自動(dòng)化理念下的數(shù)字礦山建設(shè)分析

摘 要：隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；谧詣?dòng)化理念下，積極推動(dòng)數(shù)字礦山建設(shè)，可有效提高礦山生產(chǎn)運(yùn)營效率，還有助于減少安全生產(chǎn)事故。結(jié)合當(dāng)前數(shù)字礦山建設(shè)的實(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化和完善數(shù)字礦山建設(shè)。文章簡要介紹了數(shù)字礦山建設(shè)，分析了數(shù)字礦山建設(shè)的現(xiàn)狀，闡述了自動(dòng)化理念下的數(shù)字礦山建設(shè)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化理念；數(shù)字礦山；建設(shè)

數(shù)字礦山是基于動(dòng)態(tài)、多時(shí)空的采動(dòng)系統(tǒng)，包括井巷工程、地層環(huán)境與礦體，以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信和礦山實(shí)時(shí)監(jiān)測為中心的技術(shù)系統(tǒng)。自動(dòng)化理念下的數(shù)字礦山建設(shè)是礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢，通過積極建設(shè)數(shù)字礦山，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化決策和礦山高效管理。

1 數(shù)字礦山建設(shè)概述

采礦工業(yè)的發(fā)展關(guān)系著國家可持續(xù)發(fā)展、人身安全、環(huán)境保護(hù)和資源利用，數(shù)字礦山建設(shè)一直以來是各國科技研究的重要內(nèi)容。建設(shè)數(shù)字礦山是指將礦山中相對固定的空間位置信息，如礦山運(yùn)輸、排水、供電、提升以及井下地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)容，準(zhǔn)確、全面地描述出礦山生產(chǎn)運(yùn)營的三維控制模型，綜合礦山企業(yè)的過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和資源計(jì)劃等構(gòu)成一個(gè)信息廣泛的數(shù)字礦山，對礦山采掘、生產(chǎn)運(yùn)營和自動(dòng)化管理控制等系列活動(dòng)進(jìn)行可視決策、調(diào)度指揮、智能分析、仿真模擬和現(xiàn)實(shí)虛擬[1]，實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化的礦山管理，提高礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 數(shù)字礦山建設(shè)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)礦山生產(chǎn)多是人工作業(yè)，采礦質(zhì)量和工作效率有限，并且易發(fā)生各種安全事故，威脅采礦工作人員的人身安全，傳統(tǒng)礦山企業(yè)管理粗放、裝備和技術(shù)水平落后，生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、決策等環(huán)節(jié)依賴于經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)化程度較低。而隨著市場競爭、生產(chǎn)安全、經(jīng)營管理等因素的影響，建設(shè)數(shù)字礦山勢在必行，但需結(jié)合礦山實(shí)際統(tǒng)籌規(guī)劃，改善礦山日常生產(chǎn)運(yùn)營存在的問題，應(yīng)積極引進(jìn)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，基于數(shù)字礦山平臺(tái)，集成管理系統(tǒng)和生產(chǎn)應(yīng)用，提升礦山安全管理水平和市場競爭力。當(dāng)前，我國數(shù)字礦山建設(shè)起步較晚，很多礦山企業(yè)沒有將信息資源作為一種重要資源進(jìn)行綜合利用和統(tǒng)籌開發(fā)，數(shù)字礦山的信息基礎(chǔ)薄弱，系統(tǒng)性能不夠穩(wěn)定。一方面，礦山企業(yè)對于數(shù)字礦山建設(shè)的認(rèn)識(shí)不全面，混淆了數(shù)字礦山建設(shè)和信息化建設(shè)的概念。數(shù)字礦山建設(shè)是自動(dòng)化現(xiàn)場作業(yè)、三維模擬、信息自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合體，由于礦山企業(yè)對數(shù)字礦山建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)不足，而且礦山生產(chǎn)運(yùn)營又有著個(gè)性化的特點(diǎn)，可參考和借鑒的內(nèi)容較少[2]，使得數(shù)字礦山建設(shè)存在較大難度。另一方面，數(shù)字礦山系統(tǒng)孤立，數(shù)字礦山的安全管理、信息監(jiān)控、輔助設(shè)計(jì)和信息系統(tǒng)之間，信息不共享。

3 自動(dòng)化理念下的數(shù)字礦山建設(shè)

3.1 三維輔助決策系統(tǒng)（GIS）

數(shù)字礦山建設(shè)以三維輔助決策系統(tǒng)為核心，通過仿真虛擬技術(shù)和三維建模過程，虛擬再現(xiàn)礦山采掘、生產(chǎn)和運(yùn)營環(huán)境，集成礦山生產(chǎn)運(yùn)營決策、安全調(diào)度指揮、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度以及采掘生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)對礦山經(jīng)營管理和安全生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、可視化調(diào)度和分析決策，為礦山應(yīng)急救援指揮、技術(shù)調(diào)度以及安全生產(chǎn)管理提供重要的技術(shù)支持。

3.2 協(xié)同辦公管理系統(tǒng)

自動(dòng)化理念下數(shù)字礦山建設(shè)需要構(gòu)建協(xié)同辦公管理系統(tǒng)，協(xié)同辦公是以政府單位和企業(yè)信息化建設(shè)為核心的軟件系統(tǒng)平臺(tái)，基于該軟件系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)資金流、物流、信息流和工作流的信息化應(yīng)用框架，加強(qiáng)個(gè)人消息、公共信息、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、知識(shí)文檔等信息的溝通交流。同時(shí)對協(xié)同辦公管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作交流管理、信息管理、資源管理、會(huì)議管理、檔案管理、公文管理、表單管理、郵件管理、首頁管理和系統(tǒng)管理等功能模塊。

3.3 礦山企業(yè)資源計(jì)劃

礦山企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）結(jié)合礦山企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營計(jì)劃，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)管理的流程和功能，從而確定財(cái)務(wù)管理、銷售管理、人力薪資管理、選冶管理、倉庫管理、采購管理、運(yùn)輸管理、設(shè)備能源、安全管理、生產(chǎn)管理、計(jì)劃管理、儲(chǔ)量管理、系統(tǒng)管理等功能模塊[3]。

3.4 井下地表通訊系統(tǒng)

井下地表通訊系統(tǒng)以電纜、光纜為信息傳輸媒介，建立井下局域網(wǎng)，基于TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)和Internet、礦山局域網(wǎng)的信息通訊。井下地表通訊系統(tǒng)需設(shè)置視頻監(jiān)控模塊、井下工作人員與設(shè)備調(diào)度、跟蹤和定位模塊以及語音通訊模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與交通監(jiān)控之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過對井下地表通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)合數(shù)字礦山建設(shè)實(shí)際情況，在不同階段，分步、分期進(jìn)行實(shí)施。

3.5 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是面向礦山企業(yè)生產(chǎn)車間的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)和生產(chǎn)管理技術(shù)，MES為礦山企業(yè)提供精細(xì)化、有彈性、快速反應(yīng)的制造環(huán)境，有助于礦山企業(yè)按期交貨、降低成本，提高服務(wù)質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。MES實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于礦山生產(chǎn)與計(jì)劃的密切配合，車間管理人員通過MES了解礦山生產(chǎn)現(xiàn)場的情況，及時(shí)做出準(zhǔn)確判斷，快速采取應(yīng)對措施，確保礦山生產(chǎn)計(jì)劃的快速執(zhí)行。MES為礦山企業(yè)管理人員進(jìn)行礦山生產(chǎn)運(yùn)營過程管理和監(jiān)控、控制生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量提供了重要工具。

3.6 過程控制系統(tǒng)

3.6.1 人機(jī)定位管理。人機(jī)定位管理主要實(shí)現(xiàn)以下功能：第一，自動(dòng)記錄升降井工作人員，顯示具體每個(gè)人準(zhǔn)確的上井和下井時(shí)間；第二，識(shí)別卡管理，包括人車識(shí)別卡匹配查詢、識(shí)別卡分配、新卡入庫管理等；第三，重大危險(xiǎn)信息警示，動(dòng)態(tài)顯示礦山井下的危險(xiǎn)信息，提醒工作人員注意所在區(qū)域的危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)因素，采取有效安全防護(hù)措施，在井下危險(xiǎn)場合，如盲巷，設(shè)計(jì)語音站，組織工作人員隨便進(jìn)入；第四，CAS/PDS反碰撞系統(tǒng)，在車輛與車輛、工作人員與車輛相遇時(shí)，提前發(fā)出報(bào)警信號，提醒行人和司機(jī)，避免發(fā)生安全事故；第五，實(shí)時(shí)定位，通過人機(jī)定位管理系統(tǒng)，在屏幕上顯示任一時(shí)刻井下車輛和人員的位置，實(shí)時(shí)查詢井下車輛和人員的數(shù)量和分布情況。

3.6.2 通風(fēng)排水控制。實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井通風(fēng)機(jī)的反風(fēng)和開停、電機(jī)繞組溫度、軸承溫度、通風(fēng)機(jī)功率、風(fēng)量以及風(fēng)壓等狀態(tài)信號，一旦發(fā)現(xiàn)礦井異常情況，快速發(fā)出報(bào)警信號，并傳送到礦山信息管理中心，按照緊急預(yù)案有效處理。

3.6.3 尾礦庫預(yù)警監(jiān)測。通過尾礦庫預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)對尾礦庫庫區(qū)筑壩、尾礦排放等情況進(jìn)行巡檢和觀測，準(zhǔn)確高效地指揮尾礦庫生產(chǎn)，實(shí)時(shí)觀察牲畜或者閑雜人員進(jìn)入尾礦庫等情況，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。

3.6.4 安全生產(chǎn)調(diào)度指揮。安全生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)是一個(gè)集礦山信息采集、調(diào)度、決策、顯示、控制、切換、處理等為一體的綜合性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦山生產(chǎn)運(yùn)營的有效、全面和持續(xù)監(jiān)管，隨時(shí)掌握礦山安全生產(chǎn)情況，識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)，對可能存在的風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)警，提高化解和防范礦山風(fēng)險(xiǎn)能力，確保礦山安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

4 結(jié)束語

隨著礦山開采越來越深，對于礦山企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營要求也越來越高。礦山的安全生產(chǎn)運(yùn)營離不開技術(shù)創(chuàng)新和科技支撐，通過建設(shè)數(shù)字礦山，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化的采礦生產(chǎn)運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)最大化的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)礦山企業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]吳立新，汪云甲，丁恩杰，等.三論數(shù)字礦山——借力物聯(lián)網(wǎng)保障礦山安全與智能采礦[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012，3：357-365.

[2]楊光.試分析自動(dòng)化、信息化與數(shù)字礦山[J].機(jī)械管理開發(fā)，2013，5：68-69+72.

[3]白復(fù)鋅，王善功，姜順鵬，等.淺談數(shù)字化礦山建設(shè)整體架構(gòu)思路[A].中國金屬學(xué)會(huì)采礦分會(huì)、中國礦冶網(wǎng).全國冶金礦山現(xiàn)代采礦技術(shù)及裝備學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].中國金屬學(xué)會(huì)采礦分會(huì)、國家金屬礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心、中國礦冶網(wǎng)，2012：5.

作者簡介：袁超（1987-），男，河北唐山人，學(xué)歷：本科，工作單位：河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司，助理工程師，研究方向：自動(dòng)化。