东能源临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿 山东省菏泽市 274700
摘要:现如今,随着我国经济的快速发展,而煤炭行业是中国能源工业的重要支柱,其发展关乎中国的国计民生,而在现代化、数字化的21世纪,将新型技术引入到传统的煤炭开采行业中,对于提升煤矿开采效率有非常大的帮助。基于系统工程思想,设计了现代化的煤矿采掘工程可视化管理系统。该系统以AutoCAD为图形环境,通过与计算机技术的结合实现煤矿采掘作业的可视化操作和管理。期待研究成果能够为中国煤矿采掘行业的现代化改建提供参考。
关键词:煤矿采掘工程;动态可视化;管理理论;应用
引言
可视化管理是指利用IT技术,使管理者有效掌握管理对象的基本情况,实现管理上的透明化与可视化,使管理工作的即时性得到加强。动态可视化是可视化管理的一种模式,是指针对具备变化特征(非典型变化)的对象进行可视化管理的行为。煤矿采掘工程属于非典型变化的一种,在该工作中应用可视化管理理论,能够提升安全性、保证工作效率。
1系统设计的基本思路
煤矿采掘工程动态可视化管理系统的构建,主要是要做好工程衔接计划编制系统的设计,该系统在设计时所应用的核心技术是GIS技术。该系统设计的思路是:a)建立采掘工程空间表示模型,也就是将采掘工程通过数字化图形的形式表现出来;b)建立采掘工程属性表示模型,也就是将采掘工程通过数据的形式储存起来,其中包括采掘工程的空间位置属性和非空间位置属性;c)将空间信息模型和属性模型结合起来构建联系模型,即GIS模型,为实现对采掘工程的动态可视化管理奠定基础;d)设计基于GIS技术的采掘工程衔接计划编制系统,通过该系统可以实现对采掘工程衔接计划的数字化和可视化管理。
2煤矿采掘工程可视化管理系统图素集构建
所谓“图素集”,就是图形素材的集合,对于所设计的基于AutoCAD的自动化管理系统来说,要想实现对采矿环境图形的建模,就必须先构建图素集。
2.1工程图形的内容
根据煤矿采掘时接触到的图形环境,总结出的工程图形的内容有:a)地质构造,例如断层、塌陷的符号和采矿设备的符号。b)井田技术边界线,通常由矿业主管部门规划,用以区分采矿区与其他分区。c)回采区和丢煤区。回采区是用于标记煤矿回采的区域,该区要标明采矿厚度、开采方式和煤层倾角等参数,每个月的月末更新一次;丢煤区是负责丢弃煤渣的区域,要标明的参数有丢煤的原因和丢煤的类型、煤量,每次丢煤后给出。d)煤层邻近巷道,包括主巷道、斜巷巷道和交叉巷道。主巷道需标明的参数有巷道名称和工作面的具体位置及状况;斜巷巷道需标明倾斜角、倾斜方向和斜坡长度;交叉巷道需标明交叉点、轨面和底部高程数据。e)水准点和导线点。f)钻孔和勘探区,标明煤层的位置和埋藏情况。g)危险高发区,例如火灾区、积水区、瓦斯区等,需标明该区域的具体状况。h)建筑物,例如铁路、居民楼、工厂等。通过将以上图素信息转化为AutoCAD中的各种符号,实现对采矿环境的三维建模和绘图,并以此为基础实现对采矿方案工程图的制作。
2.2工程图形的特点
采矿工程也有工程图纸,但采矿工程图纸与其他建筑工程图纸不同,其具有以下3个特点:a)通过各种符号反映采矿环境的空间形态及其在三维空间中的位置,以坐标的形式表现。b)图纸中有大量的图例,图例的选择一般由制图人员决定,并无统一标准(建筑工程图纸的各种图例均有统一标准)。c)图纸中有各种分界线,通过分界线实现对各种采矿环境的划分,采矿图纸中的分界线表示的是矿物采掘的空间规划,因此非常重要。
采矿图纸对分界线的要求非常严格,图纸中的分界线不但要有高精度,还必须是光滑曲线,不光滑的曲线容易造成对边界的误解。正因为以上特点,采矿工程图纸的绘制工作比其他建筑行业图纸的绘制更为困难。
2.3采掘工程GIS模型
采掘工程数据结构模型和采掘工程图形图素模型结合起来构建采掘工程GIS模型,从而实现对采掘工程的动态可视化管理。具体建设流程如下:在进行煤矿资源采掘之前先要制订采掘计划,该计划中应该包括采掘现场的地形、地貌等地质条件信息,还要了解煤层的高度、容量,并对煤层进行编号。同时工程师需要了解采掘区和工作面的位置,了解采掘计划编制前关于人员、设备等的配置,然后确定采掘工作的时间和工作面的位置。因为在进行工程数据结构模型构建中主要采用二维建模的方式,所以在采掘工程的平面图上先绘制出采掘的开采区域,然后以图素的形式存储起来,用户访问的时候可以执行修改、删除和隐藏等操作。比如在执行煤层容量计算命令的时候,系统会要求用户选择一个多边形开采区域的图素,然后弹出对话框提示用户输入该采掘区域的开采计划参数,输入之后系统会将该采掘区域煤层的容量和煤层的高度等信息显示出来,最后用户可将与开采有关的计划信息以属性形式存放在该开采的多边形中。采掘工程的属性之所以被存储在多边形图素中,一方面,是因为以属性的性质保存起来后,可以降低传统软件存储技术、经济信息和矿山模型等的难度,减少了数据的存储量;另一方面,该存储形式在对系统进行维护管理时也比较方便。总之,采掘工程的平面图形信息和属性数据信息通过GIS数据库实现统一集中化管理,在对采掘工程进行管理时可以通过GIS数据库展示出来,并能随时查询工程采掘的动态信息,实现对工程的动态管理,及时发现采掘工程中出现的问题并调整纠正。
3煤矿采掘工程动态可视化管理应用
3.1选取合理的约束条件
动态可视化管理应用的基础之一是具备管理价值的约束条件,也即线性约束条件,要求根据煤矿具体情况选取需要重视的要素,应用拓扑学方式进行罗列,再应用权重系数分析法将各元素进行排名,分别建立约束模型并应用到智能系统中,满足动态可视化管理要求。如针对矿井内部温度的监测,建立约束条件为温度,临界值为24℃,危险值为27℃,在该条件下,当矿井温度超过24℃时,智能系统发出警报,并将所获信息展示给管理人员,管理人员则针对问题情况进行具体调查,了解温度升高的原因,针对原因类型给予快速处理。处理完成后,智能系统继续收集温度信息,并给予展示,如果问题得到解决,管理人员可以通过可视化信息了解该情况,反之则继续进行处理,直到问题排除。
3.2通信技术和数字化技术的应用
智能系统的核心支持技术除了自动化技术外、传感器技术、集成技术外,还包括通信技术和数字化技术。通信技术主要负责将智能系统采集的信息传输给数字化设备,数字化技术则加工通信技术传输的信息,给予完整地呈现。系统在标准情况下的工作流程为:传感器(含接触式和非接触式两种)的信息收集、通信技术传递、智能设备(一般为单片机)识别、数字化技术展示。
结语
煤矿开采行业是保障中国国计民生的重要行业,因此研发了基于现代可视化技术的煤矿采掘作业管理系统。该系统的学习成本低,界面简单易操作,可实现平面图录入、剖面图管理、数据管理、图形设计、安全控制和三维建模。期待所开发的可视化管理系统能够为提升中国煤矿采掘行业的效率贡献一份力量。
参考文献:
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