矿山监测智能化技术新进展(共享)课件.pptx

1、矿山监测智能化技术新进矿山监测智能化技术新进展展结合矿山地压监测的思考结合矿山地压监测的思考博士博士教授教授副所长副所长北京矿冶科技集团有限北京矿冶科技集团有限公公司司2019.8.17新基础新基础：产业内分工愈加明显，产品与服务之间的界限愈加模糊新突破新突破：人工智能、云计算、大数据等技术取得突破，交叉融合趋势明显 新模新模式式：平台经济、共享经济、众筹经济等新经济模式不断涌现新规则新规则：更高的自由化、劳工环保标准，竞争中立原则 新布局新布局：多区域生产中心与近岸贸易时代进入进入21世纪以来，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，新一轮科技革命世纪以来，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，新

2、一轮科技革命 和产业变革正重构全球创新版图、重塑全球经济结构和产业变革正重构全球创新版图、重塑全球经济结构习近平习近平总总书书记记在在2018年年两两院院士院院士大大会会上上讲话讲话1 1、全球、全球科技科技创创新进新进入入了空了空前前密集密集活活跃的跃的阶阶段段北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司专业化专业化：在某一领域精耕细作，成为“隐形冠军”或“整合大师”信息化信息化：运用信息化改造内外部流程，加强与消费者的联系柔性化柔性化：由标准化变为个性化，由粗放变为精细化、精益化服务化服务化：形成生产经营新模式，创造新价值，延伸价值链矿矿 业业矿业企业与科技企业分工日益明确，围绕各自发

3、 展战略做优做强，打造生态系统矿业企业数字矿山、智能矿山建设加速，物联网、北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司互联网+、大数据、云计算等技术在矿业应用矿业企业推进协同制造，优化工艺流程与调度策 略，追求精细化和自动化，提高竞争力矿业行业逐步建立基于服务的业务模式，并在安 全监测分析、开采作业、运维等方面扩展2 2、矿山行、矿山行业产业产业业布局布局的的发展发展趋趋势势提提纲纲三、三、矿山矿山监监测智测智能能化技化技术术展望展望二二、矿山矿山监监测智测智能能化关化关键键技术技术（地压）地压）北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司一、一、矿山矿山监监测智测智能能化体化体系系架

4、构架构智能化 装备安全在线 监测系统智能预警技术咨询与 运维服务智能决策装备管控调度及固定设施 无人值守系统智能调配智能管控智能作业形成完备的智能开形成完备的智能开采采生态体生态体系系，保障开采安全、高效、绿色、可持续发展，保障开采安全、高效、绿色、可持续发展根据矿山需求定制与现有信息化系统整合对工艺针对性优化智能设计设计排 产平台1 1、矿山、矿山开采开采智智能化能化与与监测监测智智能化能化的的关关系系北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司2 2、矿山监、矿山监测智测智能能化的化的体体系结系结构构矿山安全监测综合管理平台矿山安全监测分析 云服务平台数据分析、灾 害治理及系统 维护的

5、研研发发与与 应用团队应用团队具备故障诊 断能力的智 能化泛在信 息采集系统高可靠的智能 化通信网络矿用分布式 智能供电保 障系统智能传感器有效性有效性可靠性可靠性专业性专业性北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司降雨量降雨量浸润线浸润线表面表面/内部位移内部位移渗流量渗流量库水位库水位视频视频振动振动采集采集传输传输应用应用GRPS/3G/4G/NB-IoT有线有线/无线局域网无线局域网RDSS“私有云私有云”存储存储监测数据监测数据状态数据状态数据硬件采集硬件采集数数 据据 同同 步步用户用户实实时监时监测测数数据分据分析析数数据报据报表表报报警管警管理理态态势分势分析析数数据统

6、据统计计异异地容地容灾灾远远程诊程诊断断超超前预前预警警分分析报析报告告状状态巡态巡检检系系统运统运维维感知感知网络网络平台平台 公有云公有云广广 域域 网网广广 域域 网网局局 域域 网网PC机机移动端移动端本地大屏本地大屏应力应力北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司应变应变3 3、矿山监、矿山监测智测智能能化的化的拓拓扑结扑结构构提提纲纲三、三、矿山矿山监监测智测智能能化技化技术术展望展望二二、矿山矿山监监测智测智能能化关化关键键技术技术（地压）地压）一、一、矿山矿山监监测智测智能能化体化体系系架构架构北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司地下开采地压地下开采地压 监

7、测技术难点监测技术难点 地压的动地压的动态性态性 波速各向波速各向异性异性 地质条件地质条件复杂复杂 地压灾害地压灾害突发突发 作业环境作业环境恶劣恶劣 采掘装备采掘装备破坏破坏 爆破作业爆破作业频繁频繁 系统维护系统维护复杂复杂小尺度重小尺度重点监测点监测通过可拆通过可拆卸岩卸岩土设土设备备 有针对性有针对性地监地监测跟测跟踪踪 异常区异常区单 轴 检 波 器3 轴 检 波 器3 轴 检 波 器单 轴 检 波 器微 震 事 件重点监测区域监测大尺度区大尺度区域监测域监测基于阶段基于阶段收敛收敛和主和主被被 动结合微动结合微震监测震监测系系统统 获得宏获得宏/微微观观地压规地压规律律 并进行地

8、并进行地震成像震成像机理模型机理模型分析分析地压灾害地压灾害治理治理1 1、矿山、矿山地压地压监监测智测智能能化的化的总总体思体思路路北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司自动自动 分析分析自动自动 发布发布自动自动 定位定位自动触发自动触发自动采集自动采集自动诊断自动诊断自动自动 处理处理释放转移释放转移卸压支护卸压支护自动拾取自动拾取自动自动 监测监测实时实时 状态状态2 2、矿山地、矿山地压监压监测测智能智能化化的运的运行行模模式式北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司全自动全自动-无人化监测预警及运维云服务新技术无人化监测预警及运维云服务新技术：创新了地压监测在开创

9、新了地压监测在开采采-监测监测-预预 警警-治理中的闭环应用，形成地压动态调控技术体系。治理中的闭环应用，形成地压动态调控技术体系。可拆卸智能传感阵列传感与自诊断物联网模块可拆卸智能 传感器3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统传传感单感单元元北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司长距离信号中继器（传感端）信号中继器长距离信号中继器（采集端）3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统信信号中号中继继北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司数据采集基站外观数据采集基站核心处理单元数据采集基站3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统数数据采据采集集北京矿冶

10、科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司时间同步 系统高精度网络时钟同步模块测试基于以太网络的时间同步模块3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统时时间同间同步步北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司主动震源及控制系统波速场反演结果主动震源3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统波波速反速反演演北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司地压监测数据采集与发布主机微震主机北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统数数据处据处理理地压监测三维管控平台地压监测数据采集与分析系统采集分析与三维管控软件平台北京矿冶科技

11、集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统信信息管息管控控矿山安全监测分析云服务平台矿山灾害应急救援服务平台安全监测 分析与应 急救援云 服务平台3 3、B BS SNN地地压监测系压监测系统统分分析服析服务务北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司提高传感器灵敏度和信噪比，降低运维成本提高传感器灵敏度和信噪比，降低运维成本检 波 器 芯 体可 拆 卸 封 装内 置处 理 器MCU电路ADCRTCTIM激励发生与检频单元温度采集通道传感器检测单元外部接口工况环境检测 电路外部故障事件 检测电路无线通讯电路涓流输入电压变换 及供电WTDEEPRO

12、M微能量缓冲及 储能、电量监测电路4 4、可拆卸、可拆卸微震微震智智能检能检波波阵阵列列北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司序号参数指标1信号输入2.5V2信号输出020mA3增益110004供电7.5V40V序号参数指标1信号输入020mA2信号输出05V3信号通道84供电936V信号中继器（解调端）技术指标实现传感器数据的长距离抗干扰可靠传输，有效距实现传感器数据的长距离抗干扰可靠传输，有效距离离500M500M信号中继器（调制端）技术指标北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司5 5、支持载、支持载流远流远传传的信的信号号中继中继器器基于小波基于小波变换的变换的 自适

13、应抑自适应抑噪算法噪算法C W T01 02 03 04 05 06 0T im e (s)7 08 09 0)zH/1(ela c S0C W T1 02 03 04 05 06 07 08 09 0T im e (s)zH/1(ela c S1 0 0C W T S calo gram01 02 03 04 05 06 0sam p l e s7 08 09 01 0 0 0001 010102 020203 030304 040405 050506 060607 070708 080809 00 0909 01 0 001 02 03 04 05 06 0T im e (s)7 0809

14、 0-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81S yn th etic S ig n al+R eal S eism ic N o ise10 01 02 03 04 050T im e (s)6 07 08 09 01 0-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81D en o ised S ig n al via H ard T h resh o ld in g0102 0304 05060T im e(s)7 0809 01-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81D en o ised S ig n al via B lo ck-

15、T h resh o ld in g北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司时间时间-频率频率-幅幅值值(3D(3D）实现传感器数据的在线高效抑噪，确保后续算法可靠执行实现传感器数据的在线高效抑噪，确保后续算法可靠执行基于带通基于带通与带与带阻阻的的 滤波算法滤波算法6 6、微震波、微震波形自形自适适应噪应噪声声抑制抑制技技术术低 信 噪 比 信 号 震 相 拾 取北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司SST+PAI-K震相基于基于SST+PAI-KSST+PAI-K的震相自动拾取技术的震相自动拾取技术带通滤波+PAI-K震相7 7、微震波、微震波形全形全自自动识动识别别与智

16、与智能能分类分类技技术术数据发布数据发布 221,max2,max1AIC k=k M lg+N M k lg Ci4xK i1 3M 1 M4x x北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司i3xS i1M 1 M3x x红色为自动提取红色为自动提取的的P P波到时，黄色为自动提取的波到时，黄色为自动提取的S S波到时波到时7 7、微震波、微震波形全形全自自动识动识别别与智与智能能分类分类技技术术7 7、微震波、微震波形全形全自自动识动识别别与智与智能能分类分类技技术术北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司三维波速校准功能模块三维波速校准功能模块岩体三维波速模型岩体三维波速模

17、型利用主动震源及自然震源对监测区域波速场分布进行校准利用主动震源及自然震源对监测区域波速场分布进行校准8 8、微震岩、微震岩体波体波速速场校场校准准技技术术北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司绝对定位绝对定位传感器3传感器2传感器1微震相对定位相对定位微 震 事 件微 震 台 网9 9、高精度、高精度微震微震事事件快件快速速定位定位技技术术北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司IMSIMS系统定位结果系统定位结果自研算法的定位结果自研算法的定位结果北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司1010、高、高精精度度微震微震事事件快件快速速定位定位技技术术1010、高、

18、高精精度度微震微震事事件快件快速速定位定位技技术术北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司1111、基于基于工工业混业混合合云的云的安安全监全监测测分析分析云云服务服务平平台台北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司项目项目公有云方案公有云方案传统方案传统方案成本硬件成本无利旧设备、新采购设备软件成本无自研或者采购第三方能源电力无需要机房以及供电资源使用按需分配单独使用运维基础设施运维统一运维需要自己的IT运维团队业务系统运维专业后台运维人员业务系统运维人员安全数据安全具备完整的安全防护体系安全性低和服务质量差灾备与容灾业务双活、多数据中心容灾构建成本过高，需要两地三中心分析第

19、三方服务整合上下游，提供增值服务比较封闭服务数量IAAS+PAAS服务众多服务数量相对较少北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司1111、基于基于工工业混业混合合云的云的安安全监全监测测分析分析云云服务服务平平台台能量能量-地震矩分析地震矩分析震级震级-频率分析频率分析累积视体积累积视体积-能量指数分析能量指数分析事件周期分布统计事件周期分布统计北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司时间时间-空间空间-强度统计强度统计1111、基于基于工工业混业混合合云的云的安安全监全监测测分析分析云云服务服务平平台台1111、基于基于工工业混业混合合云的云的安安全监全监测测分析分析云云服

20、务服务平平台台北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司台网分析台网分析提提纲纲三、三、矿山矿山监监测智测智能能化技化技术术展望展望二二、矿山矿山监监测智测智能能化关化关键键技术技术（地压）地压）一、一、矿山矿山监监测智测智能能化体化体系系架构架构北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司从矿山企业内生需求和国家安全环保监管趋势，深度开展安全监测已经是大从矿山企业内生需求和国家安全环保监管趋势，深度开展安全监测已经是大 势所趋，更是矿山开展智能化的前提和基础势所趋，更是矿山开展智能化的前提和基础矿山安全监测系统未来的发展趋势是数据处理的全无人化和高度智能化，以矿山安全监测系统未来的

21、发展趋势是数据处理的全无人化和高度智能化，以 保障开采作业安全，服务精准采矿、智能开采乃至智慧开采保障开采作业安全，服务精准采矿、智能开采乃至智慧开采受制于开采作业环境特性，矿受制于开采作业环境特性，矿山山安全监测系统必须在器件、装备、系统、线安全监测系统必须在器件、装备、系统、线 缆、建设等各层面实现高可靠、高准确、高规范和高防护性缆、建设等各层面实现高可靠、高准确、高规范和高防护性面向矿山人面向矿山人才才定位，通过在系统运维、数据分析、灾害预警定位，通过在系统运维、数据分析、灾害预警、灾害防治等方灾害防治等方面开放式地建立良性技术服务模式，可有效保障开采作业安全面开放式地建立良性技术服务模式，可有效保障开采作业安全矿冶科技集团期望通过科技创新为各矿山企业提矿冶科技集团期望通过科技创新为各矿山企业提供供全面的技术服务！全面的技术服务！北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司矿山监测智矿山监测智能化技术展能化技术展望望谢 谢！北京矿冶科技集团有限公北京矿冶科技集团有限公司司