智能化煤礦建設的目標是將時空智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)技術進行深入融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等全過程的智能化運行。由于煤礦開采的地質對象、機電設備、人員等都處于地下，無法直觀、全面看到煤礦生產(chǎn)狀況，同時遠程控制及巡檢也需要真實的可視化場景，因此建立高精度、透明化的井上下透明化管控平臺正是智能化煤礦的必備基礎。
政策指引
在國家《煤礦智能化建設指南（2021年版）》（國能發(fā)煤炭規(guī)[2021]29號）中，明確指出了煤礦智能化的重點建設內容包括“建設地質信息與工程信息時空大數(shù)據(jù)庫；建設GIS+BIM系統(tǒng)，實現(xiàn)地質信息、工程信息的有效融合及高精度建模”，其原因也正是因為高精度地質模型是智能化煤礦建設的基礎，是智能化煤礦各子系統(tǒng)實現(xiàn)業(yè)務智能聯(lián)動控制的資源底圖。
2022年4月，國家能源局、科學技術部聯(lián)合印發(fā)《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，明確提出“煤礦數(shù)字化智能化技術”需集中攻關的領域包括：開發(fā)煤礦工程數(shù)字化三維協(xié)同設計平臺，支撐煤礦智能化設計；重點突破精準地質探測、井下精確定位與數(shù)據(jù)高效連續(xù)傳輸、智能快速掘進、復雜條件智能綜采、重大危險源智能感知與預警等技術與裝備。
圖1 煤礦透明化礦山平臺
龍軟科技透明化礦山技術儲備
煤礦地質、地理信息作為龍軟科技起步、最擅長的技術領域，依托二十余年礦山地理信息核心技術積累，在國內外首次全面研究并實現(xiàn)了透明化礦山構建的核心技術。龍軟科技除了在GIS協(xié)同“一張圖”及智能管控平臺等技術方面擁有領先優(yōu)勢外，在高精度地質模型、地質時空大數(shù)據(jù)、礦山數(shù)字孿生等方面也始終走在技術創(chuàng)新的前沿，擁有行業(yè)內獨有的“基于空間對象拓撲關系自動構建包括逆斷層在內的復雜地質構造礦山地質模型”等系列化核心技術，解決了傳統(tǒng)礦山三維模型無法自動構建、不支持集成實時數(shù)據(jù)、地質模型與設備模型無法關聯(lián)及動態(tài)更新等問題，并形成了“透明化礦山的構建方法”、“基于地測保障系統(tǒng)的管控平臺構建”、“工作面煤層透明化三維地質模型構建”、“地質編錄繪圖系統(tǒng)”等核心發(fā)明專利組為支撐的相關技術壁壘，推出了龍軟科技智能化地質保障系統(tǒng)、透明化工作面管控系統(tǒng)、透明化礦山平臺系統(tǒng)等服務于智能化礦山建設的實用化產(chǎn)品。
基于龍軟科技透明化礦山技術的項目成果山西中煤華晉能源“王家?guī)X煤礦高精度地質模型及重大危險源預警系統(tǒng)”，早在2013年即被中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織鑒定為“國內首創(chuàng)、國際先進”水平，并獲得2014年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術一等獎；“煤礦空間信息服務與管理關鍵技術研究及產(chǎn)業(yè)化應用”于2017年被中國煤炭工業(yè)協(xié)會鑒定為“國際領先”水平，并獲得2018年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術一等獎。
龍軟科技透明化礦山核心專利組
透明化礦山核心專利組主要包括四大創(chuàng)新型發(fā)明專利：（1）“用于透明化礦山的構建方法”；（2）“基于地質測量保障系統(tǒng)的礦山智能化管控平臺建設方法”；（3）“一種回采工作面煤層透明化三維地質模型構建方法及裝置”；（4）“一種礦山巷道地質編錄繪圖系統(tǒng)”。本組專利構建的三維礦山模型具有透明化、動態(tài)更新、設備拓撲聯(lián)動等特點，形成具有真實地理坐標和虛擬場景的井上下一體化“GIS+BIM”增強現(xiàn)實環(huán)境，全面滿足智能礦山建設中對透明地質保障、數(shù)字孿生管控平臺的要求，是智能開采的關鍵支撐技術之一。
專利（1）“用于透明化礦山的構建方法”，提出了透明化礦山的構建方法，涵蓋了礦山井上下地形地貌、建筑、設備、地層、開采環(huán)境、監(jiān)測監(jiān)控等業(yè)務建模方法，特別是提出的地質、設備、環(huán)境等模型建立規(guī)則及數(shù)據(jù)疊加、動態(tài)修正更新方法，通過全自動模型構建、平面-剖面對應分析和動態(tài)調整、不規(guī)則三角網(wǎng)地質模型局部更新與重構等創(chuàng)新技術思路，可以構建包含自適應三維地質模型、設備模型等井上下全環(huán)境模型的透明化礦山，能夠動態(tài)局部更新所構建的三維模型。該專利是煤礦智能地質保障系統(tǒng)、智能化開采管控平臺、礦山數(shù)字孿生平臺等產(chǎn)品實現(xiàn)中必不可少的關鍵技術。2017年龍軟科技基于項目研發(fā)成果申請了發(fā)明專利，并于2019年獲得授權。
圖2 透明化礦山復雜地質模型構建
圖3 透明化礦山實時數(shù)據(jù)融合
專利（2）“基于地質測量保障系統(tǒng)的礦山智能化管控平臺建設方法”，提出了以地質測量多維數(shù)據(jù)為基礎的智能化礦山管控新模式，通過建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、多維地質測量保障系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)地質測量數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和多維可視化展示，完成礦山智能化管控基礎平臺和可視化操作界面建設；以多維地質測量保障系統(tǒng)為基座，構建并接入各類安全生產(chǎn)系統(tǒng)場景和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可視化巡查、數(shù)字孿生和遠程工業(yè)控制；實現(xiàn)地測多源數(shù)據(jù)與安全生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)的深度融合、決策分析與可視化協(xié)同管控，形成基于地質測量保障系統(tǒng)的礦山智能化管控平臺。龍軟科技于2022年獲得該項發(fā)明專利授權。
圖4 透明化礦山地質保障系統(tǒng)全地層三維模型
圖5 基于透明化礦山地質測量保障系統(tǒng)的智能管控平臺
專利（3）“一種回采工作面煤層透明化三維地質模型構建方法及裝置”，提出了動態(tài)修正回采工作面煤層高精度透明化三維地質模型的技術方法，能為礦井透明化工作面智能開采提供精細化煤層三維地質數(shù)據(jù)。針對回采工作面高精度透明化三維動態(tài)地質模型必須滿足智能開采對地質條件的時空需求，一方面實現(xiàn)了回采工作面前方未采區(qū)域一定范圍內煤層地質條件的“透明化”，為生成相對精準的預想截割線提供數(shù)據(jù)支持，另一方面實現(xiàn)了根據(jù)最新實測和分析數(shù)據(jù)快速完成回采工作面煤層高精度三維地質模型的動態(tài)修正，實時反應煤層在三維空間的最新變化，為煤礦生產(chǎn)提供自主割煤指引服務。龍軟科技于2021年獲得該項發(fā)明專利授權。
圖6 透明化工作面地質模型構建
圖7 透明化工作面智能開采
專利（4）“一種礦山巷道地質編錄繪圖系統(tǒng)”，提供了一種礦山巷道地質編錄繪圖系統(tǒng)，包括移動端(包括手機、平板電腦)、服務端和繪圖端，可以實現(xiàn)巷道地質信息的高效采集、傳輸、分析與成圖，大大減少了地質人員的工作量，提高了工作效率，并且保存了原始地質信息影像圖，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享與重復利用，進而形成了面向智能化礦山迫切需求的更快、更靈活數(shù)據(jù)采集和更新方式，解決了傳統(tǒng)礦山地質模型更新不及時、無法自動構建、無法關聯(lián)及動態(tài)更新等問題。龍軟科技于2019年獲得該項發(fā)明專利授權。
圖8 礦山地質編錄設備
透明化礦山構建系列技術是礦山資源管理、規(guī)劃設計、智能開采、智能通風、智能管控、災害防治等業(yè)務必不可少的基礎，基于地質模型融合各類業(yè)務數(shù)據(jù)，進行時空分析和模擬，為智能化礦山、智能開采分析決策提供支撐，是智能化礦山時代精細化、透明化地質及環(huán)境模型構建和更新過程必不可少的關鍵技術。
智能化建設示范礦成功應用
龍軟科技上述專利技術成果已成功應用于陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司“黃陵一號煤礦礦井智能綜合管控云平臺”、國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司金鳳煤礦“基于TGIS的礦井智能開采與安全管控平臺研究與應用”、河南煤化集團永煤集團新橋煤礦“安全生產(chǎn)智慧管控平臺”、陜西小保當?shù)V業(yè)有限公司一號煤礦“智能化示范煤礦建設地質建模及應用系統(tǒng)”、陜煤集團神木張家峁礦業(yè)有限公司“四維空間信息服務（GIS系統(tǒng)）”、陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司“礦井智能地質保障”、陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司“4D-GIS透明地質模型”、內蒙古智能煤炭有限責任公司麻地梁煤礦“智能地質保障系統(tǒng)”、中煤陜西榆林能源化工有限公司“大海則煤礦透明礦井地質信息系統(tǒng)”、龍煤雙鴨山礦業(yè)公司東保衛(wèi)煤礦“地質保障系統(tǒng)”等智能化建設示范礦井，可在各類地質條件礦井推廣應用。
圍繞智能化煤礦建設目標，龍軟科技將結合在透明化礦山方向的技術儲備和優(yōu)勢，繼續(xù)加大在高精度地質建模、礦山數(shù)字孿生管控平臺等領域的創(chuàng)新和研發(fā)，并積極與地質探測與裝備合作伙伴強強聯(lián)合，提供滿足《煤礦智能化建設指南（2021年版）》、《智能化示范煤礦驗收管理辦法（試行）》要求且創(chuàng)新實用的智能化地質保障系統(tǒng)、智能化礦山管控平臺等特色產(chǎn)品。
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