金堆城钼业集团数字化矿山建设构想初探

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          金堆城钼业集团数字化矿山建设构想初探

摘要：介绍了金堆城钼业集团数字化矿山建设的概念、基本特征、主要内容及国内外数字化矿山建设发展的现状，阐述了数字化矿山建设的构想，即在信息技术的基础上，构建数字矿山地质数据仓库、数据仓库系统、三维地质模型、应用模型，以及基于数字矿山平台的一系列相关拓展应用。数字矿山平台的建设将使金堆城钼业集团现有各类生产设备进一步发挥效能，生产水平明显上一个新台阶，具有良好的经济前景。

0 前 言
　　数字化矿山建设是一个典型的多学科技术交叉的新领域，它涵盖了矿山企业生产经营的全过程。由于矿山企业普遍具有生产对象（资源）的不确定性、生产过程的动态性、生产环境的恶劣性，因此，数字化矿山既不是GIS概念的简单延伸，也不是一般加工企业ERP概念的简单复制，而是一个包含两者特征的崭新的概念。所谓数字化矿山是采用现代信息技术、数据库技术、传感器网络技术和过程智能化控制技术，在矿山企业生产活动的三维尺度范围内，对矿山生产、经营与管理的各个环节与生产要素实现网络化、数字化、模型化、可视化、集成化和科学化管理，使矿山企业生产呈现安全、高效、低耗的局面。
　　数字化矿山的基本特征是以高速企业网为“路网”、以采矿CAD（MCAD）、虚拟现实（VR）、仿真（CR）、科学计算（SC）与可视化（VS）为“车辆”、以矿业数据和矿业应用模型为“货物”、以真三维地学模型拟（3DGM）和数据挖掘为“包装”、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山GIS（MGIS）为“调度”。数字化矿山的最终表现为矿山的高度信息化、自动化、智能化与高效安全开采，直至遥控采矿和无人采矿模式。
　　数字矿山的主要研究内容包括矿山科学技术发展战略、共享矿山数据资源、矿山可持续发展战略、矿山经济发展、矿山安全和矿山科学技术创新的需要等，它把关于矿山系统的原始数据流转换成可以理解的信息，转换成具有矿山经济价值的知识。其作用和意义主要体现在以下两个方面：
　　（1）改变矿山的生产和生活方式，在矿山设计、施工、开采、安全、管理、教育、可持续发展、土地利用规划以及科学决策等方面产生广阔的社会和经济效益，促进大型产业的增长，提供更多的产业机会、安全预测及决策管理服务等；
　　（2）为矿山科学技术的发展提供了强大的动力。使矿山规划管理具有更高的效率、更丰富的表现手法、更多的信息量、更高的分析能力和准确性，从而提高矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平、综合实力，促进矿山的可持续发展，在有准确坐标、时间和对象属性的多维虚拟环境中进行规划、决策和管理，在处理矿山复杂系统问题时帮助人们更好地建立直观感和全局观念。
　　1 国内外数字化矿山发展水平
随着信息技术的飞速发展，很多矿业大国已认识到，在依靠提高机械化水平来提高矿山的生产能力、效率和安全性的同时，必须利用信息技术改造传统矿山的生产和管理模式。从上世纪90年代开始，芬兰、加拿大、瑞典等国为取得在采矿工业中的竞争优势，先后制定了“智能矿山”或“无人化矿山”的发展规划。加拿大已制定出一项拟在2050年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山，通过卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动切割采矿和自动破碎。芬兰在1992年宣布了智能化矿山技术规划，内容涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题。瑞典也制定了向矿山自动化进军的“crountecknik2000”战略计划。澳大利亚于1997年制定了一项关于煤炭勘探与开采研究的3年计划，围绕资源评估、采矿工艺革新、矿井瓦斯控制与利用、自动化、安全和材料等几方面开展研究。
　　从上世纪80年代中期起，计算机在我国矿山得到应用，经过近20年的努力，矿山信息化建设及数字化矿山建设取得了长足进步，但信息技术的应用主要停留在以企业财务、生产台账、综合统计、报表生成为主的管理系统方面；数字化建设缺乏系统的整体规划，功能单一、重复建设现象严重，信息资源共享难以实现；管理模式与信息技术的要求不相适应，所带来的效益甚微。因此，在资源管理数字化、技术装备智能化、过程控制自动化、生产调度可视化及生产管理科学化等方面，我国与发达国家相比还有很大的差距，目前仅仅处于数字化矿山的起步阶段。
　　2　 金堆城钼业集团矿山数字化现状
　　随着金堆城钼业集团《露天矿CAD系统建设研究》、《露天矿测绘数据自动化研究与应用》、《露天矿采剥进度计划及动态地质模型系统建立研究》及《金堆城钼业公司ERP系统应用研究》等项目的展开，金堆城钼业集团开始了数字化矿山建设新领域的工作，采矿技术人员可熟练编制中短期采剥进度计划，测量地质人员利用计算机进行矿岩量计算、验收，财务及物资管理人员实现对公司物流与资金流的双闭环控制等。
　　3 　金堆城钼业集团数字化矿山发展构想
　　随着计算机技术在采矿业的不断应用，采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展。我国矿山行业的信息化建设起步较晚，在矿山勘察、规划、设计、生产、管理、全过程监控等信息化领域与采矿发达国家相比还有一定的差距。借鉴国外数字化矿山建设的成功经验，结合金堆城钼业集团矿山生产的实际情况，可将下一步数字化矿山建设目标定位于：以计算机及其网络技术为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表达和深加工，并应用于各个生产环节的管理和决策之中，以实现矿山生产的系统优化，达到提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现利润最大化的目的。具体的数字化矿山建设框图见图1。
图1数字化矿山建设框图
　　3.1 　建立矿山地质数据仓库
　　矿山地质数据库是矿山资源评估和采矿设计的基础，是矿山生产管理的重点。地质数据库的完备性和可靠性，直接影响一个矿山的生产经营和决策。主要通过钻探、坑探、槽探3种方式获取矿山地质数据，其中钻探是最常用的方法。通过钻孔所获得的大量原始地质资料是进行综合分析、综合研究矿床特征的第一手资料。现场观察点的原始记录、各个勘探孔的地质编录，以及取样、化验等资料，是从各个不同角度反映矿床的基本特征和情况。他们是孤立的、缺乏联系的，还必须经过进一步的归纳、整理、分析、对比，找出内在联系，使之系统化和规律化。
　　3.2 　建立数据仓库管理系统?
　　金堆城钼业集团矿山地质数据管理系统将包含一个基于岩芯数据的地质数据仓库，实现钻孔资料的电子表格化管理。技术人员可在此数据库基础上按照需要从不同角度和条件，实现查询任意钻孔、任意段深度的地质资料；生成并输出钻孔任意段深度的钻孔岩芯柱状图；根据地质数据仓库所包含的地质内容，为不同的地质地形图、地质剖面图、地质平面图、地质投影图等图件赋以相关的地质属性，使地质图件的管理直观化。另外，该地质数据库还能及时提取并修改岩芯取样化验资料，特殊深度的相关地质构造资料等一系列配套信息，为确定探矿方向、统计产品类别、编制采矿计划提供生动翔实的数据信息以供决策。
3.3 矿山三维地质模型及应用模型的建立
矿山三维地质建模是数字矿山建设的关键技术之一，是实现数字化矿山的基础。通过地质模型的建立，全面掌握矿床中有用元素在空间的分布情况及岩层分布、岩体质量、构造特征等影响矿床开采的技术条件，为数字化矿山建设后续的通讯系统、生产调度及人员设备定位、生产过程安全监控与预警系统等提供基础平台。
3.4 数字化矿山平台应用拓展
3.4.1建立矿山GIS地理信息系统
　　将地理信息系统（GIS）应用于矿山称矿山地理信息系统，或矿山空间与资源信息系统。它是以计算机为基础，应用普通测量、摄影测量与遥感等技术采集信息，并通过计算机辅助制图和图象处理等辅助手段，紧密结合矿山的空间与资源特征构建起来的一种信息系统。它具有对矿山资源与环境信息进行采集、存储处理，建立矿区数据库及软件系统，实现对信息系统查询检索综合分析、动态预测和评价、信息输出等功能，从而为矿区环境工程和矿产资源开发管理进行规划、判断和决策提供科学依据。该系统具有管理矿区及周边邻近地区有关信息资料的存储、查询和表述功能，真实反映出金堆城钼业集团露天矿采区边坡、阶段平台、排土场、尾矿坝等重点部位的地形地貌、地质构造，环境等信息，对于矿区移动设备实施可视化管理。
　　3.4.2 　矿山安全监测与预警系统?
　　矿山安全监测与预警系统，是一种集科学计算可视化、资源信息与开采信息互相融合，实时自动监测、网络远程监控为一体的综合管理信息系统。它以矿床资源信息、开采工程信息、应力与变形监测信息、微震监测信息等数据共享为核心，以实体数字地质模型为基础，通过可视化、网络化及实时动态监测等技术手段来实现矿床开采的安全监测与安全预警。此系统主要包括边坡、排土场、尾矿坝的稳定性监测、评价和预报。
　　3.4.3　 建立管理与决策系统?
　　该系统基于已开发出的ERP系统，实现各相关部门之间的ERP对接。针对金堆城钼业集团ERP的特点，重点开发适合于物资供应管理系统、机动备件管理系统、生产调度系统。
　　3.4.4　 GPS生产调度监控系统
　　综合运用计算机技术、现代通讯技术和全球卫星定位（GPS）技术等先进手段，建立生产调度系统，对生产移动设备及生产现场进行实时监控。其目的为：①优化卡车运行，降低总运输功和采装与运输设备的等待时间，有效提高采装与运输效率；②实现电铲、卡车、钻机调度，合理配矿，均衡配矿，提高资源利用率；③及时应对生产中出现的突发事件，以实现安全生产。
　　3.4.5　 采矿设计软件系统?
采矿设计软件系统是以矿床地质模型为基础，应用计算机技术完成矿山短、中、长期采剥计划编制与采矿设计工作。采剥计划的编制，金堆城钼业集团露天矿已实现了计算机化，采矿设计中的爆破设计仍然以人工为主，爆破技术员根据经验布孔，爆破参数的选取不尽合理，存在着很大的优化空间。因此，选择国内外先进的爆破软件并进行开发，以优化爆破参数，可大大降低采矿成本，提高矿山经济效益。
　　4金堆城钼业集团数字化矿山建设总体目标与建议
　　金堆城钼业集团数字化矿山平台建设的总体目标是以“地质数据仓库”为基础，以“地理信息系统”为实施平台，以“各种矿山应用系统”为生产辅助手段，以“调度指挥中心平台”和“管理与决策系统”为便利的管理工具，辅助决策和调度计划下达，优化生产工艺流程，降低采矿贫化损失，提高采矿生产能力，减少磨浮检修时间和故障时间，提高精矿品位及产品合格率，降低产品成本和采选生产能耗，保障安全生产，进一步发挥现有各类生产设备的效能，使生产水平明显上一个新台阶。?
　　数字化矿山建设是一个庞大的系统工程，建设周期长，要耗费大量的物力和财力，为此建议：在数字化矿山建设中要总体规划，分步实施，同时，各个子系统要预留统一接口，以便在各个子系统完成后实现统一管理；另外， 在有关数据的传输过程中，要认真做好保密工作，严防泄密。
参考文献
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