摘要：數(shù)字化和智能化建設是當今礦山發(fā)展的階段需要，本文以某石灰石礦山為例對礦山開采中存在問題和需求進行分析研究，結合礦山需求及數(shù)字采礦技術、信息技術等，提出露天礦山數(shù)字化智能管控系統(tǒng)的建設思路、架構、具體建設內容、建設關鍵技術等，對礦山企業(yè)如何開展數(shù)字化、智能化建設對礦山開采過程實現(xiàn)綜合管控進行解答，為露天礦山的數(shù)字化、智能化建設提供參考。

關鍵詞：數(shù)字化智能管控；礦山；系統(tǒng)；數(shù)據(jù)

數(shù)字化技術、信息技術以及計算機技術發(fā)展的日新月異，不斷推動著人類生產和生活邁向新的階段，隨著礦山市場不斷進行轉型升級，礦山競爭的核心已經(jīng)由傳統(tǒng)的資源優(yōu)勢競爭逐漸轉變?yōu)楦叨刃畔⒒?、集成化的科技競爭，礦山智能化建設應運而生，很多礦山企業(yè)相繼提出針對自己礦山實際如何開展數(shù)字化、智能化建設對礦山開采過程實現(xiàn)綜合管控的疑問？本文以某石灰石礦山為例對露天礦山數(shù)字化智能管控系統(tǒng)的建設思路、建設架構和技術架構、具體建設內容、建設關鍵技術等進行論述，為類似礦山建設數(shù)字化、智能化提供參考借鑒。

1 礦山問題需求分析

該石灰石礦山經(jīng)過多年的露天開采已接近服務年限后期，資源貧化現(xiàn)象嚴重，礦石質量分布復雜，生產質量搭配控制難度大，生產環(huán)節(jié)中關鍵信息傳遞不及時、誤差大。

根據(jù)上述論述內容，礦山目前存在兩個問題，礦山質量問題和信息傳遞問題。

（1）解決礦石質量問題核心為摸清礦石資源，根據(jù)礦山勘探情況，礦山開采前期有地質勘探資料，后期進行了補充勘探，以上勘探工程可以從長遠角度摸清礦區(qū)境界內儲量，編制長遠規(guī)劃。由于礦區(qū)質量分布復雜，礦山每年對礦區(qū)以10m*10m的平面間距布置臺階生產勘探，勘探成果用于指

導下一年開采及配礦計劃。礦石爆破出礦過程中，礦山質控人員對每個炮孔均進行取樣化驗，為生產配礦提供質量信息，根據(jù)對以上礦區(qū)勘探情況了解，綜合利用歷年及日常的勘探信息，建立礦區(qū)品位控制模型體系，從礦山長遠-年度-短期的計劃配礦開展工作，將很好解決礦區(qū)開采的質量問題。

（2）信息傳遞問題核心礦山開采過程中的執(zhí)行及數(shù)據(jù)集成，執(zhí)行方面主要包括計劃（長遠-年度-月度-日計劃）執(zhí)行、采礦調度執(zhí)行、破碎皮帶運行過程的執(zhí)行。數(shù)據(jù)集成主要是集成礦山各類生產安全信息，為生產執(zhí)行和礦山管理提供數(shù)據(jù)。需要集成的數(shù)據(jù)包括：鉆探數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、計劃數(shù)據(jù)、爆堆數(shù)據(jù)、調度數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、耗能數(shù)據(jù)、計量數(shù)據(jù)、化驗數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等。

2 整體建設思路

針對礦山問題及需求，數(shù)字化智能管控系統(tǒng)建設思路如下：

一、以生產質量控制為前提

解決礦山質量問題，圍繞質量控制進行系統(tǒng)建設，在系統(tǒng)建設中的摸清資源情況，礦山合理開采、生產配礦、配礦調度監(jiān)控等子系統(tǒng)的建設，皆為實現(xiàn)控制供礦質量在穩(wěn)定需求范圍之內。

二、以生產組織過程為系統(tǒng)建設主線，全面數(shù)字化、信息化建設。

整個礦山生產過程包括：勘探、計劃配礦、爆破設計、配礦調度、采裝和運輸、破碎、皮帶到堆場等是數(shù)字化智能管控建設的主線。

三、以實現(xiàn)礦山資源可視化、開采方案合理化、生產指標控制精細化、生產調度智能化、生產數(shù)據(jù)信息化和高度共享的為目標。

3 系統(tǒng)建設架構及內容

通過對該礦山建設需求的分析，本著建設一流數(shù)字礦山的目標，擬提供三大平臺(數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺、生產執(zhí)行系統(tǒng)平臺及數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺)兩個中心（礦山數(shù)據(jù)中心、調度監(jiān)控中心），兩個系統(tǒng)（視頻監(jiān)控系統(tǒng)、露天卡車調度系統(tǒng)），構建數(shù)字化智能管控系統(tǒng)架構，實現(xiàn)礦石質量智能化控制，安全生產信息及時共享。

圖3?1數(shù)字化智能管控系統(tǒng)架構

（1）數(shù)據(jù)中心

1）建立從礦山資源開采、配礦、運輸、破碎、皮帶運輸整個涵蓋整個石灰石生產過程的數(shù)據(jù)存儲中心。

2）梳理礦山數(shù)據(jù)的輸入和輸出內容、建立一整套完整的數(shù)據(jù)標準，規(guī)范的流程，進而滿足數(shù)據(jù)的共享。

3）中心數(shù)據(jù)庫主要存儲的數(shù)據(jù)包括：地測采技術數(shù)據(jù)、車輛調度數(shù)據(jù)、炮孔數(shù)據(jù)、化驗數(shù)據(jù)、跨帶分析儀數(shù)據(jù)、皮帶稱數(shù)據(jù)及系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)。

4）中心數(shù)據(jù)庫的建設包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)應用。

（2）調度監(jiān)控中心

對礦山開采過程智能調度管理、視頻監(jiān)控等信息進行集成，建立礦山智能調度監(jiān)控中心，調度監(jiān)控中心包括：調度大屏、網(wǎng)絡交換機、服務器等設施。

（3）數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺

數(shù)字采礦軟件平臺是數(shù)字礦山建設的基礎平臺，平臺功能涵蓋礦山開采過程中技術業(yè)務內容，實現(xiàn)礦山生產技術數(shù)據(jù)的集成化顯示與應用，有效解決礦山不同專業(yè)間溝通難、信息不對稱等問題，消除采、地、測“信息孤島”，增強數(shù)據(jù)集成性，減少出錯率，數(shù)字采礦軟件平臺建設業(yè)務內容包括：三維地質建模、模型更新、智能計劃編制、采場品位控制、智能配礦、質量分析與計算等內容。

（4）礦山生產執(zhí)行系統(tǒng)平臺

生產執(zhí)行系統(tǒng)平臺的建設從礦山數(shù)據(jù)采集和集中管理為基礎，以實現(xiàn)礦山生產數(shù)據(jù)、設備運行數(shù)據(jù)的自動采集與報表自動生成為建設目標，促進了礦山安全管理、生產管理、設備管理、質量管理的動態(tài)跟蹤與驗證，同時實現(xiàn)與手機app端口數(shù)據(jù)的聯(lián)動與傳輸，提高了礦山管理信息傳遞的時效性和唯一性，解決礦山信息共享問題，實現(xiàn)礦山開采過程全方位信息化管理，生產過程協(xié)同。

（5）數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺

數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺實現(xiàn)對礦山安全生產集中可視化管控，該系統(tǒng)以礦山生產和安全監(jiān)測數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)庫為基礎，以礦山資源與開采環(huán)境三維可視化和虛擬環(huán)境為平臺，利用三維GIS、虛擬現(xiàn)實等技術手段，將露天礦礦床地質、爆堆、臺階、運輸?shù)缆?、破碎站、鏟裝運設備等開采環(huán)境對象及生產工藝過程、現(xiàn)象進行三維數(shù)字化建模，實現(xiàn)對礦山生產環(huán)境、生產狀況、安全監(jiān)測、人員和設備狀態(tài)的實時三維展示，形成三維可視一體化集成管控系統(tǒng)，支撐企業(yè)生產調度和生產運營管控。

（6）露天卡車調度系統(tǒng)

通過計算機對裝、運、卸的全過程進行控制與管理，做到裝點、卸點不壓車、不待車，充分發(fā)揮設備效率保證運行設備滿負荷工作，實現(xiàn)運距最短；自動實現(xiàn)各種生產資源的合理配置和利用，從而實現(xiàn)效率最高，消耗最低,產量最大的智能派車的目標，提高卡車、鏟裝設備等設備使用效率，用相同的數(shù)量的設備和最低的消耗完成更多的生產任務。

（7）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

采場制高點建立高清攝像頭，全面掌控采場的鑿巖、裝藥爆破、鏟裝運輸?shù)氖沂_采過程，集成和對接三維可視化管控系統(tǒng)，實時對礦上安全生產實時監(jiān)測監(jiān)控。

4 系統(tǒng)部署設計

系統(tǒng)部署如下圖所示。

（1）后臺服務器包括數(shù)據(jù)庫服務器、文件服務器和應用服務器。

數(shù)據(jù)庫服務器、文件服務器：數(shù)據(jù)存儲服務

應用服務器：應用服務器通過配置應用集群實現(xiàn)負載均衡、失敗轉移功能。

（2）前端用戶接入服務器方式

系統(tǒng)采用C/S和B/S相結合的方式進行部署。

1）采用C/S架構部署內容，通過服務程序與數(shù)據(jù)庫對接；

2）采用B/S架構部署內容，各級人員通過網(wǎng)絡訪問相應系統(tǒng)，進行日常工作；

3）一些重要的生產、安全信息推送及需要移動辦公處理的事務通過移動APP實現(xiàn)。

圖4?1系統(tǒng)部署

（3）角色和權限

對數(shù)字化智能管控建設的各個系統(tǒng)使用的各級人員進行角色定義并確定其數(shù)據(jù)使用、查看和審核權限。

（4）用戶待辦機制

1）用戶登錄系統(tǒng)后，處理待辦事件，系統(tǒng)根據(jù)待辦事件性質自動從數(shù)據(jù)庫加載相關數(shù)據(jù)及進入待操作界面。

2）依據(jù)用戶關心的數(shù)據(jù)或者管理的事情，設置告警提示功能。

5 礦山數(shù)據(jù)中心構建

通過礦山數(shù)據(jù)中心的建立，實現(xiàn)各系統(tǒng)間、各業(yè)務模塊間數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)同步以及保證數(shù)據(jù)的安全性，提高系統(tǒng)的可擴展性及可維護性。本方案以“礦山數(shù)據(jù)中心”為中心，從數(shù)據(jù)流與業(yè)務流兩條線對系統(tǒng)進行規(guī)劃與功能模塊的劃分。

（1）數(shù)據(jù)中心的組成及與業(yè)務系統(tǒng)的關系

對于礦山數(shù)據(jù)管理上分為三個方面，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)應用，不同的系統(tǒng)及不同格式數(shù)據(jù)之間通過服務器數(shù)據(jù)中心交換，流轉，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（2）業(yè)務流

從礦山的作業(yè)流程上可以分為：地質、設計與計劃、爆破、鏟裝、汽車運輸、破碎、皮帶運輸、堆場各個作業(yè)環(huán)節(jié)，質量控制系統(tǒng)建設將貫通各個作業(yè)環(huán)節(jié)。

1）地質：有效的利用地質勘探、生產勘探、生產炮孔取樣化驗數(shù)據(jù)對礦山資源一步步探明清晰。

2）設計與計劃：根據(jù)清晰明確的地質模型，利用智能化系統(tǒng)編制礦山規(guī)劃與計劃，有利于礦山長遠發(fā)展、合理開采、利潤最大化等。

3）爆破：專業(yè)爆破設計系統(tǒng)，極大的提高爆破設計效率和爆破質量。

4）鏟裝：精細化、合理化配礦與調度，提升成礦率和穩(wěn)定供礦，降低倒運成本和降低質量風險。

5）汽車運輸：系統(tǒng)自動優(yōu)化車、鏟配比，達到車不等鏟，鏟不待車，車輛運距最短，從而實現(xiàn)整體生產能力的提高。

6）破碎：實時監(jiān)控破碎過程，模擬破碎機運行環(huán)境，及時問題反饋與解決，避免安全事故。

7）皮帶運輸：實時的品位在線分析，嚴格精準的控制產品質量。

8）堆場：堆場實施監(jiān)控，實時了解堆場狀況。

圖5?1作業(yè)流程

圖5?2數(shù)據(jù)管理6

系統(tǒng)業(yè)務流程梳理

數(shù)字化智能管控系統(tǒng)建設內容涵蓋業(yè)務功能包括生產計劃管理、采場質量管理、配礦調度管理、生產統(tǒng)計和設備管理及安全管理，各個業(yè)務功能存在相互聯(lián)系和數(shù)據(jù)信息傳遞，設計其業(yè)務流程如下圖所示。

圖6?1數(shù)字化智能管控業(yè)務流程7

結語

實踐證明，數(shù)字化智能管控系統(tǒng)可以實現(xiàn)礦山的精準開采和質量的穩(wěn)定控制，從而提高低品位礦產資源的綜合利用率，供礦質量穩(wěn)定，同時提高礦山生產效率提升，降低設備能耗及實現(xiàn)礦山管理信息化、可視化，保障礦石開采過程安全和綠色環(huán)保，極大促進礦山降本增效。

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