數字礦山在貴州省非煤能礦企業的應用研究

臧朕

摘要：從貴州省數字化礦山建設目標、建設步驟及數字礦山應用系統三個方面進行了分析，從而使貴州省礦業企業向數字化礦山進行轉型，提高礦山生產效率、提升管理精細化程度、降低生產成本、減少安全風險。

Abstract： This paper analyzes the digital mine construction goal， construction steps and digital mine application system in Guizhou province， so that the mining enterprises in Guizhou Province can realize the transition to digital mine， to improve the production efficiency of mine， improve the degree of management refinement and reduce the production cost， and reduce security risks.

關鍵詞：數字化礦山；自動化；數據采集；信息化；智能化

Key words： digital mine；automation；data acquisition；informatization；intelligentization

中圖分類號：F407.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0205-02

0 引言

貴州省作為全國資源大省，對資源的開發利用是該省經濟發展的重要手段。但在優質可用資源日趨減少、礦業經濟持續低迷的時期，為了實現大力發展實施大數據、大生態戰略的建設目標，省內礦業企業必將面臨生產模式和管控方法的轉型升級，有效提高礦山生產效率、提升管理精細化程度、降低生產成本、減少安全風險將是未來礦業企業發展的必然方向。數字化礦山就是把自動控制技術、互聯網技術和信息技術有機的融合在一起，從礦山的整體結構出發，實現整個礦山的數字化和信息化。

1 貴州省數字化礦山建設目標

由于礦山開采三維空間具有不同位置、不同時間，使得地質結構數據繁多，且海量的地質結構數據還降低了數據查詢的效率和質量，不利于數據的分類、有序整合，為提高數據查詢的效率和準確度，可將這海量數據統一于具有同一時間和空間的網絡平臺上。不僅如此，利用該網絡平臺，還能夠實時監控和遠程操控礦山各開采點，實現礦山開采過程中的遠程控制、自動化和無人化?；诖?，結合貴州省礦山企業當前階段數字化建設的實際情況，將其數字化礦山建設目標定為：礦山資源與開采環境安全數字化、決策科學化、管理信息化、生產過程自動化、信息傳遞網絡化、技術裝備智能化。

2 貴州省數字化礦山建設步驟

貴州省不僅礦產種類豐富，而且礦產資源存儲量大，是我國主要的礦產資源產地之一，然而在實際的礦山開采過程中，貴州省面臨著一些問題，包括自動化程度低、生產管理混亂、信息利用效率低下等問題，并且貴州省數字化礦山建設還未完全實現信息化，正處于計算機時代向信息時代轉化的關鍵時期，這意味著全省數字化礦山建設還存在諸多不完善的地方，許多問題亟待解決。此外，礦山建設數字化的實現，要求礦山開采過程中能夠準確的獲悉與此相關的海量數據，通過礦山整體結構的可視化，實現對礦山每一時刻、每一點實時信息的有效傳遞，進而達到礦山開采過程信息化和數字化的目的。由此可知，礦山建設數字化的過程是一個任重而道遠的過程，必須對其做好前期規劃、分步驟實施，本項目所建立的貴州省數字化礦山建設步驟如圖1所示。

①建立礦山開采過程中數據采集與更新系統：該系統操作主要包括對共享數據、實時監控數據、地質信息數據進行采集、更新、存儲、加工等，其能夠有效保證所得數據的可靠性和時效性。

②建立數據監測中心和空間數據監測中心：通過建立監控中心，能夠在減少勞動力的同時實現各監測點的遠程監控；通過建立空間數據監控能夠監測礦山固有的勘探數據、地質數據等，也就是說建立數據監測中心和空間數據監測中心，有利于礦山數據的高效、靈活管理。

③專業算法庫：結合收集到的礦山相關數據，考慮礦山開采過程中要求的各項安全準則和技術規范，依照一定的規則，對獲得的數據建立專業算法庫。通過建立專業算法庫，能夠實現對礦山數據的加工整理，進而直觀、形象的表述出礦山整體結構，并且模擬出整個礦山開采過程，同時就模擬期間出現的各種問題采取對應的解決方案，為開采設計完善提供有益建議。

④GIS數字礦山信息化平臺：通過建立該信息化平臺，能夠實現對各類數據進行交互式數據共享，該平臺具有多項功能，包括數據采集與處理、數據輸出、數據查詢等。不僅如此，該平臺還能夠把每個用戶的不同需求顯示在計算機平臺上，便于及時高效的接入各個相關子系統，大大提高了信息處理效率，如此對于技術指導、決策執行、生產管理等方面都大有益處。

⑤建設專業應用系統。實際的工程應用是數字化礦山建設的目的和意義，只有將數字化礦山建設應用到具體的工程中，其價值才能得以真正發揮，因此建設專業應用系統至關重要。

3 貴州省數字礦山應用系統

3.1 生產系統實時建模

依據礦山數據實時監控系統獲得的數據，將這些數據輸入到礦山數字化系統地質建模系統中，并結合采礦理論和礦山工程地質專業知識，對各個實體環節進行三維重現，包括設備監控、開采過程、礦床結構等，同時基于成熟的數據模型和數據分析方法實現礦區圖像的生成?？梢詫崟r建模的系統包括井巷系統、采掘系統、供電系統、給排水系統運輸提升系統、通風系統及通風設施、監測監控、人員定位系統等。

3.2 礦床三維可視化和地質建模

可以利用礦山的地質結構信息、實時監控信息建立礦床地質的三維可視化模型。礦床三維可視化作為一種新型技術，對于礦山生產管理、資源開采和資源管理大有裨益。

3.3 礦山開采規劃與設計

可以對礦山的資源儲備進行計算，同時利用模塊接口能夠良好對接礦山規劃與設計軟件，簡化了礦山規劃過程中經驗性長短期開采計劃、設備檢測的人員輪班制和人員配置的手動調整，不僅提高了礦山的開采效率，也增加了礦山的經濟效益。

3.4 礦井查詢漫游

管理者要想實現對整個礦山三維結構的實時監測，礦井查詢漫游是一種有效手段。結合數字化礦山系統，建立礦井生產系統模型后，管理者要想獲悉某個地點的三維虛擬視圖，只需在用戶交互界面中輸入漫游地點的漫游速度、視角高度、圖上坐標等查詢參數即可，方便快捷，且準確度高。

3.5 生產系統專業分析

實現所有信息框架在礦山開采過程中的工程應用是數字礦山建設的最終目的，因此工程應用系統是根據三維可視化系統、三維模型系統所建立的礦山虛擬圖像進行實際的工業操作。該系統包括工程計算機輔助設計接口（CAD接口）、工程監測、數值模擬接口。利用數值模擬接口，數字化礦山系統能夠將獲得的礦山數據，結合礦山開采過程中必須遵守的相關規范標準，依照一定的規則建立專業算法庫。通過建立專業算法庫，能夠實現對礦山數據的加工整理，進而直觀、形象的表述出礦山整體結構，并且模擬出整個礦山開采過程，同時就模擬期間出現的各種問題采取對應的解決方案，為開采設計完善提供有益建議。

4 結論

隨著市場競爭的日益激烈，礦山行業管理者越來越講究效率，礦山開采過程的無人化、自動化和遠程控制勢在必行。數字化礦山融合了信息技術、自動控制技術和現代互聯網技術，通過在開采過程中應用該技術，能夠將整個礦山開采過程（三維空間）統一在一個二維網絡平臺上，由于該平臺具有相同時間、空間坐標，便于在計算機上實時顯示管理監督和現場操作情況，使整個礦產輸運過程和管理控制過程形成一個自動控制整體。從而使貴州省礦業企業向數字化礦山進行轉型，提高礦山生產效率、提升管理精細化程度、降低生產成本、減少安全風險。

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