以解决安全生产管理的瓶颈问题为切入点，不追求华而不实。项目在统一的建设标准指导下进行，充分整合现有信息资源，在保护投资的前提下，规范建设，逐步提升信息化应用效益。通过标准化建设，实现系统间的集成，达到信息共享的目的。

智能矿山建设需要建立全面的标准规范体系，涵盖系统集成、设备层、传输层、应用层、信息交换安全等相关标准规范。项目对煤矿地面及井下智能化矿井建设设备选型、接入子系统、安全管理数据、生产调度数据、主要业务流程指定相应的标准规范。建立信息化标准的总体框架体系如图2-1所示。

图2-1 智能矿山项目建设标准体系框架

信息资源标准体系下设数据元标准和信息分类与编码标准。数据元是通过定义、标识、表示及允许值等一系列属性描述的数据单元；信息分类与编码的目的是通过对信息的有效分类及代码化，准确快速地进行信息交换和最大限度地实现信息资源共享。包括网络基础设施标准、应用支撑平台标准、软件工程标准、信息安全标准。网络基础设施标准为网络的组织、建设、运行、维护、管理以及设备生产、引进提供主要技术依据；应用支撑标准确保各类资源的可互连、可访问、可交换、可共享、可整合；软件工程标准包括软件文档编制、软件生存周期、软件维护及软件评价等方面的相关标准；信息安全标准是确保信息系统安全运行、确保信息和系统的保密性、完整性和可用性的保障体系。

应用标准包括综合自动化系统标准、监测监控系统标准、煤矿地理信息管理、管理信息化系统标准和工程数字化系统标准等。煤炭企业从生产到管理，多套应用系统共存，从系统应用角度，可划分为综合自动化系统、管理信息化系统和工程数字化系统，其中煤矿地理信息标准规范体系如图2-2所示。

图2-2 矿山智能化项目地理信息系统标准体系框架

信息化管理标准体系下设系统建设与运行维护标准、煤矿地理信息管理标准和质量管理标准。系统建设与运行维护标准是指在信息系统上线、实施、运行和维护的过程中，对其产生的系统文档，管理流程和规范进行标准化；质量管理标准是指对质量管理体系要求、质量策划、质量控制、质量保证和质量改进等制定的相关标准。****

1 智能矿山建设关键技术

1.1 一张图协同服务技术

煤矿地理数据是煤矿生产、安全管理、灾害分析与防治、应急救援、无人开采等的重要技术资料。这些数据涉及煤矿中地质、测量、采掘、设计、机电、运输、通风等各种专业业务部门，种类繁多，数据更新快，且业务部门之间数据交互频繁。煤矿地理数据的采集、处理、管理、表达具有特殊的行业背景。煤矿中用于生产、安全管理等的图件多达几十种，具有不同的用途或适用于不同的业务，需要极高的准确度。传统上，这些图件以地质、测量图件作为底图，不同业务部门在其上添加各自业务的专题内容，而地质、测量部门则会将一些与生产密切相关的其他部门的专题内容添加到地质、测量图件中，如图3-1所示。

图3-1 煤矿专题数据传统共享方式

这个过程中的数据交换由人工完成，交换的数据既不包括煤矿地理要素的属性数据，还具有显著的滞后性。由于煤矿生产涉及的业务部门多，数据类型复杂，且缺乏统一的标准和管理，使得在生产过程中各专业（业务部门）间的信息共享困难，难以保证各专业（业务部门）使用的煤矿地理数据的一致性、共享性、现势性和完整性。

针对以上问题，基于GIS的煤矿一张图解决方案是以云计算、大数据的技术架构，充分发挥成熟的互联网基础设施，以GIS的图层为单位，将矿井各类专业图形集中为“一张图”管理，将地质、测量、水文、储量（以及通风、机电、生产管理等）多部门的图件，集中、统一管理，减少数据冗余，实现数据共享和动态更新；通过多专业协同工作，数据及时、动态更新，实现各个专业基于共同的“一张图”，同时在线编辑各自的图形内容，实现在线协同工作；充分利用多终端数据录入、多方式维护及查询“一张图”数据，可以通过计算机、移动设备、Web在线等多种方式实现“一张图”数据的维护、多种设备终端的随时、随地浏览及查询；系统基于统一绘图平台的矿图制图系统，统一符号库，规范的图层分层及命名标准，提高信息化系统的实用性和便利性。

1.1.1 煤矿一张图管理****

“一张图”方式管理是煤矿一张图协同系统的基础和前提。针对矿图多专业分离的现状，实现在线协同工作的一张图管理模式，基于大数据集中存储及网络服务模式创新，完成多终端、多人在线的矿图数据录入及编辑，安全、稳定的数据提交，可以满足煤矿地质、测量、通风、机电、生产管理等专业同时在线协同编辑、多部门协同办公等应用，从而实现各专业、各部门间矿图的即时动态更新，大大提高了矿图数据的更新周期，最终实现多矿井、多专业的“一张图”协同集中管理，如图3-2所示。

图3-2 矿井一张图协同管理

基于统一的地理信息系统平台，对各类矿井图形信息以及设施、设备等属性信息进行一体化管理。用户可以在一个视图下查询巷道、工作面、安全监测、通风设备设施、工业视频、人员定位、调度通讯、供配电设备、运输设备、供排水设备、监测点等几乎所有与地理图形有关的信息，也可以通过GIS网络协同平台分专业录入、修改、更新及输出系统里的元素信息，从而实现协同实时更新矿井数据的目标。同时，本着开放性和标准化的原则支持多种格式的图形数据格式转换，所提供的WMS服务遵循OGC标准，可供外部调用作为矿图底图使用，还可以根据用户的需求提供预留数据接口，如图3-3所示。

图3-3基于一张图的业务集成及应用接口

煤矿一张图管理是将地质、测量、防治水、通风、机电、生产采掘等不同部门的矿图进行统一处理，存储在统一的空间数据库服务器中，建设基于“统一存储、协同工作”模式的矿区矿图管理服务平台。通过对多专业、多部门的矿图统一管理整合，制定矿图编辑、图层分层的标准与规范，整合和建立地测、通风、机电、生产设计等多专业协同的空间数据库，建立统一平台的煤矿地理信息系统平台，支持协同工作的矿图生产及应用系统，支持矿图相关数据的集中管理及动态更新，实现基础矿图的集中统一管理和开发利用，构建全集团、多矿井协同化的一张图协同服务平台。

煤矿一张图管理技术路线如下：

（1）整合与建立统一坐标系、统一数据标准、统一数据格式的空间数据库，形成“一个库”。

（2）统一标准和规范的矿图综合处理与整合技术，支撑各部门各专业的图形数据整合，形成“一套标准”。

（3）在统一技术标准和规范的前提下，研究数据统一管理的技术路线和流程，研究多专业数据分层的统一管理平台，形成“一个平台”。

统一平台是一个多层次的分布式体系结构，每一层以服务的形式对外提供访问接口，包括数据层、服务层和应用层。此外，还有专门用于数据处理的后台工具。

（4）在矿图数据标准制定及数据整合处理的基础上，通过协同处理技术各类数据的动态更新机制和技术，支撑整个系统的良好运转，实现“协同化”。

（5）一张图协同GIS平台具备一般煤矿GIS系统的所有功能，如图形编辑绘制平台、地测空间管理、通风安全管理、供电计算与管理、采矿辅助设计与管理等，实现“专业化”。

一张图协同化的新型煤矿安全生产业务管理模式，对于系统使用者来说，最大的区别仅是将数据管理方式从文件变为了分布式网络的服务器，各类专业应用功能和操作仍和传统的用户使用习惯及专业规范相一致，但平台模式的变化将GIS系统提升到了集中式部署和管理、网络化多人协同工作的新层次。基于服务式架构的全新GIS平台可以实现矿井空间数据的即时更新和共享，将矿图数据的更新周期从传统的“按月更新”提升到“按小时更新甚至按秒级更新”的层次，从而大大提高矿井数字化的水平和效率，为安全管理提供更加强大、有效的技术支撑。