露天煤礦數字礦山建設研究

欒忠志++黃晨++侯星野

摘 要：數字礦山是一項系統工程，露天煤礦數字礦山建設對于礦區的發展具有重要的促進作用。本文對數字礦山的概念及建設的意義進行了簡要論述，并分析了國內露天煤礦的發展現狀及存在的主要問題， 提出了數字露天煤礦的建設目標和具體實施內容，以期促進露天煤礦數字礦山建設進程。

關鍵詞：露天煤礦 數字礦山 建設

中圖分類號：TD216 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0051-01

隨著時代的不斷進步和發展，科學技術日新月異，礦產資源的需求量不斷增加，開采加工難度不斷增大，給采礦業帶來了巨大的沖擊，機遇和挑戰并存，這就要求采礦業不斷走向數字化和智能化，以提高開采質量。1998年，美國前副總統戈爾在“數字地球—展望21世紀我們這顆行星”的演講中提出了“數字地球”（Digital Earth）的概念，1999年召開的首屆“國際數字地球”大會上又提出了“數字礦山”（Digital Mine）的概念。“數字礦山”的提出，為礦業發展指明了方向。為進一步促進露天煤礦的可持續發展，其必須結合自身實際，加強數字礦山建設，以促進經濟效益和社會效益的提高。

1 數字礦山的內涵及研究意義

目前，對于“數字礦山”的定義國內外尚未完全統一。通俗地講，數字礦山就是一個礦山范圍內的以三維坐標信息及其相互關系為基礎而組成的信息框架，并在該框架內嵌入我們所獲得的信息的總稱。對于數字礦山建設，概括起來目前主要有以下五種觀點，即數字地球觀點、地質模型觀點、信息管理觀點、監控系統觀點和工程應用模式觀點。對于數字礦山的功能內涵，必須從對礦山數據的存儲、傳輸和表述向更深層次延展，并不斷拓寬各個層次的應用，應涵蓋數據的獲取、存儲、傳輸和表述，礦山生產與經營決策優化，各種設計、計劃工作和生產指揮的計算機化，生產工藝流程和設備的自動控制等多個方面。數字礦山建設，具有重要的現實意義，第一，數字礦山能以數字化的形式全面反映礦區的地質信息、力學信息、露天煤礦礦產資源的儲量和開采情況，有利于根據這些數據信息做出合理的開采規劃，在保證礦產資源穩定供應的同時，促進資源的合理利用和環境保護工作，以促進經濟社會的可持續發展。第二，數字礦山能適應日益增多的深井開采條件，并結合自動化開采技術，使礦工遠離高溫和巖爆威脅等惡劣環境，減少和避免礦山安全事故。第三，對礦山開采引起的各類生態破壞和環境污染問題進行數字化分析，以為礦山的生態重建方案、災害評價與預測預報體系等提供參考依據。

2 露天煤礦數字礦山建設存在的問題

近年來，我國露天礦緊跟時代步伐，大力致力于數字礦山建設，取得了一定的成效，但數字礦山的建設總體上仍處于起步階段。部分露天煤礦仍處于勞動密集型的機械化初級水平，管理粗放，煤炭開采技術、裝備水平、礦山地質測量信息管理手段相對落后，缺乏三維可視化手段；煤礦開采設計和計劃缺乏統一規劃，大多以經驗為主，缺乏科學性；過程控制程度低，生產效率不高。另外我國部分礦山企業對進行數字礦山建設的重要性認識不足，建設積極性不高，缺少長遠規劃和發展目標，影響數字礦山建設的進程。同時礦床開采涉及的領域較為廣泛，需要多種技術的綜合支撐，存在一定的技術阻礙。對于露天煤礦的數字礦山建設不可能一蹴而就，還需要較長時期的不懈努力。

3 數字露天礦建設的主要內容

數字露天礦的建設應綜合考慮本礦區的生產管理需求及具體實際，設定合理的數字礦山建設的長期目標和內容：實現資源與開采環境的數字可視化、安全化和環保化，技術裝備智能化與生產過程控制自動化，信息傳輸網絡化與資源高度共享化，管理與決策科學化。具體而言，其主要可側重于以下幾個方面的研究和實踐。

3.1 虛擬條件下礦山模擬開采技術研究

為促進礦山開采的科學性，數字礦山建設倡導對虛擬條件下礦山模擬開采技術研究，以期為礦山開采提供參考依據。其主要是綜合考慮礦區的地質情況、礦床模型等，構造虛擬礦山，進行數字模擬開采，合理編制露天煤礦的開采計劃、采礦方法、邊坡工程設計、災變應變預案等，此項技術的重點在于以優化開采為目標，有利于提高礦山開采的效益。

3.2 礦山數字地質、礦床模型研究與開發

礦山數字地質、礦床模型研究與開發，有利于實現對礦區地理信息的全面把握。可采用礦山地理信息系統建立統一的時空框架，全面整合礦山各類系統中的大量異質信息，建立數據倉庫及模型庫，實現數據共享。具體而言，應注重對空間和礦物屬性的礦山實體數字地質、礦床模型、采場和排土場模型，地理信息系統和虛擬現實模型等的建立，實現對礦床中礦、巖的空間分布的全面了解，其主要利用RS、GPS、GIS、常規測量、地質寫實、取樣化驗等各種實時在線采集系統與技術手段獲取。根據鉆探或遙感、遙測信息建立礦床地質構造模型，根據鉆孔、探槽和炮孔取樣建立有關礦、巖屬性的空間數字模型。

3.3 實現生產過程管理和控制一體化

礦山生產過程管控一體化是指應用可視化技術，實現生產過程、工藝、設備、儀器的自動監測與控制。其主要包括：（1）生產調度監控系統，其是運用計算機、GPS、無線通訊及設備監測監控技術實現對生產過程及生產設備的真三維顯示，加強對開采設備生產作業參數及狀態的監測和故障的診斷，并根據實際情況，對采場運輸進行合理的優化調度。（2）生產決策支持系統，將礦山中的固有信息如地面地形、煤田地質、開采方案等數字化，按三維坐標構建數字礦山，并進行礦山三維地學仿真顯示、開采過程模擬分析等工作。（3）管理信息系統（MIS），其將計劃管理、設備管理、財務管理、材料管理等相關信息嵌入到數字礦山三維框架內，對多維數字礦山進行構建。（4）礦山安全監測與預警系統，其以實體數字地質模型為基礎，綜合各類數據信息，對礦床開采進行安全監測與預警，以促進礦區環境保護，預防地質災害的發生。

3.4 開發礦山應用軟件及人工智能技術研究

為促進數字礦山建設，必須配置相應的礦山應用軟件，如采礦CAD、虛擬礦山、采礦仿真、工程計算、人工智能和科學可視化等軟件工具。另外應將電子與機械技術相結合，實現遙控機器人采礦，提高露天煤礦生產效率。同時為實現礦山的智能化，應加強人工技能技術的研究，實現生產調度指揮、資源預測、安全警示、突發事件處理等決策支持功能。

綜上所述，數字礦山是礦業發展的必然趨勢，數字礦山建設是露天煤礦一項龐大的系統工程，應綜合考慮我國礦山現階段的技術、裝備、管理水平，分階段實施， 逐步系統完成，促進礦山真正安全、高效、經濟開采，構建生態礦業工程，并最終實現資源、環境與經濟三者的和諧統一，達到可持續發展的目標。

參考文獻

[1] 楊志勇.露天礦數字礦山建設思路探討[J].露天采礦技術，2012（1）.

[2] 呂鵬飛，郭軍.我國煤礦數字化礦山發展現狀及關鍵技術探討[J].工礦自動化，2009（9）.endprint