智慧礦山設計創新構想

董 健，葉會師，劉小偉，王建勝，徐 菲

（河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 灤縣 063700）

自2012年起，在習總書記的指示倡導下，國務院、發改委等相關部門相繼出臺了“智慧城市”建設的指導意見與扶持政策；在中央進行了頂層設計之后，地方經過了多年的技術積累，目前正爭先恐后的進行智慧應用建設。礦山領域在1999年首次提出數字礦山的概念后，經過了近20年的技術攻關，在國際上實踐了大量的科技研究成果，發達國家在數字礦山領域擁有30年以上的實際應用，但在我國僅在首鋼、寶鋼礦山進行了應用，未得到廣泛推廣，所以造成了礦山整體上依舊是勞動密集、科技水平低，落后的生產模式，最終導致我國鐵礦石生產在國際市場上無任何競爭力，因此，智慧礦山符合中央供給側改革的目的意義，發展智慧礦山符合社會進步的需求。

1 智慧礦山的實施構想（以車間為例）

（1）采礦。首先在爆破設計上，運用軟件根據貧化率、損失率，自動確定礦巖界限，利用巖石硬度、孔隙率、含水率、炸藥性能等參數，優化炮孔布置，實現布孔、裝藥、爆破網絡設計自動化，并對起爆順序、礦巖拋擲方向、爆破能量分布進行模擬，制作爆破施工圖，達到控制爆破振動、毒氣、煙塵等爆破危害，減少炸藥使用量最高可達70%，結合環保及對周邊村民的影響綜合計算，僅司家營北區分公司節約成本保守估計在5000萬元以上。目前，爆破設計軟件已經出現，我們可以在前期炮孔地質測量上實施創新，進行現有軟件的程序升級改造，擁有我們獨立知識產權的新軟件。利用現有技術（快速礦石品味測定儀）對礦石分布進行精準測度，然后結合供礦設備的操作性能，進行模糊修正，在供礦設備上加載全息投影技術，實現對配礦的網格化高精度控制，從源頭上解決礦石利用率，從而完成在全工藝流程中的成本節約。

（2）運輸。隨著礦山職工年齡的不斷增大，由身體原因引起的偶發性暈厥甚至休克，發生機率將持續增加，并且具有一定的不可預見性；同時由于倒班，身體長期疲勞，班中瞌睡的發生客觀存在，在司機以及其他具有瞬發危險性的崗位，引入健康檢測手環等健康檢測設備，在此基礎上整合健康檢測端口與設備自動運行系統的對接，實現危險預警、報警、處置及救援的全系列措施，具有重大的安全科學管理意義，擁有極大的前景。節約石油資源，充分利用可再生能源━電能，進行礦用車輛的改造?，F在國產純電動礦車（比亞迪V60，售價4000萬）已經在實際中應用，說明電動技術在礦車上應用是可實施的。如果能把貝拉斯等現有礦車改造成電動，不管是經濟效益，還是環保效益都是顛覆性的，假設我單位暫時無法完成完全改造，實現部分改造也是具有重大實際意義的；比如給貝拉斯加裝機械發電裝置和儲電裝置，在下坡時，還有剎車時把機械能轉化為電能，那么此項成果也是具有重大意義的。智慧交通的建立，在采場生產或者地下礦生產中，利用雷達掃描技術以及地磁感應技術等進行數據采集，然后系統自動進行交通指揮。比如在司家營礦區的紅綠燈處，設置智慧交通指揮系統，在東西向礦內道路沒有車輛時，系統自動識別不亮起綠燈，這樣就大大提高了平青大公路的通過效率。把雷達技術加front-projected holographic display技術進行技術融合創新，在采場、地下礦等將有廣泛應用價值。

（3）碎礦。在運輸皮帶的關鍵位置利用雷達技術進行三維監測，編寫程序建立系統，實現關鍵位置的預警、設備緊急剎車等功能；在列車裝運過程中，三維技術的運用可以實現列車裝載最大化、站臺無人監測、月臺監測等功能，同時在井下生產中，雷達技術可以實現更多功能，比如井下機車無人駕駛、井下人車防碰撞預警等功能。

（4）選礦。運用MATLAB等工程計算軟件，把生產數據化，并采集所有數據，建立數據庫，根據大數據的支撐，進行云計算，得出精準的生產要素過程。選礦在智慧礦山的投入是最大的，需要一個龐大的數據庫進行相關性分析，正確選擇運算規則是最重要的環節，通過不斷的修正，形成我們擁有自主知識產權的核心數據庫，試選礦成本明顯降低。

（5）尾礦。在現有尾礦庫安全監測的基礎上進行創新，加入更多的數值模擬計算，運用front-projected holographic display計劃實時呈現尾礦庫安全狀態。結合大數據下的資源合理利用，為尾礦的利用率、利用途徑進行全區域配置。建立阿里云、北斗、front-projected holographic display技術相結合的邊坡、尾礦壩安全監測系統，實現毫米級位移監測，保障安全生產。

（6）物業。對現有應用程序進行適應性改進，取消飯卡，直接用手機刷卡，同時還可以添加自助選菜等個性化訂制食堂服務（在物業可以滿足職工需求的情況下，提供服務職工的多種舉措）。

（7）辦公。推進電子公章、簽字系統，并進行配套加密程序，做到節約人力資源成本、用車成本等一系列成本消耗，同時做好保密工作。黨群、團委建立子系統，編入黨員、困難職工等電子檔案，進行精準幫扶、對接。協同辦公，根據智慧礦山大數據測算，合理計算成本任務。比如把化工廠炸藥生產成本、采礦爆破、裝運成本和碎礦成本進行全數據計算，然后再細分步驟成本，做到聯動生產，不出現為完成本環節成本，而不管下步成本的現象。

2 突破性創新

沙盤系統：不管是在總部的沙盤模型，還是在生產指揮中的平面CAD模型，沙盤有著體現企業形象、展示企業科技水平以及合理指揮生產的重要作用，國外現有沙盤是三維高仿真數字沙盤，如果我們運用front-projected holographic display技術制作沙盤，將是革命性的創新成果，front-projected holographic display沙盤可將現場直接立體呈現在您面前，對于提高企業形象，全區域指揮生產具有重大意義。（分辨率對比：蘋果7—705ppi，三星S7—509ppi，全息投影—5000ppi）。無人機系統：利用無人機技術進行礦山救援搜救，礦山地形、地質測繪等等多領域的創新項目的設立。front-projected holographic display技術的全方位應用，比如應用到采場車輛管理，可以模擬出道路分隔線、無盲區道路呈現等，此技術如果能在我公司礦山得以，將具有世界領先水平。

3 建立意義

智慧礦山的建立，是承接中央十三五規劃以及數字礦山進一步的發展結果，也是今后礦山的必然發展趨勢；而全息投影技術在礦山中的應用是本文在智慧礦山設計中的關鍵創新點，front-projected holographic display技術屬于前言科技，如果在我公司能夠應用成功，將是中國礦山行業的驕傲。