智慧礦山設(shè)計(jì)創(chuàng)新構(gòu)想

董 健，葉會(huì)師，劉小偉，王建勝，徐 菲

（河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營(yíng)鐵礦有限公司，河北 灤縣 063700）

自2012年起，在習(xí)總書記的指示倡導(dǎo)下，國務(wù)院、發(fā)改委等相關(guān)部門相繼出臺(tái)了“智慧城市”建設(shè)的指導(dǎo)意見與扶持政策；在中央進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)之后，地方經(jīng)過了多年的技術(shù)積累，目前正爭(zhēng)先恐后的進(jìn)行智慧應(yīng)用建設(shè)。礦山領(lǐng)域在1999年首次提出數(shù)字礦山的概念后，經(jīng)過了近20年的技術(shù)攻關(guān)，在國際上實(shí)踐了大量的科技研究成果，發(fā)達(dá)國家在數(shù)字礦山領(lǐng)域擁有30年以上的實(shí)際應(yīng)用，但在我國僅在首鋼、寶鋼礦山進(jìn)行了應(yīng)用，未得到廣泛推廣，所以造成了礦山整體上依舊是勞動(dòng)密集、科技水平低，落后的生產(chǎn)模式，最終導(dǎo)致我國鐵礦石生產(chǎn)在國際市場(chǎng)上無任何競(jìng)爭(zhēng)力，因此，智慧礦山符合中央供給側(cè)改革的目的意義，發(fā)展智慧礦山符合社會(huì)進(jìn)步的需求。

1 智慧礦山的實(shí)施構(gòu)想（以車間為例）

（1）采礦。首先在爆破設(shè)計(jì)上，運(yùn)用軟件根據(jù)貧化率、損失率，自動(dòng)確定礦巖界限，利用巖石硬度、孔隙率、含水率、炸藥性能等參數(shù)，優(yōu)化炮孔布置，實(shí)現(xiàn)布孔、裝藥、爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，并對(duì)起爆順序、礦巖拋擲方向、爆破能量分布進(jìn)行模擬，制作爆破施工圖，達(dá)到控制爆破振動(dòng)、毒氣、煙塵等爆破危害，減少炸藥使用量最高可達(dá)70%，結(jié)合環(huán)保及對(duì)周邊村民的影響綜合計(jì)算，僅司家營(yíng)北區(qū)分公司節(jié)約成本保守估計(jì)在5000萬元以上。目前，爆破設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)出現(xiàn)，我們可以在前期炮孔地質(zhì)測(cè)量上實(shí)施創(chuàng)新，進(jìn)行現(xiàn)有軟件的程序升級(jí)改造，擁有我們獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新軟件。利用現(xiàn)有技術(shù)（快速礦石品味測(cè)定儀）對(duì)礦石分布進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)度，然后結(jié)合供礦設(shè)備的操作性能，進(jìn)行模糊修正，在供礦設(shè)備上加載全息投影技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配礦的網(wǎng)格化高精度控制，從源頭上解決礦石利用率，從而完成在全工藝流程中的成本節(jié)約。

（2）運(yùn)輸。隨著礦山職工年齡的不斷增大，由身體原因引起的偶發(fā)性暈厥甚至休克，發(fā)生機(jī)率將持續(xù)增加，并且具有一定的不可預(yù)見性；同時(shí)由于倒班，身體長(zhǎng)期疲勞，班中瞌睡的發(fā)生客觀存在，在司機(jī)以及其他具有瞬發(fā)危險(xiǎn)性的崗位，引入健康檢測(cè)手環(huán)等健康檢測(cè)設(shè)備，在此基礎(chǔ)上整合健康檢測(cè)端口與設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)預(yù)警、報(bào)警、處置及救援的全系列措施，具有重大的安全科學(xué)管理意義，擁有極大的前景。節(jié)約石油資源，充分利用可再生能源━電能，進(jìn)行礦用車輛的改造。現(xiàn)在國產(chǎn)純電動(dòng)礦車（比亞迪V60，售價(jià)4000萬）已經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用，說明電動(dòng)技術(shù)在礦車上應(yīng)用是可實(shí)施的。如果能把貝拉斯等現(xiàn)有礦車改造成電動(dòng)，不管是經(jīng)濟(jì)效益，還是環(huán)保效益都是顛覆性的，假設(shè)我單位暫時(shí)無法完成完全改造，實(shí)現(xiàn)部分改造也是具有重大實(shí)際意義的；比如給貝拉斯加裝機(jī)械發(fā)電裝置和儲(chǔ)電裝置，在下坡時(shí)，還有剎車時(shí)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，那么此項(xiàng)成果也是具有重大意義的。智慧交通的建立，在采場(chǎng)生產(chǎn)或者地下礦生產(chǎn)中，利用雷達(dá)掃描技術(shù)以及地磁感應(yīng)技術(shù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行交通指揮。比如在司家營(yíng)礦區(qū)的紅綠燈處，設(shè)置智慧交通指揮系統(tǒng)，在東西向礦內(nèi)道路沒有車輛時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別不亮起綠燈，這樣就大大提高了平青大公路的通過效率。把雷達(dá)技術(shù)加front-projected holographic display技術(shù)進(jìn)行技術(shù)融合創(chuàng)新，在采場(chǎng)、地下礦等將有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

（3）碎礦。在運(yùn)輸皮帶的關(guān)鍵位置利用雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行三維監(jiān)測(cè)，編寫程序建立系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵位置的預(yù)警、設(shè)備緊急剎車等功能；在列車裝運(yùn)過程中，三維技術(shù)的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)列車裝載最大化、站臺(tái)無人監(jiān)測(cè)、月臺(tái)監(jiān)測(cè)等功能，同時(shí)在井下生產(chǎn)中，雷達(dá)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更多功能，比如井下機(jī)車無人駕駛、井下人車防碰撞預(yù)警等功能。

（4）選礦。運(yùn)用MATLAB等工程計(jì)算軟件，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)化，并采集所有數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)大數(shù)據(jù)的支撐，進(jìn)行云計(jì)算，得出精準(zhǔn)的生產(chǎn)要素過程。選礦在智慧礦山的投入是最大的，需要一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)性分析，正確選擇運(yùn)算規(guī)則是最重要的環(huán)節(jié)，通過不斷的修正，形成我們擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心數(shù)據(jù)庫，試選礦成本明顯降低。

（5）尾礦。在現(xiàn)有尾礦庫安全監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，加入更多的數(shù)值模擬計(jì)算，運(yùn)用front-projected holographic display計(jì)劃實(shí)時(shí)呈現(xiàn)尾礦庫安全狀態(tài)。結(jié)合大數(shù)據(jù)下的資源合理利用，為尾礦的利用率、利用途徑進(jìn)行全區(qū)域配置。建立阿里云、北斗、front-projected holographic display技術(shù)相結(jié)合的邊坡、尾礦壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)位移監(jiān)測(cè)，保障安全生產(chǎn)。

（6）物業(yè)。對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用程序進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，取消飯卡，直接用手機(jī)刷卡，同時(shí)還可以添加自助選菜等個(gè)性化訂制食堂服務(wù)（在物業(yè)可以滿足職工需求的情況下，提供服務(wù)職工的多種舉措）。

（7）辦公。推進(jìn)電子公章、簽字系統(tǒng)，并進(jìn)行配套加密程序，做到節(jié)約人力資源成本、用車成本等一系列成本消耗，同時(shí)做好保密工作。黨群、團(tuán)委建立子系統(tǒng)，編入黨員、困難職工等電子檔案，進(jìn)行精準(zhǔn)幫扶、對(duì)接。協(xié)同辦公，根據(jù)智慧礦山大數(shù)據(jù)測(cè)算，合理計(jì)算成本任務(wù)。比如把化工廠炸藥生產(chǎn)成本、采礦爆破、裝運(yùn)成本和碎礦成本進(jìn)行全數(shù)據(jù)計(jì)算，然后再細(xì)分步驟成本，做到聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)，不出現(xiàn)為完成本環(huán)節(jié)成本，而不管下步成本的現(xiàn)象。

2 突破性創(chuàng)新

沙盤系統(tǒng)：不管是在總部的沙盤模型，還是在生產(chǎn)指揮中的平面CAD模型，沙盤有著體現(xiàn)企業(yè)形象、展示企業(yè)科技水平以及合理指揮生產(chǎn)的重要作用，國外現(xiàn)有沙盤是三維高仿真數(shù)字沙盤，如果我們運(yùn)用front-projected holographic display技術(shù)制作沙盤，將是革命性的創(chuàng)新成果，front-projected holographic display沙盤可將現(xiàn)場(chǎng)直接立體呈現(xiàn)在您面前，對(duì)于提高企業(yè)形象，全區(qū)域指揮生產(chǎn)具有重大意義。（分辨率對(duì)比：蘋果7—705ppi，三星S7—509ppi，全息投影—5000ppi）。無人機(jī)系統(tǒng)：利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行礦山救援搜救，礦山地形、地質(zhì)測(cè)繪等等多領(lǐng)域的創(chuàng)新項(xiàng)目的設(shè)立。front-projected holographic display技術(shù)的全方位應(yīng)用，比如應(yīng)用到采場(chǎng)車輛管理，可以模擬出道路分隔線、無盲區(qū)道路呈現(xiàn)等，此技術(shù)如果能在我公司礦山得以，將具有世界領(lǐng)先水平。

3 建立意義

智慧礦山的建立，是承接中央十三五規(guī)劃以及數(shù)字礦山進(jìn)一步的發(fā)展結(jié)果，也是今后礦山的必然發(fā)展趨勢(shì)；而全息投影技術(shù)在礦山中的應(yīng)用是本文在智慧礦山設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)，front-projected holographic display技術(shù)屬于前言科技，如果在我公司能夠應(yīng)用成功，將是中國礦山行業(yè)的驕傲。