绿色数治开采工艺： 3D 可视化智慧矿山

前言

2021 年 2 月底，国家矿山安监局综合司发布的《“十四五”矿山安全生产规划（征求意见稿）》中再次强调要“实时采集矿山安全监控、人员位置监测、视频监控等数据，建成一个连接各级用户、各类角色的矿山安全生产综合信息系统”。此外，根据自然资源部披露，2021 年我国将建 100 个初级智能化示范煤矿，到 2025 年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到 2035 年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策的煤矿智能化体系，实现安全绿色、高效、智能化生产。

由此可见，在矿业开采政策的呼吁下，对矿山以破坏环境的粗放开采形式都将面临淘汰。若要实现可持续发展，则需基于 5G、物联网、大数据等高新技术手段，将矿山的多类型传输网络、管理、自动化等系统进行高度集成，铸造“矿山大脑”。

采用 Hightopo 自主创新的 HT 产品搭建 3D 轻量化大型智慧矿山解决方案，根据矿山现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料还原外观建模，围绕以数字化开采、高速掘进、智能通风排水供配电、筛煤工艺等内容为主体的三维立体可视化管理系统。

漫游矿山

场景初始化后，界面通过自由视角、固定路线对矿山全场景空间进行巡检式漫游，在路径中展示设备及系统信息，漫游线路的制定着重凸显核心区域或智能化发展区域，为用户呈现矿山整体面貌、重点发展区域及智能化发展成效。

HT 实现交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，场景内各设备可以响应交互事件。

铁矿

露天采矿可视化

露天矿山的开采范围线、开采深度、开采量、矿量消耗数据是露天矿山监测的重中之重，是评判开采企业是否依法开采的重要依据。因此更需要及时准确地掌握露天矿山资源已开采的概要信息、变化存储量、矿坑挖掘节点、矿量消耗情况，应用 HT 可视化技术对露天矿山开采全程进行 24 小时多方位监测，缩短工程周期，打破传统监测作业形式，为资源管理部门提供全面客观的数据支持。

井内巷道可视化构建

针对控制中心页面的建设，运用 HT 丰富的可视化图表和动画效果，集成供水、通风、运输、掘锚机运作及井内三维漫游画面，形象的对井下多元应用场景进行详尽的数据解释；可融合智能感知设备数据，实现对矿井的生产环境、工作视角、设备分布、工艺流程、产量走势、巷道划分、设备运行实时状态的真实复现，达到矿井上下透明化管理的目的。

三维立体的巷道监管效果，有利于改善矿山环境及工程实施设计，能将巷道工程变迁情况客观无误的记录和展现。可视化巷道的搭建由点-线-面-单个巷道-多个巷道过渡延伸。点击按键可随意切换工作区视角和井内视角，方便运维人员从不同角度观察到每条巷道的名称、视点位置、设备分布及对应的数据。巷道内部漫游设有前进、倒退等功能，易于实时了解视点位置。此外，增添聚光灯的设计会让巷道整体更加真实，仿佛身临其境。

为保证时刻对煤矿采掘过程进行安全监管，可将 CAD 图纸导入 HT 平台，连接后台数据接口，根据作业人员位置坐标，进行位置的同步动态更新。当矿难事故预警信号触发时，系统能立即以告警形式通知就近工作人员，撤离至安全区域，减少矿难悲剧的重演。

筛煤工艺

筛煤工艺动画过程，覆盖从原料矿石到工业成品的生产路线（采样、破碎、缩分、收集、弃样等），使用模型贴图的 UV 偏移动画模拟矿料的传输过程。场景内可对破碎机、振动筛、球磨机等设备进行启停操控，点选需要查看的设备，弹出相应设备作业进度面板。筛煤智能化替代了繁重的人工操作，不仅降低安全风险和人工因素带来的数据偏差，同时还能提防人员配置陷入成本怪圈。

煤矿

煤矿市场空间巨大，当前的供给产能难以覆盖需求的增长。在制造业智能化发展的浪潮下，将现代煤炭开发与高新技术深度融合，形成实时互联、全面感知、协同控制、动态预测的智慧煤矿管理系统，实现煤矿开拓、掘采、运输、洗选、管理等智能化运转。

首页效果展示

通过底层应用接口，将车辆和人员定位信息进行同步上传，生成运动轨迹，确保工作人员与矿山资源的作业安全；支持基于空间、时间、质量等多维度数据，对矿井生产系统各能耗部署动态监测，当超过安全临界值时立即触发告警，通知相关人员及时发现、及时制止且合理分析制定节能降耗措施，实现能源高效利用和低碳发展。

HT 作为基于 HTML5 标准的组件库，可以无缝结合 HTML5 各项多媒体功能，支持集成各类视频资源形成统一的视频流，可在 2D、3D 态势地图上标注摄像头对象并关联其视频信号源，通过场景交互来调取相应监控视频，满足运维人员对场景进行实时态势感知、历史数据回溯比对、应急处理预案等监测需求。

通风系统

相较于传统静态模拟图式的通风机房在线监控系统，3D 可视化通风系统能更加生动形象的展现在人眼前，使其内容具有可读性与可控性。两侧 2D 面板数据提供重要运行参数的实时变化和历史趋势查询，提供自定义趋势查看、数据分析、曲线对比等功能，点击场景中的设备可显示设备属性信息。对于超限时状态设备进行及时报警，在短时间内为运维人员提供所需信息要素，提升运维监测效率。

系统可通过生产作业计划或井下空气质量监测到的动态实时数据，进行风网解算。运维人员根据井下通风情况即可随时调节风机频率、通风量和风机的启停状态，优化井下作业效率，满足场景按需通风。

压风系统

压风自救装备系统在正常生产运作时，可为井下开拓掘进工作的风动工具提供压缩空气动力，满足井下岩石巷道掘进及煤巷支护之需；当发生灾变事故时，工作人员可进入自救装置，打开压气阀进行避灾自救。

将矿井压风系统与 3D 可视化进行有机结合，可对井下用风情况准确掌握。系统将根据设定的井下各指标阈值，自动调整空气压缩机的启动关停、倒机、负荷调控，确保井下恒压供风。健全矿井紧急避险系统的日常维护水平，加强抗灾救灾能力。

瓦斯抽采系统

为完善瓦斯抽采流程的标准化，可通过 HT 可视化系统实现对瓦斯抽采泵、放空管闸阀、管道总闸阀、高低负压闸阀等设备的远程遥控监测。根据井下监测到的抽采泵站工作状态、瓦斯浓度、气体流量、工序能耗等信息通过抽采管路实时上传到监控设备中，提供瓦斯的精准研判，为下一步科学优化抽采设计提供准确分析。

当发现异常测点时，系统将启动自检诊断功能，对危险管段进行迅速定位诊断。在提高瓦斯抽放参数测量的准确性和安全性的同时，还能起到矿井上下全覆盖监测的作用，为矿井“提浓提效、高效抽采、安全生产”奠定基础保障。

运输系统

点击皮带管控场景中的【皮带运输启停】按钮，可对设备启停进行远程控制。由于煤矿运输距离较长、分布较广且实时性高，为延长设备寿命，提速煤流，系统将根据采煤数量提供智能调速，平衡煤流并给予皮带运转速率建议。针对皮带跑偏、堆煤、烟雾、温度、急停等多类故障信息，系统设有自主分析预判、异常报警停机、异物智能识别告警功能。让皮带运输得以根据煤流方向、大小、煤位进行均衡运转。

排水系统

以往的人工检测形式控制线路杂乱无章，缺乏与运维人员的交互协作，现场维护成本也是居高不下。布局 HT 3D 可视化排水监测模块，可实时显示高位水池、井下水仓的液位高度以及水泵等设备的动态数据，同步采集排水设备的温度、电流、压力、流速等多重信息，创建多参数实时在线监测，形成供排水量的平衡管理、联动控制、动态预警能效，有效降低主机能耗和透水事故的发生。

支持通过 PC、PAD、智能手机打开浏览器随时随地访问管理界面，利用多种控制设备对显示内容集中远程管控。完成监控信息与地面控制中心的监控信息交互传递，缩短故障响应时间，实现数据共享。

采煤机掘采场景

通过 HT 引擎强大的渲染功能，真实还原采煤机井下运动工况的行进效果，利用 HT 可视化图表将采煤机运行的关键数据进行直观呈现。设有记忆割煤、滚筒换向、自动往返及故障诊断的联动控制功能，针对采煤机故障诊断提供切实的数据依据，加速扼杀故障的萌芽。通过地面调度室即可远程遥控操作，由此达成井下少人化作业，加大煤炭资源的开采效率，为采煤机的高效安全生产奠定基础。

安全监测系统

以各安全监测指标数据的空间位置坐标为导向，耦合矿井工程巷道图纸信息进行内容展示。巡检时可根据监控平台展示的各个关键部位和隐藏设备指标数据进行无间断巡视；当面临坍塌、爆炸、倾覆、透水事故或其他异常态势时，根据应急预案流程自动告警相关部门，可跨部门、跨层级发起协同调度指挥。提升事故紧急处置效率和抗灾应急能力，遏制煤矿重大人员伤亡事故再次发生，也为精细化管理提供参考依据。

供电系统

结合 HT 产品 Web 2D 组态功能，再通过数据采集，实现供配电系统可视化，“一张图”式切换矿井上下变电所的设备状态参数显示、电量计量、峰谷电能计量及能耗统计分析等数据。完善了现场无人值守成效和对井上井下供电系统的遥测、遥信、遥控、遥调、遥视信息功能的全方位监控。

HT 与 GIS 结合

HT 也提供结合 GIS 地图展示矿山领域解决方案，HT for Web GIS 产品的定位在于运用产品强大的可视化技术，通过无人机航拍，加后期数据处理，无缝融合 HT 原有 3D 模型，实现了矿山宏观和微观融合一体化的需求，很好的解决了传统人工实景建模工作量巨大的问题。

针对环境态势、掘采进度、设备运作、工况状态等信息进行高精度实时监测，赋予数据空间属性，使复杂因素可视化。形成一套可被洞察的参考数据，为开采作业监管提供强有力的决策支撑。

随着国家环境保护力度的持续加大及能源消费结构的转型，正倒逼煤炭产业必须走绿色智能的清洁化生产之路，Hightopo 智慧矿山可视化解决方案恰到好处的助力实现低碳循环发展：将各生产线的控制集中于此，各生产环节信息共享、横向协作，辅助运维人员构建自主感知、智能分析、科学决策、集约高效的数字化矿山。

HT 可视化叠加视频融合、BIM、GIS 等技术，打造优质数据可视化解决方案，广泛渗透于城市园区、电信机房、轨道交通、工业生产等各个领域，涵盖了数据展示、态势监管、科学决策、应急指挥等多项监控业务，顺应市场数字化转型的大势所需，助推产业完成安全生产和高质量发展。