三维可视化在煤矿安全中的研究与应用.pdf
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1、三维可视化在煤矿安全中的研究与应用刘洋(国能数智科技开发【北京】有限公司,北京1 0 0 0 1 0)摘要:煤矿安全是国家能源安全的重要保障,对国家经济的建设与发展有着极为重要的影响,因此国家对于煤矿开采的安全性有着极高的要求。当前,随着科学技术的不断发展和进步,煤矿开采技术也取得了一定程度的提升和改进。智能化、信息化不断发展,与煤矿生产相互融合,使煤矿的科学发展开始大步前进,近些年煤矿三维可视化、智能化尤为突出。本文主要介绍三维可视化在煤矿安全中的应用。关键词:煤矿;安全生产;三维可视化;应用中图分类号:F406.3;TD67文献标识码:B文章编号:1 0 0 8-0 1 55(2 0 2
2、3)1 0-0 1 0 3-0 3三维可视化是将计算机三维技术运用于煤矿生产领域的一种新兴技术,以丰富的资源信息和逼真的效果模拟为基础,实现对煤矿生产、安全等各方面场景的构建和交互。通过引人三维可视化技术,实现在虚拟场景中对井下采掘、通风、机电、运输等重要环节进行三维可视化仿真分析研究和模拟训练,为煤矿的安全作业、灾害的防治预警、调度应急指挥等方面提供信息支撑。煤矿生产涉及诸多学科,如采掘、运输、通风、机电、应急指挥、调度、安全管理等1 1 个专业。各煤矿的生产都十分关注煤矿的安全生产管理,随着近些年计算机技术的不断发展,三维可视化也逐步开始应用到煤矿的安全生产中,并取得了不错的效果。三维可视
3、化技术可以构建虚拟现实场景,能够对矿井的空间环境和生产设备及设施进行模拟展示,对井下作业人员进行定位及可视化管理,通过安全规范的培训及煤矿应急预案等方式,提高煤矿工作人员的安全意识和处理突发事件的能力。通过虚拟现实技术将生产作业的全过程展示在用户面前,利用交互功能将生产过程中涉及的各个要素连接起来,并通过一定的算法将各种信息联动融合,从而实现对煤矿安全生产的可视化管理。三维可视化技术能够直观、立体地展示井下各种道的布置情况,便于管理者对不同道施工进度和施工情况进行全方位的监督和管理,同时也为管理者提供了决策依据,能够及时发现作业过程中存在的问题并予以整改,避免生产事故的发生。煤矿的安全生产需要
4、有可靠的数据支撑系统和预警机制。三维可视化技术能够将煤矿的生产情况以数据形式展现出来,加以数据的分析判断,为管理层及生产层提供可靠的信息保障。在煤矿的生产过程中,要想实现有效的安全防范与保障,必须保证现场环境和信息的真实可靠,才能为安全生产提供必要的支撑。1三维可视化在煤矿安全生产管理中的应用现状煤矿安全事故时有发生,安全生产问题始终是煤矿发展过程中面临的最大难题。早期为应对煤矿的安全问题,大部分煤矿通过现场巡查以及日常监管的方式,排查安全隐患。通过分析国内外煤矿安全事故的成因以及应急处理方式,对煤矿的管理人员、井下的实施人员进行安全常规培训,这种方式虽有一定成效,但效率低下。近年来,互联网技
5、术的兴起,使诸多的煤矿安全系统在煤矿安全管理中得以应用,但存在的问题颇多。例如,应用于煤矿安全生产的管理系统较多,各系统采集数据的种类繁多,系统数据的标准、度量方式等不尽相同,且涉及的领域较为广泛,如测量、采掘、机电、运输、通风等。各业务系统之间独立运行,造成了各信息系统的信息孤岛;多数系统数据采用人工方式进行数据的处理、归类,造成生产效率低下、易出现差错及数据造假等问题,不利于管理层对煤矿安全生产隐患的筛查与管理 1-3随着计算机网络技术的发展和煤矿安全管理需求的提升,数字化、智能化逐渐成为煤炭企业提高管理水平和经济效益的重要手段。三维可视化技术逐步应用于煤矿的安全生产领域,为实现井下安全、
6、高效的生产提供了更好的基础。通过应用三维可视化技术,可以全面了解地质状况、构造特征、生产系统的详细情况。特别是对于煤矿的开采环境,能实现对整个煤矿生产过程直观、动态、全方位的展示,对于煤矿安全隐患的排查、确认隐患的位置、整改留痕方面有着重要意义。三维可视化平台通过对井下采掘工作面全方位、无死103角的实时监控,利用平台直观展现工作面各主要设备的运行情况,对设备故障的排查、井下安全操作的监控、故障的分析等方面提供可靠的保障。对可视化平台所采集的数据进行自动化、可视化的处理,配套平台推演算法、煤矿灾害预警及应急预案,在灾害即将发生和发生后的第一时间做出预测和反应。煤矿数据传统共享方式如图1 所示。
7、通风系统机电管理系统地测管理系统人员定位系统危险源管理系统通风数据机电数据地测数据人员定位危险源数据图1 煤矿数据传统共享方式2三维可视化在煤矿安全生产管理中的应用2.1智能安全实时监测煤矿生产中的安全监测三维可视化,是对煤矿进行整体实时的监测,通过对监测数据的采集、分析和处理,及时发现异常信息,采取相应的安全措施,防止事故发生。从煤矿现场实时监测的数据中获得信息,主要来自实时监控系统、安全监测系统、人员定位系统、矿压在线监测系统等。通过对不同类型的系统数据进行阈值设定,设定报警机制及应急预案,对提升安全生产的效率及安全意识有着重要意义。人员定位系统通过利用UWB定位技术对井下人员开展定位、追
8、踪,发生井下危险事故时,地面人员可以通过人员定位技术对被困人员开展救援;矿压系统可以通过顶板、液压支柱等数据监测和模拟数据预测,对井下的安全事故提前预警。煤矿危险源的分类结构如图2 所示 4瓦斯、粉尘、危险物质气体、水顶板冒顶、顶板松软、冲击地压矿井危险源设备损坏、漏设备设施电过载、保护失效人员疏忽、技人为因素术不熟、安全决策失误、操作不规范图2 煤矿危险源的分类结构安全监测系统通过获取数值输人系统数据库,将数据的状态、趋势以曲线或图形方式显示。利用监测点获取的数据进行统计及分析,从中寻找和分析变化的规律,推演发展情况。研究对象一定时间内的数据变动过程,对系统设定的运行逻辑,进行数据分析。例1
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