現代新型數字化礦山的構建與實施

劉　梅　南世卿　胡亞軍　呂小煥

(河北鋼鐵集團礦山設計有限公司)

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現代新型數字化礦山的構建與實施

劉梅南世卿胡亞軍呂小煥

(河北鋼鐵集團礦山設計有限公司)

摘要通過數字化礦山的構建，創建強有力的支撐平臺，全方位服務于增強公司核心競爭力和實現公司戰略目標。圍繞河北鋼鐵集團礦業公司數字化礦山的構建與實施，使數字化、智能化、自動化與信息化在礦山應用領域里以廣泛覆蓋作為發展目標，在此基礎上深度互聯，實現協同共享，進而實現智能分析處理，同時提供一個開放的“數字礦山系統”,實現技術管理、生產管理與企業管理多系統的集成,滿足礦山高效安全低成本的發展要求。

關鍵詞數字礦山協同共享智能分析

隨著全球資源市場競爭的日益激烈，現代新型礦山企業數字化建設的作用日益彰顯，實施礦山數字化建設是改變企業現狀，帶動各項工作創新，提升企業核心競爭力，實現可持續發展的必然選擇，如何提高企業競爭力在很大程度上取決于礦山企業數字化建設水平。數字化技術是推進國家“兩化融合”的深度表現，數字礦山引領行業前沿，具有動態、可控、可視、智能等特點，不僅是設備和技術的集成，還在本質上幫助企業安全生產和提高效益。公司建設數字礦山，更重要的意義在于對現有管理體制、組織結構的變革和創新，整合現有業務流程和生產管控流程，實現流程再造，使變革管理體系達到扁平高效，最終實現零距離管控等理想化目標。現代新型數字化礦山的構建與實施使數字化、智能化、自動化與信息化相融合，深度互聯，實現協同共享和智能分析處理，從而實現技術管理、生產管理與企業管理多系統的集成，提高礦山生產安全性和勞動生產率，降低成本[1]。

1基本原則

(1)立足實際，先進可靠穩定。從實際情況出發，實事求是，力爭在現有基礎上達到技術的先進性，并充分考慮到今后系統運行管理費用的經濟性和數據的安全性、可靠性以及對企業運營改變的適應能力。

(2)總體規劃、分步實施。從公司發展的整體角度出發，綜合考慮地質、測量、采礦和信息化管理的總體需求，統一規劃，逐層細化落實，統一設計，分步組織實施。

(3)審慎規劃，小步快走，做到“想得要大，起步要小，擴張要快”。“想得要大”是根據對技術發展的預期，審慎確定系統長遠的發展目標；“起步要小”是要以小的、容易實現的、效果明顯的項目起步，確保初戰必勝；“擴張要快”是在已經取得經驗和效益的基礎上，加快系統擴張的步伐，盡快拿下這個系統所應有的全部經濟和社會效益。

在充分考慮公司信息化總體框架原則下，按照生產安全高效、資源循環利用、環境生態優化等綠色礦山建設的業務需求和數字礦山示范單位的要求，確立公司“數字礦山”的建設內容、建設方案，包括生產、安全、環境信息數字化與三維可視化，設備智能化，生產過程自動化，辦公網絡化，企業管理標準化、規范化與信息化，建立以生產、安全、環境、質量標準化為基礎的礦山全面風險管控系統。

2構建與實施

2.1總體目標

以實現企業發展戰略為目標，以信息化建設總體藍圖為導向，綜合運用現代信息技術及科學的企業管理思想，逐步提高企業信息化程度和企業管理水平，力爭在未來3～5 a建立一個集成企業過程控制系統、三維可視化管控系統、生產制造執行系統、ERP系統及企業決策支持系統的現代、科學的綜合信息系統平臺，真正實現企業“集成一體、管控銜接、三流合一”，從而滿足企業的可持續發展，提高企業核心競爭力，幫助企業更快、更好地實現發展戰略目標[2]。其具體目標包括：以“數字化、智能化、自動化與信息化融合”為基礎，實現“管控一體化”；實現多級多層次風險預控體系；實現資源節約型、環境友好型、安全高效型及基礎對象數字化、生產管理精細化、技術裝備智能化、人員培訓制度化；充分利用企業資源優勢，減員增效，實現集約化管理。

2.2頂層設計

數字礦山的頂層設計是第一步將礦山管理分為技術管理、生產管理、企業管理3個層面，第二步將數字礦山工作分為數字化建模、自動化控制、信息化管理3個部分。主要工作內容如下：

(1)礦山生產過程數字化，利用三維可視化工具對礦區、礦床模型、工程、設備與工藝過程進行三維建模與統一管理。

(2)生產設備智能化，礦山生產設備必須具備礦山生產自動化的支撐。

(3)生產過程自動化，包含礦山生產、安全、環保過程自動化監測與監控。

(4)技術管理信息化，指礦山技術各個專業的設計、優化、分析與比較，為生產管理提供全方位的支撐。

(5)生產管理信息化，包括以成本控制為中心的MES生產執行系統、采礦與選礦精細化管理系統。

(6)企業管理信息化，指以人、財、物、產、供、銷為主體的ERP系統，企業制度，知識庫，辦公自動化為基礎的企業管理平臺作為建設目標。

(7)礦山平行系統，采用三維虛擬系統與生產實際集中統一管理，簡化復雜礦山的管理問題。

(8)礦山數據中心，實現數據的集成采集與共享管理。

2.3建設需求分析

關于數字礦山技術和系統的開發與研究大體方向和發展趨勢可概括為2個過程、2個階段。2個主過程是資源儲量動態管理和開發研究決策與設計，其中資源儲量動態管理包含預查，普查，詳查，地質勘探，生產勘探，探采對照的儲量新增、升級與核銷的過程；開發研究決策與設計過程則包括項目建議書、初步可行性研究、預可行性研究、可行性研究、初步設計、施工圖設計、工程施工、測量驗收。2個階段是工程建設階段與生產階段，其中建設階段又分為決策階段、設計階段和施工階段。礦山技術工作的內容大致分為資源勘察研究，開拓系統研究，采礦方法研究，供電、提升運輸、通風、排水、充填系統研究以及三維可視化設計與管理、項目工作計劃與預算、經濟技術評價等研究，三維可視化技術可以提供直觀了解的平臺，減少決策失誤。

企業的核心需求是構建信息化基礎平臺、技術管理平臺、生產管控平臺，完成企業部門內部各項業務管理職能。信息化基礎平臺主要是對前期投入的企業網絡、服務器、通訊聯絡、監測監控進行升級改造；技術管理平臺主要由地測采三維數字軟件、礦產資源管理系統構成；生產管控平臺包括礦山平行系統、應急救援指揮系統、生產執行系統等，負責與企業的OA系統、ERP系統進行集成，并為之提供相關數據，且與企業信息化基礎設施及安環監測監控系統、生產自動化控制系統實現無縫銜接。

礦山管理業務與系統功能轉化后的目標更加直觀，需求更為細致，礦山生產管理是實施數字礦山的主體，是數字化管控平臺的主要數據來源，這些基礎性數據由礦山生產管理的數字化管控平臺來獲取、處理、分析和管理。見圖1、圖2。

2.4數字礦山建設內容

(1)信息化基礎平臺，以現有網絡平臺為基礎，對企業信息化網絡、工業自動化網絡、視頻網絡、無線網絡、公司總調室、生產調度室、應急救援指揮中心、機房工程進行系統的規劃和優化設計。

(2)技術管理平臺，該平臺建設是礦山數字化的基礎，本次建設將作為首要任務來安排，基于三維可視化管理建立相應技術管理制度與規范，建立三維地域模型、礦床模型、工程模型、設備模型，以礦產資源、采選工藝、計劃編制三維可視化動態管理作為主要目標，為生產與企業管理平臺提供支撐。

(3)生產管理平臺，以礦山生產過程精細化管理、三維可視化與自動化集成調度管理作為建設目標，與技術管理平臺實現集成互動，同時是溝通技術管理平臺與企業管理平臺的橋梁。

(4)企業管理平臺，從集團的管控模式入手，根據公司、礦山各部門的管理職能規劃公司的ERP系統、OA辦公自動化系統等其他管理系統，實現人力資源、經營計劃、物資采購、倉儲庫存物流、市場經營、產品銷售、財務、企業辦公、黨群工作、企業檔案信息化管理。

(5)決策支持平臺，從企業數據中心和礦山數據中心建設、領導綜合查詢、礦山平行系統深入應用的基礎工作入手，利用三維可視化手段實現資源評價、生產過程評價和安環管控評價的綜合統計查詢目標，在應用中進行總結與沉淀，逐步形成智能化的決策支持平臺。

圖1　礦山技術管理業務與系統功能轉化

圖2　礦山生產管理業務與系統功能轉化

2.5系統建設組織保障

資金、組織、領導牽頭是數字礦山建設的根本保障，建立數字礦山領導小組與執行小組，對項目進行統籌、組織、策劃與監督(圖3)。

成立以董事長為組長，公司主管領導、職能部門領導、二級部門領導、項目經理等為組員的領導小組。公司數字礦山建設執行小組設組長一人，兼任項目經理，負責總體協調；副組長多人，由各實施小組組長兼任，負責協調各個小組之間的關系。綜合組負責后勤保障，標準規范組負責公司標準規范與制度的修訂與完善，地質測量組負責地質勘探、生產勘探、生產監督、測量驗收，采礦計劃組負責采礦設計、生產與計劃，選礦工藝組負責選礦工藝過程分析，質檢組負責化驗、計量、生產統計，安環組負責安全環保自動化系統，人事行政組負責辦公信息系統，物資設備組負責物資采購、設備管理系統，市場銷售組負責銷售系統，財務組負責財務系統的接口，網絡技術組負責網絡安全及其服務器、數據庫。

圖3　數字礦山建設組織

2.6培訓和人才隊伍建設

數字礦山建設人才隊伍的培養是關鍵，結合河鋼礦業公司的人才結構、人力資源規劃、需求情況，確定數字礦山建設工作中人才工作的培養方向，把建立“三支人才隊伍”作為人才建設的基礎。

(1)全面加強企業經營管理人才隊伍建設，培養數字礦山建設工作中的領軍人物。

(2)重點加強專業技術人才隊伍建設，注重加強專業技術人才崗位鍛煉，加大數字礦山建設培訓力度，著眼于企業的長遠發展和人才的總體需求，以調整和優化結構為主線，重點做好目前較為緊缺的地質、采礦、測量、綜合計劃、機械等關鍵崗位的專業技術人才培訓工作。

(3)注重操作技能人才隊伍建設，與公司大量采用先進的工藝與現代化裝備相適應，以提高崗位操作技能為重點，打造一支精通技術、一專多能，具有較強操控力、勝任力的技能人才隊伍。結合生產實際需要，以提高崗位操作水平為根本，以崗位實踐技能練兵與職工培訓網絡學院為手段，強化自我培訓的內容，建立操作技能人才培訓師資隊伍及試題庫，注重實際操作能力的培訓，全面提升職工素質。同時，加快人才引進，一方面做好大中專畢業生的接收、安置和見習工作，留住人才；另一方面積極做好礦山專業和IT專業的技術人才的引進和培養。

3主要效果

3.1管理水平提升

數字礦山頂層設計規劃構建了一整套先進的礦山運行體系，進一步優化了礦山的技術、管理和生產方式，在礦山設計、施工、開采、安全、管理、教育、可持續發展、土地利用規劃以及科學決策等方面產生廣泛的社會和經濟效益，為礦山科學技術的發展提供了強大的動力。通過數字化建設將礦山的空間和屬性數據實現遠程網絡傳輸、集中存儲，應用于地質勘探、礦山生產管理和決策之中，實現地質勘探設計和采礦方案優化；使礦山規劃管理具有更高的效率、更豐富的表現手法、更多的信息量、更高的分析能力和準確性，從而提高礦山生產和管理的時效性、有效性、資源優化配置水平、綜合實力，促進礦山的可持續發展；在有精確三維坐標、時間和對象屬性的多維虛擬環境中進行規劃、決策和管理，在處理礦山復雜系統問題時更好地建立直觀感和全局觀念，實現精細化設計；通過礦山生產過程控制系統，提高礦山生產安全性和勞動生產率，降低成本；項目的建設及實施按照數字礦山建設的全面規劃進行，系統建設不再各自為政，而是協同共享，發揮其應有的作用，以“數字化、自動化與信息化融合”為基礎，實現“管控一體化”，從而提高礦山技術管理、生產管理、企業管理信息化水平，達到礦山管理高效和決策科學化的目的，進一步增強企業核心競爭力。

3.2技術創新能力提升

在現有礦業公司管理網絡擴融、總調度室改造、司家營礦區網絡優化方案建立起統一綜合通訊網絡，加強信息安全保障措施，搭建快速、安全、可靠的信息化基礎平臺；設計研發了安環監測監控系統、露天卡調系統，優化升級選廠自動化系統，自主創新研發了外委車輛GPS定位系統、汽車燃油消耗監測系統、卡車裝載運輸計量系統、露天邊坡監測系統、地壓與爆破震動監測系統、供電無人值守系統、排水無人值守系統、皮帶無人值守系統、過磅計量無人值守系統等。對新建礦山的自動化系統建設方案充分考慮節能、環保、降耗、安全、高效，相應研發并采用礦體三維模型與高效開采技術、礦山工業廠區三維可視化、安全避險綜合通訊系統優化、礦井節能通風網絡優化、智能地下排水系統、礦區供電智能控制系統、地下電機車運輸綜合控制系統、地下電機車無人駕駛系統、地下照明智能調控系統、井下防水門控制系統、地下采運提協同系統、地下鏟運機遠程遙控技術、斜坡道交通信號系統、井下溜破系統、主副井提升系統。

4結論

現代新型數字礦山建設是變革和創新現有管理體制和組織結構，整合現有業務流程和生產管控流程，實現流程再造，使變革管理體系達到扁平高效，最終實現零距離管控等理想化目標。因此，必須立足礦山發展戰略，以數字礦山建設推動工藝流程再造，倒逼體制機制變革，實現公司管理扁平和效率提升，打造持續盈利能力和長遠競爭能力。

參考文獻

[1]張云生,李文.首鋼礦業公司數字礦山探索與實踐[J].金屬礦山,2007(8):241-245.

[2]朱超,吳仲雄,張詩啟.數字礦山的研究現狀和發展趨勢[J].現代礦業,2010(2):25-27.

(收稿日期2015-12-13)

劉梅(1982—)，女，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響堂鎮。

·經濟·管理·