1.智慧矿山概述

       智慧矿山建设是一个典型的多学科技术交叉的新领域，它涵盖了矿山企业生产经营的全过程。由于矿山企业普遍具有生产对象（资源）的不确定性、生产过程的动态性、生产环境的恶劣性，因此，智慧矿山既不是GIS概念的简单延伸，也不是一般加工企业ERP概念的简单复制，而是一个包含多者特征的崭新的概念。

        所谓智慧矿山是采用现代信息技术、数据库技术、传感器网络技术和过程智能化控制技术，在矿山企业生产活动的三维尺度范围内，对矿山生产、经营与管理的各个环节与生产要素实现网络化、数字化、模型化、可视化、集成化和科学化管理，从而将企业的安全生产与经营管理业务流程数字化并加工成新的信息资源，及时准确地提供给各层次的管理者及时掌握动态业务中的一切信息，以做出有利于生产要素组合优化的决策，使企业资源合理配置，从而使企业能够适应瞬息万变的市场经济竞争环境，求得最大的经济效益。智慧矿山信息系统整合体系结构如图1所示。

      智慧矿山的建设与矿山业务运行时有大量的与模型库交互的三维数据，建立宽带、高速和双向的通信网络，确保海量矿山数据在企业内部、甚至是与IP网络快速传递都是十分必要的。高速宽带网络是智慧矿山的基石。因此高速企业网基石是智慧矿山建设的关键之一。

2.2 三维数据库和应用模型

       在三维的矿山3D原库中，用关联和拓扑的方式组织相关的原库。提供矿山信息的拓扑查询、分析与应用及许多采矿安全问题和模拟、分析与预测等，均以矿山3D实体的属性、几个与拓扑数据的统一组织为基础，因此，立足矿山3D数据的矢栅集成，完成矿山3D拓扑描述、表达、组织与维护。

图3 地形、地质建模

       地形地质建模为根据等高线或高程点进行地形建模，根据钻孔数据或其他数据进行三维地质建模。

2.3 数据挖掘

       从矿山海量数据中为用户挖掘有用数据、获取决策信息，以及建立求解各类具体工程、生产、管理与经营等问题的应用模型，是本系统的实用化工具。只有当智慧矿山能够方便、快速地从其数据仓库中提取用户所需的显示数据与模型，智能、快速地从其数据仓库中重新组织并生产用户所需的隐式数据与模型的能力时，智慧矿山的海量矿山信息才能被未经过特别培训的用户和各业务部门所共享。集成数据挖掘智慧矿山模型如图4所示。

图4 集成数据挖掘智慧矿山模型

第三部分    综合平台建设

       综合平台主要分为井下部分和地面部分，其中井下部分包括井下主煤流系统、井下供电系统、井下供水系统、井下综合自动化系统、井下安全监控系统、井下人员定位系统、井下冲击地压等系统；地面部分包括地面调度系统、地面供水系统、地面通风系统、安全生产管理系统、办公系统、财务等系统。

       井下部分将各自系统数据传输至工业以太环网，环网将数据汇总后，经过光纤设备，传输至地面，地面分析决策系统作出相应数据分析，为管理正确调度做出强有力的依据。综合平台建设如图5所示。

图5 综合平台系统结构

第四部分    智慧矿山子系统

4.1 矿压监测物联网

       煤矿压力监测系统是根据煤矿安全生产需要，利用矿区已经建立的通讯网络平台，将生产矿井顶板动态参数传输到井上的计算机监测网络，借助监测分析软件实现实时在线监测和报警，通过矿区局域网实现顶板安全监测的自动化和信息化。对各生产矿井实现顶板实时观测，自动记录相关矿压显现数据，利于分析矿压显现规律，为矿井支护提供很好的事实依据，从而更好地指导安全生产。压力监测系统如图6所示。

图6 煤矿压力监测系统

系统特点：

       煤矿压力监测系统是用于煤矿压力动态监测的无线传输系统，将计算机检测技术、数据通信技术和传感器技术融为一体，实现了复杂环境下对煤矿压力的自动检测和分析，工作面上设备之间采用无线传输方式，有效避免了传统检测方式耗费大量人力、物力及数据收集、整理、分析不及时的缺点，相较于有线检测方式，无线系统操作更简单，维护更方便，而且便于回收并重复使用。

       系统配套传感器多采用精良不锈钢材质，耐腐蚀、增强强度、钢材变形不易破裂和环保性能，适用于井下高温、高湿、多酸碱等恶劣环境。

4.2 冲击地压监测系统

       煤矿冲击地压监测系统用于对工作面掘进和回采期间冲击地压危险 情况进行实时在线监测。该系统能够通过实时在线监测工作面前方采动应 力场的变化规律，找到高应力区及其变化趋势，实现冲击地压危险区和危 险程度的实时监测预警和预报。冲击地压监测系统如图7所示。

图7 冲击地压决策系统

监测目的：

• 对工作面回采期间冲击地压危险情况进行实时在线监测。
• 通过实时在线监测工作面前方采动应力场的变化规律，找到高应力区及其变化趋势，实现冲击地压危险区和危险程度的实时监测预警和预报。

4.3 三维GIS地理信息系统

       煤矿三维地理信息系统(煤矿三维GIS)是用于描述煤矿地质信息、井下环境和设备的应用软件。煤矿三维地理信息系统能够有效地建立矿山空间数据库,实现矿山的全景显示、动态显示,真实、直观、准确、清晰地表现地层、断裂、矿体及围岩形态,表达钻孔、矿井(竖井、斜井)、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态,表达各种机械设备的配备与运转状况,表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。某煤矿三维GIS地理信息系统效果如图8所示。