数字矿山前景初探

摘要：文章阐述了数字化矿山的概念以及其系统构架，以具体矿山为例论述了数字化矿山的建设过程及应用前景。

关键词：数字矿山；应用前景

Abstract: the article expounds the concept of digital mining and its system architecture, with specific mine as an example discusses the process of development of digital mines and the application prospects.

Keywords: digital mine; Application prospect

中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：

0 前言

随着计算机应用的继续普及计算计技术的不断发展，数字化、自动化、智能化已经成为当今工业生产发展的必然趋势，如何及时、正确、有效的实现数字化是当今工矿企业研讨的主要课题和重要任务。“数字矿山”模型综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，对企业优化资源配置、保障安全发展、提高经济效益、提升竞争能力起着重大作用。故“数字矿山”是当今工矿企业发展的必由之路。

1、数字化矿山原理

数字矿山以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算机科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，建立起并集成一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计算机模型，通过多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达，具有高分辨率、海量数据和多种数据的融合以及数字化、网络化、智能化和可视化的特点。它是用信息化与数字化的方法来研究和构建的矿山，是信息化、数字化的虚拟矿山，是由计算机网络来管理全部数字化信息的技术系统。通过它可以了解整个矿山系统所涉及的信息过程，特别是矿山系统多体之间信息的联系和相互作用的规律。

2、数字矿山系统构架

2.1 按结构划分

按结构划分，数字矿山自下而上可分为以下七个主层次:

(1)基础数据层，即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理，如通过测量获取水平角、竖直角、斜距等，并预处理得到点的三维地理坐标，点间的水平距离，点的高程，边的方位角等；通过钻探得到的岩芯判断岩层的深度、矿物成分、分布、硬度等各项参数，绘制地质各种图纸、图表。数据存储包括各类数据库、目录库、文档文件库、图形文件库及多媒体文件库等。

(2)模型层，即表述层。如空间和矿体属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层通过绘图软件将数据加工为直观、形象的表述形式，为优化、模拟与设计提供输入接口。

(3) 模拟与优化层。如工艺流程模拟、采矿模拟、避灾模拟、通风系统模所及参数优化、设计与计划方案优化等。

(4) 设计层，即计算机辅助设计层。该层为把优化解转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段。

(5) 执行与控制层。如自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作等。该层是生产方案的执行者。

(6) 管理层。包括MIS与办公自动化。

(7) 决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。

2.2 按功能划分，

数字矿山包括六大类系统：数据获取与处理系统、数字开采系统、矿区地理信息系统、选矿数字监控系统、管理系统、决策支持系统。其中数字开采系统是核心系统，也是效率和效益的主要创造者。

3、我公司矿山数字化的可行性

(1)我公司自二次创业以来，已经在矿山数字化、智能化、自动化上大下功夫。原有公司局域网及网络ＯＡ办公系统的广泛应用，公司集控中心、调度监控中心、网真会议室和经营办公区的建成，以及公司上层对矿山数字化的认可及支持，为公司矿山数字化进程扫清了障碍。

(2)公司利润的连年增长，为矿山数字化过程中硬件设施的完备奠定了物质基础；被誉为中国第一个数字化煤矿的刘庄煤矿的建设过程为公司矿山数字化提供了丰富的建设经验。

4、数字矿山实施方案

4.1 构思设计数字矿山模型

根据公司自身的特点，围绕数字矿山建设的具体目标设计包括数据采集、存储、处理，生产过程实时监控，信息共享，内网通讯，综合管理等内容的大型数字矿山模型。该模型主要考虑实现井下安全作业、严格控制生产成本，畅通公司内部交流，提高企业效率和效益。

4.2 构架完成数字矿山雏型

(1)根据公司规模采购匹配数量及配置的计算机，建立并完善以公司信息资源共享为目标的大型局域网络。该网络必须覆盖公司各大小矿井及相关辅助单位，包括公司总部、公司设计院、各生产矿井、准备矿井、楚源公司、设备管理中心，公司两医院、公司保卫部，矿山救援中心、公司培训中心等。且各二级单位内部各部门根据职能分划也必须至少有一台主机，以保证任何一个职工都有条件上公司局域网。

(2)建立职工信息库，并对每一个职工分发一个唯一且固定的网络身份证，即ＩＤ号，该号码与职工工号一致。该ＩＤ号作为职工有关信息的索引，涵盖职工工资、职称、职位、岗位、通讯联络方式等信息，信息定期更新，ＩＤ终生不变。职工可以通过该ＩＤ号在任何一台公司局域网内的主机上登录，用于查询自身信息、提供实名举报、合理化建议、查看公司公告要闻、查阅公司文件等、给对方发送信息等。根据不同职工岗位设置不同权限。后期，针对职工ＩＤ号分发磁卡，职工可以凭该卡上下班打卡、充值并使用公司内部服务（加油、就餐、就浴、公司班车）。

(3)建立并启用公司CIP系统,档案管理系统、短信发送系统、生产管理系统、人力资源系统、用友财务系统、安全管理系统、物资供应系统、设备管理系统、成本管理系统、销售管理系统、计划管理系统、技术管理系统、安全监测系统、干部管理系统、企业文化系统等。

4.3 构筑完善虚拟数字矿山

(1)通过钻孔、探槽和炮孔取样等数据采集手段，建立矿山实体数字地质模型、用以表征煤、岩的空间分布及相关特征，如煤层走向、地质断层、破碎带、地质构造、岩性、煤质等。

(2)以地质模型为基础，结合其它测量数据、采矿工艺、采掘机械参数、通风系统信息等构造虚拟矿山，进行数字模拟开采，从而完成矿山长、中、短期开采计划编制，井下巷道标准断面、峒室优化设计、开拓设计、采矿方法优化、通风设计调整、灾变应变预案编制等工作。

(3)导入全站仪、GPS等数字化测量设备结合地图软件，自动生成地表建模、深井系统建模；对于AutoCAD，MapGis文件，可以直接导入3DGIS环境（如：3DMine），利用其点线和属性数据构建三维表面直观模型，通过任意两个面或面与实体的的交并布尔运算，计算排土场的体积，计算填方，挖方工程量，计算保护煤柱留设位置及塌陷范围等。

4.4、投入应用

(1)对矿山生产的各环节作实时监测、监控，如井下皮带监控、主副井提升监控、采区变电所监控、工业电视监视、主要扇风机房监测、矿井火灾束管监测、井下瓦斯监测、井下人员定位等；

(2)整合海量、异源数据，实现矿山各种数据永久、安全存储，如：测量地理信息、地质地理信息、输配电地理信息、给排水地理信息、职工人员信息、历史文件、会议记录等；

(3)全面实现全网即时通讯：网络短信会议通知、办公文件传输、公文收发、网络业务审批、网真会议、井下通讯；

(4)实现数字化管理，如档案管理、安全管理、资产管理、生产管理、成本管理、矿山综合管理、综合管线管理、设备管理、销售管理、计划管理、技术管理、干部管理等。

5、结语

数字化矿山的建设对规范现有资料信息的采集、传递、存储流程，提高全员工作效率，提高信息的共享和使用，为优化管理与决策，科学进行矿山的开采、评估分析提供强有力的技术手段，从而产生非常显著的经济效益和安全效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。