数字矿山技术 -中南大学出版社

数字矿山技术

【作者】：吴立新
【出版时间】：2009-11
【字数】：445（千字）
【定价】：￥40.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-81105-983-0
【页码】：268（页）
【开本】：16开

本教材是教育部高等学校地矿学科教学指导委员会规划教材。共分10章, 分别介绍数字矿山的基本知识, 矿区资源环境信息获取、处理与估算, 矿山空间信息获取、处理与制图, 矿山生产与安全信息收集及分析, 矿山信息集成管理与共享利用, 矿山信息集成建模与可视化, 采矿数字化设计与决策优化, 矿山数字化通信与自动化, 矿山模拟、仿真与虚拟现实, 数字矿山典型系统与建设范例等。本教材图文并茂, 并结合课程进度安排了3次上机实习, 主要锻炼学生了解和使用遥感应用软件、 GIS软件和地矿三维建模软件。

本教材侧重于矿山空间信息获取与建模、数字矿山关键技术与应用、典型采矿软件系统与示范, 是教育部高等学校地矿学科教学指导委员会规划的采矿工程本科专业教材, 可供安全工程、测绘工程、地质工程、自动化工程、通讯工程、计算机工程、管理工程等专业的本科教学使用, 也可作为相关专业研究生、大专生的教学参考书, 以及供矿山工程师和设计研究人员参考使用。

第1章数字矿山的基本知识

1.1 数字矿山的起源

1.1.1 数字地球与数字矿山

1.1.2 矿山空间数据基础设施

1.1.3 矿山信息化与数字化

1.2 数字矿山的发展

1.2.1 数字矿山的科技发展

1.2.2 数字矿山的教育发展

1.3 数字矿山的内涵

1.3.1 数字矿山的概念

1.3.2 数字矿山的特性

1.3.3 数字矿山的特征

1.3.4 数字矿山的功能

1.4 数字矿山的体系

1.4.1 数字矿山的内核

1.4.2 数字矿山的框架

1.4.3 数字矿山的结构

1.4.4 数字矿山的关键技术

1.5 数字矿山的建设

1.5.1 数字矿山的建设目标

1.5.2 数字矿山的建设任务

1.5.3 数字矿山建设的阶段性

本章练习

第2章矿区资源环境信息获取与处理

2.1 矿区资源环境信息概述

2.1.1 矿区资源环境信息的概念及特征

2.1.2 矿产与土地资源信息

2.1.3 矿区生态环境信息

2.1.4 矿区地质构造信息

2.2 地球探测信息技术

2.2.1 重力勘探

2.2.2 磁法勘探

2.2.3 电法勘探

2.2.4 地震勘探

2.2.5 地球化学勘探

2.3 遥感技术

2.3.1 遥感找矿技术

2.3.2 遥感图像处理技术

2.4 矿山采场条件探测

2.4.1 采区三维地震技术

2.4.2 井中勘探与物探技术

2.5 矿体品位与储量矿量估算

2.5.1 矿体单元划分

2.5.2 矿体品位估算

2.5.3 储量与矿量估算

上机实习一: 遥感找矿与矿区环境遥感分析

本章练习

第3章矿山空间信息获取、处理与制图

3.1 矿山空间信息获取

3.1.1 水准仪经纬仪测量

3.1.2 全站仪数字化测图

3.1.3 三维激光扫描

3.1.4 GPS测量

3.1.5 摄影测量

3.1.6 雷达遥感测量

3.2 矿山空间数据处理

3.2.1 数据处理概述

3.2.2 GPS数据处理

3.2.3 摄影测量数据处理

3.2.4 遥感数据处理

3.2.5 变形监测数据处理

3.3 矿图制图

3.3.1 矿图的种类与作用

3.3.2 基于CAD的矿图制图

3.3.3 基于GIS的矿图制图

上机实习二: 多专题图层叠加分析与矿图制作

本章练习

第4章矿山生产与安全信息收集及分析

4.1 矿山生产信息

4.1.1 矿山生产信息分类

4.1.2 人员与设备的定位

4.1.3 采矿设备的工况监测

4.2 矿山安全信息

4.2.1 矿山安全信息分类与管理

4.2.2 瓦斯与粉尘的数字监测

4.2.3 矿压与温度的数字监测

4.3 矿山安全分析与预警

4.3.1 矿山安全监控系统

4.3.2 矿山安全分析技术

4.3.3 矿山安全预警模型

本章练习

第5章矿山信息集成管理与共享利用

5.1 矿山信息集成框架

5.1.1 矿山信息集成的空间框架

5.1.2 矿山信息集成的时间框架

5.2 矿山信息管理与更新

5.2.1 矿山信息资源整合与规划

5.2.2 矿山信息的管理模式

5.2.3 矿山信息的更新方式

5.3 矿山信息分类与编码

5.3.1 矿山信息的分类

5.3.2 矿山信息的分类编码

5.3.3 矿山信息的空间编码

5.4 矿山空间信息的查询与共享

5.4.1 矿山空间信息的查询模式

5.4.2 矿山信息的共享利用

5.5 矿山数据挖掘与知识发现

5.5.1 可挖掘的矿山知识与作用

5.5.2 矿山数据的挖掘模式与方法

5.5.3 煤与瓦斯突出预测中的应用

本章练习

第6章矿山信息集成建模与可视化

6.1 矿山地形的三维建模

6.1.1 概述

6.1.2 矿山地形的不规则三角网建模

6.1.3 矿山地形的规则网格建模

6.2 矿山地质的三维建模

6.2.1 三维地质建模的模型分类

6.2.2 基于面元模型的三维地质建模

6.2.3 基于体元模型的三维地质建模

6.2.4 基于混合模型的三维地质建模

6.3 井巷工程的三维建模

6.3.1 井巷工程特征与三维建模要求

6.3.2 井巷工程三维建模方法

6.4 井巷工程与地质体的集成建模

6.4.1 集成建模的一般方法

6.4.2 集成建模的GTP方法

6.5 矿山地上地下集成建模技术

6.5.1 集成建模需求与一般方法

6.5.2 基于TIN耦合的地上地下集成建模

6.6 矿山模型的多模式表达

6.6.1 二维视图与三维模型的相互转换

6.6.2 三维地质模型的多模式转换

上机实习三: 矿山三维建模与可视化分析

本章练习

第7章采矿数字化设计与决策优化

7.1 地下采矿数字化设计

7.1.1 采矿工程实体建模方法

7.1.2 巷道实体建模

7.1.3 采准巷道实体建模

7.1.4 盘区(采场)设计

7.1.5 爆破设计

7.2 露天矿最终境界优化

7.2.1 价值模型

7.2.2 浮锥法

7.3 露天矿境界与生产计划整体优化

7.3.1 整体优化思路与定理

7.3.2 技术最优境界与开采体序列

7.3.3 生产计划优化与开采体动态排序

7.3.4 境界与生产计划整体优化步骤

本章练习

第8章矿山数字通信与自动化

8.1 矿山数字通信技术

8.1.1 概述

8.1.2 井工矿山的数字通信

8.1.3 露天矿山的数字通信

8.2 矿山自动化

8.2.1 井工矿山的自动化

8.2.2 露天矿山的自动化

8.3 采矿机器人

8.3.1 地下采矿机器人

8.3.2 海底采矿机器人

本章练习

第9章采矿模拟、仿真与虚拟现实

9.1 矿山工程模拟

9.1.1 矿山通风模拟

9.1.2 矿山灾害模拟

9.2 采矿工程仿真

9.2.1 采掘空间三维仿真

9.2.2 放矿过程仿真

9.2.3 矿山物流仿真

9.3 矿山灾害虚拟现实

9.3.1 采矿过程中的灾害

9.3.2 矿山灾害虚拟现实

9.4 国内外采矿软件与应用

9.4.1 国外采矿模拟软件

9.4.2 国外采矿仿真软件

9.4.3 国外矿山虚拟现实软件

9.4.4 国内采矿软件概况

本章练习

第10章数字矿山典型系统与应用

10.1 国产数字矿山典型系统

10.1.1 采矿CAD设计系统

10.1.2 村庄保护煤柱快速更新系统

10.1.3 煤矿安全监测监控一体化系统

10.1.4 金属露天矿开采规划与设计优化系统

10.1.5 露天矿山采运一体化系统

10.1.6 地下矿采掘计划编制系统

10.2 中国数字矿山建设典型范例

10.2.1 神华集团神东公司综合信息化

10.2.2 山东枣庄煤矿监测监控集成系统

10.2.3 福建紫金矿业集团数字矿山建设

10.2.4 云南大红山铜矿数字矿山建设

本章练习

参考文献

空间信息技术与数字化、自动化、智能化浪潮给当代社会带来了巨大变革, 许多行业的组织管理、生产作业与决策指挥的方式方法与技术模式均呈现了崭新面貌。采矿行业在这一浪潮中面临新的机遇和挑战。数字矿山作为一种理念, 其思想的实现和技术的突破体现在矿山数字化、信息化和智能化的渐进发展过程中。数字矿山技术对于提高采矿业的劳动效率、改变安全生产状况、促进绿色协调开采具有重要意义。

本教材主要面向我国有关高等院校的采矿工程、安全工程和测绘工程专业的本科教育, 同时面向这些高校的地质工程、自动化工程、通讯工程、计算机工程、管理工程等专业的本科教育, 也可作为相关专业研究生、大专生的教学参考书。本教材旨在传授新思想、新方法、新技术, 使得我们的下一代采矿工程师和矿业科技工作者不仅掌握扎实的数字矿山相关理论与关键技术, 而且具有更高的视点、更宽的眼界和更远的目光。

本教材按总论、信息获取与建模、关键技术与应用、典型系统与示范的逻辑顺序, 由10章组成, 依次为“第1章数字矿山的基本知识”、 “第2章矿区资源环境信息获取、处理与估算”、 “第3章矿山空间信息获取、处理与制图”、 “第4章矿山生产与安全信息收集及分析”、 “第5章矿山信息集成管理与共享利用”、 “第6章矿山信息集成建模与可视化”、 “第7章采矿数字化设计与决策优化”、 “第8章矿山数字化通信与自动化”、 “第9章矿山模拟、仿真与虚拟现实”、 “第10章数字矿山典型系统与建设范例”。

本书是“教育部高等学校地矿学科采矿工程专业规划教材”。对于编写小组来说, 是一个不小的考验, 也是一次挑战。来自东北大学、中南大学、中国矿业大学、河南理工大学、太原理工大学、昆明理工大学的18位专家、教授参与了本教材的编写工作, 历时一年。参编人员及其完成的章节分别为: 吴立新(第1章、第5.3节、第6.1~6.5节、第9.4.4节、第10.1.2节、第10.2.1~10.2.3节、实习三); 陈建宏(第2.5节、第7.1节、第9.2.3节、第9.4.1、 9.4.2节、第10.1.6节); 汪云甲(第2.1.1~2.1.3节、第3.3.1节、第10.1.3节); 王青(第7.2、 7.3节、第10.1.4节); 马洪滨(第3.1节、第3.2.2、 3.2.3、 3.2.5节); 刘善军(第2.1.4、 2.4节); 徐白山(第2.2节); 王植(第3.2.1节、第4.1、 4.2.2、 4.2.3、 4.3节、第8.1、 8.2节); 车德福(第6.6节、第9.2.1、 9.2.2、第9.4.3节); 柳敬献(第9.1.2节、第9.3节); 孙效玉(第10.1.5节); 吴超(第9.1.1节); 王李管(第10.2.4节); 杜培军(第3.2.4、 3.3.3节、第5.5节、实习二); 林在康(第3.3.2节、第10.1.1节); 郭增长(第4.2.1节、第8.3节); 张锦(第5.1、 5.2、 5.4节); 赵俊三(第2.3节、实习一)。

对于以上专家、教授的辛勤工作和无私奉献表示由衷的感谢!也对教材中所涉及到的知识和成果的所属单位和作者表示真诚的感谢!由于篇幅所限, 参考文献中未能一一列出, 请予理解!

最后, 希望同学们能从本教材中体会到知识的营养和学习的乐趣, 祝你们早日成材!

吴立新

2009年7月25日

站在21世纪全球发展战略的高度来审视世界矿业, 可以清楚地看到, 矿业作为国民经济的基础产业, 与其他传统产业一样, 在现代科学技术突飞猛进的推动下, 也正逐步走向现代化。就金属矿床开采领域而言, 现今的采矿工程科学技术与20世纪90年代以前的相比, 已经不可同日而语。为了适应矿业快速发展的形势, 国家需要大批具有现代采矿知识的专业人才, 因此, 作为优秀专业人才培养的重要基础建设之一——教材建设就显得至关重要。

在2006—2010年地矿学科教学指导委员会(以下简称地矿学科教指委)的成立大会上, 委员们一致认为, 抓教材建设是本届教学指导委员会的重要任务之一, 特别是金属矿采矿工程专业的教材, 现在多是20世纪90年代出版的, 教材更新已迫在眉睫。2006年10月18~20日在中南大学召开了第一次地矿学科教指委全体会议, 会上委员们就开始酝酿采矿工程专业系列教材的编写拟题; 之后, 中南大学出版社主动承担该系列教材的出版工作, 并积极协助地矿学科教指委于2007年6月22~24日在中南大学召开了“全国采矿工程专业学科发展与教材建设研讨会”, 来自全国17所院校的金属、非金属矿床采矿工程专业和部分煤矿开采专业的领导及骨干教师代表参加了会议, 会议拟定了采矿工程专业系列教材的选题和主编单位; 从那以后, 地矿学科教指委和中南大学出版社又分别在昆明和长沙召开了两次采矿工程专业系列教材编写大纲的审定工作会议。

本次新规划出版的采矿工程专业系列教材侧重于金属矿床开采领域。编审委员会通过充分地沟通和研讨, 在总结以往教学和教材编撰经验的基础上, 以推动新世纪采矿工程专业教学改革和教材建设为宗旨, 提出了采矿工程专业系列教材的编写原则和要求: ①教材的体系、知识层次和结构要合理, 要遵循教学规律, 既要有利于组织教学又要有利于学生学习; ②教材内容要体现科学性、系统性、新颖性和实用性, 并做到有机结合; ③要重视基础, 又要强调采矿工程专业的实践性和针对性; ④要体现时代特性和创新精神, 反映采矿工程学科的新技术、新方法、新规范、新标准等。

采矿科学技术在不断发展, 采矿工程专业的教材需要不断完善和更新。希望全国参与采矿工程专业教材编写的专家们共同努力, 写出更多、更好的采矿工程专业新教材。我们相信, 本系列教材的出版对我国采矿工程专业高级人才的培养和采矿工程专业教育事业的发展将起到十分积极的推进作用, 对我国矿山安全、经济、高效开采, 保障我国矿业持续、健康、快速发展也有着十分重要的意义。

中南大学教授

中国工程院院士

教育部地矿学科教指委主任

古德生