自動化理念下的數字礦山建設分析

摘 要：隨著現代化科學技術的快速發展，各種自動化、數字化技術在各個領域得到廣泛應用。基于自動化理念下，積極推動數字礦山建設，可有效提高礦山生產運營效率，還有助于減少安全生產事故。結合當前數字礦山建設的實際情況，進一步優化和完善數字礦山建設。文章簡要介紹了數字礦山建設，分析了數字礦山建設的現狀，闡述了自動化理念下的數字礦山建設。

關鍵詞：自動化理念；數字礦山；建設

數字礦山是基于動態、多時空的采動系統，包括井巷工程、地層環境與礦體，以計算機信息技術、網絡通信和礦山實時監測為中心的技術系統。自動化理念下的數字礦山建設是礦業發展的必然趨勢，通過積極建設數字礦山，實現科學化決策和礦山高效管理。

1 數字礦山建設概述

采礦工業的發展關系著國家可持續發展、人身安全、環境保護和資源利用，數字礦山建設一直以來是各國科技研究的重要內容。建設數字礦山是指將礦山中相對固定的空間位置信息，如礦山運輸、排水、供電、提升以及井下地質構造等內容，準確、全面地描述出礦山生產運營的三維控制模型，綜合礦山企業的過程控制系統、生產執行系統和資源計劃等構成一個信息廣泛的數字礦山，對礦山采掘、生產運營和自動化管理控制等系列活動進行可視決策、調度指揮、智能分析、仿真模擬和現實虛擬[1]，實現智能化和自動化的礦山管理，提高礦山生產的經濟效益和社會效益。

2 數字礦山建設的現狀

傳統礦山生產多是人工作業，采礦質量和工作效率有限，并且易發生各種安全事故，威脅采礦工作人員的人身安全，傳統礦山企業管理粗放、裝備和技術水平落后，生產、設計、決策等環節依賴于經驗，自動化程度較低。而隨著市場競爭、生產安全、經營管理等因素的影響，建設數字礦山勢在必行，但需結合礦山實際統籌規劃，改善礦山日常生產運營存在的問題，應積極引進現代化科學技術，基于數字礦山平臺，集成管理系統和生產應用，提升礦山安全管理水平和市場競爭力。當前，我國數字礦山建設起步較晚，很多礦山企業沒有將信息資源作為一種重要資源進行綜合利用和統籌開發，數字礦山的信息基礎薄弱，系統性能不夠穩定。一方面，礦山企業對于數字礦山建設的認識不全面，混淆了數字礦山建設和信息化建設的概念。數字礦山建設是自動化現場作業、三維模擬、信息自動化的有機結合體，由于礦山企業對數字礦山建設的經驗不足，而且礦山生產運營又有著個性化的特點，可參考和借鑒的內容較少[2]，使得數字礦山建設存在較大難度。另一方面，數字礦山系統孤立，數字礦山的安全管理、信息監控、輔助設計和信息系統之間，信息不共享。

3 自動化理念下的數字礦山建設

3.1 三維輔助決策系統（GIS）

數字礦山建設以三維輔助決策系統為核心，通過仿真虛擬技術和三維建模過程，虛擬再現礦山采掘、生產和運營環境，集成礦山生產運營決策、安全調度指揮、生產計劃調度以及采掘生產管理，實現對礦山經營管理和安全生產的實時監控、可視化調度和分析決策，為礦山應急救援指揮、技術調度以及安全生產管理提供重要的技術支持。

3.2 協同辦公管理系統

自動化理念下數字礦山建設需要構建協同辦公管理系統，協同辦公是以政府單位和企業信息化建設為核心的軟件系統平臺，基于該軟件系統平臺建設資金流、物流、信息流和工作流的信息化應用框架，加強個人消息、公共信息、系統數據、知識文檔等信息的溝通交流。同時對協同辦公管理系統設計工作交流管理、信息管理、資源管理、會議管理、檔案管理、公文管理、表單管理、郵件管理、首頁管理和系統管理等功能模塊。

3.3 礦山企業資源計劃

礦山企業資源計劃（ERP）結合礦山企業的實際生產運營計劃，進一步優化生產管理的流程和功能，從而確定財務管理、銷售管理、人力薪資管理、選冶管理、倉庫管理、采購管理、運輸管理、設備能源、安全管理、生產管理、計劃管理、儲量管理、系統管理等功能模塊[3]。

3.4 井下地表通訊系統

井下地表通訊系統以電纜、光纜為信息傳輸媒介，建立井下局域網，基于TCP/IP協議，實現和Internet、礦山局域網的信息通訊。井下地表通訊系統需設置視頻監控模塊、井下工作人員與設備調度、跟蹤和定位模塊以及語音通訊模塊，實現監測與交通監控之間的數據傳輸。通過對井下地表通訊系統設計模塊化結構，結合數字礦山建設實際情況，在不同階段，分步、分期進行實施。

3.5 生產執行系統

生產執行系統（MES）是面向礦山企業生產車間的實時信息系統和生產管理技術，MES為礦山企業提供精細化、有彈性、快速反應的制造環境，有助于礦山企業按期交貨、降低成本，提高服務質量和產品質量。MES實現的關鍵在于礦山生產與計劃的密切配合，車間管理人員通過MES了解礦山生產現場的情況，及時做出準確判斷，快速采取應對措施，確保礦山生產計劃的快速執行。MES為礦山企業管理人員進行礦山生產運營過程管理和監控、控制生產成本和產品質量提供了重要工具。

3.6 過程控制系統

3.6.1 人機定位管理。人機定位管理主要實現以下功能：第一，自動記錄升降井工作人員，顯示具體每個人準確的上井和下井時間；第二，識別卡管理，包括人車識別卡匹配查詢、識別卡分配、新卡入庫管理等；第三，重大危險信息警示，動態顯示礦山井下的危險信息，提醒工作人員注意所在區域的危險和風險因素，采取有效安全防護措施，在井下危險場合，如盲巷，設計語音站，組織工作人員隨便進入；第四，CAS/PDS反碰撞系統，在車輛與車輛、工作人員與車輛相遇時，提前發出報警信號，提醒行人和司機，避免發生安全事故；第五，實時定位，通過人機定位管理系統，在屏幕上顯示任一時刻井下車輛和人員的位置，實時查詢井下車輛和人員的數量和分布情況。

3.6.2 通風排水控制。實時監測礦井通風機的反風和開停、電機繞組溫度、軸承溫度、通風機功率、風量以及風壓等狀態信號，一旦發現礦井異常情況，快速發出報警信號，并傳送到礦山信息管理中心，按照緊急預案有效處理。

3.6.3 尾礦庫預警監測。通過尾礦庫預警監測系統對尾礦庫庫區筑壩、尾礦排放等情況進行巡檢和觀測，準確高效地指揮尾礦庫生產，實時觀察牲畜或者閑雜人員進入尾礦庫等情況，及時發出報警信號。

3.6.4 安全生產調度指揮。安全生產調度指揮系統是一個集礦山信息采集、調度、決策、顯示、控制、切換、處理等為一體的綜合性系統，實現整個礦山生產運營的有效、全面和持續監管，隨時掌握礦山安全生產情況，識別安全風險，對可能存在的風險提前預警，提高化解和防范礦山風險能力，確保礦山安全、穩定、高效運行。

4 結束語

隨著礦山開采越來越深，對于礦山企業的生產運營要求也越來越高。礦山的安全生產運營離不開技術創新和科技支撐，通過建設數字礦山，實現標準化、系統化、規范化的采礦生產運營，實現最大化的經濟效益，推動礦山企業的快速發展。

參考文獻

[1]吳立新，汪云甲，丁恩杰，等.三論數字礦山——借力物聯網保障礦山安全與智能采礦[J].煤炭學報，2012，3：357-365.

[2]楊光.試分析自動化、信息化與數字礦山[J].機械管理開發，2013，5：68-69+72.

[3]白復鋅，王善功，姜順鵬，等.淺談數字化礦山建設整體架構思路[A].中國金屬學會采礦分會、中國礦冶網.全國冶金礦山現代采礦技術及裝備學術研討會論文集[C].中國金屬學會采礦分會、國家金屬礦產資源綜合利用工程技術研究中心、中國礦冶網，2012：5.

作者簡介：袁超（1987-），男，河北唐山人，學歷：本科，工作單位：河北鋼鐵集團礦山設計有限公司，助理工程師，研究方向：自動化。