基于綜合自動(dòng)化平臺(tái)的數(shù)字化礦山運(yùn)營(yíng)管理

（中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072）

1 工程概述

緬甸萊比塘銅礦（簡(jiǎn)稱L礦）位于緬甸實(shí)皆省（Sagaing）南部，與該省最大的城鎮(zhèn)蒙育瓦（Monywa）直線距離約5km，公路里程約26km。蒙育瓦銅礦區(qū)處于緬甸中部中央沉降帶的內(nèi)火山弧上，產(chǎn)于欽敦江沖積平原西側(cè)的晚第三系火山碎屑巖和晚期的安山巖-英安巖體內(nèi)，沿北西走向分布有四個(gè)銅礦段，其中S礦、S南礦、K礦三個(gè)相鄰，L礦位于S礦東南約7km處，是其中最大的一個(gè)。項(xiàng)目建設(shè)期3年，露天開(kāi)采期32年，其中達(dá)產(chǎn)期31年，減產(chǎn)期1年，設(shè)計(jì)規(guī)模為100kt/a高純陰極銅，是亞洲目前第一大濕法煉銅項(xiàng)目。

L礦的采礦生產(chǎn)管理和調(diào)度一直沿用傳統(tǒng)的礦山生產(chǎn)管理模式，生產(chǎn)數(shù)據(jù)由人工記錄，工作效率較低，制約了液壓鏟和卡車等設(shè)備利用率的提高，難以適應(yīng)現(xiàn)代化大礦山大規(guī)模采礦和剝巖生產(chǎn)任務(wù)發(fā)展需要。為了改變這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，加速礦山信息化、數(shù)字化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)礦山的精細(xì)化管理，降本增效，L礦于2016年開(kāi)始著手構(gòu)建綜合自動(dòng)化礦山平臺(tái)，初步完成礦山的監(jiān)管控一體化。

2 綜合自動(dòng)化平臺(tái)的初步構(gòu)建

通過(guò)采用現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等各種高科技技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的露天采礦生產(chǎn)管理理念，基于二維礦山GIS圖形，導(dǎo)入礦山地理信息和設(shè)備運(yùn)行信息，以及高精度引導(dǎo)獲得的地測(cè)采技術(shù)信息，在礦區(qū)建立數(shù)字化調(diào)度中心，最終初步形成一個(gè)信息化、智能化、社會(huì)化的綜合自動(dòng)化平臺(tái)。

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

圖1 自動(dòng)化平臺(tái)的初步構(gòu)建

圖2 高精度引導(dǎo)地測(cè)采炮區(qū)管理平臺(tái)

3 依托綜合自動(dòng)化平臺(tái)各個(gè)子平臺(tái)的形成

基于綜合自動(dòng)化平臺(tái)，以調(diào)度中心為紐帶，通過(guò)分析礦山各項(xiàng)工作之間邏輯關(guān)系，結(jié)合系統(tǒng)各個(gè)功能模塊，形成二維監(jiān)控可視化平臺(tái)、生產(chǎn)智能調(diào)度平臺(tái)、高精度引導(dǎo)地測(cè)采信息共享平臺(tái)、設(shè)備報(bào)警維修管理平臺(tái)、綜合數(shù)據(jù)中心這五大子平臺(tái)。

3.1 二維監(jiān)控可視化平臺(tái)

二維監(jiān)控為礦山地理信息和設(shè)備運(yùn)行信息的綜合展示平臺(tái)，將整個(gè)礦區(qū)的各個(gè)關(guān)鍵區(qū)域，包括采場(chǎng)道路網(wǎng)、破碎站、修理總廠及各個(gè)分廠、堆浸場(chǎng)、排土場(chǎng)以及所有運(yùn)行的礦山設(shè)備信息進(jìn)行虛擬展示和編輯更新。通過(guò)在礦區(qū)各個(gè)重點(diǎn)區(qū)域安裝高清可移動(dòng)攝像頭，將其直觀的展示在調(diào)度中心監(jiān)控大屏上，則調(diào)度中心能夠隨時(shí)觀察到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，出現(xiàn)問(wèn)題能夠結(jié)合實(shí)際，并做出正確的決策。

結(jié)合二維監(jiān)控和礦區(qū)高清視頻系統(tǒng)，構(gòu)建全礦山二維監(jiān)控可視化平臺(tái)對(duì)整個(gè)礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象在調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)字化再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦區(qū)的前方位、多角度的全場(chǎng)景展示。

3.2 生產(chǎn)智能調(diào)度平臺(tái)

生產(chǎn)智能調(diào)度平臺(tái)全面的展示礦區(qū)車鏟的關(guān)鍵信息、車鏟匹配和各區(qū)域車流信息，可以直觀、快速了解每一臺(tái)挖掘機(jī)的配車情況、挖掘機(jī)當(dāng)前的裝車效率和平均裝車時(shí)間、卡車當(dāng)前的狀態(tài)、位置及預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間，當(dāng)前挖機(jī)作業(yè)狀態(tài)下對(duì)卡車的需求數(shù)量等關(guān)鍵信息。使調(diào)度中心快速掌握每一臺(tái)挖掘機(jī)的運(yùn)行情況，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)卡車延誤、挖機(jī)欠車、壓車、挖機(jī)效率低等各種不利因素并及時(shí)進(jìn)行分析解決。生產(chǎn)智能調(diào)度平臺(tái)從全局角度展現(xiàn)車鏟關(guān)系和車鏟作業(yè)活動(dòng)，二維監(jiān)控可視化平臺(tái)從虛擬現(xiàn)實(shí)角度展示卡車位置及運(yùn)行狀態(tài)，兩者結(jié)合使用，調(diào)度中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確了解和分析，掌握全局并及時(shí)識(shí)別欠壓車、挖掘機(jī)效益異常，及時(shí)下發(fā)調(diào)度指令、分析低效原因，提高挖掘機(jī)和卡車生產(chǎn)效率。

智能調(diào)度是生產(chǎn)智能調(diào)度平臺(tái)的核心功能，通過(guò)智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度，有效降低設(shè)備空置率，提高礦山主要設(shè)備的綜合效率。智能調(diào)度綜合考慮挖掘機(jī)作業(yè)效率、卡車循環(huán)時(shí)間、路徑飽和率、品位控制、車鏟約束等因素，應(yīng)用Dijkstra、F1oyd、矩陣算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等算法，計(jì)算出最佳車鏟關(guān)系和卡車路徑。

L礦作為大型露天礦山具有挖掘機(jī)分布廣，道路復(fù)雜的特點(diǎn)，所以采用分臺(tái)階分區(qū)鎖定智能調(diào)度，根據(jù)礦山、挖掘機(jī)作業(yè)臺(tái)階、作業(yè)區(qū)域、排土場(chǎng)堆浸場(chǎng)等因素，對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行分組并進(jìn)行組內(nèi)卡車智能調(diào)度，實(shí)現(xiàn)組內(nèi)卡車實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化指派。智能調(diào)度使卡車調(diào)度相對(duì)人工指派更加合理、優(yōu)化和及時(shí)，有效的降低車鏟相互等待時(shí)間、提高挖掘機(jī)和卡車生產(chǎn)效率、降低調(diào)度員臨時(shí)調(diào)配卡車的工作量，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的精細(xì)化管理。

3.3 高精度引導(dǎo)地測(cè)采炮區(qū)管理平臺(tái) （圖2）

高精度引導(dǎo)地測(cè)采炮區(qū)管理平臺(tái)是通過(guò)厘米級(jí)的GPS定位系統(tǒng)，對(duì)牙輪鉆機(jī)鉆桿位置的準(zhǔn)確定位，穿孔深度的準(zhǔn)確檢測(cè)以及結(jié)合炮區(qū)管理系統(tǒng)的對(duì)孔引導(dǎo)功能，提高對(duì)孔準(zhǔn)確度和穿孔效率，提高穿孔質(zhì)量，并通過(guò)炮區(qū)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示穿孔過(guò)程，技術(shù)人員可根據(jù)穿孔過(guò)程獲取穿孔效率、巖性備注等信息，及時(shí)的對(duì)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高爆破質(zhì)量。對(duì)挖掘機(jī)其關(guān)鍵部位的精確定位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)挖機(jī)鏟斗、履帶高程準(zhǔn)確檢測(cè)，結(jié)合炮區(qū)管理系統(tǒng)，使調(diào)度中心和挖機(jī)操作手能夠?qū)崟r(shí)掌握臺(tái)階設(shè)計(jì)高程、履帶實(shí)際高程、礦巖界限和作業(yè)準(zhǔn)確位置，明確物料信息，降低礦石貧化損失率，并杜絕超挖欠挖的現(xiàn)象。最終可依托高精度引導(dǎo)地測(cè)采炮區(qū)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)的精細(xì)化管理。

3.4 設(shè)備報(bào)警維修管理平臺(tái) （圖3）

在大型露天礦山中，設(shè)備的維修管理是重點(diǎn)工作，直接影響著礦山產(chǎn)值，通過(guò)設(shè)備報(bào)警維修管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山大型設(shè)備從故障報(bào)警、維修、庫(kù)房取件等一系列維修過(guò)程的跟蹤和監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)設(shè)備狀態(tài)，以及設(shè)備完好率、利用率、實(shí)動(dòng)率等相關(guān)大數(shù)據(jù)的目的，修理廠可根據(jù)大數(shù)據(jù)對(duì)不同故障維修過(guò)程、維修耗時(shí)以及故障原因進(jìn)行詳細(xì)分析，提高維修效率。物資部門(mén)也可對(duì)耗件情況進(jìn)行分析提高備件管理能力。通過(guò)設(shè)備報(bào)警維修管理平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維修備件的精細(xì)化管理。

圖3 設(shè)備報(bào)警維修管理平臺(tái)

3.5 綜合數(shù)據(jù)中心

綜合數(shù)據(jù)中心是屬于采礦大數(shù)據(jù)應(yīng)用的范疇，生產(chǎn)和設(shè)備績(jī)效數(shù)據(jù)當(dāng)班可用，可實(shí)時(shí)了解當(dāng)班生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況、挖掘機(jī)作業(yè)效率等關(guān)鍵信息。對(duì)歷史設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)量、效率等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析，并存儲(chǔ)在該平臺(tái)中。通過(guò)綜合數(shù)據(jù)中心，全面整合人力資源、生產(chǎn)、技術(shù)、物資采購(gòu)等礦山各方面綜合數(shù)據(jù)，通過(guò)報(bào)表系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加工和深度挖掘，并通過(guò)各項(xiàng)報(bào)表直觀的展現(xiàn)出來(lái)，分析項(xiàng)目生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效率，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù)。

4 初步數(shù)字化礦山建設(shè)后帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)

L礦通過(guò)進(jìn)行數(shù)字化礦山建設(shè)，初步形成以現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)為核心，調(diào)度中心為紐帶，依托綜合自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)安全、生產(chǎn)、技術(shù)、設(shè)備管理、物資采購(gòu)、人力資源、經(jīng)濟(jì)核算、質(zhì)量管理的監(jiān)管控一體化。

2017上半年綜合自動(dòng)化平臺(tái)開(kāi)始建設(shè)，4月～5月進(jìn)行試運(yùn)行，6月基本實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，對(duì)比2016年下半年和2017年下半年挖掘機(jī)小時(shí)效率，數(shù)據(jù)顯示，綜合自動(dòng)化平臺(tái)形成后，礦山主要設(shè)備效率有了明顯的提高。

表1 對(duì)比2016年～2017年數(shù)字化建設(shè)效率

5 結(jié)語(yǔ)

信息化建設(shè)是水電十局礦山管理提升的重要舉措，L礦作為水電十局生產(chǎn)總承包的重點(diǎn)礦山，率先進(jìn)行數(shù)字化礦山建設(shè)，為企業(yè)的信息化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。平臺(tái)目前在L礦平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)時(shí)調(diào)度、直觀展示、綜合分析等方面的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，下一步項(xiàng)目技術(shù)人員將不斷研究，持續(xù)探索，結(jié)合礦山實(shí)際情況，繼續(xù)開(kāi)展平臺(tái)深度應(yīng)用工作，深挖其平臺(tái)應(yīng)用潛力，并注意培養(yǎng)相關(guān)人才，為水電十局未來(lái)礦業(yè)發(fā)展之路打好基礎(chǔ)。