一种煤矿采掘数字化管理系统

摘要

本发明涉及一种煤矿采掘信息化管理系统，尤其是一种煤矿采掘数字化管理系统。该系统包括井下采掘进度信息协同在线子系统、井下瓦斯抽放工程信息子系统、井下底板注浆改造工程信息子系统及地表建筑物情况信息子系统；其中，井下采掘进度信息协同在线子系统由基础层、传输层及应用层组成。本发明架构简单、功能实现方便快捷，该系统可以即时显示采掘信息的时空制约关系，为矿井的计划管理、生产决策及技术管理提供了准确、及时的参考，对矿井科学、合理的组织生产发挥了巨大的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿采掘信息化管理系统，尤其是一种煤矿采掘数字化管理系统。

背景技术

煤矿采掘工程平面图是反映煤层内巷道布置和回采情况的图纸，其也是煤矿开采工程的最基本图纸。一般情况下，煤矿采掘工程平面图反映的矿井信息包含有一对立井、水平运输大巷和采区石门，石门进入煤层以后，即沿煤层掘进煤层运输巷、采区上山和回风巷等，然后开掘开切眼构成回采工作面，即可进行采煤。

现有的采煤工程平面图常常根据采掘进度和采掘区域信息用计算机辅助设计软件AutoCAD进行绘制，各个采掘工程项目并不能及时交互的反映到整个煤矿区域的采掘工程平面图之上，而且现有的采煤工程平面图不能够动态的监控整个矿区采掘进度的情况，因此，利用现有的采煤工程平面图进行采掘进度和采掘区域管理不能够使得技术管理人员动态掌握采掘活动的全面信息，做不到对煤矿各个工作区域合理安全地组织管理，进而也不能对矿井的计划管理及计划决策提供科学有利的技术支持。

井上下对照图是反映井下采掘工程与地表的地形地物关系的图件，利用该图可以了解到地面地形、地物及其与井下巷道工程、采区、采面的相互关系，便于地面建设和地下开采的规划和设计，也可以确定井下开采深度与岩层移动所引起的地表影响范围，解决铁路、建筑物和水体下采煤问题，还可以用于解决矿井防排水设施和其他问题，可供地质、测量、设计和采掘等部门使用。井上下对照图是以井田地形图为底图，利用采掘工程测量资料填绘各开采水平的主要巷道和采掘范围，它是矿井的必备图件，主要用于地下工程部署与地面地形、地物的对应，使设计人员和管理人员掌握地下工程的设计和开拓对地面地物的影响，以便采取相应的技术措施。

现有的井上下对照图是通过航拍图片制作的，随着人口的聚集程度及建筑物分布状况的变化，在设计采煤工作面时，需要充分考虑这些情况，以免采动后造成地表沉陷、地面重要建筑物受到影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种煤矿采掘数字化管理系统，该系统采用人机交互及网络共享技术，对矿井地面子系统和井下子系统的技术信息进行实时有效的计划管理，为煤矿生产决策提供准确、及时的参考资料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种煤矿采掘数字化管理系统，该系统包括井下采掘进度信息协同在线子系统、井下瓦斯抽放工程信息子系统、井下底板注浆改造工程信息子系统及地表建筑物情况信息子系统；

其中，井下采掘进度信息协同在线子系统由基础层、传输层及应用层组成，所述的基础层包括基本图元、进度和生产信息，它是收集基础信息的载体，该基础层包括收集井下每个采掘工作面的巷道轮廓设计信息，根据采掘施工进度以及生产情况收集相应巷道的采掘进度信息，进而实时的将采掘进度反映在采掘工程平面图上；

所述的传输层用于将基础层的基础数据、图形通过互联网路传输，共享给所有用户；

所述的应用层对传输层共享的基础层信息进行查看、查询生产进度信息，从而掌握生产布局，安排采掘进度；

所述的井下瓦斯抽放工程信息子系统用于记录井下瓦斯抽放工程信息，包括井下采掘工作面瓦斯抽放钻孔施工情况、井下采掘工作面瓦斯抽放管路施工信息，为井下瓦斯抽放工程的布局和调控提供指导；

所述的井下底板注浆改造工程信息子系统用于收集井下底板注浆改造工程信息，包括巷道开挖工程信息，巷道开挖工程信息为巷道底板岩层的注浆操作提供了技术信息的支持，既为避免二次开挖底板反拱，又解决了注浆施工与掘进工作面施工相互影响；

所述的地表建筑物情况信息子系统建立了矿井井上下对照卫星图，利用该卫星图可指导矿井工程实践，所述的矿井井上下对照卫星图可以精确测量建筑物距离综采工作面的距离，可确定矿井工作面顺槽及切眼位置，而且还可以动态监控地表建筑。

进一步，所述的基础层包括建立每个采掘工作面的CAD文件，文件中包含基本的设计巷道轮廓，各个采掘对每天将施工进度、生产情况标注到对应采掘工作面的CAD文件中，标注内容包括时间、通尺及地质构造，从而可查看采掘进度计划的完成情况，为制定采掘计划提供依据；

进一步，所述的传输层主要是通过金山快盘软件和互联网实现用户之间的数据同步共享。

进一步，所述的应用层是为了能够集中展现井下采掘工作面的状况，通过CAD外部参照功能将各个采掘工作面进度的CAD子图形和整个采掘工程平面图CAD主图形集中在一起，在外部参照的过程中，子图形与主图形保持固定的位置关系和比例关系，子图形修改能够同步到主图形中；

进一步，所述的地表建筑物情况信息子系统通过获取免费的GoogleEarth数据，利用PHOTOSHOP、AUTOCAD免费软件进行数据处理，形成一张矿井井上下对照卫星图；

进一步，所述的地表建筑物情况信息子系统中矿井井上下对照卫星图的实现方法步骤如下所示：

第一步：查看。首先查看GoogleEarth数据对矿井所在区域的地表建筑物的清晰程度，并且辨别其它建筑物、河流、桥梁及铁路是否清晰可辨，使用更新版本或在线版本的GoogleEarth数据；

第二步：收集免费的数据信息。打开GOOGLEEARTH地图软件，将扫描格式调节至卫星扫描，然后将观看形式调至距离地表200m高空的观看距离，最后通过截屏的方式将煤矿地表地貌的图片进行逐个下载保存；

第三步：利用PHOTOSHOP软件将所有图片合为一张地表全貌图。打开PHOTOSHOP软件，将图片导入PHOTOSHOP操作界面，同时在每张相邻的图片上设置对齐线，采用裁剪命令将图片上多余的部分裁剪掉，然后采用轻移命令将相邻图片衔接到一起；然后再利用分层管理命令，快速连续点击图层隐藏按钮，检测图片位置是否完全精确连接，控制精度可以达到1个像素；最后将合成完毕的全貌图导出为一张成果图；

第四步：井上下对照。利用AUTOCAD软件将矿井井下巷道布置图与地表全貌图合并为一体。首先将地表全貌图至于底层，然后参照主要河流或道路的长宽利用缩放命令将图片缩放至与矿井井下巷道布置图相一致的比例，最后参照主副井将两者合为一体；

第五步：精度验证。通过矿井井上下对照卫星图上地表典型建筑物如井筒、路的交岔口、河流交岔口，与航拍图进行验证，确保其精度在2m以内，以满足工程使用需要。

本发明相比现有技术的有益效果：

本发明架构简单、功能实现方便快捷，该系统可以即时显示采掘信息的时空制约关系，为矿井的计划管理、生产决策及技术管理提供了准确、及时的参考，对矿井科学、合理的的组织生产发挥了巨大的作用。具体有益效果为：

（1）经济效益：井下子系统提高了采掘信息的传递速度3倍以上，节省了人工沟通900个/年以上，价值18万元，该系统提高了生产决策的准确性和科学性，确保采掘队伍的合理布局和生产接替的顺利衔接；

地面子系统实建立了井上下卫星图，在不需现场入户的情况下，准确地确定最新的地表重要建筑物的位置状况，合理的确定保护煤柱范围。

（2）社会效益：该系统实现了动态掌握采掘活动中各因素之间相互制约关系，做到科学合理地组织安全生产，保证矿井安全可持续发展，对矿井的计划管理、生产决策提供有力支持，提高了及时性和准确性；而且实现了信息分权限共享，提高了不同专业人员的信息量，提高了矿井工程技术人员综合能力，减小了专业隔阂，促进了工程技术人员队伍建设，为矿井的长远发展储备人才资源。

（3）应用前景：该系统为打造数字矿山提供一个新的平台，通过计算机和网络共享技术让生产信息发挥更大的作用，值得在全国矿井推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，一种煤矿采掘数字化管理系统1，该系统包括井下采掘进度信息协同在线子系统2、井下瓦斯抽放工程信息子系统3、井下底板注浆改造工程信息子系统4及地表建筑物情况信息子系统5；

其中，井下采掘进度信息协同在线子系统2由基础层6、传输层7及应用层8组成，所述的基础层6包括基本图元、进度和生产信息，它是收集基础信息的载体，该基础层包括收集井下每个采掘工作面的巷道轮廓设计信息，根据采掘施工进度以及生产情况收集相应巷道的采掘进度信息，进而实时的将采掘进度反映在采掘工程平面图上；

所述的传输层7用于将基础层6的基础数据、图形通过互联网路传输，共享给所有用户；

所述的应用层8对传输层7共享的基础层6信息进行查看、查询生产进度信息，从而掌握生产布局，安排采掘进度；

所述的井下瓦斯抽放工程信息子系统3用于记录井下瓦斯抽放工程信息，包括井下采掘工作面瓦斯抽放钻孔施工情况、井下采掘工作面瓦斯抽放管路施工信息，为井下瓦斯抽放工程的布局和调控提供指导；

所述的井下底板注浆改造工程信息子系统4用于收集井下底板注浆改造工程信息，包括巷道开挖工程信息，巷道开挖工程信息为巷道底板岩层的注浆操作提供了技术信息的支持，既为避免二次开挖底板反拱，又解决了注浆施工与掘进工作面施工相互影响；

所述的地表建筑物情况信息子系统5建立了矿井井上下对照卫星图，利用该卫星图可指导矿井工程实践，所述的矿井井上下对照卫星图可以精确测量建筑物距离综采工作面的距离，可确定矿井工作面顺槽及切眼位置，而且还可以动态监控地表建筑。

在上述的实施例所述技术方案的基础上，优选地，所述的基础层6包括建立每个采掘工作面的CAD文件，文件中包含基本的设计巷道轮廓，各个采掘对每天将施工进度、生产情况标注到对应采掘工作面的CAD文件中，标注内容包括时间、通尺及地质构造，从而可查看采掘进度计划的完成情况，为制定采掘计划提供依据；

所述的传输层7主要是通过金山快盘软件和互联网实现用户之间的数据同步共享；

所述的应用层8是为了能够集中展现井下采掘工作面的状况，通过CAD外部参照功能将各个采掘工作面进度的CAD子图形和整个采掘工程平面图CAD主图形集中在一起，在外部参照的过程中，子图形与主图形保持固定的位置关系和比例关系，子图形修改能够同步到主图形中；

优选地，所述的地表建筑物情况信息子系统5通过获取免费的GoogleEarth数据，利用PHOTOSHOP、AUTOCAD免费软件进行数据处理，形成一张矿井井上下对照卫星图；

优选地，所述的地表建筑物情况信息子系统5中矿井井上下对照卫星图的实现方法步骤如下所示：

第一步：查看。首先查看GoogleEarth数据对矿井所在区域的地表建筑物的清晰程度，并且辨别其它建筑物、河流、桥梁及铁路是否清晰可辨，使用更新版本或在线版本的GoogleEarth数据；

第二步：收集免费的数据信息。打开GOOGLEEARTH地图软件，将扫描格式调节至卫星扫描，然后将观看形式调至距离地表200m高空的观看距离，最后通过截屏的方式将煤矿地表地貌的图片进行逐个下载保存；

第三步：利用PHOTOSHOP软件将所有图片合为一张地表全貌图。打开PHOTOSHOP软件，将图片导入PHOTOSHOP操作界面，同时在每张相邻的图片上设置对齐线，采用裁剪命令将图片上多余的部分裁剪掉，然后采用轻移命令将相邻图片衔接到一起；然后再利用分层管理命令，快速连续点击图层隐藏按钮，检测图片位置是否完全精确连接，控制精度可以达到1个像素；最后将合成完毕的全貌图导出为一张成果图；

第四步：井上下对照。利用AUTOCAD软件将矿井井下巷道布置图与地表全貌图合并为一体。首先将地表全貌图至于底层，然后参照主要河流或道路的长宽利用缩放命令将图片缩放至与矿井井下巷道布置图相一致的比例，最后参照主副井将两者合为一体；

第五步：精度验证。通过矿井井上下对照卫星图上地表典型建筑物如井筒、路的交岔口、河流交岔口，与航拍图进行验证，确保其精度在2m以内，以满足工程使用需要。

根据所述的地表建筑物情况信息子系统5中矿井井上下对照卫星图的实现方法可知，在不需现场入户的情况下，准确地确定最新的地表重要建筑物的位置等状况，合理的确定保护煤柱范围，在对拉工作面的切眼位置过程中，多圈出煤炭资源8.6万吨，价值4300万以上；还可足不出户地完成了32.7万㎡地表积水区的测绘，节省工时10天以上，节省人工费4000元以上。

本发明的主要特点：

（1）通过参照功能实现工作面子图形传输到主图形中，采掘信息在采掘工程平面图上实现了集中显示，使采掘信息的空间属性得以表现，并可以被技术管理人员快速掌握。

（2）通过网络共享功能，实现了采掘信息的即时传递，节省了汇报、沟通时间，大幅提高了效率，便于各层技术管理人员动态掌握采掘活动中各因素的之间的相互制约关系，做到科学合理地组织安全生产，保证矿井安全可持续发展，对矿井的计划管理、生产决策提供有力支持，提高及时性、准确性。

（3）通过软件建立了一张免费的、清晰的、误差小于2m的矿井井上下对照卫星图，可用于指导矿井工程实践，可节省航拍费用70万元。

（4）通过矿井井上下对照卫星图可以精确测量建筑物距离综采工作面的距离，从而更加准确的确定各工作面顺槽及切眼的位置，在保证需要保护建筑物安全的前提下增加回收煤量，避免产生纠纷，也可以动态监控地表建筑，防止对矿井采掘接替造成的突然的、重大的影响。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。