浅谈我国数字矿山的建设与发展趋势

摘要：就数字矿山的概念及特点进行了探讨，明确了数字矿山是以矿山信息综合集成、共享利用与可视化表述为主要特征。在阐述了建设数字矿山的必要性、重要意义和冶金数字矿山建设的内容的同时，简要总结了我国数字矿山建设成效，梳理了数字矿山内涵及其不同理解并针对我国矿山无人开采等现象，总结出数字矿山建设和发展的方向。因此，针对我国矿产资源的特点和矿山企业对数字矿山建设的实际需求，开发出了具有自主知识产权的一系列数字化采矿关键技术与软件，建立具有中国特色的矿业自动化产业体系是发展中国矿业的必要步骤。

关键词：数字矿山 矿山建设内容 矿山建设发展

1 数字矿山的相关知识

1.1数字矿山的概述

“数字化矿山”（Digital Mine）或简化/简称为“数字矿山”，是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是一个“硅质矿山”，是数字矿区和数字煤矿的一个重要组成部分。核心是在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。它们利用电子技术与机械技术的结合把工业机器人用于生产，使机械化转向自动化，从而大大提高了生产率，降低了成本，增加了竞争能力。数字矿山的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，充分利用现代高科技技术，建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，综合考虑各种因素，协调并优化企业结构，提高整体效益、市场竞争力和适应能力，最终实现矿山的综合自动化。

1.2数字矿山的特点及结构

数字矿山是国家战略资源安全保障体系的重要组成部分，是评价矿山资源生态环境的重要数据基础。数字矿山的特点为基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化。从以上对数字矿山的描述中，我们不难看出，数字矿山是以矿产资源、人员、物料等要素组成的整体系统为对象，进行规划、设计、评价和创新，提高矿山企业效率、降低成本、保证人员安全健康、增加经济效益标，对矿山企业整体系统进行优化。

数字矿山自下而上可分为以下七个主层次：基础数据层、模型层、模拟与优化层、设计层、执行与控制层、管理层、决策支持层。

按功能划分，数字矿山包括六大类系统：数据获取与管理系统、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。

2 数字矿山建设的内容

数字矿山是以矿山系统为原型，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，建立起的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并集成，可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达，同时具有高分辨率、海量数据和多种数据的融合以及空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。数字矿山主要研究内容是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。研究与开发内容为：

1.矿山数字地质、矿床模型研究与开发建立空间和矿物属性的矿山实体数字地质、矿床模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实模型等，用以表征矿床中矿、岩的空间分布和相应部位的属性数据。

2.虚拟条件下矿山模拟开采技术研究：以地质及矿床模型为基础，结合其它关键信息构造虚拟矿山，进行数字模拟开采，完成矿山长、中、短期开采计划编制、露天矿穿爆设计等工作。

3.矿山生产过程管控一体化应用可视化技术实现生产过程、工艺、设备、仪器的自动监测与控制。

4.矿山生产经营决策支持系统“数字矿山”的目的之一就是要利用现有的各种数据、信息，在综合、全面地分析后，为矿山的规划管理和可持续发展提供决策支持。

3 数字矿山的研究意义

数字矿山建设的意义和必要性主要表现在：

1. 数字矿山是国家战略资源安全保障体系的重要组成部分。数字矿山建设可使我国全面翔实地掌握矿产资源的分布利用情况和对我国工业的保障程度，结合国际市场行情，即能实现合理利用国内外两种资源、两个市场，科学、定量地预测未来供需形势，建立有效的战略资源供给配置战略及保障机制。

2.数字矿山建设是当前国际矿产资源开发研究的热点。数字矿山是矿业开发的制高点，谁占领了这一制高点，将控制整个行业的发展趋势和主动权，因此发达国家的数字矿山建设发展很快，并在数字矿山的基础上，进行实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制自动化智能化研究。

3.数字矿山建设是当前资源开发的需要，是落实资源开发方针的重要内容。数字矿山的功能之一就是使我们能全面、动态、准确地掌握我国金属矿山储量、基础储量和资源量的变化，从而进行科学化的管理，达到资源的合理开发利用和节约目的。

4.数字矿山建设是提升我国矿山国际竞争能力的重要措施。我国矿山采矿技术总体水平较低，与国际先进水平相比存在较大差距。数字矿山建设将迅速提高采矿设计、决策和管理的科学水平，通过采用高新技术、新装备来提高劳动生产率，增加矿石产量，提高产品质量，降低生产成本，实现提升我国冶金矿山国际竞争能力的目的。

4 我国数字矿山主攻方向

在总结分析我国数字矿山建设进展与现实需求之后，可以提出中国数字矿山建设应分三步走，即首先建立矿山空间数据仓库，然后构建数字矿山基础平台，再建立矿山安全Office 系统，过程中要高度关注数字矿山相关技术标准的制定 。即：

1.数字矿山集成平台：在三维地矿建模与可视化平台方面，拉近矿体边界准确圈定、储量动态管理、采掘优化设计、采矿过程模拟、综合监控调度、安全隐患预警、应急救援决策等生产性需求与国外的距离。

2.采矿模拟仿真系统：采矿仿真是建立在控制论、相似理论、系统运筹学和采矿工程基础之上，利用物理-力学模型、信息处理与可视化技术实现采矿过程中的装备控制与行为模拟。

3.露天矿全自动化系统：国外露天矿开采技术发展的总趋势是开采规模化、设备大型化、运输多样化、生产连续化和采运自动化。

5 结语

数字化、信息化和自动化技术不仅变革了国际矿业沿袭百年的生产工艺和管理模式，极大提高了矿山企业的生产效率和安全水平，也给中国矿山绿色开采与可持续发展带来了机遇与挑战期望不久的将来，局部智能化的无人工作面和全面智能化的无人矿井在我国成为现实；期望2020 年之前，安全、高效、绿色、高回收率、低成本的科学采矿理想早日实现，高效低耗矿山的可持续发展理念真正落实。