淺議煤炭企業(yè)的數(shù)字礦山建設

摘要： 數(shù)字礦山是國家戰(zhàn)略資源安全保障體系的重要組成部分，是評價礦山資源生態(tài)環(huán)境的重要數(shù)據(jù)基礎。數(shù)字礦山建設是資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，是化解高危行業(yè)風險的根本途徑。文章在解讀數(shù)字礦山的定義及原理的基礎上，以中國神華集團為例，闡述了煤炭企業(yè)進行數(shù)字礦山建設的意義。

關鍵詞：煤炭企業(yè)；數(shù)字礦山；煤礦地理信息系統(tǒng)

中圖分類號：F426.1文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）08-0081-02

1數(shù)字礦山的定義及意義

1999年，“數(shù)字礦山”（Digital Mine）的概念在首屆“國際數(shù)字地球”大會上被提出。數(shù)字化礦山是數(shù)字地球、數(shù)字城市的重要組成部分，是對真實礦山及其相關現(xiàn)象的統(tǒng)一認識和數(shù)字化再現(xiàn)。是在統(tǒng)一的時空坐標下，采用計算機、網(wǎng)絡通訊、多媒體、三維、數(shù)據(jù)庫、過程控制、煤礦工藝等技術，綜合生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、環(huán)境、資源、安全和效益等各種因素，將海量、異質(zhì)、異構、多維、動態(tài)的礦山信息進行科學、全面、高效的采集、整合和管理，最大限度地挖掘和發(fā)揮礦山數(shù)據(jù)的潛能和作用，為礦山的勘探設計、資源評估、開采生產(chǎn)和市場運營提供現(xiàn)代化的管理手段和科學的決策支持，以增強礦山企業(yè)在市場中的競爭能力和適應能力，保證可持續(xù)發(fā)展。

數(shù)字化礦山是在測量、地質(zhì)、采礦、選礦、安全等各個專業(yè)知識和技術資料比較完備的基礎上，結合相應軟件建立起來的三維模擬圖形，可以相當真實地立體展示地質(zhì)形態(tài)和生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況。神華集團，就是以數(shù)字礦山建設來創(chuàng)新企業(yè)的生存核心技術，以此提高企業(yè)的競爭力和效益，從而引領行業(yè)技術的進步，促進企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

管理者不僅可以通過不同設計方案的比較，實現(xiàn)最優(yōu)化的管理；更實現(xiàn)了站在整個礦山或公司的角度，整體評價和管控各個礦山、礦區(qū)、作業(yè)面的生產(chǎn)計劃，合理調(diào)配生產(chǎn)所需的各種資源；還可以在整體設計平臺之上，進行動態(tài)技術信息交流，及時改進測量、采礦、地質(zhì)工作和生產(chǎn)管理過程中出現(xiàn)的不足和漏洞。各生產(chǎn)單位也可借助整體設計平臺，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀科學合理地進行日常生產(chǎn)計劃安排。

數(shù)字化礦山還可以作為檢驗監(jiān)測手段，將礦山邊坡、排土場、尾礦庫、地下采場和采空區(qū)等已發(fā)生危險的部位所設置的監(jiān)控設施統(tǒng)一進行在線監(jiān)控，進行安全的監(jiān)控預防；將其他合作單位提交的測量、勘探、設計等技術資料進行復核，找出其需要進一步完善的部分，提高項目成果的精確度，使設計能和礦山實際生產(chǎn)活動相結合，科學推動礦山長遠發(fā)展。

2 神華集團數(shù)字礦山建設

數(shù)字礦山建設是一個復雜而系統(tǒng)的工程，不可能一蹴而就，需要由煤炭企業(yè)牽頭，聯(lián)合高校、科研院所、各個學科的科技人員協(xié)同作戰(zhàn)、長期奮斗才能實現(xiàn)的。在確定了數(shù)字礦山建設的目標和主要內(nèi)容的基礎上，對現(xiàn)代先進技術進行集成創(chuàng)新，根據(jù)神華集團自身的特點制定符合企業(yè)實際的數(shù)字礦山建設總體技術方案。

2011年5月，神華集團在北京召開了關于建設神華數(shù)字礦山的啟動大會。此舉將進一步提高神華集團的勞動生產(chǎn)效率，增強生產(chǎn)安全性，促進綠色開采，從而極大地提升神華的競爭力，對于推動整個煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有深遠意義?！督ㄔO神華數(shù)字礦山項目》分為五個子課題進行：一是建設神華數(shù)字礦山規(guī)劃研究；二是統(tǒng)一開放的集成應用軟件平臺研發(fā)，形成具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品；三是研究區(qū)域集中自動化控制與生產(chǎn)指揮；四是數(shù)字礦山示范礦井建設；五是物聯(lián)網(wǎng)、云技術、智能視頻監(jiān)視、高精度人員和車輛定位、無線通信、災變情況下的應急救援通信等新技術的研究和產(chǎn)品開發(fā)。

2.1神華數(shù)字礦山的結構

數(shù)字礦山自下而上可分為四個主要級層，分別為：基礎信息化、作業(yè)信息化、管理信息化和決策信息化，每個級層中，根據(jù)處理的任務不同，又可細化為不同功能層面。

2.1.1基礎信息化級層

主要包含基礎數(shù)據(jù)管理和模型管理?；A數(shù)據(jù)庫即實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的獲取、傳遞與存儲功能。數(shù)據(jù)獲取包括利用各種技術手段獲取各種形式的數(shù)據(jù)及其預處理；數(shù)據(jù)存儲包括各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、圖形文件庫等。該層為后續(xù)各層提供部分或全部輸入數(shù)據(jù)。

模型管理即實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的形象表述。如空間和礦物屬性的三維和二維塊狀模型、礦區(qū)地質(zhì)模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現(xiàn)實動畫模型等。該層不僅將數(shù)據(jù)加工為直觀、形象的表述形式，而且為優(yōu)化、模擬與設計提供輸入。

2.1.2作業(yè)信息化層級

主要包括模擬與優(yōu)化、設計規(guī)劃和執(zhí)行與控制：模擬與優(yōu)化即實現(xiàn)如工藝流程模擬、參數(shù)優(yōu)化、設計與計劃方案優(yōu)化等；設計規(guī)劃即實現(xiàn)計算機輔助設計，為把優(yōu)化解轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行方案或直接進行方案設計提供手段；執(zhí)行與控制是生產(chǎn)方案的執(zhí)行過程，實現(xiàn)如自動調(diào)度、流程參數(shù)自動監(jiān)測與控制、遠程操作等。

2.1.3管理與決策支持信息化層級

包括辦公自動化、ERP與企業(yè)外部環(huán)境（供應鏈與客戶關系）管理。依據(jù)各種信息和以上各層提供的數(shù)據(jù)加工成果，利進行相關分析與預測，用決策支持軟件工具為決策者提供各個層次的決策支持。數(shù)字化礦山的基本邏輯層次結構如圖1所示。

2.2神華數(shù)字礦山系統(tǒng)要求

2.2.1數(shù)據(jù)中心功能

數(shù)據(jù)中心按數(shù)據(jù)倉庫概念進行設計與開發(fā)。對于地質(zhì)、測量、采掘等礦山對象的幾何基礎數(shù)據(jù)、空間拓撲規(guī)則和幾何網(wǎng)絡信息分別按地段、時間、資源類別等關鍵字段進行組織和管理；對于礦山生產(chǎn)作業(yè)設備、作業(yè)狀態(tài)、安全等數(shù)據(jù)對象按發(fā)生時間、地點，性質(zhì)分類進行組織與管理，并與基礎地礦信息進行有機融合，形成三維可視化實體信息。在實現(xiàn)海量的地礦、生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)管理的基礎上，進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分專題深層次利用，為深入分析與決策提供輔助支持。

2.2.2三維礦業(yè)軟件應用功能

系統(tǒng)應與三維地理建模軟件（3DGIS）進行無縫融合，利用三維地理建模軟件進行礦用對象的表述與存儲，并在此基礎上實現(xiàn)礦山、作業(yè)狀態(tài)、生產(chǎn)設備的可視化監(jiān)控與跟蹤。

2.2.3企業(yè)管理功能

企業(yè)管理為企業(yè)數(shù)據(jù)管理配置中心，系統(tǒng)完成的功能主要有：①礦用對象數(shù)據(jù)目錄：基于數(shù)據(jù)中心所定義的礦用對象按目錄樹的模式組織數(shù)據(jù)，通過對象目錄樹可以查詢對象類，可以定義對象屬性數(shù)據(jù)結構，可以新增、修改、刪除、配置對象。②生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)目錄：實際上生產(chǎn)系統(tǒng)是由各種礦用對象按照一定的拓撲網(wǎng)絡關系構成的，比如供配電設備和電纜及其相互的連接關系構成了供電網(wǎng)絡，所以生產(chǎn)系統(tǒng)目錄中的對象數(shù)據(jù)包含了相應業(yè)務信息，用戶可通過相應生產(chǎn)系統(tǒng)查詢、配置某一對象包含的信息。③對象屬性結構自定義：對任一對象用戶可以自定義屬性結構，并且可以根據(jù)需求增加、修改、刪除屬性字段，這些由用戶自定義的屬性字段通過系統(tǒng)支持的訪問機制。④測點配置管理：系統(tǒng)與全礦山綜合自動化系統(tǒng)平臺無縫集成，對于全礦山綜合自動化系統(tǒng)平臺所包含的監(jiān)測點信息與對象屬性字段進行綁定，可以實時獲取綁定測點信息，支持一個對象屬性綁定多個字段。⑤數(shù)據(jù)字典管理：數(shù)字字典是支持系統(tǒng)運行的基礎信息，通過數(shù)據(jù)字典管理可以對諸如設備類型、設備型號、巷道用途、廠家信息、服務訪問路徑等信息進行維護管理以支持其他系統(tǒng)對基礎數(shù)據(jù)的平滑使用。

2.2.4生產(chǎn)動態(tài)過程管控一體化功能

應用可視化技術實現(xiàn)生產(chǎn)過程、工藝、設備、儀器的自動監(jiān)測與控制，包括如下幾個方面。①基于GPS的露天礦采場生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。②安全生產(chǎn)管控：通過對人員設備的定位跟蹤來實現(xiàn)安全生產(chǎn)和通過優(yōu)化方法實現(xiàn)設備的有效利用。③提升、供電、通風、排水等系統(tǒng)的自動監(jiān)測與控制。④礦用對象庫管理：系統(tǒng)提供礦用對象信息庫，可以對不同廠家生產(chǎn)的礦用裝備、配件、材料進行管理。

2.2.5礦山信息管理系統(tǒng)的實時更新

把各個礦山的信息系統(tǒng)包括三維礦業(yè)軟件作為終端的數(shù)據(jù)接口，每個礦山只掌握自己礦山的數(shù)字化管理系統(tǒng)，人員、設備等定位信息在信號自動采集的基礎上可實現(xiàn)同步實時更新，地測采、礦山生產(chǎn)調(diào)度部門可每隔一定時間及時更新礦體、巷道變化和生產(chǎn)現(xiàn)狀等資料，暫定研究院的礦山的數(shù)字化管理系統(tǒng)為中心系統(tǒng)，讓中心系統(tǒng)和終端系統(tǒng)保持同步，這樣就可以真正實現(xiàn)礦山地質(zhì)資源、生產(chǎn)動態(tài)的實時準確掌握與管理。

2.2.6與ERP系統(tǒng)的兼容

公司的ERP系統(tǒng)已經(jīng)上線了生產(chǎn)、銷售、財務、供應等四個模塊，該信息系統(tǒng)要和ERP系統(tǒng)有機的結合起來，充分利用現(xiàn)有資源，并在此基礎上將資源的應用最大化、最優(yōu)化。本信息系統(tǒng)更加側重礦山生產(chǎn)的技術層面，而ERP系統(tǒng)更佳突出經(jīng)濟層面的生產(chǎn)經(jīng)營管理，通過對接將技術和經(jīng)濟兩者完美的結合起來，真正在信息化、數(shù)字化上做到“精細化”管理。

3結語

我國的數(shù)字礦山建設剛剛起步，正處在快速發(fā)展階段，數(shù)字礦山的建設有力的改變了現(xiàn)有的生產(chǎn)模式，確保礦山發(fā)展的可持續(xù)性，優(yōu)化資源配置。數(shù)字礦山是一個科學、系統(tǒng)的概念，也是一種動態(tài)持續(xù)的過程，是符合適應建設信息化社會要求的礦山信息化的完整解決方案，數(shù)字礦山實施的成功，將對我國煤炭資源行業(yè)實現(xiàn)結構優(yōu)化重組和應對國際市場競爭的能力有著積極重要的作用。

數(shù)字化礦山技術正在進入一個新的飛速發(fā)展時期， 計算機技術、微電子技術的不斷突破給這一領域注入了新的活力。數(shù)字化礦山是另一個飛速發(fā)展的領域， 全面推進信息化裝備的應用，使礦山企業(yè)綜合信息網(wǎng)絡化、過程控制自動化、安全管理信息化、生產(chǎn)集約高效化，實現(xiàn)信息與業(yè)務之間完全融合、信息共享，將是數(shù)字化礦山發(fā)展的更高追求。

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