數(shù)字礦山在貴州省非煤能礦企業(yè)的應(yīng)用研究

臧朕

摘要：從貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)目標、建設(shè)步驟及數(shù)字礦山應(yīng)用系統(tǒng)三個方面進行了分析，從而使貴州省礦業(yè)企業(yè)向數(shù)字化礦山進行轉(zhuǎn)型，提高礦山生產(chǎn)效率、提升管理精細化程度、降低生產(chǎn)成本、減少安全風險。

Abstract： This paper analyzes the digital mine construction goal， construction steps and digital mine application system in Guizhou province， so that the mining enterprises in Guizhou Province can realize the transition to digital mine， to improve the production efficiency of mine， improve the degree of management refinement and reduce the production cost， and reduce security risks.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化礦山；自動化；數(shù)據(jù)采集；信息化；智能化

Key words： digital mine；automation；data acquisition；informatization；intelligentization

中圖分類號：F407.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0205-02

0 引言

貴州省作為全國資源大省，對資源的開發(fā)利用是該省經(jīng)濟發(fā)展的重要手段。但在優(yōu)質(zhì)可用資源日趨減少、礦業(yè)經(jīng)濟持續(xù)低迷的時期，為了實現(xiàn)大力發(fā)展實施大數(shù)據(jù)、大生態(tài)戰(zhàn)略的建設(shè)目標，省內(nèi)礦業(yè)企業(yè)必將面臨生產(chǎn)模式和管控方法的轉(zhuǎn)型升級，有效提高礦山生產(chǎn)效率、提升管理精細化程度、降低生產(chǎn)成本、減少安全風險將是未來礦業(yè)企業(yè)發(fā)展的必然方向。數(shù)字化礦山就是把自動控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)有機的融合在一起，從礦山的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，實現(xiàn)整個礦山的數(shù)字化和信息化。

1 貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)目標

由于礦山開采三維空間具有不同位置、不同時間，使得地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)繁多，且海量的地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)還降低了數(shù)據(jù)查詢的效率和質(zhì)量，不利于數(shù)據(jù)的分類、有序整合，為提高數(shù)據(jù)查詢的效率和準確度，可將這海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一于具有同一時間和空間的網(wǎng)絡(luò)平臺上。不僅如此，利用該網(wǎng)絡(luò)平臺，還能夠?qū)崟r監(jiān)控和遠程操控礦山各開采點，實現(xiàn)礦山開采過程中的遠程控制、自動化和無人化?；诖?，結(jié)合貴州省礦山企業(yè)當前階段數(shù)字化建設(shè)的實際情況，將其數(shù)字化礦山建設(shè)目標定為：礦山資源與開采環(huán)境安全數(shù)字化、決策科學(xué)化、管理信息化、生產(chǎn)過程自動化、信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)裝備智能化。

2 貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)步驟

貴州省不僅礦產(chǎn)種類豐富，而且礦產(chǎn)資源存儲量大，是我國主要的礦產(chǎn)資源產(chǎn)地之一，然而在實際的礦山開采過程中，貴州省面臨著一些問題，包括自動化程度低、生產(chǎn)管理混亂、信息利用效率低下等問題，并且貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)還未完全實現(xiàn)信息化，正處于計算機時代向信息時代轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時期，這意味著全省數(shù)字化礦山建設(shè)還存在諸多不完善的地方，許多問題亟待解決。此外，礦山建設(shè)數(shù)字化的實現(xiàn)，要求礦山開采過程中能夠準確的獲悉與此相關(guān)的海量數(shù)據(jù)，通過礦山整體結(jié)構(gòu)的可視化，實現(xiàn)對礦山每一時刻、每一點實時信息的有效傳遞，進而達到礦山開采過程信息化和數(shù)字化的目的。由此可知，礦山建設(shè)數(shù)字化的過程是一個任重而道遠的過程，必須對其做好前期規(guī)劃、分步驟實施，本項目所建立的貴州省數(shù)字化礦山建設(shè)步驟如圖1所示。

①建立礦山開采過程中數(shù)據(jù)采集與更新系統(tǒng)：該系統(tǒng)操作主要包括對共享數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進行采集、更新、存儲、加工等，其能夠有效保證所得數(shù)據(jù)的可靠性和時效性。

②建立數(shù)據(jù)監(jiān)測中心和空間數(shù)據(jù)監(jiān)測中心：通過建立監(jiān)控中心，能夠在減少勞動力的同時實現(xiàn)各監(jiān)測點的遠程監(jiān)控；通過建立空間數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠監(jiān)測礦山固有的勘探數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)等，也就是說建立數(shù)據(jù)監(jiān)測中心和空間數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，有利于礦山數(shù)據(jù)的高效、靈活管理。

③專業(yè)算法庫：結(jié)合收集到的礦山相關(guān)數(shù)據(jù)，考慮礦山開采過程中要求的各項安全準則和技術(shù)規(guī)范，依照一定的規(guī)則，對獲得的數(shù)據(jù)建立專業(yè)算法庫。通過建立專業(yè)算法庫，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山數(shù)據(jù)的加工整理，進而直觀、形象的表述出礦山整體結(jié)構(gòu)，并且模擬出整個礦山開采過程，同時就模擬期間出現(xiàn)的各種問題采取對應(yīng)的解決方案，為開采設(shè)計完善提供有益建議。

④GIS數(shù)字礦山信息化平臺：通過建立該信息化平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對各類數(shù)據(jù)進行交互式數(shù)據(jù)共享，該平臺具有多項功能，包括數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)查詢等。不僅如此，該平臺還能夠把每個用戶的不同需求顯示在計算機平臺上，便于及時高效的接入各個相關(guān)子系統(tǒng)，大大提高了信息處理效率，如此對于技術(shù)指導(dǎo)、決策執(zhí)行、生產(chǎn)管理等方面都大有益處。

⑤建設(shè)專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。實際的工程應(yīng)用是數(shù)字化礦山建設(shè)的目的和意義，只有將數(shù)字化礦山建設(shè)應(yīng)用到具體的工程中，其價值才能得以真正發(fā)揮，因此建設(shè)專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)至關(guān)重要。

3 貴州省數(shù)字礦山應(yīng)用系統(tǒng)

3.1 生產(chǎn)系統(tǒng)實時建模

依據(jù)礦山數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)輸入到礦山數(shù)字化系統(tǒng)地質(zhì)建模系統(tǒng)中，并結(jié)合采礦理論和礦山工程地質(zhì)專業(yè)知識，對各個實體環(huán)節(jié)進行三維重現(xiàn)，包括設(shè)備監(jiān)控、開采過程、礦床結(jié)構(gòu)等，同時基于成熟的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)分析方法實現(xiàn)礦區(qū)圖像的生成?？梢詫崟r建模的系統(tǒng)包括井巷系統(tǒng)、采掘系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)運輸提升系統(tǒng)、通風系統(tǒng)及通風設(shè)施、監(jiān)測監(jiān)控、人員定位系統(tǒng)等。

3.2 礦床三維可視化和地質(zhì)建模

可以利用礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息、實時監(jiān)控信息建立礦床地質(zhì)的三維可視化模型。礦床三維可視化作為一種新型技術(shù)，對于礦山生產(chǎn)管理、資源開采和資源管理大有裨益。

3.3 礦山開采規(guī)劃與設(shè)計

可以對礦山的資源儲備進行計算，同時利用模塊接口能夠良好對接礦山規(guī)劃與設(shè)計軟件，簡化了礦山規(guī)劃過程中經(jīng)驗性長短期開采計劃、設(shè)備檢測的人員輪班制和人員配置的手動調(diào)整，不僅提高了礦山的開采效率，也增加了礦山的經(jīng)濟效益。

3.4 礦井查詢漫游

管理者要想實現(xiàn)對整個礦山三維結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測，礦井查詢漫游是一種有效手段。結(jié)合數(shù)字化礦山系統(tǒng)，建立礦井生產(chǎn)系統(tǒng)模型后，管理者要想獲悉某個地點的三維虛擬視圖，只需在用戶交互界面中輸入漫游地點的漫游速度、視角高度、圖上坐標等查詢參數(shù)即可，方便快捷，且準確度高。

3.5 生產(chǎn)系統(tǒng)專業(yè)分析

實現(xiàn)所有信息框架在礦山開采過程中的工程應(yīng)用是數(shù)字礦山建設(shè)的最終目的，因此工程應(yīng)用系統(tǒng)是根據(jù)三維可視化系統(tǒng)、三維模型系統(tǒng)所建立的礦山虛擬圖像進行實際的工業(yè)操作。該系統(tǒng)包括工程計算機輔助設(shè)計接口（CAD接口）、工程監(jiān)測、數(shù)值模擬接口。利用數(shù)值模擬接口，數(shù)字化礦山系統(tǒng)能夠?qū)@得的礦山數(shù)據(jù)，結(jié)合礦山開采過程中必須遵守的相關(guān)規(guī)范標準，依照一定的規(guī)則建立專業(yè)算法庫。通過建立專業(yè)算法庫，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山數(shù)據(jù)的加工整理，進而直觀、形象的表述出礦山整體結(jié)構(gòu)，并且模擬出整個礦山開采過程，同時就模擬期間出現(xiàn)的各種問題采取對應(yīng)的解決方案，為開采設(shè)計完善提供有益建議。

4 結(jié)論

隨著市場競爭的日益激烈，礦山行業(yè)管理者越來越講究效率，礦山開采過程的無人化、自動化和遠程控制勢在必行。數(shù)字化礦山融合了信息技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在開采過程中應(yīng)用該技術(shù)，能夠?qū)⒄麄€礦山開采過程（三維空間）統(tǒng)一在一個二維網(wǎng)絡(luò)平臺上，由于該平臺具有相同時間、空間坐標，便于在計算機上實時顯示管理監(jiān)督和現(xiàn)場操作情況，使整個礦產(chǎn)輸運過程和管理控制過程形成一個自動控制整體。從而使貴州省礦業(yè)企業(yè)向數(shù)字化礦山進行轉(zhuǎn)型，提高礦山生產(chǎn)效率、提升管理精細化程度、降低生產(chǎn)成本、減少安全風險。

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