基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字礦山智能開采技術(shù)研究

夏 景

（中國信息通信研究院，信息化與工業(yè)化融合研究所，北京 200001）

礦山資源的開采是現(xiàn)代社會持續(xù)關(guān)注的問題之一，礦山開采與環(huán)境保護(hù)是礦產(chǎn)資源開采行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。黨的十九大報(bào)告中明確將生態(tài)文明建設(shè)提到重要位置，形成六位一體總布局，著重強(qiáng)調(diào)礦山開采與環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)調(diào)性。礦山智能化開采是確保自然環(huán)境最小程度受到開采破壞的根本保證，也是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)。縱觀國內(nèi)外的研究，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)字礦山智能開采技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，值得在更大范圍內(nèi)進(jìn)行推廣與嘗試。然而，目前仍需解決的是，如何將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字礦山智能開采技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的礦山開采行為[1]。在我國，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)凸顯其本質(zhì)特征，對于礦山開采來說，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化開采行為是具有重要現(xiàn)實(shí)意義的。以此為出發(fā)點(diǎn)，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)基礎(chǔ)，圍繞礦山開采技術(shù)探索數(shù)字化、智能化的技術(shù)發(fā)展方向，將兩者結(jié)合在一起從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山智能開采技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1 數(shù)字礦山智能開采技術(shù)

數(shù)字礦山智能開采技術(shù)在我國發(fā)展速度難以想象，經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)字礦山智能開采技術(shù)應(yīng)用效果凸顯。數(shù)字礦山可以說是一種理念，也可以說是一個(gè)過程，是在一個(gè)統(tǒng)一框架之下，對礦山的整體表現(xiàn)情況及相關(guān)附屬信息進(jìn)行數(shù)字化、智能化編碼。數(shù)字礦山開采技術(shù)從文字表達(dá)上來看，可以理解為運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行開采行為；而從理論定義上來說，則是以礦山資源為中心建立數(shù)字化的礦山資源數(shù)據(jù)庫，建立礦山資源立體化模型，收集大量礦山資源空間信息，通過網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)將礦山資源進(jìn)行集中體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)以礦山資源為中心的龐大網(wǎng)絡(luò)智能開采系統(tǒng)。

圖1 智能開采技術(shù)應(yīng)用過程圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠能夠?qū)ΦV山地質(zhì)情況、地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，同時(shí)獲得礦山中礦石資源分布情況；數(shù)字礦山智能開采技術(shù)則是根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)獲得結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備還原礦山的整體情況，形成一個(gè)三維立體的礦山實(shí)景模擬模型，這是礦山資源開采技術(shù)應(yīng)用中最重要的一步，有利于后期礦山開采方式的選擇、礦井的建設(shè)以及開采過程的模擬，能夠在最大程度上提高礦山開采效率，提高礦山開采質(zhì)量，在減少礦山開采帶來的環(huán)境污染的同時(shí)減少礦山資源的浪費(fèi)。

圖1是數(shù)字礦山智能開采技術(shù)的應(yīng)用過程圖，從圖中可以看出，首先就是要通過專業(yè)人員的資源評估，對礦山整體資源有一個(gè)初步了解，其次是根據(jù)評估結(jié)果設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)測點(diǎn)，收集礦山資源開采信息并對礦山資源情況進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字化監(jiān)測，然后是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)控制中心，對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立數(shù)字礦山智能開采模型，模擬開采過程從而進(jìn)行開采行為。數(shù)字礦山智能開采技術(shù)能夠?qū)﹂_采過程進(jìn)行迅速準(zhǔn)確的反應(yīng)，能夠綜合考慮開采過程的各種因素，與此同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)向開采現(xiàn)場傳達(dá)指令[3]。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字礦山智能開采技術(shù)需要對礦產(chǎn)資源進(jìn)行評估。礦產(chǎn)資源的評估是應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字智能開采技術(shù)的基礎(chǔ)。當(dāng)想對某一礦山進(jìn)行智能化開采時(shí)，需要專業(yè)資源評估人員進(jìn)行資源評估，確定礦山資源的大致分布情況，從而有助于互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)的選擇與確立

為了更快的推進(jìn)數(shù)字礦山智能開采技術(shù)的推廣，計(jì)算系統(tǒng)要對資源評估獲得的模糊數(shù)據(jù)與信息采集獲得的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行排列存儲，然后建立可視化模型進(jìn)行礦山實(shí)景模擬，同時(shí)通過數(shù)字開采模型得出相關(guān)開采結(jié)果，為開采位置上的工作人員提供準(zhǔn)確信息與指令。采礦操作人員可以通過智能開采技術(shù)傳來的指令進(jìn)行地下采礦車的控制，設(shè)置鏟運(yùn)車等設(shè)備完成自動作業(yè)工作，減少人工開采作業(yè)的難度，提高礦山資源開采效率，減少開采過程中礦山資源的浪費(fèi)，同時(shí)保障礦山資源開采過程中人員的安全，減少礦山開采事故的減少。

2 智能開采試驗(yàn)

（1）參數(shù)選取。在數(shù)字礦山智能開采技術(shù)試驗(yàn)中，參數(shù)選取是信息采集過后數(shù)據(jù)整理分析的過程。通過礦產(chǎn)資源評估確定礦山開采信息采集監(jiān)測點(diǎn)，信息采集也是智能化開采的關(guān)鍵[5]。礦山開采信息采集是獲得礦山開采準(zhǔn)確信息的唯一方法，礦山資源評估是一種模糊信息的獲得方式，主要采用人工實(shí)地采集信息，屬于一種模糊性信息。在數(shù)據(jù)整理與分析過程中，需要將兩者結(jié)合在一起來考慮，確保礦山資源數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，為后續(xù)可視化提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

當(dāng)然，礦山開采信息包括的內(nèi)容是非常多的，需要根據(jù)礦山所在位置、蘊(yùn)含礦石種類以及操作要求的不同進(jìn)行不斷的調(diào)整，但是基本信息是必須選取為參數(shù)的，下表進(jìn)行簡單列出。

表1 不同開采方法試驗(yàn)參數(shù)選取表

通過表1可以看出數(shù)字礦山智能開采技術(shù)試驗(yàn)參數(shù)選取的種類，將這些數(shù)據(jù)帶入到試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校涂梢缘玫街悄荛_采技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果。

（2）試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ谶M(jìn)行傳統(tǒng)開采方法與智能開采方法對比試驗(yàn)時(shí)，選取相同參數(shù)，分別帶入到不同的模型之中，從而得出兩種不同方法開采結(jié)果的對比。在礦山開采技術(shù)對比試驗(yàn)中，也需要礦山資源實(shí)際情況對不同的參數(shù)模型進(jìn)行分析，從而選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

此式為智能開采技術(shù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢⑸鲜鰠?shù)帶入到該式子中，得到數(shù)字礦山智能開采技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果。

此式為傳統(tǒng)開采技術(shù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢⑸鲜鰠?shù)帶入到該式子中，得到數(shù)字礦山智能開采技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果。礦山開采技術(shù)對比結(jié)果主要是為了礦山開采方法的選擇最準(zhǔn)備，是確定礦山開采技術(shù)方法的重要步驟。

（3）試驗(yàn)結(jié)果。通過將礦山開采信息采集的參數(shù)進(jìn)行分類整理與分析，輸入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，通過試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒僮鲗?shí)現(xiàn)兩種開采方式的對比，試驗(yàn)結(jié)果如下表。

表2 開采試驗(yàn)結(jié)果對比表

表2是智能開采技術(shù)與傳統(tǒng)開采技術(shù)對比得到的實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果情況。通過對比智能開采技術(shù)與傳統(tǒng)開采技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字礦山智能開采技術(shù)能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)最大開采量，甚至能夠超出設(shè)計(jì)開采量[6]。在數(shù)字礦山智能開采技術(shù)過程中，資源評估、信息采集與技術(shù)開采各個(gè)環(huán)節(jié)中，需要緊密配合以及專業(yè)人員的實(shí)際操作，從而使得礦山開采過程高效率、高質(zhì)量的完成。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字礦山智能開采技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度的開發(fā)礦山資源。

3 結(jié)束語

數(shù)字礦山智能開采技術(shù)是礦山開采行業(yè)發(fā)展的科學(xué)方向，構(gòu)建數(shù)字化礦山開采技術(shù)是解決目前傳統(tǒng)開采技術(shù)弊端的重要方法。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，數(shù)字礦山智能開采技術(shù)將會更加豐富與多彩，為礦山開采行業(yè)發(fā)展提供嶄新的動力。把握時(shí)代的步伐，迎接科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)，克服數(shù)字礦山智能開采技術(shù)面臨的問題與阻礙，掃除一切應(yīng)用與實(shí)踐中的難題，不斷進(jìn)行技術(shù)革新與完善，將基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字礦山智能開采技術(shù)全面推廣，為更多的礦山開采企業(yè)提供新技術(shù)，為礦山資源周圍的環(huán)境提供新防護(hù)，這是礦山資源開采行業(yè)不斷奮斗的目標(biāo)。