卢新明-数字矿山专题讲座

1数字矿山专题讲座山东蓝光软件有限公司卢新明教授、博导、总工程师一、“数字矿山”的定义“数字矿山”是在统一的时间和空间框架下,通过数字化和三维建模,实现矿山地上地下所有对象的可视化透明管理；可通过采掘过程的仿真模拟，实现各种灾害的超前预警，避免灾害的发生，达到本质安全；可通过精细化管理，实现企业资源的最佳利用，降低生产经营成本，达到高产高效；最终目标是实现采矿过程的可视化、自动化、智能化以至无人化。二、“数字矿山”的特征1、从散乱数据到规范的信息集成。2、从内容的不可见到透明管理。3、从危险源的不可知到超前预警。4、从结果的不可控到智能控制。三、“数字矿山”的主要内容1、安全生产监测监控要实现“数字矿山”，建立一套完善的数据采集系统是必要的，该主要用于实时采集生产矿井的进尺、产量、微震、水文、瓦斯、2粉尘、矿压、火区、视频、人员位置和设备状态等信息，并可通过可视化图表和声光报警的方式在计算机屏幕上显示正常生产和灾变时期的各种信息，数据采集系统是决策人员和决策系统的眼睛和耳朵。例如：通过瓦斯监测系统，人们可以在地面监测室、甚至与互联网连接的任何一台计算机上看到各矿任一个瓦斯探头所在位置的瓦斯浓度及其变化情况，也通过历史数据和分析图表了解瓦斯涌出量的变化规律，出现异常时系统还可以进行声光报警，也可以通过手机短信及时告诉每一位相关人员。2、工业自动化系统最能体现“数字矿山”生产效益的就是工业自动化系统，该系统主要用于采煤掘进、运输提升、通风防尘、压风和注浆、输配电和防排水以及瓦斯抽放等环节的自动化和无人化，主要包括电力自动化系统、采掘自动化系统、运输自动化系统、提升自动化系统、供排水自动化系统、压风自动化系统、注浆自动化系统、瓦斯抽放自动化系统、通风防尘自动化系统、均压灭火自动化系统、空调降温自动化系统等，不论哪个系统，只要实现了自动，不仅可以大幅度降低人的劳动强度，提高生产效率，更重要的通过无人化达到真正的本质安全。例如：通过运输提升自动化系统，不仅可实现运输提升各环节的自动配合，避免各转载点和煤仓的衔接失调和堵塞，同时在发生灾变是可自动采取灾变控制措施，例如当皮带撕裂时可及时刹车，当皮带着火时可择时择地启动灭火装置进行灭火。33、矿山数据仓库和矿山地理信息系统矿山数据仓库是利用数字化的手段，通过大型网络技术和数据库技术，把矿山的所有资源数据（地质数据、测量数据、生产数据、经营数据、实时监测和人工采集数据、图形数据和多媒体数据等）进行规范化后存入到相应的数据库中，并提供快速查询和调用功能，为各种应用提供信息服务。众所周知，矿山的所有信息不仅严格依附于三维空间的地理位置，而且随着采掘工作面的推进，包括地质体、井巷工程、生产设备、作业人员和各种危险源等所有对象的位置和状态都在随着时间的变化而变化，也就是四维地理信息系统。矿山四维地理信息系统就是挖掘“数据仓库”信息，通过可视化的方法，随时把矿山地上地下的对象真实直观地在计算机或调度大屏幕上显示出来，为采矿设计、地质建模和分析、一通三防、矿井供电、给排水、运输提升等提供一整套支持工具，便于分析和管理。矿山数据仓库和矿山地理信息系统是建立“数字矿山”的重要基础。4、灾害预警和安全管理大家都知道，无论是有人采矿还是无人采矿，避免灾害的发生是采矿工程的首要任务，一旦建成了“数字矿山”，不仅可实现矿山地上地下的透明管理，更重要得是可以利用“数字矿山”管理的可视性、信息的及时性、计算的快速性和决策的智能性，可提前发现各种安全隐患，并对其发展趋势、灾变过程和影响程度进行仿真和4模拟，提供出科学合理的避灾和救灾方案。矿山安全管理的内容很多，由于时间关系，这里只概括讲一下三项有代表性的内容：（1）五大灾害的仿真和预警冲击地压分析计算、灾变过程仿真和预警。瓦斯灾害分析计算、灾害过程仿真和预警。突透水灾分析计算、水灾过程仿真和预警。煤尘爆炸分析计算、爆炸过程仿真和预警。矿井火灾分析计算、灾变过程仿真和预警。例如：通过突水透水分析计算和突水过程仿真，就可知道井下有哪些突水点、是由哪些突水水源通过哪些导水通道形成突水的，突水量和突水速度应该是多少，如果排水不及时淹井过程应该是什么样的；知道了这些就可提前采取措施避免突水灾害的发生，如果真的发生了底板突水，也可利用四维地理信息系统和现代通讯技术保证人员的安全撤离和防排水工作的顺利进行。（2）数字安全评价体系除了上述五大灾害的分析仿真和预警外，必须要建立一个完整的《数字安全评价体系》，该评价体系应包括完整的事故树分析模型库、安全评价模型库和危险源辩识模型库，主要解决煤矿安全检查指标的完备性问题，安全检查的易操作性问题，安全评价的定量化和危险源辩识、隐患排查的科学化问题。（3）应急预案和应急指挥众所周知，目前所有矿山企业和有关管理部门的应急预案都是5靠人工经验预先编制好印成书或存放在计算机中的，没有健全的启动机制，一旦真正的发生了灾变，不仅不能实现快速反应，既是启动了应急预案，也不能保证现场情况和应急预案的一致性。事实上除了管理机构、组织方式和启动程序可以分时段地在应急预案中指定外，其它内容基本上都是不确定的，因此，新一代应急指挥系统必须能够根据四维地理信息系统和灾变过程仿真结果自动建立应急预案，有了该功能才能结合监测监控和现代通讯技术在救灾时达到实时指挥调度，避免人为失误和反映过慢的问题。5、矿山资源优化（ERP）系统“数字矿山”不仅是生产和安全，虽然矿山生产，安全为天，但实现“数字矿山”的真正目的还是效益的最大化。因此，要实现真正的“数字矿山”，建立一套完整的、符合采矿行业的矿山资源优化（ERP）系统也是必要的，矿山资源优化（ERP）系统主要包括《人力资源管理》、《设备管理》、《物资管理》、《运销管理》、《财务管理》、《成本管理》和《办公自动化》等。6、指挥调度系统数字矿山建设的最终目标不仅是数字化有关采矿活动的一切内容，提供完善的信息支持，更重要的是实现生产、安全、调度、经营和工业自动化的无缝集成和动态联动，达到企业资源的最优利用和安全生产决策指挥的快速响应，建造高产高效的本质安全型矿井，创造和谐的生产环境。四、山东省“数字矿山”的建设现状及优势6几年来，在省政府和相关厅局的大力支持下，山东的“数字矿山”一直走在全国的前列，各大集团公司都建立了基础网络平台，都不同程度地实现了工业自动化，特别是兖州矿业集团率先进行了完整的地理信息系统建设，新矿集团实现通风地理信息系统并和安全监控系统进行了无缝连接，兴隆庄煤矿的国家数字矿山示范矿建设正在实施，临矿集团王楼煤矿的山东省数字矿山示范矿建设已经启动，这都为我省进一步开展数字矿山建设奠定了良好的基础。山东省“数字矿山”的建设的三大优势:1、省政府和有关厅局的高度重视和大力支持。2、有全国最先进的“数字矿山”技术提供和服务商。3、矿山企业先进的管理理念和对“数字矿山”深刻的理解。五、建设“数字矿山”的意义通过“数字矿山”建设可以实现：1、各种灾害的超前预警和远程调度，有效避免灾害的发生。2、矿山生产的高度自动化和智能化，达到减人提效、降低劳动强度、避免人身伤亡。3、矿山管理的精细化和柔性化，达到各种资源最优利用和效益最大化。4、矿山环境的有效保护和再造，建立绿色矿山。7山东省煤化工发展现状与前景山东科技大学田原宇教授一、煤化工的内涵及特点煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。传统的煤化工内容包括煤的气化、液化、焦化及焦油加工、电石乙炔化工等。现代煤化工技术是指以煤气化为龙头，以一碳化学为基础，合成各种燃料油和化工产品的煤炭洁净利用技术。现代煤化工技术特点：1、基础研究多学科(物理学、化学、生物学、地质学、岩石学等)。2、工程开发多技术(化工、热工、环工、材料等)。3、工业生产多投资(技术密集、经济生产规模大)。二、煤化工的新发展——煤电化多联产由于煤的类型、煤阶和成煤条件的不同，造成了的煤的性质不同，从而决定了煤的利用模式也不相不同，结果其利用效率差别巨大。例如用煤炭发电，其利用效率为40%左右；年轻高挥发分的煤炭直接液化生产车用燃料，其利用效率不超过58%；煤炭焦化，其利用效率为85%左右，但仅局限于数量不多的焦煤。煤的多联产就是将煤的多种利用途径进行耦合、集成和优化，生产多种化工产品和动力，提高煤的利用效率。例如煤炭气化产生的合8成气经过净化后，先用于合成甲醇，合成尾气用于发电的多联产，其甲醇合成部分的煤利用效率为54%，尾气发电部分的煤利用效率为45%；，全过程的综合煤利用效率为60%。循环经济型的煤电化多联产的主要特征：1、根据煤的性质通过不同手段科学合理地利用。2、有效组分的最大利用和工程能量的最小消耗。3、煤炭利用前采用先进技术，经济地、最大程度地脱除煤中污染物或污染组分(例如干法选煤）。4、注意洁净系统的过程效率和污染物的回收利用。5、煤炭清洁利用过程中注重生态环境的建设。煤气（焦）化为基础的多联产是煤电化一体化的最佳形式，具有能源效率高，环境效益好，对中国而言生产车用燃料和替代燃料还具有重要的社会效益和战略意义。为此，各国能源研究者相继提出多种煤电化多联产模式。太原理工大学以煤洁净焦化为源头的多联产模式、太原理工大学双气头多联产模式、美国早期甲醇与电力联产模式、美国能源部EECP计划多联产模式、日本新能源计划EAGLE多联产模式、Shell合成气园多联产模式、中科院过程所多联产模式、美国21世纪展望模式以及清华大学多联产模式等。多联产系统应具有的特点：化工合成和电力生产优化耦合；提高发电和化学品生产效率；减少污染；生产大规模，单位投入和成本较低；分配得当，各得所需，温度对口，梯度利用。三、山东省煤化工现状与存在的问题9近年来，在国家能源政策和产业政策的宏观指导下，良好的市场前景预测激励下，全国拥有煤炭资源的地区，如山东、山西、内蒙、陕西、宁夏、安徽、河南、新疆、云南、贵州等地发展煤化工的热情空前高涨。这些地区纷纷作出加快发展煤化工的战略决策，将建设新型煤化工基地作为地方经济发展的战略方向。山东省发挥资源优势，以大型化、集约化、精细化为方向，重点发展石油化工、海洋化工、煤化工。大力开发和推广洁净煤、煤气化和煤液化技术，发展煤炭深加工，严格限制原煤直接进入终端消费。山东省鲁南煤化工规划是到2010年，鲁南地区主要煤化工产品年新增生产目标规模是：合成氨150万吨，焦炭1050万吨，甲醇400万吨，煤制烯烃60万吨，醋酸100万吨，二甲醚25万吨，粗苯精制25万吨，煤焦油综合加工85万吨。菏泽市初步提出在菏泽经济开发区、巨野县、郓城县建设3个煤化工基地，规划焦化、煤焦油加工、焦炉气制甲醇、合成氨、尿素、聚乙烯、二甲醚、活性炭等16个项目，预计总投资将达到352亿元。其中项目建设投资为309亿元。综合考虑产业规划投资和基础设施投资，菏泽煤化工基地总投资预计将达到435.2亿元。1、山东省煤化工现状（1）煤化工企业规模与产业链山东省现拥有兖矿鲁化、兖矿峄化、兖矿国泰、兖矿国宏、兖矿国际焦化，新奥凤凰，临沂久泰，鲁西化工、华鲁恒升、明水大化、联盟、恒通化工等大批大型煤化工企业。年生产能力：合成氨743.910万吨，尿素1100万吨、焦炭1000万吨，甲醇145万吨，醋酸30万吨等。（2）煤化工企业现有技术水平山东省大型煤化工企业现均采有较为国内外先进的技术：3万-5万Nm3/h的大型低温分离、高压大型水煤浆气化技术、低温甲醇洗脱硫脱碳技术、低温耐硫变换技术、低压甲醇合成工艺、醋酸羰基合成技术等。（3）煤化工核心技术山东省煤化工产业拥有煤化工、煤变油方面的核心技术：多喷嘴对置大型水煤浆气化技术、低温费托合成油技术、燃气发电联产甲醇技术、羰基醋酸合成技术、粉煤加压气化技术等。（4）煤化工的技术力量山东省煤化工产业之所以发展迅速，是由于前些年保留下来了大批煤化工企业，拥有不同层次的煤化工专业技术人才和技术工人，为这些年发展煤化工提供了技术支撑，也成为国内发展煤化工产业的人才输出地。兖矿集团近年来成为国内发展煤化工的典范，其关键在于兖矿集团兼并了鲁南化肥，拥有了发展以水