譚坪煤礦數字礦山生產決策系統研究

趙文舉

（山西焦煤霍州譚坪煤電有限責任公司，山西 臨汾 042100）

1 前言

礦山數字化平臺的建設給礦山生產的決策提供了大量的幫助，多數礦山企業在其生產決策環節中實現了信息的采集、處理和利用的計算機化。但是在信息的深層次利用上有所欠缺，難以形成系統化的決策支持體系。譚坪煤礦以“數字礦山”為基礎，建立適合企業自身的生產決策，已成為礦山企業迫切需要解決的問題。

2 數字礦山系統邏輯結構

為了滿足礦山企業的各種需求，實現礦山企業的信息共享和協同操作，可以將數字礦山系統分為三個主要平臺：“數字礦山”系統核心平臺、管理決策系統平臺和安全生產系統平臺，如圖1所示。

2.1 “數字礦山”系統核心平臺

在數字礦山總體結構框架中，系統核心平臺主要包括數據采集層、數據處理層、系統應用層和WEB層等四個部分。

（1）數據采集層。礦山數據的獲取主要包括地測數據、銷售數據、采購數據以及采礦工程數據等方面，礦山數據的獲取具有多源性特點，因此應根據數據模型和數據結構實施有效的組合和疊加，保證數據的質量和數量達到最優。

（2）數據處理層。生產過程的數據和信息經過采集后一些數據通過分類、排序、綜合分析的數據挖掘過程，從海量的礦山數據中提取有價部分組成新的數據庫；一些數據通過生產計劃模型、采礦CAD設計、工程計算、人工智能、三維可視化、采礦仿真等系統進行分析、設計和計算。

（3）系統應用層。同時對企業的整體運營、操作起著決策、管理、控制作用，以提升業務系統的開發、發布和維護效率，實現開發過程中的用戶參與、快速開發、快速應用和靈活調整。

（4） WEB層。為礦山企業用戶提供信息查詢、匯總、分類、搜索、發布等方面的及時、有效的個性化服務。

2.2 管理決策系統平臺

管理決策系統平臺為礦山的各項日常管理工作提供支持，保障礦山管理人員能夠快速辦公，提高辦公效率。辦公自動化子系統是提高辦公效率、減少辦公管理開銷的重要手段；財務管理系統提供了快速便捷的財務報表查詢方式，可極大地提高管理效率與管理精度；物資供應管理系統通過建立規范、完善、高效的物資管理體制及其運行機制，加強物資保管和管理工作，降低儲備資金占用和物資的倉儲成本；機電設備管理系統提高設備管理部門的管理水平和服務質量，從而提高勞動生產率；人力資源管理系統可以根據員工的日常表現快速完成對其的定級定崗、績效考評等工作；產品銷售管理系統可以快速地根據生產情況制作銷售方案，完成客戶的訂單需求。

圖1 “數字礦山”邏輯結構圖

2.3 安全生產系統平臺

安全生產系統平臺為礦山的各項生產工作提供支持，保障礦山的生產高效和安全。礦山地理信息系統是采集、存儲、處理、分析和顯示地理數據的計算機系統，其管理的地理數據具有空間特性，適合組織、管理和表現大數據量、不同類型、動態的空間數據或信息，為礦山的生產計劃編制以及生產管理提供信息平臺；與地理信息系統類似，礦山三維仿真系統將復雜、枯燥的數據信息轉化為三維可視化信息呈現給用戶，為礦山管理、監測提供顯示平臺；計劃編制系統與地理信息和三維仿真等子系統相結合，根據礦床地質條件、采場圍巖性質、技術經濟指標以及礦山生產能力等因素實現最優的礦山采掘計劃，幫助決策者做出最佳決策；人員定位系統實時可靠地跟蹤和記錄人員、車輛、材料的具體位置和運行情況，同時監視指定區域，在事故時可以迅速指出全體人員所在的位置，提供救援依據；礦山生產調度系統以人員定位系統為基礎，通過運輸控制、設備監測最大限度地縮短等待時間，提高生產效率；生產監測預警系統對礦山范圍內各種隱患進行檢測、預警及防控，預測與預防生產作業中的各種災害的發生，維持礦山的正常生產秩序以及人員設備的安全。

3 生產決策系統平臺構建

基于“數字礦山”的礦山生產決策系統平臺可以有效地將生產過程中即時產生的地質信息、生產信息、訂單信息等數據進行存儲和處理，以便于生產決策者制定準確、詳細的生產計劃。礦山生產決策系統平臺設計如圖2所示，系統平臺主要由信息獲取層、生產決策層和作業操作層部分組成。

圖2 生產決策系統平臺

（1）信息獲取層是利用數據挖掘技術將各企業部門的大量信息進行整理和分析，根據生產計劃、鉆孔信息以及前期生產采樣確定礦山即將開采的地質條件、各采區的位置以及可采儲量等地質信息，根據與客戶間的銷售合同和前期銷售情況對訂單信息進行調整，結合客戶發布的實際機車到達情況制定最終生產任務，并將生產任務傳遞給計劃優化層。

（2）生產決策層以生產計劃優化模型為核心，在原始生產計劃的基礎上，通過訂單需求到達順序確定生產優先級，并將多個不同優先級的生產任務進行分析處理。生產優化模型結合生產環節的作業周期分析、生產任務分析和檢測系統的動態反饋，對生產過程中的各項生產參數進行調整，并將調整后的參數傳遞給作業操作層。

（3）作業操作層根據計劃優化層所調整的各項生產參數通過調度對礦山生產過程中的采場流程、洗選流程以及裝車流程進行控制，并將最新的監測數據反饋給系統平臺。信息獲取層對生產信息獲取及分析，生產決策層對生產作業的反饋結果進行分析，并在此基礎之上進行新的計劃優化，并將結果再次反饋到作業操作層。通過對開始生產計劃的實時調整以達到礦山生產的最優結果。

4 系統的實踐應用

譚坪煤礦煤質優良，從不同客戶處所獲取的訂單較多。采出的原煤通過礦車運輸至4個不同位置的卸礦口，卸礦口和破碎站直接連通；破碎后的煤炭通過皮帶運輸分別進入5個儲煤倉儲藏等待裝車，兩套獨立的裝車系統完成裝車要求。利用數字礦山技術實現了對原始數據的采集和整理，并以該數據為基礎同時結合生產監測數據對礦山生產決策提供數據支持。企業內部生產決策系統平臺中各部門的相互關系如圖3所示。部門間通過信息共享、相互決策完成煤礦的生產決策任務。

圖3 基于決策系統平臺的部門數據傳輸

5 結論

通過利用“數字礦山”技術，將原有的線性擴展成為網狀傳輸，完成企業內部生產即時數據與需求信息的有效結合，以保證企業訂單數量及質量要求的情況下實現經濟效益最大化。同時將該系統在譚坪煤礦進行了實踐應用，效果良好。企業部門間通過信息共享、相互決策完成煤礦的生產決策任務。