某鐵礦數(shù)字化礦山建設(shè)研究

洪國敏，周志剛，牟英杰

（包鋼集團(tuán)礦山研究院，內(nèi)蒙古 包頭014010）

近年來，國際和國內(nèi)已經(jīng)在數(shù)字化礦山建設(shè)領(lǐng)域進(jìn)行了成功的嘗試并取得了巨大的進(jìn)展。我國目前研究開發(fā)出的新一版基于數(shù)字化礦山整體解決方案的礦山數(shù)字化軟件系統(tǒng)，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。不少大型礦山企業(yè)如云南銅業(yè)集團(tuán)大紅山銅礦通過應(yīng)用數(shù)字礦山軟件平臺，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)的三維可視化和數(shù)字化，建立了以綜合通訊平臺為基礎(chǔ)的礦山生產(chǎn)管理與調(diào)度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線采集的數(shù)字化礦山管理平臺，極大地提高了地質(zhì)、測量、采礦等專業(yè)的精度和效率。國內(nèi)還有江西德興銅礦，攀鋼蘭尖鐵礦等迅速地在一些大型礦業(yè)集團(tuán)推廣使用。

1 背景

某鐵礦是一座鐵、鈮等多金屬共（伴）生礦床，賦存于寬溝背斜南翼的H8白云巖與H9板巖的過渡帶中，東西長18km，南北寬3km，面積48km2。該鐵礦床自發(fā)現(xiàn)至今，經(jīng)過50多年的開發(fā)，鐵金屬儲量不斷消耗、可采富礦資源越來越少。因此，建設(shè)的主要目的和意義歸納為以下四點(diǎn)。

1）解決礦山迫切需要解決的問題：建立礦山地質(zhì)信息庫和三維數(shù)字化模型，有效整合既有資源，科學(xué)布局未來發(fā)展規(guī)劃，對建立長效的發(fā)展方案提供戰(zhàn)略性指導(dǎo)。

2）通過分析各種礦物的賦存狀況，以提高礦產(chǎn)資源綜合利用水平，為礦山合理開發(fā)利用資源提供科學(xué)依據(jù)。

3）通過三維數(shù)字化模型應(yīng)用，進(jìn)一步加強(qiáng)礦山綜合管理水平和生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化，降低日常管理工作的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)礦山系統(tǒng)三維數(shù)字化綜合管理。

4）構(gòu)建礦山數(shù)字化模型，提高礦山數(shù)字化、可視化建設(shè)水平，既是生產(chǎn)上的技術(shù)進(jìn)步，也是企業(yè)形象的提升。

2 某鐵礦數(shù)字化礦山建設(shè)

2.1 數(shù)字化軟件平臺簡介

在推進(jìn)礦山數(shù)字化的過程中，礦山企業(yè)如何選擇一款適合礦山自身發(fā)展的礦業(yè)軟件產(chǎn)品，成為礦山企業(yè)的首要任務(wù)。而在過去的幾年里，在三維礦業(yè)軟件都是以國外的為主，由于國內(nèi)外采礦工藝、水平、規(guī)模的差異，很難直接、方便地用于解決國內(nèi)礦山生產(chǎn)問題，不能做到全面并符合我國礦山的生產(chǎn)實(shí)際需要。相對來說，DIMINE三維礦業(yè)軟件是由中南大學(xué)自主開發(fā)的一款國內(nèi)先進(jìn)的專業(yè)數(shù)字化礦山軟件，正是在充分調(diào)查國內(nèi)礦山生產(chǎn)需求、吸收國內(nèi)外軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上開發(fā)出的，解決了國外軟件在中國應(yīng)用中不能解決的實(shí)際問題，相比國外軟件更具有實(shí)用性、操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。它作為一套完整而且全面的軟件系統(tǒng)，極大地改進(jìn)了測量、采礦、地質(zhì)專業(yè)人員及安全管理人員的技術(shù)信息交流。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

1）采用成熟的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源、開采方案設(shè)計(jì)、開采環(huán)境的數(shù)字化、模型化與可視化。

2）采用先進(jìn)的傳感器與通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程、設(shè)備、安全與開采環(huán)境監(jiān)控等數(shù)據(jù)的自動采集、智能分析與可視化處理，實(shí)現(xiàn)移動設(shè)備的定位、跟蹤及生產(chǎn)過程的智能調(diào)度與控制。

3）建立以光纖和無線通訊為主體的多媒體通訊網(wǎng)絡(luò)，形成語音、視頻與數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)礦山信息的分布式共享。

4）通過對有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行過濾、整合，形成數(shù)字倉庫，提供查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、決策支持等功能，為管理與決策科學(xué)化提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

5）對各應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一的數(shù)字露天礦山主界面，通過該界面調(diào)用或查看各應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字露天礦山總體功能，并提供擴(kuò)展開放接口，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和擴(kuò)充。

2.3 實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化模型

引進(jìn)DIMINE礦業(yè)軟件進(jìn)行軟件應(yīng)用研究并開展礦山數(shù)字化的建設(shè)，該鐵礦的礦山建設(shè)流程如圖1所示。

圖1 數(shù)字化礦山建設(shè)流程

依據(jù)上述流程，礦山完成的主要數(shù)字化建設(shè)內(nèi)容如下。

1）系統(tǒng)整理收集礦山深部探礦、生產(chǎn)勘探等歷次勘探資料，將勘探數(shù)據(jù)信息按開口信息、測斜信息、樣品信息進(jìn)行四個(gè)類型進(jìn)行分類，并在此基礎(chǔ)上建立完善的地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。以下以鉆孔2－73為例，各數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)見表1～4，實(shí)現(xiàn)了礦山地質(zhì)信息的動態(tài)查詢、管理及鉆孔的三維可視化見圖2。

表1 鉆孔2－73測斜文件數(shù)據(jù)庫

表2 鉆孔2－73孔口文件數(shù)據(jù)庫

表3 鉆孔2－73樣品文件數(shù)據(jù)庫

表4 鉆孔2－73巖性文件數(shù)據(jù)庫

2）完成構(gòu)建礦體的三維實(shí)體模型，將鉆孔數(shù)據(jù)庫與礦體模型進(jìn)行三維顯示見圖3。礦體三維模型的建立為進(jìn)一步的采礦設(shè)計(jì)和開采提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)和依據(jù)，為礦山的合理規(guī)劃創(chuàng)造了條件。

3）完成三維地表模型和采場最終境界模型的建立見圖4。

圖2 三維鉆孔模型

圖3 鉆孔與礦體三維實(shí)體模型

圖4 地表模型與采場境界模型圖

3 結(jié)語

目前，隨著礦山開采深度增加，礦山開采條件越來越惡劣，金屬含量高的礦石也越來越少，對采礦安全環(huán)境的要求也越來越嚴(yán)格，礦山安全生產(chǎn)需要科技支撐與技術(shù)創(chuàng)新，只有通過建設(shè)數(shù)字礦山，才能更好地解決這些問題。我們需要通過對整個(gè)礦山進(jìn)行詳細(xì)需求分析，從信息采集、傳輸、遠(yuǎn)程自動控制、可視化等方面大力展開研究工作，真正將數(shù)字礦山的內(nèi)容貫穿于礦山的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、安全等全過程。同時(shí)，我們可以利用國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，來保證數(shù)字礦山建設(shè)質(zhì)量。數(shù)字礦山建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)從企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展和整體出發(fā)，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施。

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