项目名称

煤矿智能化关键技术研发及应用

主要完成人

卢新明，聂建华，范杰，于彬，张高青，宋永滦，尹红，栾永春，徐明辉

主要完成单位

贵州豫能投资有限公司，永贵能源开发有限责任公司新田煤矿，山东蓝光软件有限公司，山东科技大学

推荐单位

贵州省能源局

推荐等级

贵州省科学技术进步奖 一、二 等奖。

项目简介

智能煤矿（智慧矿山）是基于“互联网+”技术，将采矿技术、人工智能技术和3S(地理信息、定位、遥感)技术等融为一体，以建设安全矿山、高效矿山和绿色矿山为目标的综合技术体系。目前，我国煤炭企业大多处在数字矿山和感知矿山建设阶段，只有部分煤炭企业在尝试进行智慧矿山的建设。贵州豫能公司新田煤矿作为国家首批煤矿智能化建设示范矿井，在国家标准和863项目的技术成果的基础上，结合贵州的特殊条件进行再创新，构建了贵州复杂地质条件下煤矿智能化建设的技术标准体系和路径，为推动了全省煤矿智能化建设向纵深发展作出了贡献。

项目的主要建设内容包括：

1、矿山智能信息模型研究

以蓝光4DGIS平台为基础，研究并构建了矿山智能信息模型（MIIM），通过矿山智能数据中心，融合钻探、地震、揭露、测量等数据，通过地质保障和透明地质云计算技术、地理信息科学、模型动态更新方法、二三维一体化和面向对象特征的快速建模等先进技术，动态构建地形地貌、地面工广、煤岩层、地质构造、井巷、硐室、工作面、井下设备和管网等矿山空间几何模型，并通过属性管理、空间分析、虚拟仿真、时空查询、服务计算、可视化展现，为各种不同应用模块提供精确的、静态的、动态的、符合实际的各种资源信息，同时把各种应用模块的反馈结果，随时接入到智能数据中心，不断地修正、完善矿山智能信息模型，随时为各种深层应用提供连续性计算和服务。

2、瓦斯灾害模态预警方法

基于矿山智能信息模型，结合煤与瓦斯突出发生机理、融合瓦斯地质和采矿工艺、瓦斯实时监测数据等信息，利用大数据分析方法确定采掘工作面的瓦斯动态模态参数和趋势预警分级阈值，形成离散模态预警序列，创建了基于瓦斯涌出和瓦斯抽采时序序列和工作面位置和生产工艺变化的煤与瓦斯突出离散模态预警方法，进行瓦斯突出灾害离散模态预警，实现煤与瓦斯突出灾害的在线实时动态分级预警和解警，为煤矿瓦斯灾害防治提供信息保障。

3、时空信息自动融合技术

以矿山智能信息模型为底座，实现巷道和工作面布置设计和采掘计划自动编制，伴随生产过程的推进，可根据采掘进尺等信息自动更新回采面、采空区和巷道模型，并实现产量的自动计算和扰动模型动态更新，融合随采随测和井下钻探和监测数据的不断采集，实现工作面瓦斯涌出量、矿压分布和瓦斯压力分布的实时分析计算，实现采掘时空信息的自动融合。结合采、掘、机、运、提、通风、排水、输配和瓦斯抽放等数据的接入，实现时空信息、生产信息、安全信息和管理信息等的综合调度和智能分析。

4、采掘面精准地质模型动态构建方法

本项目组首次提出了基于精准地质建模的智能采掘方法，并发明了“一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法”和“一种用于无人化采掘工作面的三维模型自动更新方法”，融合不同勘探方式得到的多源数据，基于煤岩层的空间、力学、物理、化学和开采等参数信息，通过创建自适应地质体插值、复杂地质体初始建模、多次适时逼真建模等方法，适时建立采掘对象的多参数、多属性三维精准模型。在采掘过程中，获取的工作面变化信息和采煤机的工作参数，通过切割点定位、移动切割点、计算切割点的纹理坐标，利用自动纹理映射技术、局部增量更新、边界缝合，完成工作面的动态适时更新。使无人化采掘工作始终处于煤体( 矿体)、岩体精准模型已知的前提下进行，从而实现采掘工作面安全、可靠、高效、透明、低成本的无人化开采。

5、煤矿地面透明工作站研发

融合矿山智能信息模型、矿山物联网技术和虚拟现实技术，研发了集矿区地形、地貌、工广、透明地质、人员、设施和环境等监测传感与工业自动化于一体的煤矿地面透明工作站，在统一的时间坐标和空间框架下，将海量异质的矿山信息资源进行可视化展现，形成透明矿山，实现对矿井地质、井巷、硐室、工作面、安全、生产、设备、人员、环境等的全方位、多维度直观动态展现，利用虚拟现实、生产过程组态仿真等技术，结合煤矿生产装备的机械原理和控制方式，搭建煤矿地面透明工作站，通过在地面上的可视化终端击鼠标、敲打键盘或触摸屏，就可以实时查看矿山重大关键生产设备运行姿态及工作参数，并实现其远程开停等可视化控制，大幅度地减少了入井人数、提高生产效率，为打造真正的本质安全性智能煤矿奠定了技术基础。

通过项目的成功实施，构建了涵盖矿井地面地下的矿山智能信息模型，并基于智能信息模型，实现了精准地质建模、空间数据自动融合、瓦斯灾害模态预警、三维采矿协同设计、采掘计划自动编制、三维地应力和矿压分布实时计算、通风智能分析、输配电分析计算、安全生产综合调度等的智能分析和服务计算，提高了数据共享度及利用率，提高了对瓦斯等灾害的快速反应能力，降低了靠人工决策的风险。同时，通过煤矿地面透明工作站的研发，使得无需下井，就可以直观地通过计算机屏幕看到井下的和地质体内部的所有信息，并可实现交互操控，为智能化和无人化开采提供了可视化支撑，解决了煤矿智能建设的系列技术难题，为实现智慧矿山奠定了坚实基础，具有重要的社会意义和实用价值。

该项目属于原创性科技成果，项目成果经技术成果鉴定，认为达到国际领先水平。目前，项目成果成功应用于贵州、山东、内蒙古、安徽等地多座矿井，创造了巨大的经济和社会效益。发布国家标准1项；获得省级科学技术进步奖1项，教育部科技进步奖1项，中国煤炭工业科学技术奖1项；授权发明专利4项、软件著作权10项；出版专著1部，发表论文8篇。项目为打造真正的本质安全性智能煤矿奠定了技术基础，推动了煤炭工业的科技进步。