智慧礦山建設(shè)體系探討

王向星

摘 要：闡述礦山生產(chǎn)模式的發(fā)展歷程，說(shuō)明智慧礦山作為礦業(yè)發(fā)展的未來(lái)目標(biāo)；概括了智慧礦山的可持續(xù)、自動(dòng)、整體協(xié)同、隨時(shí)隨地的基本特征；探討了智慧礦山的三大頂層體系，即智慧生產(chǎn)體系、智慧人文體系、智慧管理體系。

關(guān)鍵詞：智慧礦山 發(fā)展 特征 體系

中圖分類號(hào)：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（b）-0096-02

我國(guó)作為一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，金屬礦業(yè)的整體水平落后于礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，還大量存在開采方式落后導(dǎo)致的資源浪費(fèi)、環(huán)境極大破壞等問題，礦業(yè)技術(shù)水平提升緩慢，裝備研發(fā)能力不強(qiáng)等。有效提升科技含量、集約資源開發(fā)、減少環(huán)境污染，促進(jìn)人和自然和諧可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)礦山企業(yè)至關(guān)重要的迫切課題，是礦業(yè)智慧發(fā)展的未來(lái)方向。

1 智慧礦山的發(fā)展

礦山生產(chǎn)模式大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：一是原始階段，即主要通過(guò)手工和簡(jiǎn)單挖掘工具進(jìn)行礦產(chǎn)采掘活動(dòng)，無(wú)規(guī)劃、效率低、資源浪費(fèi)極大。二是機(jī)械化階段，即大量采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行礦產(chǎn)生產(chǎn)活動(dòng)，機(jī)械化程度較高，但仍無(wú)規(guī)劃、生產(chǎn)較粗放、資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重。三是數(shù)字化礦山階段，采用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行作業(yè)生產(chǎn)，采用信息化系統(tǒng)作為經(jīng)營(yíng)管理的工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化整合、數(shù)據(jù)共享和互操作，但仍面臨諸多系統(tǒng)集成、信息融合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析等復(fù)雜問題，而且核心仍圍繞擴(kuò)大開采量，對(duì)綠色開采、人文關(guān)懷、可持續(xù)發(fā)展等方面仍不夠重視。四是智慧礦山階段，通過(guò)智能信息技術(shù)的應(yīng)用，使礦山具有人類般的思考、反應(yīng)和行動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應(yīng)能力，主動(dòng)感知、分析、并快速做出正確處理的礦山系統(tǒng)，人為的因素將降低最低程度，礦山企業(yè)的人財(cái)物產(chǎn)銷存等能協(xié)同、自動(dòng)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)的集約、高效、可持續(xù)發(fā)展。新一代互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智能傳感、通信、遙感、衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)等各項(xiàng)技術(shù)的成熟與融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理與反饋機(jī)制，為智慧礦山發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。在芬蘭、加拿大、瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家已為此目標(biāo)發(fā)展了20多年，我國(guó)正處于起步階段。

2 智慧礦山的特征

與以前各階段相比，智慧礦山具有如下特征。

（1）可持續(xù)。前三個(gè)階段的礦山生產(chǎn)模式都重在礦產(chǎn)生產(chǎn)的管理，呈現(xiàn)出從單一提高礦產(chǎn)生產(chǎn)效率到綜合提高礦產(chǎn)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理的整體效率提升的發(fā)展趨勢(shì)。到了智慧礦山階段，不僅關(guān)注礦山生產(chǎn)，更綜合考慮了生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理的協(xié)調(diào)、企業(yè)與人的協(xié)調(diào)、資源開采與環(huán)境的協(xié)調(diào)，關(guān)注企業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展，從而使礦山具有更持久的生命周期。

（2）自動(dòng)。礦山生產(chǎn)模式的發(fā)展歷程實(shí)際上是生產(chǎn)工具的發(fā)展過(guò)程，智慧礦山利用遙感技術(shù)、智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山運(yùn)作的自動(dòng)、實(shí)時(shí)感知；并能將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和歸類處理，形成基于特定場(chǎng)景的響應(yīng)處理，形成接收、分析、響應(yīng)的閉環(huán)過(guò)程，具備了生物智能。人工參與的程度反映其智慧發(fā)展的程度，有學(xué)者稱“無(wú)人”是智慧礦山的終極標(biāo)志。

（3）整體協(xié)同。強(qiáng)調(diào)各系統(tǒng)的開放、信息的整合、運(yùn)作的協(xié)同，發(fā)揮礦山管理的整體功能。具體體現(xiàn)如：自動(dòng)采集礦井中的特定氣體指標(biāo)、實(shí)時(shí)進(jìn)行分析，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和設(shè)定閥值在超量指標(biāo)時(shí)及時(shí)發(fā)出警告甚至啟動(dòng)緊急救生裝置等；根據(jù)經(jīng)營(yíng)管理電子商務(wù)平臺(tái)收到的訂單數(shù)量、產(chǎn)品規(guī)格指標(biāo)等，定期分析并反饋到生產(chǎn)部門，根據(jù)歷史產(chǎn)銷關(guān)系、產(chǎn)品指標(biāo)與生產(chǎn)配方關(guān)系等數(shù)據(jù)，相應(yīng)控制生產(chǎn)數(shù)量和生產(chǎn)冶煉配方等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷平衡等等。

（4）隨時(shí)隨地。原始階段的生產(chǎn)地點(diǎn)局限于生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的單點(diǎn)，局限于生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特定環(huán)境條件；機(jī)械化階段的生產(chǎn)地點(diǎn)可擴(kuò)展到生產(chǎn)作業(yè)面，并擬補(bǔ)了特定環(huán)境條件的局限性；數(shù)字化礦山則通過(guò)信息化手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，生產(chǎn)操作地點(diǎn)可以擴(kuò)展到信息化所能達(dá)到地方；智慧礦山則通過(guò)衛(wèi)星地理定位技術(shù)、遙感技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)處理等新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不在的隨身智能融合服務(wù)。

3 智慧礦山的頂層體系

智慧礦山總體上體現(xiàn)為三大體系，就是智慧生產(chǎn)體系、智慧人文體系、智慧管理體系。智慧生產(chǎn)體系，主要基于數(shù)字化礦山，采用新型信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、無(wú)人值守、自動(dòng)機(jī)械化的采選等生產(chǎn)過(guò)程，降低作業(yè)成本，提高開采效率；智慧人文體系是關(guān)注礦山員工的職業(yè)健康和安全，通過(guò)信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)、人員定位、工作時(shí)長(zhǎng)管理、自動(dòng)化安全及健康預(yù)警響應(yīng)，降低安全事故，提高員工健康保障；智慧管理體系是關(guān)注礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理，根據(jù)市場(chǎng)需求和礦山資源情況，動(dòng)態(tài)平衡產(chǎn)供銷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)資源的合理開采，提高礦山的服務(wù)期限和價(jià)值。

3.1 智慧生產(chǎn)體系

智慧生產(chǎn)體系主要包括：礦山地質(zhì)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)字化的生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)。

（1）礦山地質(zhì)管理系統(tǒng)主要采用礦山地測(cè)采三維系統(tǒng)，關(guān)注礦山地質(zhì)勘探、礦石儲(chǔ)量、礦石質(zhì)量情況的掌握，并建立平順的采剝和采掘計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化開采設(shè)計(jì)，降低開采損失貧化率，降低采礦成本。以礦山三維建模為核心的礦山測(cè)量、礦山模型、礦山資源管理、采礦設(shè)計(jì)的礦山全生命過(guò)程管理，對(duì)應(yīng)著地質(zhì)資源信息從產(chǎn)生、加工、統(tǒng)計(jì)分析、指導(dǎo)生產(chǎn)這一地質(zhì)資源信息的生存期間內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)真三維模型構(gòu)建礦區(qū)工程的結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征以及空間展布，使礦山工作者可以直觀、清楚地觀察目標(biāo)，通過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、虛擬漫游、剖面顯示、融合顯示、動(dòng)畫顯示等可視化操作，動(dòng)態(tài)研究其內(nèi)部細(xì)節(jié)，并與地測(cè)空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)編錄智能分析系統(tǒng)集成，支持各類地測(cè)平面圖件繪制、地礦三維建模、品位及儲(chǔ)量計(jì)算等工作，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資源信息在地測(cè)采環(huán)節(jié)間的無(wú)縫流轉(zhuǎn)。

（2）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)主要管理現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，覆蓋礦山現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、倉(cāng)庫(kù)、檢驗(yàn)、計(jì)量等多個(gè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化職能部室、礦、選廠、冶煉廠之間的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，支持管理人員根據(jù)人財(cái)物各種資源的狀況和產(chǎn)供銷各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，合理組織生產(chǎn)，協(xié)調(diào)開展生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。在生產(chǎn)管理方面，主要滿足生產(chǎn)業(yè)務(wù)單元生產(chǎn)計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集的需要，通過(guò)系統(tǒng)的建立，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造的業(yè)務(wù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃，自動(dòng)收集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在計(jì)質(zhì)量管理方面，強(qiáng)化了全過(guò)程質(zhì)量管理原則，集稱重、采樣、制樣、化驗(yàn)等工作流于一體，支持質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)規(guī)則制定、各生產(chǎn)階段的質(zhì)量檢查、產(chǎn)成品的質(zhì)量合格信息等質(zhì)量過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全公司質(zhì)量信息共享及產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)全程可追溯。在設(shè)備管理方面，支持建立責(zé)、權(quán)、利和諧統(tǒng)一的設(shè)備管理體系，突出設(shè)備管理工作的制度化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息共享。在標(biāo)準(zhǔn)管理體系上，以設(shè)備編碼、人員崗位管理為主線，設(shè)備管理四大標(biāo)準(zhǔn)為核心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝、點(diǎn)檢、檢修、報(bào)廢全生命周期管理。endprint

（3）數(shù)字化的生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化、自動(dòng)化機(jī)械作業(yè)，一方面，要能通過(guò)數(shù)字指令實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)采選冶過(guò)程的機(jī)械作業(yè)；另一方面，還要能通過(guò)數(shù)字信號(hào)與后臺(tái)控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行信息集成，及時(shí)獲知生產(chǎn)狀況，控制生產(chǎn)過(guò)程。主要包括：智慧無(wú)人機(jī)械開采工作面系統(tǒng)、智慧充填開采工作面系統(tǒng)、智慧炮掘無(wú)人工作面、智慧運(yùn)輸系統(tǒng)、智慧提升系統(tǒng)、智慧供電系統(tǒng)等。

3.2 智慧人文體系

一是通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，大量減少礦區(qū)艱苦環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，提高生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)要素，從體力型到技術(shù)型過(guò)渡，從職業(yè)上提高職工素質(zhì)，大大改善隊(duì)伍結(jié)構(gòu)和員工待遇水平。二是持續(xù)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的職業(yè)健康，改變艱苦行業(yè)、高危行業(yè)的環(huán)境條件，提供健康、安全的生產(chǎn)環(huán)境，保障人身健康。在礦山生產(chǎn)企業(yè)中，職業(yè)健康與安全包含了：環(huán)境、防火、防水等多個(gè)方面，主要包含如下子系統(tǒng)：智慧職業(yè)健康安全環(huán)境系統(tǒng)、智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智慧防滅火系統(tǒng)、智慧爆破監(jiān)控系統(tǒng)、智慧沖擊地壓監(jiān)控系統(tǒng)、智慧人員監(jiān)控系統(tǒng)、智慧壓風(fēng)系統(tǒng)、智慧通風(fēng)系統(tǒng)、智慧排水系統(tǒng)、智慧水害監(jiān)控系統(tǒng)、智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)，智慧應(yīng)急救援系統(tǒng)，智慧污水處理系統(tǒng)等等。這些子系統(tǒng)提供安全生產(chǎn)的各類條件，通過(guò)各種儀器設(shè)備對(duì)各類環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并能對(duì)超出預(yù)警界限的指標(biāo)發(fā)出自動(dòng)預(yù)警，特殊情況下還能啟動(dòng)人身應(yīng)急救援系統(tǒng)，從而構(gòu)筑起一套完整的人文保障體系。

3.3 智慧管理體系

智慧管理體系是運(yùn)用信息技術(shù)，有效集成礦山的資金流、物流和信息流，對(duì)人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷進(jìn)行綜合管理，全面整合生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)各類信息，提供管理決策支持。從管理運(yùn)營(yíng)角度有效整合礦山企業(yè)的內(nèi)外部資源，協(xié)同上下游關(guān)系，優(yōu)化配置內(nèi)部資源，實(shí)現(xiàn)從資源的合理開采、節(jié)約消耗、有效銷售，提高企業(yè)的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)。智慧管理體系主要包括：以ERP系統(tǒng)所覆蓋的人力、財(cái)務(wù)、供應(yīng)鏈、設(shè)備、項(xiàng)目、供應(yīng)商、客戶關(guān)系等方面管理等，以及辦公自動(dòng)化、造價(jià)管理、知識(shí)管理、審計(jì)監(jiān)控、科技項(xiàng)目等職能化管理方面，還有，基于各個(gè)方面的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過(guò)經(jīng)營(yíng)分析模型構(gòu)建的決策支持系統(tǒng)，形成各層級(jí)管理人員開展經(jīng)營(yíng)管理的綜合體系。

縱觀礦業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，我國(guó)金屬礦業(yè)面臨著綠色開發(fā)、深部開采、智慧采礦這三大發(fā)展主題。智慧采礦是礦業(yè)科技創(chuàng)新的重要方向，是礦業(yè)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)過(guò)渡的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，是新世紀(jì)礦業(yè)發(fā)展的前瞻性目標(biāo)，還有一系列的技術(shù)難題有待解決，需要在持續(xù)探討和應(yīng)用實(shí)踐中逐步創(chuàng)新求解。

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