某石灰石礦采選數字化建設規劃

洪國敏

（包鋼集團礦山研究院（有限責任公司））

隨著數字礦山的建設及發展，智能礦山建設將成為礦業行業發展的趨勢。現代化的數字化技術、自動化控制技術、通信技術、信息化技術、大數據技術及其他先進技術，越來越多地被用于智能礦山建設，實現對礦山開采、采剝工藝、破碎篩分、配礦運輸等各環節的協調。降低各環節成本，減少或避免各種影響，提高礦巖采剝、分選加工、運輸及銷售等全流程的運行效率。烏海包鋼礦業公司為了進一步提高產能，降本增效，實現可持續發展，圓滿完成公司“四降兩提”目標要求和安全、環保高質量綠色發展，響應國家對于兩化融合的建設要求，同時能夠更好地應對日益嚴峻的市場形勢，將數字礦山建設提上日程是勢在必行的，以數字化為基礎，打造“安全、高效、綠色、智能”礦山。

在礦業領域，無論是為了提高資源利用率，建設資源節約型、環境友好型礦區，還是為了安全生產、預防地質災害和進行管理，都需要科學、詳實、完整的信息系統作為決策支撐。本文結合礦山自身需求，規劃礦山采選數字化系統架構，將有效推進數字礦山建設進程，對于前期探索礦山智能建設具有重要意義。

1 礦山概況

該石灰石礦年采礦石量約200 萬t，其生產工藝主要分為采剝工藝、破碎篩分、運輸等環節，礦山采礦系統均采取外包形式。礦山經歷了60 多年的建設，現已建成以生產石灰石、白灰石為主的國有現代化大型非金屬礦山，是輔助原料石灰石、白灰石的主要生產基地。由于建礦時間較長，新技術、新工藝、新設備引進相對滯后，導致礦山數字化、智能化程度遠低于其他先進礦山。

2 需求分析

縱觀國內外石灰石水泥礦山數字礦山、智能礦山建設的情況，露天礦數字礦山智能管控系統是一套體系，從資源、排產、配礦、調度、管理、監控到三維管控，涵蓋了礦山生產整個壽命周期［1-2］。同時要求全員參與系統的建設和使用，從而協助礦山實現精細化管理目標。結合礦山情況，整理礦山的智能管控系統建設的需求如下：

（1）礦山資源合理化開采、生產計劃科學、礦石質量控制均衡穩定。當前礦山前期已完成資源模型的建立，實現了礦山資源的數字化呈現，可從資源可視化的角度更好地掌握資源的分布情況。但仍然存在資源模型沒有能夠很好地服務生產的問題，需要通過一些技術手段、系統功能實現對這些資源模型的合理化應用；建設生產計劃編制系統，實現在資源模型的基礎上進行生產計劃的編制，從多個維度達到生產計劃科學、資源開采合理［1］；建設自動配礦系統，實現從資源的角度對石灰石的品質進行控制，通過資源離散化，實現滿足多重約束條件下，最優化配礦計劃的生成。

（2）車輛調度智能化，優化派車線路，實現車鏟高效配合、降本增效。需要建立卡車智能調度系統，針對現有車輛情況，采用合理的智能調度方式，執行配礦計劃，建立礦車運輸科學、合理、智能化調度，提高生產效率。

（3）礦山生產管理缺乏信息化手段。現有的生產管理在流程化、信息化、共享性方面都存在不足；在數字礦山建設中，通過建立生產執行系統進而改善現有生產管理不足；改變現有生產管理流程繁瑣的問題；與汽車衡稱重系統對接，實現數據的互聯互通和共享，完成礦車礦量計量工作的精細化、數字化。

（4）礦山數據集中管理，消除數據孤島，保證各系統互聯互通。數字礦山、智能礦山系統是一個統一、共享、協同作業的整體系統。因此，底層的數據互聯互通至關重要，整套系統需要建立一套滿足礦山生產需求的數據中心管理系統，消除數據孤島，最終達到礦山數據集中管理。

（5）礦山資源、現場卡車調度管理、監測監控未實現在一個平臺統一管理。利用三維GIS、虛擬現實等技術手段，通過三維可視化管控平臺將露天礦臺階、爆堆、運輸道路等開采環境對象及生產工藝過程進行三維數字化建模，實現實時三維展示，形成三維可視一體化集成管控系統，支撐企業生產調度和生產運營管控。

（6）對邊坡和采礦環境進行在線監控，做好安環管理工作。當前礦山開采已經形成了永久邊坡，存在邊坡災害的風險。因此，礦山需要建立完善的邊坡監測系統，對已經形成的境界邊坡進行實時的在線監測，保證礦山生產安全。

3 建設內容

為提升智能礦山建設水平，成為國內一流石灰石示范礦山，打造智能型綠色礦山，全面實現礦山技術、生產、安全、管理全作業鏈智能化，根據項目整體建設目標和原則，結合礦山生產實際情況，提出一期項目“1 個中心+1 個平臺+3 個系統”，以及配套信息化基礎建設；二期項目卡車智能調度系統（適用于自采）。由于整套系統要覆蓋2個礦山，因此，二期的卡調系統需要在2 個礦山布設專屬網絡，部署2 套卡車調度系統，實現車輛的調度。

一期具體建設內容如下：

（1）礦山數據中心含數據采集、數據組織、數據應用3 個功能模塊，需要增加5 臺機柜。機房主要設備有流媒體服務器、視頻存儲設備、視頻解碼器、交換機、網閘設備、點超融合虛擬化平臺、自動化控制服務器、投影融合器和液晶拼接控制器柜等設備。

（2）三維可視化管控平臺含礦山三維虛擬仿真、礦山裝備模型庫與材質庫、生產作業過程管控、視頻監控數據接入、車輛定位數據接入。

（3）露天礦智能配礦系統含基礎平臺、地質建模、儲量計算、測量驗收、采剝計劃編制、智能配礦。

（4）生產管理系統含基礎平臺、礦山生產管理、質量管理、移動端APP。

（5）安全監測監控系統含邊坡在線監控系統、環境監測系統、調度指揮中心。

二期建設主要是卡車智能調度系統，含車載終端、調度系統軟件、網絡通信系統（專網）。

4 總體設計方案

4.1 建設原則

基于建設目標，通過對現有資料調研，參考國內智能礦山建設方面的經驗，遵循如下原則：

（1）以資源綜合利用、品質控制為原則。圍繞質量控制進行系統建設，摸清資源情況，礦山合理開采、生產配礦、配礦調度監控等子系統的建設為實現控制供礦質量在穩定需求范圍。

（2）堅持以技術可行、經濟合理、安全可靠為原則開展項目建設工作，保證項目最終能夠滿足設計需求、礦山需求。整個項目建設始終遵循技術切實可行可落地，解決實際問題；經濟合理少投資，緩解前期資金壓力；安全可靠有成效，保障礦山人、車、環境整體安全，提高整體效益。

（3）以全局統籌、合理部署、分步實施為原則。整個系統建設是一個長期的過程，必須從全局的角度進行統籌規劃，將整個項目規劃為不同的階段，分步實施。

4.2 業務流程

基于礦山生產過程，對整個礦山的業務流程進行梳理，劃分為5 個階段，分別是資源開采環境數字化階段、規劃與設計階段、采場施工階段、破碎篩分與皮帶運輸階段、堆場出礦階段（圖1）。每一階段又進行具體環節的梳理，形成完整的礦山生產礦石流、數據流。

4.3 系統架構

設計的數字礦山智能管控系統由1個中心，即數據中心；一1 個平臺，即三維可視化管控平臺；4 個系統，即露天智能配礦系統、生產管理系統、安全監測監控系統和卡車智能調度系統組成［3-5］（圖2）。整套系統以礦石品質控制為主線，從資源三維可視化、生產計劃編制、生產配礦、智能卡調、在線監控、質量控制、生產管理到三維可視化集中管控形成一個閉環，覆蓋露天礦山全業務流程。

4.4 部署方式

三維可視化智能管控平臺、露天礦智能配礦系統采用C/S 架構部署，通過服務程序與數據庫對接，單個礦山不限并發訪問授權數量，可在公司項目現場進行數據訪問。

生產管理系統、卡車智能調度系統、安全監測監控系統采用B/S 架構部署，各級人員通過網絡訪問相應系統，進行日常工作，系統部署在礦山服務器上，可以通過局域網和互聯網以客戶端和Web 瀏覽器的2種形式無線訪問。

5 預期產生的經濟效益及社會效益

數字礦山智能管控系統建設能大大提高企業決策和管理效率，提升企業收益，增加企業競爭能力，并能實現經營成本下降。

（1）準確把握資源分布情況、估算儲量，對資源消耗進行密切跟蹤，科學管理生產作業環節，及時更新資源品位信息，實現出礦品位精細化控制、減少礦山排廢，以類似礦山為例，此項每年可為礦山提升經濟效益上千萬元［6］。

（2）引入新作業平臺，節約工作時間、提升工作效率。通過對比同類礦山采用數字采礦軟件平臺進行三維建模、設計、儲量計算和驗收的實踐經驗，使用數字采礦軟件平臺可綜合提高技術人員工作效率20%～30%；利用生產執行系統平臺可提升管理效率40%～50%［4］。利用生產執行系統平臺進行審批工作，對比線下審批，不僅可提升工作效率，還不受審批人工作地點的限制。

（3）規范化梳理數據管理及業務流程，提高全流程的管理力度。通過數據中心建設，實現數據格式規范、分類清晰、接口規范、數據共享便利的目標，由以往礦山資料及數據管理雜亂的狀態轉變為大量信息自動獲取、數據系統管理的模式，實現數據安全監管、數據集中統一管理，為礦山智能化系統基礎網絡、數據存儲、信息安全、生產調度提供支撐［7］。詳細分解生產調度計劃，緊密跟蹤執行過程，對計劃與執行情況進行對比分析，實現生產過程質量嚴格把控，及時查找生產異常情況原因，為生產過程優化提供有力參考。

6 結 語

（1）通過規劃數字化監控集成平臺，消除“信息孤島”，實現礦山各系統信息共享和有效整合，從而為智慧型礦山建設奠定技術基礎。

（2）通過規劃三維管控平臺，有效促進安全管理，提高生產管理的時效性、有效性以及資源優化配置水平。

（3）在建設過程中，充分考慮綠色礦山建設的要求，按照低碳生態礦山模式構建管控平臺，提高資源利用效率，以低碳循環的生態模式推進礦山智能化建設。