數(shù)字礦山在貴州省非煤能礦企業(yè)的應(yīng)用研究

臧朕

摘要：從貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)步驟及數(shù)字礦山應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行了分析，從而使貴州省礦業(yè)企業(yè)向數(shù)字化礦山進(jìn)行轉(zhuǎn)型，提高礦山生產(chǎn)效率、提升管理精細(xì)化程度、降低生產(chǎn)成本、減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

Abstract： This paper analyzes the digital mine construction goal， construction steps and digital mine application system in Guizhou province， so that the mining enterprises in Guizhou Province can realize the transition to digital mine， to improve the production efficiency of mine， improve the degree of management refinement and reduce the production cost， and reduce security risks.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化礦山；自動(dòng)化；數(shù)據(jù)采集；信息化；智能化

Key words： digital mine；automation；data acquisition；informatization；intelligentization

中圖分類(lèi)號(hào)：F407.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）21-0205-02

0 引言

貴州省作為全國(guó)資源大省，對(duì)資源的開(kāi)發(fā)利用是該省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段。但在優(yōu)質(zhì)可用資源日趨減少、礦業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷的時(shí)期，為了實(shí)現(xiàn)大力發(fā)展實(shí)施大數(shù)據(jù)、大生態(tài)戰(zhàn)略的建設(shè)目標(biāo)，省內(nèi)礦業(yè)企業(yè)必將面臨生產(chǎn)模式和管控方法的轉(zhuǎn)型升級(jí)，有效提高礦山生產(chǎn)效率、提升管理精細(xì)化程度、降低生產(chǎn)成本、減少安全風(fēng)險(xiǎn)將是未來(lái)礦業(yè)企業(yè)發(fā)展的必然方向。數(shù)字化礦山就是把自動(dòng)控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)的融合在一起，從礦山的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦山的數(shù)字化和信息化。

1 貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)目標(biāo)

由于礦山開(kāi)采三維空間具有不同位置、不同時(shí)間，使得地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)繁多，且海量的地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)還降低了數(shù)據(jù)查詢的效率和質(zhì)量，不利于數(shù)據(jù)的分類(lèi)、有序整合，為提高數(shù)據(jù)查詢的效率和準(zhǔn)確度，可將這海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一于具有同一時(shí)間和空間的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。不僅如此，利用該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操控礦山各開(kāi)采點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)礦山開(kāi)采過(guò)程中的遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)化和無(wú)人化?；诖?，結(jié)合貴州省礦山企業(yè)當(dāng)前階段數(shù)字化建設(shè)的實(shí)際情況，將其數(shù)字化礦山建設(shè)目標(biāo)定為：礦山資源與開(kāi)采環(huán)境安全數(shù)字化、決策科學(xué)化、管理信息化、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)裝備智能化。

2 貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)步驟

貴州省不僅礦產(chǎn)種類(lèi)豐富，而且礦產(chǎn)資源存儲(chǔ)量大，是我國(guó)主要的礦產(chǎn)資源產(chǎn)地之一，然而在實(shí)際的礦山開(kāi)采過(guò)程中，貴州省面臨著一些問(wèn)題，包括自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)管理混亂、信息利用效率低下等問(wèn)題，并且貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)還未完全實(shí)現(xiàn)信息化，正處于計(jì)算機(jī)時(shí)代向信息時(shí)代轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)期，這意味著全省數(shù)字化礦山建設(shè)還存在諸多不完善的地方，許多問(wèn)題亟待解決。此外，礦山建設(shè)數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，要求礦山開(kāi)采過(guò)程中能夠準(zhǔn)確的獲悉與此相關(guān)的海量數(shù)據(jù)，通過(guò)礦山整體結(jié)構(gòu)的可視化，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山每一時(shí)刻、每一點(diǎn)實(shí)時(shí)信息的有效傳遞，進(jìn)而達(dá)到礦山開(kāi)采過(guò)程信息化和數(shù)字化的目的。由此可知，礦山建設(shè)數(shù)字化的過(guò)程是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的過(guò)程，必須對(duì)其做好前期規(guī)劃、分步驟實(shí)施，本項(xiàng)目所建立的貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)步驟如圖1所示。

①建立礦山開(kāi)采過(guò)程中數(shù)據(jù)采集與更新系統(tǒng)：該系統(tǒng)操作主要包括對(duì)共享數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、更新、存儲(chǔ)、加工等，其能夠有效保證所得數(shù)據(jù)的可靠性和時(shí)效性。

②建立數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心和空間數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心：通過(guò)建立監(jiān)控中心，能夠在減少勞動(dòng)力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；通過(guò)建立空間數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠監(jiān)測(cè)礦山固有的勘探數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)等，也就是說(shuō)建立數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心和空間數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心，有利于礦山數(shù)據(jù)的高效、靈活管理。

③專(zhuān)業(yè)算法庫(kù)：結(jié)合收集到的礦山相關(guān)數(shù)據(jù)，考慮礦山開(kāi)采過(guò)程中要求的各項(xiàng)安全準(zhǔn)則和技術(shù)規(guī)范，依照一定的規(guī)則，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)建立專(zhuān)業(yè)算法庫(kù)。通過(guò)建立專(zhuān)業(yè)算法庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山數(shù)據(jù)的加工整理，進(jìn)而直觀、形象的表述出礦山整體結(jié)構(gòu)，并且模擬出整個(gè)礦山開(kāi)采過(guò)程，同時(shí)就模擬期間出現(xiàn)的各種問(wèn)題采取對(duì)應(yīng)的解決方案，為開(kāi)采設(shè)計(jì)完善提供有益建議。

④GIS數(shù)字礦山信息化平臺(tái)：通過(guò)建立該信息化平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式數(shù)據(jù)共享，該平臺(tái)具有多項(xiàng)功能，包括數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)查詢等。不僅如此，該平臺(tái)還能夠把每個(gè)用戶的不同需求顯示在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，便于及時(shí)高效的接入各個(gè)相關(guān)子系統(tǒng)，大大提高了信息處理效率，如此對(duì)于技術(shù)指導(dǎo)、決策執(zhí)行、生產(chǎn)管理等方面都大有益處。

⑤建設(shè)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。實(shí)際的工程應(yīng)用是數(shù)字化礦山建設(shè)的目的和意義，只有將數(shù)字化礦山建設(shè)應(yīng)用到具體的工程中，其價(jià)值才能得以真正發(fā)揮，因此建設(shè)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)至關(guān)重要。

3 貴州省數(shù)字礦山應(yīng)用系統(tǒng)

3.1 生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)建模

依據(jù)礦山數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)輸入到礦山數(shù)字化系統(tǒng)地質(zhì)建模系統(tǒng)中，并結(jié)合采礦理論和礦山工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)各個(gè)實(shí)體環(huán)節(jié)進(jìn)行三維重現(xiàn)，包括設(shè)備監(jiān)控、開(kāi)采過(guò)程、礦床結(jié)構(gòu)等，同時(shí)基于成熟的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)分析方法實(shí)現(xiàn)礦區(qū)圖像的生成?？梢詫?shí)時(shí)建模的系統(tǒng)包括井巷系統(tǒng)、采掘系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)運(yùn)輸提升系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)設(shè)施、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位系統(tǒng)等。

3.2 礦床三維可視化和地質(zhì)建模

可以利用礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控信息建立礦床地質(zhì)的三維可視化模型。礦床三維可視化作為一種新型技術(shù)，對(duì)于礦山生產(chǎn)管理、資源開(kāi)采和資源管理大有裨益。

3.3 礦山開(kāi)采規(guī)劃與設(shè)計(jì)

可以對(duì)礦山的資源儲(chǔ)備進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)利用模塊接口能夠良好對(duì)接礦山規(guī)劃與設(shè)計(jì)軟件，簡(jiǎn)化了礦山規(guī)劃過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)性長(zhǎng)短期開(kāi)采計(jì)劃、設(shè)備檢測(cè)的人員輪班制和人員配置的手動(dòng)調(diào)整，不僅提高了礦山的開(kāi)采效率，也增加了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 礦井查詢漫游

管理者要想實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦山三維結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，礦井查詢漫游是一種有效手段。結(jié)合數(shù)字化礦山系統(tǒng)，建立礦井生產(chǎn)系統(tǒng)模型后，管理者要想獲悉某個(gè)地點(diǎn)的三維虛擬視圖，只需在用戶交互界面中輸入漫游地點(diǎn)的漫游速度、視角高度、圖上坐標(biāo)等查詢參數(shù)即可，方便快捷，且準(zhǔn)確度高。

3.5 生產(chǎn)系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)分析

實(shí)現(xiàn)所有信息框架在礦山開(kāi)采過(guò)程中的工程應(yīng)用是數(shù)字礦山建設(shè)的最終目的，因此工程應(yīng)用系統(tǒng)是根據(jù)三維可視化系統(tǒng)、三維模型系統(tǒng)所建立的礦山虛擬圖像進(jìn)行實(shí)際的工業(yè)操作。該系統(tǒng)包括工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)接口（CAD接口）、工程監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬接口。利用數(shù)值模擬接口，數(shù)字化礦山系統(tǒng)能夠?qū)@得的礦山數(shù)據(jù)，結(jié)合礦山開(kāi)采過(guò)程中必須遵守的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，依照一定的規(guī)則建立專(zhuān)業(yè)算法庫(kù)。通過(guò)建立專(zhuān)業(yè)算法庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山數(shù)據(jù)的加工整理，進(jìn)而直觀、形象的表述出礦山整體結(jié)構(gòu)，并且模擬出整個(gè)礦山開(kāi)采過(guò)程，同時(shí)就模擬期間出現(xiàn)的各種問(wèn)題采取對(duì)應(yīng)的解決方案，為開(kāi)采設(shè)計(jì)完善提供有益建議。

4 結(jié)論

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，礦山行業(yè)管理者越來(lái)越講究效率，礦山開(kāi)采過(guò)程的無(wú)人化、自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制勢(shì)在必行。數(shù)字化礦山融合了信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)在開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)用該技術(shù)，能夠?qū)⒄麄€(gè)礦山開(kāi)采過(guò)程（三維空間）統(tǒng)一在一個(gè)二維網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，由于該平臺(tái)具有相同時(shí)間、空間坐標(biāo)，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示管理監(jiān)督和現(xiàn)場(chǎng)操作情況，使整個(gè)礦產(chǎn)輸運(yùn)過(guò)程和管理控制過(guò)程形成一個(gè)自動(dòng)控制整體。從而使貴州省礦業(yè)企業(yè)向數(shù)字化礦山進(jìn)行轉(zhuǎn)型，提高礦山生產(chǎn)效率、提升管理精細(xì)化程度、降低生產(chǎn)成本、減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

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