導讀：原文《18萬字應急管理局智慧礦山煤礦數字化礦山技術解決方案WORD》（獲取來源見文尾），本文精選其中精華及架構部分，邏輯清晰、內容完整，為快速形成售前方案提供參考。

目 錄

第一章 項目概述

1.1項目背景和意義

1.2當前國內外煤礦行業信息化現狀

1.2.1國外發展現狀

1.2.2國內發展現狀

1.3數字化礦山概況

1.3.1 數字化礦山建設歷程

1.3.2 數字化礦山建設各階段關鍵特征

1.3.3 數字化礦山定義

1.4XX煤礦概況及數字化礦山調研現狀

1.4.1XX煤礦概況

1.4.2XX煤礦數字化礦山調研現狀

1.5數字化礦山工程建設的目標和原則

1.5.1數字化礦山建設總體目標

1.5.2數字化礦山建設具體目標

1.5.3數字化礦山建設的預期效果

1.5.4數字化礦山建設指導思想

1.5.5數字化礦山建設原則

第二章 數字化礦山建設設計依據與范圍

2.1數字化礦山建設設計依據

2.2數字化礦山的建設范圍

2.3數字化礦山建設與集團信息化的關系

第三章 數字化礦山架構及建設模型

3.1 數字化礦山系統架構

3.1.1數字化礦山統一的平臺或系統規劃

3.1.2數字化礦山的六層架構

3.2系統建設的理論支撐和模型研究

3.2.1灰色地理信息系統的理論及技術

3.2.2灰色地理信息系統的相關概念

3.2.3灰色地理信息系統的定義及特征

3.2.4灰色地理信息系統數據模型

3.2.5 GGIS的功能特點

3.3高精度透明化三維動態地質模型和巷道建模

3.3.1礦井三維地質模型的自動構建

3.3.2巷道幾何建模

3.3.3高精度透明化三維地質模型的動態生成

3.4面向多部門管理與信息共享應用的管理模型

3.4.1面向多部門協作與信息共享應用模型

3.4.2基于工作流的安全信息分級處理反饋管理模型

3.5礦井重大危險源評價指標體系和方法

3.5.1煤礦重大危險源分級體系

3.5.2評價指標體系構建的原則

3.5.3評價指標體系結構

3.5.4評價指標體系

3.5.5瓦斯、水害評價方法研究

3.6煤礦重大危險源預警模型

3.6.1基于GIS的煤礦重大危險源隱患識別預警模型研究

3.6.2其他數學模型的研究與應用

第四章 數據傳輸與集成數據處理平臺

4.1XX煤礦數據傳輸平臺

4.1.1管理網絡

4.1.2工業以太環網（綜合自動化網絡）

4.1.3接口標準

4.1.4服務器和磁盤陣列

4.1.5網絡安全系統

4.1.6網絡行為管理系統

4.1.7工業以太環網主干光纜

4.2XX煤礦數據傳輸系統

4.2.1傳輸系統設計

4.2.2傳輸系統功能特點

4.2.3各監測監控網絡和以太網的融合

4.3XX煤礦數據倉庫、模型及軟件平臺的集成開發

4.3.1礦山數據倉庫

4.3.2軟件平臺的總體架構設計

4.3.3軟件系統與網絡集成的總體架構設計

4.4XX煤礦專用GIS的開發和設計

4.4.1開發內容

4.4.2關鍵技術

4.5三維可視化平臺的關鍵技術開發

4.5.1開發內容

4.5.2關鍵技術

4.6XX煤礦組態軟件平臺的設計

4.6.1功能設計

4.6.2軟件平臺系統設計

4.6.3關鍵技術

第五章 綜合自動化和在線數據監測

5.1綜合自動化監控平臺

5.2組態軟件

5.3綜合自動化子系統的建設和接入

5.3.1 綜采工作面監控系統

5.3.2 主煤流運輸集控系統

5.3.3 井下排水監控子系統（接入）

5.3.4 礦井通風監控系統（接入）

5.3.5 礦井壓風機監控系統

5.3.13瓦斯抽放監控系統

5.3.14洗煤廠生產系統（接入）

5.3.15鋼絲繩在線檢測系統

5.3.16礦井產量監測系統

5.3.17機車信集閉系統

5.3.18綜掘工作面監控系統（接入）

5.3.19其他子系統接入

5.3.20集團公司和XX礦系統平臺

5.4礦井通訊系統建設

5.4.1礦井調度通訊系統

5.4.2礦井無線通訊系統（wifi方案）

5.4.3礦井無線通訊系統（3G方案）

5.4.4礦井信息引導發布系統

5.4.5礦井IP廣播系統

5.5礦井輔助系統建設

5.5.1數字工業電視系統

5.5.2大屏幕顯示系統

5.5.3煤礦安全生產三維仿真培訓與地質構造透明化3D環幕顯示系統

5.5.4綜合布線工程

5.5.5機房工程

5.5.6瓦檢員巡更系統

5.5.7無人值守燈房系統

第六章 安全生產監測系統

6.1 通風調度大屏顯示系統

6.1.1 系統概述

6.1.2 系統設計

6.1.3 系統功能

6.1.4 產品主要指標和技術參數

6.2 安全監測子系統

6.2.1 系統概述

6.2.2 系統設計

6.2.3 系統功能

6.2.4 系統接入

6.3 井下人員定位管理系統

6.3.1系統概述

6.3.2系統組成

6.3.3系統功能

6.7.1 系統概述

6.7.2 系統組成與特點

6.7.3 系統接入

6.8 防火灌漿監控系統

6.9其它安全生產監測監控子系統接入

第七章 數字化礦山軟件平臺及應用系統

7.1生產技術綜合管理系統

7.1.1地測空間管理信息系統

7.1.2防治水管理信息系統

7.1.3地質保障數據處理系統

7.1.4“一通三防”管理信息系統

7.1.5采礦輔助設計系統

7.1.6礦井供電、固定與運輸設備選型設計系統

7.1.7調度指揮系統

7.1.8機電設備管理系統

7.1.9質量標準化管理系統

7.1.10煤質、運銷管理信息系統

7.1.11基于Web生產技術管理信息系統

7.2安全生產管理信息系統

7.2.1安全管理信息系統

7.2.2安全生產綜合管理信息系統

7.2.4礦井應急救援管理系統

7.2.5礦井安全閉環管理系統

7.3煤礦井下危險源識別、預測、預警系統

7.3.1水害識別、預測、預警系統

7.3.2通防危險源識別、預測、預警系統

7.3.3頂板危險源識別、預測、預警系統

7.3.4其他危險源預警

7.4 技術資料數字檔案館系統

7.4.1總體方案說明

7.4.2總體方案架構

7.4.3技術設計方案

第八章 煤礦三維綜合管理系統

8.1地質模型、巷道模型和機電設備模型等的建立及可視化

8.1.1地層與斷層建模與三維可視化

8.1.2巷道幾何建模及可視化

8.1.3鉆孔自動建模及可視化

8.1.4工作面、采空區、積水區、異常區等建模與三維可視化

8.1.5 機電設備的建模與三維可視化

8.1.6煤礦管網的建模與三維可視化

2.2數字化礦山的建設范圍

1. 從應用范圍的角度

2. 從系統建設的角度

（1）煤礦生產綜合自動化系統：根據管控一體化思想，結合工業自動化技術，信息化技術，嵌入式技術，網絡技術和通訊技術等先進技術，同時通過對礦井生產安全、地測信息以及井巷工程等信息的廣泛利用和深度開發，以實現全礦井生產過程集中監控，調度計算機網絡化，信息管理決策網絡化，全面提升礦井自動化水平，并最終實現建立高產、高效的數字化礦山的目的。

XX煤礦綜合自動化系統主要內容包括：

• 礦井綜采面監控子系統。
• 主煤流運輸集控系統。
• 井下排水自動控制系統。
• 礦井通風機監測系統。
• 礦井壓風機監控系統。
• 礦井井下水處理系統。 
• 生活水、污水處理監測系統。
• 水源井水處理系統。
• 鍋爐房監控系統。
• 主副立井提升機監控系統。
• 副立風井絞車監控系統。
• 電力監測監控系統。
• 瓦斯抽放監測系統。
• 洗煤廠監控系統。
• 鋼絲繩在線檢測系統。
• 防火灌漿站監測系統。
• 其他子系統接入。

（2）煤礦安全監測監控信息系統：基于網絡平臺實現所有監測量及其狀態和報警信息等實時數據的列表顯示；實現所有監測量及其狀態和報警信息等實時數據的圖示顯示，包括實時曲線、直方圖和餅圖可以對歷史數據進行分類匯總分析、統計，報表和圖示輸出；按監測監控系統的數據采集時間同步更新與集成到三維可視化系統實現直觀演示。

XX煤礦安全監測監控系統主要內容包括：

• 安全環境監測子系統。
• 井下人員定位管理子系統。
• 礦壓在線監測子系統。
• 水文監測子系統。
• 煤層自燃（束管）監測子系統。

（3）煤礦安全和生產技術綜合管理信息系統：系統是在網絡環境下基于統一的地理信息系統平臺（含2DGIS、WebGIS、三維可視化系統）集地測、生產、通防、安全、機電、設計、調度等專業于一體的系統，系統支持專業設計、資料管理、綜合業務信息查詢和發布、礦井信息統一監測的信息化平臺，包括綜合自動化系統與監測監控系統等系統集成應用。系統是一個典型的多部門、多專業、多層次管理的圍繞地質、測量、通風、安全數據變化管理的空間信息共享與Web協作平臺。

煤礦安全和生產技術綜合管理信息系統是采用計算機網絡技術、數據庫技術、計算機圖形學、組件技術及GIS技術等，建設礦山統一的空間數據采集、存儲、輸出、查詢與分析平臺，構建服務于生產技術人員的地測、通風、安全、生產技術、調度、機電、運輸等專業應用系統平臺，在公司網絡環境的基礎上搭建面向公司管理決策層的WEB服務決策平臺，實現多部門多層次井上下數據共享和決策分析，從而進一步提高礦山安全生產管理能力、進一步提升礦山技術水平，為安全生產決策提供技術保障，最終實現集團自下而上的安全生產信息采集，自上而下的安全生產管理調度指揮，基于信息化和管理現代化的本質安全型“數字化礦山”的建設。

數字化礦山建設歷程

隨著自動化、信息化技術的不斷發展及在煤礦行業的逐步應用，我國數字化礦山的建設歷程主要分為如下幾個階段（參見圖1-2）：

圖1-2 數字化礦山的發展歷程

目前礦井單一自動化系統基本已經實現，絕大多數單系統，例如主排水、主運輸等都已實現了自動化管理。但到目前為此，雖然高速網絡及軟件技術得到了飛速發展，但數字化礦山建設絕大多數礦井仍然處于淺層次的綜合自動化水平，主要實現了地面的遠程監測監控。只有在單系統自動化的基礎上，通過高速網絡接入各單系統，充分數據融合，建立合理的聯動機制才能完成從單系統自動化到綜合自動化的轉變，該部分的轉變從投入的資金和實現的容易度相對來講可實現性和可控性都比較容易，但是從綜合自動化向數字化礦山發展，涉及的面比較廣，必須由多方共同來推進，一般涉及到“綜合自動化”、“空間數字化”及“管理信息化”三大方面，三者缺一不可，通過三者的有機融合，再通過合適的平臺例如三維可視化平臺進行展示，同時通過科學合理的管理制度和流程加以應用才是真正意義上有血有肉的數字化礦山。這階段的轉變除了需要大量的資金投入，更多的需要理念的轉變，相對來說難度較大，數字化礦山同時也是后續礦山數字化發展的基礎，在合適的環節加以有效的決策分析系統，必然能夠為領導層提供生產經營管理的決策依據，實現向智能礦山的發展，實現這一階段的轉變需要不斷的對決策分析系統進行豐滿，完成信息化向知識化的轉變。

 數字化礦山建設各階段關鍵特征

1. 單系統自動化階段關鍵特征

（1）具備可靠和全面的傳感和執行機構。

（2）具備可編程的控制系統。

（3）具有遠程監測監控功能。

（4）單系統根據條件可以進行系統自動化運行。

2. 綜合自動化階段關鍵特征

（1）具備高速網絡通道。

（2）實現各自動化系統的數據融合。

（3）具備一定的數據挖掘能力。

（4）具備可建模的聯動控制策略。

3. 數字化礦山階段關鍵特征

（1）綜合自動化、管理信息化、空間數字化三化數據融合；

（2）在多維空間礦山實體的基礎上動態嵌入與礦山安全、生產、經營相關的所有信息如環境參數、機電設備運行狀態、人員、產量、業務管理信息等，并找出這些信息內在的聯系，賦予數字化礦山更豐富的含義。

（3）具備基于GIS的二維、三維或多維展示平臺。

4. 智能礦山階段關鍵特征

（1）在數字化礦山的基礎上，運用人工智能技術、數據挖掘技術，將煤礦行業內各專業的專家思想及專業解決方案編制成若干可重復運行、決策指揮的決策分析系統，能為安全生產經營提供決策依據；

（2）運用云計算、物聯網等技術實現礦山的“物聯化、互聯化、智能化”。

1.3.3 數字化礦山定義

數字化礦山由數字地球的定義延伸而來, 即在礦山范圍內以三維坐標信息及其相互關系為基礎組成信息框架, 并在該框架內嵌入所獲得的靜態和動態信息及并對進行分析、操作和決策。集團數字化礦山的定義如下：

“數字化礦山”是以先進的煤礦機電及一體化技術、計算機技術、3S技術、與信息化相適應的現代企業管理制度為基礎，以網絡技術為紐帶，以煤礦安全生產、高產高效、綠色開采、可持續發展為目標，實現多源煤礦信息的采集、輸入、存儲、檢索、查詢、動態修正與專業空間分析，并實現多源信息的多方式輸出、實時聯機分析處理與決策、專家會診煤礦安全事故與調度指揮等的現代化礦山系統。

歸納起來,“數字化礦山”主要涵蓋四大部分：網絡和底層支撐系統，綜合自動化和在線檢測系統、安全和生產技術綜合管理系統、行政辦公和經營管理系統。

數字化礦山建設具體目標

1. 加強底層設備自動化的建設

XX煤礦“數字化礦山”的建設采用技術領先、標準統一的千兆工業以太網網絡結構，集成全礦各個生產安全子系統的實時監控數據，完成生產系統的遠程集中監控，通過數據分析、數據整合，保證數據同企業管理決策信息系統無縫的連接，保證整個綜合自動化系統數據的有效性、一致性，實現不同業務和系統間能夠實時的交換和數據共享。

1. 加強井下感知物聯網和數據中心建設

提高底層監測設備和傳感器的可靠性，加大無線物聯網傳感器的應用，感知礦井各個地域的環境參數，實現設備的智能化在線檢測。

通過工業以太網、安全監測監控等采集的數據，根據信息化的標準要求，實現統一標準、統一存儲、統一管理，實現最大程度的數據共享。

2. 加強煤礦安全生產技術綜合管理系統建設

建設基于（2D＋3D）地理信息系統的生產技術管理系統。數字化礦山是一個典型的多部門、多專業、多層次管理的煤礦空間信息共享與Web協作應用平臺。煤礦空間數據應用涉及到地質測量、一通三防、生產調度、生產技術、礦井安全、安全監察、質量標準化和機電設備等專業數據的輸入、計算、統計、分析和輸出等多個生產專業部門環節上的信息，涉及面廣，更新快，由大量的圖形、圖像、屬性數據以及元數據構成。統一建設的地理信息系統平臺能夠實現多部門、多專業、多層次的數據共享。

3. 加強重大危險源預測預警和決策支持系統建設

由于XX煤礦地質構造復雜，危險源較多，應運用GIS技術、物聯網技術、數據庫技術、專家系統等開展煤礦井下水、火、瓦斯、頂板等重大危險源檢測、識別及預測預警，將煤礦井下各類危險源數據集成于同一平臺，基于WebGIS統一展示，實現重大危險的早期預測預警，以提高煤礦重大危險源預警能力，降低重大危險源事故發生率，進而提高煤礦整體安全管理水平。

4. 加強高精度三維透明化地質模型和三維可視化系統甚至虛擬礦井建設

構建包含各種復雜地質構造（正斷層、逆斷層、陷落柱、含水層、老窯區等）的高精度三維地質透明化模型，并實現基礎地測數據的動態更新。有效地支持大型數據庫和實時信息流通訊技術，集成安全監測、綜合自動化、通訊視頻等各類工業實時數據，構建礦井“采、掘、機、運、通”專業仿真模擬系統，實現全礦井“監測、管理、控制”的一體化，最終實現基于三維虛擬礦井平臺的網絡化、分布式綜合管理，為煤礦安全生產管理提供保障。

數字化礦山建設具體目標

1. 加強底層設備自動化的建設

XX煤礦“數字化礦山”的建設采用技術領先、標準統一的千兆工業以太網網絡結構，集成全礦各個生產安全子系統的實時監控數據，完成生產系統的遠程集中監控，通過數據分析、數據整合，保證數據同企業管理決策信息系統無縫的連接，保證整個綜合自動化系統數據的有效性、一致性，實現不同業務和系統間能夠實時的交換和數據共享。

1. 加強井下感知物聯網和數據中心建設

提高底層監測設備和傳感器的可靠性，加大無線物聯網傳感器的應用，感知礦井各個地域的環境參數，實現設備的智能化在線檢測。

通過工業以太網、安全監測監控等采集的數據，根據信息化的標準要求，實現統一標準、統一存儲、統一管理，實現最大程度的數據共享。

2. 加強煤礦安全生產技術綜合管理系統建設

建設基于（2D＋3D）地理信息系統的生產技術管理系統。數字化礦山是一個典型的多部門、多專業、多層次管理的煤礦空間信息共享與Web協作應用平臺。煤礦空間數據應用涉及到地質測量、一通三防、生產調度、生產技術、礦井安全、安全監察、質量標準化和機電設備等專業數據的輸入、計算、統計、分析和輸出等多個生產專業部門環節上的信息，涉及面廣，更新快，由大量的圖形、圖像、屬性數據以及元數據構成。統一建設的地理信息系統平臺能夠實現多部門、多專業、多層次的數據共享。

3. 加強重大危險源預測預警和決策支持系統建設

由于XX煤礦地質構造復雜，危險源較多，應運用GIS技術、物聯網技術、數據庫技術、專家系統等開展煤礦井下水、火、瓦斯、頂板等重大危險源檢測、識別及預測預警，將煤礦井下各類危險源數據集成于同一平臺，基于WebGIS統一展示，實現重大危險的早期預測預警，以提高煤礦重大危險源預警能力，降低重大危險源事故發生率，進而提高煤礦整體安全管理水平。

4. 加強高精度三維透明化地質模型和三維可視化系統甚至虛擬礦井建設

構建包含各種復雜地質構造（正斷層、逆斷層、陷落柱、含水層、老窯區等）的高精度三維地質透明化模型，并實現基礎地測數據的動態更新。有效地支持大型數據庫和實時信息流通訊技術，集成安全監測、綜合自動化、通訊視頻等各類工業實時數據，構建礦井“采、掘、機、運、通”專業仿真模擬系統，實現全礦井“監測、管理、控制”的一體化，最終實現基于三維虛擬礦井平臺的網絡化、分布式綜合管理，為煤礦安全生產管理提供保障。

數字化礦山架構及建設模型

3.1 數字化礦山系統架構

數字化礦山需要統一的數據傳輸網絡、統一的數據倉庫、統一的2DGIS和三維管理及組態平臺、統一的管理平臺。

數字化礦山總體構架自下而上由六層組成，他們分別是：數據采集與執行層、數據傳輸層、數據存儲層、控制層、管理決策層、表現層。

集團數字化礦山的系統架構參見圖3-1所示。

圖3-1 數字化礦山總體架構

3.1.1數字化礦山統一的平臺或系統規劃

從數字化礦山建設的基礎層面，需要實現四個統一：

1. 統一的2DGIS、三維管理和組態軟件平臺

對“采、掘、機、運、通”整個安全生產流程空間數據和屬性數據的管理，采用統一的GIS、三維可視化或虛擬礦井平臺；對綜合自動化系統，采用統一的組態軟件平臺。

2. 統一的管理平臺

生產礦井運營管理、安全生產在線檢測管理、安全生產技術綜合管理、決策支持采用統一的管理平臺，實現數據礦山軟硬件系統的集成操作、分析和管理。

3. 統一的數據傳輸

除了瓦斯監測系統外（目前國家規定必須是專網），井上下企業管理、綜合自動化、在線檢測、安全生產技術綜合管理，采用統一的網絡進行傳輸。

4、統一的數據倉庫

生產礦井運營管理、綜合自動化、安全生產在線檢測管理、安全生產技術綜合管理、決策支持采用統一的數據倉庫，實現數據的共享。

從數字化礦山建設的應用層面，需要實現兩個統一，即安全生產運營管理平臺和安全生產執行控制平臺。

（1）安全生產運營管理平臺

通過GIS平臺以及對三維高精度透明化地質模型、設備模型的建模，實現對生產過程的數據進行實時集中監測，為生產運營提供生產技術綜合管理、安全生產決策支持管理等。

（2）安全生產執行控制平臺

按專業面向使用部門對相關關聯系統實現遠程集中控制。

3.1.2數字化礦山的六層架構

1. 數據采集與執行層

本層主要設備既是數據的采集者，也是決策執行信息的執行者，他包括三個層次的內容：

（1）安全生產井上下動態實時在線信息的采集。這里主要包括生產環境在線檢測系統（如水、火、瓦斯、頂板、人員定位等）、綜合自動化系統（如綜采工作面控制系統、膠帶機集控系統等）、其他生產指揮信息采集系統（井下工業電視系統等）。

（2）生產技術和運營管理數據的采集。這里主要包括非實時的生產數據，如鉆孔、地震、機電設備、通風阻力測定成果等等；運營管理的數據，如財務管理、運銷管理、人力資源管理等。

（3）執行控制層或管理決策層信息。通過管理決策層的分析、處理，其結果通過控制層、傳輸層達到執行層，完成對設備的控制、礦體的空間形態和屬性的動態修正。

2. 數據傳輸層

由工業以太網和企業管理網構成；是一個由有線和無線組成的全覆蓋網絡。

3. 數據存儲層

構建包括從數據采集、傳輸、存儲、分析、反饋、發布全過程的元數據標準和元數據庫；構建數字化礦山編碼體系和標準；完成安全生產分析和決策支持的知識庫和模型庫(如“水、火、瓦斯、頂板”決策支持模型庫)的組織和管理；完成在線檢測、綜合自動化、生產技術、經營信息的存儲和管理。

為此，需要建立礦用監控數據中心、礦用空間數據中心、礦用管理數據中心。

4. 系統控制層

包括對設備、礦體等的控制或動態修正。下面對部分內容進行闡述。

（1）原煤生產分控中心。實現對原煤系統，包括采掘工作面系統、井底配倉、綜采運輸順槽、采區大巷運輸、一水平東翼運輸膠帶、主斜井皮帶等系列原煤生產流程相關的子系統集中遠程控制；可獨立設置控制室。

（2）電力系統分控中心。實現對地面變電所、副井變電所，井下中央變電所、采區變電所等礦井動力相關的系統集中遠程控制；獨立設置控制室。

（3）機電分控中心。實現對井下主排水、礦井水處理、生活污水處理等與水處理有關的系統控制，實現對壓風機監控系統、熱交換站控制系統、副井提升監控系統等與機電有關的各類控制系統，可獨立設置控制室。

（4）通風分控中心。實現對主扇通風控制系統、人員定位系統、安全監控系統、火災束管監測系統、頂板壓力安全監測系統、礦燈房信息管理系統等與通風管理相關的系統集中控制和監測，除安全監控系統規程要求必須有獨立監控室外，其他集控可在調度中心實現遠程集中控制和監測。

（5）輔助監測中心。實現對架空人車監控系統、計量稱重系統、井下車輛監控系統、機房環境監測系統、機房門禁系統、工業電視系統等各類輔助監測系統的集中監測和控制。

（6）地測動態修正。執行對采掘工程平面圖或三維圖形的動態更新操作；根據最新的掘進、回采、物探、補探等信息，執行對三維高精度透明化地質模型進行動態修正的操作。

5. 管理決策層

包括四部分內容，即運營管理信息系統、生產技術綜合管理系統、三維綜合管理系統、決策支持系統。

（1）運營管理信息系統。基于企業管理網絡平臺和數據倉庫，實現對產、供、銷、人、財、物等辦公自動化的網絡化管理。

（2）生產技術綜合管理系統。實現對“采、掘、機、運、通”整個生產業務流程中地質、測量、水文、儲量、“一通三防”、采礦輔助設計、機電設計、設備選型等的完全信息化、網絡化管理。

（3）三維綜合管理系統。基于三維GIS或三維可視化系統或虛擬礦井平臺，實現數字化礦山主要管控過程的可視化展示、分析和操作。

（4）安全管理和決策支持系統。基于在線檢測系統、綜合自動化系統、知識庫和模型庫等，完成對危險源（水、火、瓦斯、頂板等）、作業環境、地質構造、設備故障等的動態分析和預測。

6. 表現層

通過網絡、固定或移動設備對煤礦多媒體信息進行發布和展示。

3.2系統建設的理論支撐和模型研究

XX煤礦數字化礦山系統是一個復雜的巨系統，不僅涉及先進的地理信息系統理論和技術方法，以解決動態處理煤礦生產信息的目的，而且涉及最新的智慧礦山技術以及大量的煤礦專業核心技術，只有研發、集成系列化的高新技術，才能實現XX煤礦的現代化建設，并為集團打造一個高科技的示范礦井，為全集團安保型礦井建設提供高科技支持。

3.2.1灰色地理信息系統的理論及技術

在地質勘探、礦山開采等領域，常常有這樣的現象。隨時間的推移，GIS處理的數據越來越多，GIS對空間對象的描述和表達趨于準確。在研究初始階段，如地質勘探初期，只能通過有限的采樣數據獲得對空間對象整體的猜想和控制，這種控制是對實際對象的近似和模擬。隨著時間不斷增長，通過各種途徑獲取的準確數據越來越多，空間對象的真實狀態也逐漸被揭示出來，控制越來越準確，認識越來越清晰。在研究最后階段，如露天開采中蓋層的剝離、地下開采中的工作面回采等，對空間對象達到完全準確或近似完全準確的控制。

由于數據獲取或各種限制因素，人們能夠獲得的已知信息不能滿足需要，只能通過有限的數據對空間對象進行整體猜想和控制，空間對象呈現灰色狀態。隨著時間推移，確定性信息不斷加入使得空間對象由灰色狀態不斷向白色狀態轉移，這種變化引起了GIS數據模型的局部或全部重構。我們提出灰色地理信息系統（Gray Geographic Information System，簡稱GGIS）的概念。GGIS能夠分析和處理灰色空間數據的時空變化，動態修正和快速更新空間對象的模型和圖形。目前國內外廣泛使用的地理信息系統都可劃分為白色或者是接近白色的地理信息系統，它們對空間對象的表達和處理時，認為獲取的空間對象的信息比較完全，不考慮信息缺少而產生的空間對象的灰色不確定性。綜上所述，GGIS作為研究具有灰色特征的空間對象的理論和技術，目前還是嶄新的研究領域，具有十分重要的科學研究價值。本文針對GGIS理論和技術中存在的概念、特點和研究體系等問題進行研究。

.1.2基于GIS的區域評判預警模型

煤礦重大危險源受多種條件綜合影響，主要包括地質背景條件（瓦斯地質、水文地質與構造地質）、煤層條件（煤塵與煤自燃）、各種動力作用（如降水量、底板突水或涌水）以及人類工程活動（開采掘進、放炮）等不同復雜因素所致。綜合研究相關因素在礦井區域災害中所發生的作用，分析其與礦井重大危險源的關系，進而建立預警預報體系十分重要。

1. 多元信息綜合應用

煤礦重大危險源主要是地質、水文、瓦斯、氣象等因素導致，建立“地質-水文-瓦斯-氣象”多元信息耦合的聯合隱患識別預警預報模型可提高煤礦重大危險源隱患識別的能力與效率，“地質-水文-瓦斯-氣象”聯合評判預警模型綜合了四個層次（即礦井地質區劃圖、礦井充水性圖、瓦斯區域分布圖、氣象數據及水文數據）的不同類型數據。礦井地質區劃圖主要包括斷層分布、陷落柱分布與水文地質等因素數據；礦井充水性圖主要包括采空積水區、小窯采空積水區、斷層防水煤柱、地表水體、物探水文異常區與水文長觀孔等因素數據；瓦斯資料數據包括揭煤巖巷掘進面高瓦斯區、高應力區掘進工作面高瓦斯區、瓦斯突出威脅區、瓦斯突出危險區以及實時監測瓦斯報警數據等；氣象資料數據主要從歷史雨量和預測雨量數據兩個方面來考慮，通過對雨量歷史記錄數據與已發生礦井重大危險源之間關系的研究得出地表水體對礦井重大危險源的影響，進而利用預測雨量來預警。通過綜合應用多元數據及其相關預警評判指標體系，并利用相關評判專業模型庫、方法庫實現礦井重大危險源評判預警。

2. 模型評判預警流程

在礦井重大危險源“水文-火-瓦斯-頂板”聯合評判預警模型的實現流程中，主要利用GIS強大的空間數據處理能力，可以方便快速的進行數據處理、評價指標體系構建、因子分析、空間數據量化及單災害因子成圖；基于GIS構建專業模型庫與方法庫，利用模型將不同的災害因子疊加分析形成危險性區劃圖；并利用GIS疊加氣象、人類活動等誘發因素進行實時評判預警分析，最終基于采掘工程平面圖的巷道布置實現礦井重大危險源隱患識別預警指導煤礦安全生產，同時可實現基于WebGIS發布評判預警分析結果。模型具體實現流程如圖3-43。

圖3-43 基于GIS的區域評判預警模型

3. 模型實現數據要求

基于GIS的區域評判預警模型建立和運行需要大量不同類型的數據資料，包括各類歷史資料圖件（如地形地質圖、構造地質分布圖、礦井充水性圖、礦井水文地質圖、瓦斯區域分布圖、水文相關曲線圖、降雨量資料、瓦斯歷史數據、采掘工程平面圖、可采煤層底板等高線圖）、礦井重大危險源實時監測數據等。基于GIS的區域評判預警模型是一個基于數據驅動的動態模型，是災害數據引發的應用模型。

基礎歷史數據：

（1）礦井重大危險源歷史數據（重大危險源的歷史記錄，如災害發生時間、地點、規模等）。

（2）礦井重大危險源隱患點分布圖（主要包括：揭煤巖巷掘進面、高瓦斯、高應力區掘進工作面、高瓦斯區、突出威脅區、突出危險區、采空積水區、小窯、采空積水區、老巷、斷層防水煤柱、地表水體、物探水文異常區、水文長觀孔、底板重點警戒區等隱患點）。

（3）礦井地形地質圖。

（4）礦井構造地質分布圖。

（5）礦井水文地質圖與礦井充水性圖。

（6）礦井水文相關曲線圖。

（7）礦井瓦斯地質圖、瓦斯等值線圖、瓦斯區域分布圖。

（8）礦井采掘工程平面圖、巷道布置圖。

（9）礦井地表水體分布。

（10）可采煤層底板等高線圖。

實時監測數據：

（1）礦井瓦斯歷史數據與實時監測數據。

（2）降雨量歷史數據與雨量監測數據。

（3）災害點歷史水文數據與實時水文監測數據。

（4）礦井頂板壓力監測實時數據。

4. 模型實現工作流程

基于GIS的區域隱患識別預警模型的具體實現流程主要包括原始數據處理，危險性預警區劃與模型庫構建，災害臨界判據的確定，動態數據獲取與評判預警模型運算及預警產品的制作。

原始數據處理：

（1）礦井重大危險源隱患點數據處理，主要是在相關專業圖件上展開礦井重大危險源隱患點成圖，不同類型的災害點按不同的符號表示出來，形成災害隱患點分布圖。

（2）災害背景因子數據處理，利用不同數據源獲得的數據按照建立的指標體系分別將其納入GIS格式的單因子圖層，一些因子圖層可在GIS中利用原始數據進行生成，比如依據斷層數據實現緩沖區分析，將其作為基礎因子（如圖3-44）實現導水斷層的水文地質災害隱患識別預警分析等。

圖3-44 基于GIS的斷層構造緩沖區分析示意圖

（3）災害因子分析，利用災害隱患點與評價指標體系建立空間分析，實現各個災害因子圖層與災害隱患點之間的評判關系，利用GIS中的空間分析功能實現災害隱患點圖層與各因子圖層的疊加分析（如圖3-45），并利用最短路徑分析或緩沖區確定災害隱患點存在災害的可能性，實現評判預警。

圖3-45 基于GIS的災害隱患點與災害因子的疊加分析示意圖

危險性區劃與模型庫建立：

根據瓦斯、水害等不同礦井重大危險源類型建立相應的專業模型庫，如瓦斯災害預測首先依據礦井地質條件和煤層賦存情況建立瓦斯地質區劃圖（含瓦斯突出危險區、瓦斯突出威脅區、高瓦斯區等），其次依據動態采掘信息、實時監控數據與相關瓦斯分區建立聯系并進行比較分析確定可采區或未來的可采區是否屬于瓦斯警備區、瓦斯報警區等。

評判預警判據的確定：

評判預警判據主要是根據礦井重大危險源因子評價指標體系的知識庫，如水害、瓦斯災害評價指標體系庫相關評價指標作為判據。

評判數據獲取：

評判數據主要包括歷史數據與實時動態數據。其中歷史數據主要來源于相關礦井空間數據庫中心，主要包括各類圖形數據、屬性數據與圖像數據等；實時監測數據通過監控硬件設備與系統獲取實時傳輸到監控數據中心，并發送到礦井空間數據庫中心實時提供給評判預警服務與應用。

評判預警模型運算與結果發布：

主要依據動態監控實時數據與區劃圖疊加，并利用GIS模型庫與空間分析方法參照災害因子評價指標體系在礦井重大危險源隱患點區劃圖上實現災害的評判預警，形成預警預報結果圖，最終可以采用不同形式進行發布。

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