大紅山銅礦數字礦山總體規劃研究及應用

季現偉　羅代祺　魏仁旭

（玉溪礦業有限公司，云南玉溪653100）

信息技術高速發展以及工業化和信息化深度融合，礦山安全與環保約束日益加劇，新的生產方式及管控模式應運而生，促使礦山企業數字礦山建設進程也隨之加速。礦山數字化建設不僅可以革新礦山現狀，帶動各項工作創新，提升企業的核心競爭力，同時也是礦山可持續發展的必然選擇和重要突破口[1-5]。數字礦山是一種理念，是未來礦山的發展藍圖，是一個龐大的系統工程，是數字化、信息化、自動化與智能化的高度融合。在此基礎上，使其深度互聯、協同共享以及智能分析處理，同時提供一個開放的數字礦山系統，實現技術、生產與企業管理等多系統的集成融合。因此，數字礦山建設正朝著共享、協同、智能應用的方向發展[6-9]，對其進行總體規劃，并按規劃解決建設過程中存在的突出問題是很有必要的。

1　數字礦山建設現狀及存在問題

1.1　數字礦山建設現狀

大紅山銅礦位于云南省玉溪市新平彝族、傣族自治縣戛灑鎮境內，是玉溪礦業有限公司的主力礦山，也是中國銅業的標桿礦山，實際生產能力15 000 t/d[10]。自2002年便開展了數字礦山建設的探索和應用，積極、持續推進各子系統建設工作，重點是DIMINE三維數字采礦軟件系統應用及井下通信系統建設，已取得一定的成效[11]。目前，已建設多個信息化子系統。在企業管理方面，已建立企業管理網、視頻會議系統、OA系統、財務管理系統等；在生產管理方面，引進并推廣應用三維礦業軟件，建立生產管理系統、礦產資源儲量動態管理系統、汽車衡計量信息系統、風機、水泵、供電、壓風遠程集控系統等；在安環監測監控方面，已建立尾礦庫安全在線監測系統、尾礦庫污染源在線監測系統、安全避險系統等。在相關子系統建設及應用方面積累了一定的經驗，為進一步推進數字礦山建設奠定了堅實的基礎。

1.2　數字礦山建設存在問題

圍繞大紅山銅礦目前數字礦山建設成果及應用實際，主要存在以下問題：

（1）在資源儲量管理和資源利用程度的掌控力度方面有待改善和提高，三維礦業軟件沒有得到深入應用；

（2）在礦山生產過程的安全監控、調度和自動化系統方面，進行過系列的開發和建設，但各子系統相對獨立，沒有統一的管控平臺，各自為政，不能協同工作，導致各子系統數據無法實現集成和共享；

（3）各子系統數據不能在企業內部實現高效運轉，不能全面、快捷、準確、自動的獲得資源、生產過程、經營等數據，直接影響企業內部的資源合理調配、經營策略和發展戰略的快速調整。

2　數字礦山建設思路和總體規劃

2.1　數字礦山建設思路

數字礦山是一個巨系統工程，絕不是各個子系統的簡單拼湊。根據大紅山銅礦目前數字礦山建設主要存在的問題，基于礦山自身發展需求和整體部署，必須要統一規劃、科學研究和合理布局，將每個子系統預先置于整個數字礦山系統中進行分析研究，根據各系統平臺相互之間邏輯關系，對相應模塊分階段逐步具體研究和建設，將其進行高度集成融合，才能使數字礦山發揮出最大的整體效能。

大紅山銅礦主要利用數字礦山技術，在“生產管理、安全環保、技術管理、集中管控、決策支持”等方面，開展具有“自動化、數字化、可視化、模型化、集成化”等“五化”特征的數字礦山建設。按照“總體規劃、分步實施、試點運行、全面推廣”的建設思路以及體現“先進性、系統性、實用性、前瞻性、標準化”的建設原則，逐步建設完善。

2.2　數字礦山建設總體規劃

數字礦山建設涉及礦山幾乎全部業務內容，不同業務內容需要不同的業務系統支撐，根據大紅山銅礦數字礦山建設現狀，分析在建和在用的每個子系統建設內容及應用情況，其數字礦山建設分為3種情況，已建立并在正常使用的子系統（黃色區域）；已建立后期需要升級改造的子系統（粉色區域）；需要重新搭建的子系統（藍色區域）。通過認真分析研究并咨詢礦業領域數字礦山方面的專家、學者，出謀劃策，最終大紅山銅礦數字礦山建設主要從協同辦公、技術管理、生產管理、集中管控、決策支持5個方面進行規劃建設，實現高度集成融合，如圖1所示。

3　數字礦山建設內容

通過對大紅山銅礦數字礦山建設進行科學合理布局和規劃，對相關子系統進行歸集融合，使整個數字礦山建設內容清晰明了、嚴謹有序。因此，大紅山銅礦數字礦山建設的主要內容包括：礦山數據中心建設、礦山技術管理系統建設、礦山生產管理系統建設、礦山集控管控系統建設、礦山決策支持系統建設。

3.1　礦山數據中心建設

礦山數據中心建設[12]的目的：一是實現數據標準化、流程規范化，建立多個專業、多個崗位數據集中管理以及高度共享；二是實現與“外部系統”對接，應用三維可視化管控平臺在同一時空框架下對全礦信息集成，從而實現礦山三維可視化集中管控，同時可以為礦山決策支持系統直接提供技術與生產管理數據；三是實現礦山技術、生產數據集中管理，信息及時準確和共享，提高技術管理的工作效率，減少過程數據的冗余和錯誤，實現生產作業三維可視化集成，使生產過程和安全監管工作更加有效，同時實現各業務流程數據流轉通暢、信息共享、權限管理等，使礦山降本增效。

利用數據中心的數據進行儲量動態管理、開采設計、計劃編制、測量驗收與安全生產管理等日常工作時，需要利用礦山生產輔助軟件工具集子平臺來實現，具體包括礦山技術管理系統、礦山生產管理系統、礦山集中管控系統。各個系統的業務成果數據分為5類：①人工錄入數據；②數據庫調出數據；③自動化接入數據；④數據庫存入數據；⑤臨時過程操作數據；⑥外部提交數據。各類數據通過數據中心進行流轉，形成數據閉環，各個系統根據業務需要在數據中心及時提取或存入，實現數據高度共享。

3.2　礦山技術管理系統建設

大紅山銅礦技術管理主要包括：地質、測量、采礦、選礦、機械、電氣等。DIMINE三維數字采礦軟件系統包含地、測、采專業的礦山技術應用功能，礦山技術管理平臺沿用DIMINE系統軟件。根據數據中心建設需求，需將DIMINE三維數字采礦軟件系統進行二次開發，將模塊按業務歸類，簡化操作流程，并在此基礎上進行深入應用。

礦山技術管理系統產生的各個專業設計和管理數據傳輸到數據中心，為礦山生產管理、集中管控和決策支持系統提供重要的數據來源。因此，其功能模塊主要包括：資源勘探建模與評價、測量驗收、采礦設計、生產計劃、通風解算等，如圖2所示。

通過礦山技術管理系統建設與應用，實現了礦山地、測、采專業相關業務操作簡單化、設計精細化以及規劃最優化的應用目標，其部分應用效果如圖3所示。

3.3　礦山生產管理系統建設

結合大紅山銅礦目前生產管理及系統應用現狀，從數字礦山建設和礦山各個部門需求方面統計分析，礦山生產管理系統需在現有系統基礎上進行功能模塊的擴展和二次開發，其功能模塊主要包括：資源管理、生產計劃管理、生產數據采集與統計分析、生產驗收管理、生產設備管理、質檢化驗管理、物資管理、能源消耗管理、安全管理、工程項目管理、土地管理、生產檔案資料管理等，以實現礦山企業全方位管理。

通過礦山生產管理系統的建設，實現了礦山生產全方位、精細化管理，提升管理質量和效率。

3.4　礦山集中管控系統建設[13]

大紅山銅礦集中管控系統需在現有管控平臺基礎上進一步擴展和開發，主要包括資源與開采環境可視化、安全控制系統接入、“三大”系統接入、生產自化系統接入、安全生產管控數據接入等，從而實現真正意義的設計階段的生產仿真與模擬、生產階段的監測與管控、技改階段的生產回放與過程分析、災變發生時的可視化應急指揮等礦山關鍵業務過程支持，為礦山生產管理與決策支持提供重要的過程數據。其系統功能結構如圖4所示。

礦山集中管控系統將各個安全生產子系統實時數據統一存儲、智能管理、實時分析、集中監控和發布、統一管控和調度，從而實現礦山開采與運行的科學預測、規劃、控制和決策指揮，部分應用效果如圖5所示。

3.5　礦山決策支持系統建設

礦山決策支持系統輔助礦山決策者通過數據中心、模型和知識，以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策，它是管理信息系統向更高一級發展而產生的先進信息管理系統。可為礦山決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環境，調用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質量。礦山決策支持系統主要包括：資源問題決策支持、安全事故處理決策支持、應急指揮決策支持、財務分析決策支持、生產經營決策支持等。其系統功能結構如圖6所示。

4　結論

為實現大紅山銅礦安全、高效、經濟開采，分析了其已具有多個信息化子系統的數字礦山建設的現狀，總結了其存在三維礦業軟件應用不夠深入、各子系統的數據無法集成與共享以及數據在企業內無法高效運轉等問題，從而提出了礦山數據中心、技術管理、生產管理、集中管控以及決策支持等5大系統規劃設計與建設。其成功建設與應用的具體作用有：

（1）與大紅山銅礦原有子系統有效對接，從而減少不必要投入；

（2）首次利用協同思想開發辦公平臺，通過建立崗位流程規范，將專業技術和生產管理統一集中到協同平臺，實現各專業業務處理流程化與標準化，提高工作效率；

（3）減少了數據冗余與出錯，消除信息孤島，保證了礦山數據實時共享及安全，實現了對數據的權限管理；

（4）使各系統高度集成與融合，提高了生產與技術管理工作效率，從而節約了生產與管理成本。