大紅山銅礦數(shù)字礦山總體規(guī)劃研究及應用

季現(xiàn)偉　羅代祺　魏仁旭

（玉溪礦業(yè)有限公司，云南玉溪653100）

信息技術高速發(fā)展以及工業(yè)化和信息化深度融合，礦山安全與環(huán)保約束日益加劇，新的生產(chǎn)方式及管控模式應運而生，促使礦山企業(yè)數(shù)字礦山建設進程也隨之加速。礦山數(shù)字化建設不僅可以革新礦山現(xiàn)狀，帶動各項工作創(chuàng)新，提升企業(yè)的核心競爭力，同時也是礦山可持續(xù)發(fā)展的必然選擇和重要突破口[1-5]。數(shù)字礦山是一種理念，是未來礦山的發(fā)展藍圖，是一個龐大的系統(tǒng)工程，是數(shù)字化、信息化、自動化與智能化的高度融合。在此基礎上，使其深度互聯(lián)、協(xié)同共享以及智能分析處理，同時提供一個開放的數(shù)字礦山系統(tǒng)，實現(xiàn)技術、生產(chǎn)與企業(yè)管理等多系統(tǒng)的集成融合。因此，數(shù)字礦山建設正朝著共享、協(xié)同、智能應用的方向發(fā)展[6-9]，對其進行總體規(guī)劃，并按規(guī)劃解決建設過程中存在的突出問題是很有必要的。

1　數(shù)字礦山建設現(xiàn)狀及存在問題

1.1　數(shù)字礦山建設現(xiàn)狀

大紅山銅礦位于云南省玉溪市新平彝族、傣族自治縣戛灑鎮(zhèn)境內(nèi)，是玉溪礦業(yè)有限公司的主力礦山，也是中國銅業(yè)的標桿礦山，實際生產(chǎn)能力15 000 t/d[10]。自2002年便開展了數(shù)字礦山建設的探索和應用，積極、持續(xù)推進各子系統(tǒng)建設工作，重點是DIMINE三維數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)應用及井下通信系統(tǒng)建設，已取得一定的成效[11]。目前，已建設多個信息化子系統(tǒng)。在企業(yè)管理方面，已建立企業(yè)管理網(wǎng)、視頻會議系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)等；在生產(chǎn)管理方面，引進并推廣應用三維礦業(yè)軟件，建立生產(chǎn)管理系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源儲量動態(tài)管理系統(tǒng)、汽車衡計量信息系統(tǒng)、風機、水泵、供電、壓風遠程集控系統(tǒng)等；在安環(huán)監(jiān)測監(jiān)控方面，已建立尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)、尾礦庫污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)、安全避險系統(tǒng)等。在相關子系統(tǒng)建設及應用方面積累了一定的經(jīng)驗，為進一步推進數(shù)字礦山建設奠定了堅實的基礎。

1.2　數(shù)字礦山建設存在問題

圍繞大紅山銅礦目前數(shù)字礦山建設成果及應用實際，主要存在以下問題：

（1）在資源儲量管理和資源利用程度的掌控力度方面有待改善和提高，三維礦業(yè)軟件沒有得到深入應用；

（2）在礦山生產(chǎn)過程的安全監(jiān)控、調(diào)度和自動化系統(tǒng)方面，進行過系列的開發(fā)和建設，但各子系統(tǒng)相對獨立，沒有統(tǒng)一的管控平臺，各自為政，不能協(xié)同工作，導致各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)集成和共享；

（3）各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)高效運轉，不能全面、快捷、準確、自動的獲得資源、生產(chǎn)過程、經(jīng)營等數(shù)據(jù)，直接影響企業(yè)內(nèi)部的資源合理調(diào)配、經(jīng)營策略和發(fā)展戰(zhàn)略的快速調(diào)整。

2　數(shù)字礦山建設思路和總體規(guī)劃

2.1　數(shù)字礦山建設思路

數(shù)字礦山是一個巨系統(tǒng)工程，絕不是各個子系統(tǒng)的簡單拼湊。根據(jù)大紅山銅礦目前數(shù)字礦山建設主要存在的問題，基于礦山自身發(fā)展需求和整體部署，必須要統(tǒng)一規(guī)劃、科學研究和合理布局，將每個子系統(tǒng)預先置于整個數(shù)字礦山系統(tǒng)中進行分析研究，根據(jù)各系統(tǒng)平臺相互之間邏輯關系，對相應模塊分階段逐步具體研究和建設，將其進行高度集成融合，才能使數(shù)字礦山發(fā)揮出最大的整體效能。

大紅山銅礦主要利用數(shù)字礦山技術，在“生產(chǎn)管理、安全環(huán)保、技術管理、集中管控、決策支持”等方面，開展具有“自動化、數(shù)字化、可視化、模型化、集成化”等“五化”特征的數(shù)字礦山建設。按照“總體規(guī)劃、分步實施、試點運行、全面推廣”的建設思路以及體現(xiàn)“先進性、系統(tǒng)性、實用性、前瞻性、標準化”的建設原則，逐步建設完善。

2.2　數(shù)字礦山建設總體規(guī)劃

數(shù)字礦山建設涉及礦山幾乎全部業(yè)務內(nèi)容，不同業(yè)務內(nèi)容需要不同的業(yè)務系統(tǒng)支撐，根據(jù)大紅山銅礦數(shù)字礦山建設現(xiàn)狀，分析在建和在用的每個子系統(tǒng)建設內(nèi)容及應用情況，其數(shù)字礦山建設分為3種情況，已建立并在正常使用的子系統(tǒng)（黃色區(qū)域）；已建立后期需要升級改造的子系統(tǒng)（粉色區(qū)域）；需要重新搭建的子系統(tǒng)（藍色區(qū)域）。通過認真分析研究并咨詢礦業(yè)領域數(shù)字礦山方面的專家、學者，出謀劃策，最終大紅山銅礦數(shù)字礦山建設主要從協(xié)同辦公、技術管理、生產(chǎn)管理、集中管控、決策支持5個方面進行規(guī)劃建設，實現(xiàn)高度集成融合，如圖1所示。

3　數(shù)字礦山建設內(nèi)容

通過對大紅山銅礦數(shù)字礦山建設進行科學合理布局和規(guī)劃，對相關子系統(tǒng)進行歸集融合，使整個數(shù)字礦山建設內(nèi)容清晰明了、嚴謹有序。因此，大紅山銅礦數(shù)字礦山建設的主要內(nèi)容包括：礦山數(shù)據(jù)中心建設、礦山技術管理系統(tǒng)建設、礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設、礦山集控管控系統(tǒng)建設、礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)建設。

3.1　礦山數(shù)據(jù)中心建設

礦山數(shù)據(jù)中心建設[12]的目的：一是實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化、流程規(guī)范化，建立多個專業(yè)、多個崗位數(shù)據(jù)集中管理以及高度共享；二是實現(xiàn)與“外部系統(tǒng)”對接，應用三維可視化管控平臺在同一時空框架下對全礦信息集成，從而實現(xiàn)礦山三維可視化集中管控，同時可以為礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)直接提供技術與生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)；三是實現(xiàn)礦山技術、生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中管理，信息及時準確和共享，提高技術管理的工作效率，減少過程數(shù)據(jù)的冗余和錯誤，實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)三維可視化集成，使生產(chǎn)過程和安全監(jiān)管工作更加有效，同時實現(xiàn)各業(yè)務流程數(shù)據(jù)流轉通暢、信息共享、權限管理等，使礦山降本增效。

利用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行儲量動態(tài)管理、開采設計、計劃編制、測量驗收與安全生產(chǎn)管理等日常工作時，需要利用礦山生產(chǎn)輔助軟件工具集子平臺來實現(xiàn)，具體包括礦山技術管理系統(tǒng)、礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)、礦山集中管控系統(tǒng)。各個系統(tǒng)的業(yè)務成果數(shù)據(jù)分為5類：①人工錄入數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)庫調(diào)出數(shù)據(jù)；③自動化接入數(shù)據(jù)；④數(shù)據(jù)庫存入數(shù)據(jù)；⑤臨時過程操作數(shù)據(jù)；⑥外部提交數(shù)據(jù)。各類數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)中心進行流轉，形成數(shù)據(jù)閉環(huán)，各個系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務需要在數(shù)據(jù)中心及時提取或存入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高度共享。

3.2　礦山技術管理系統(tǒng)建設

大紅山銅礦技術管理主要包括：地質、測量、采礦、選礦、機械、電氣等。DIMINE三維數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)包含地、測、采專業(yè)的礦山技術應用功能，礦山技術管理平臺沿用DIMINE系統(tǒng)軟件。根據(jù)數(shù)據(jù)中心建設需求，需將DIMINE三維數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)進行二次開發(fā)，將模塊按業(yè)務歸類，簡化操作流程，并在此基礎上進行深入應用。

礦山技術管理系統(tǒng)產(chǎn)生的各個專業(yè)設計和管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，為礦山生產(chǎn)管理、集中管控和決策支持系統(tǒng)提供重要的數(shù)據(jù)來源。因此，其功能模塊主要包括：資源勘探建模與評價、測量驗收、采礦設計、生產(chǎn)計劃、通風解算等，如圖2所示。

通過礦山技術管理系統(tǒng)建設與應用，實現(xiàn)了礦山地、測、采專業(yè)相關業(yè)務操作簡單化、設計精細化以及規(guī)劃最優(yōu)化的應用目標，其部分應用效果如圖3所示。

3.3　礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設

結合大紅山銅礦目前生產(chǎn)管理及系統(tǒng)應用現(xiàn)狀，從數(shù)字礦山建設和礦山各個部門需求方面統(tǒng)計分析，礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)需在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎上進行功能模塊的擴展和二次開發(fā)，其功能模塊主要包括：資源管理、生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計分析、生產(chǎn)驗收管理、生產(chǎn)設備管理、質檢化驗管理、物資管理、能源消耗管理、安全管理、工程項目管理、土地管理、生產(chǎn)檔案資料管理等，以實現(xiàn)礦山企業(yè)全方位管理。

通過礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建設，實現(xiàn)了礦山生產(chǎn)全方位、精細化管理，提升管理質量和效率。

3.4　礦山集中管控系統(tǒng)建設[13]

大紅山銅礦集中管控系統(tǒng)需在現(xiàn)有管控平臺基礎上進一步擴展和開發(fā)，主要包括資源與開采環(huán)境可視化、安全控制系統(tǒng)接入、“三大”系統(tǒng)接入、生產(chǎn)自化系統(tǒng)接入、安全生產(chǎn)管控數(shù)據(jù)接入等，從而實現(xiàn)真正意義的設計階段的生產(chǎn)仿真與模擬、生產(chǎn)階段的監(jiān)測與管控、技改階段的生產(chǎn)回放與過程分析、災變發(fā)生時的可視化應急指揮等礦山關鍵業(yè)務過程支持，為礦山生產(chǎn)管理與決策支持提供重要的過程數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)功能結構如圖4所示。

礦山集中管控系統(tǒng)將各個安全生產(chǎn)子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、智能管理、實時分析、集中監(jiān)控和發(fā)布、統(tǒng)一管控和調(diào)度，從而實現(xiàn)礦山開采與運行的科學預測、規(guī)劃、控制和決策指揮，部分應用效果如圖5所示。

3.5　礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)建設

礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)輔助礦山?jīng)Q策者通過數(shù)據(jù)中心、模型和知識，以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策，它是管理信息系統(tǒng)向更高一級發(fā)展而產(chǎn)生的先進信息管理系統(tǒng)。可為礦山?jīng)Q策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環(huán)境，調(diào)用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質量。礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)主要包括：資源問題決策支持、安全事故處理決策支持、應急指揮決策支持、財務分析決策支持、生產(chǎn)經(jīng)營決策支持等。其系統(tǒng)功能結構如圖6所示。

4　結論

為實現(xiàn)大紅山銅礦安全、高效、經(jīng)濟開采，分析了其已具有多個信息化子系統(tǒng)的數(shù)字礦山建設的現(xiàn)狀，總結了其存在三維礦業(yè)軟件應用不夠深入、各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無法集成與共享以及數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)無法高效運轉等問題，從而提出了礦山數(shù)據(jù)中心、技術管理、生產(chǎn)管理、集中管控以及決策支持等5大系統(tǒng)規(guī)劃設計與建設。其成功建設與應用的具體作用有：

（1）與大紅山銅礦原有子系統(tǒng)有效對接，從而減少不必要投入；

（2）首次利用協(xié)同思想開發(fā)辦公平臺，通過建立崗位流程規(guī)范，將專業(yè)技術和生產(chǎn)管理統(tǒng)一集中到協(xié)同平臺，實現(xiàn)各專業(yè)業(yè)務處理流程化與標準化，提高工作效率；

（3）減少了數(shù)據(jù)冗余與出錯，消除信息孤島，保證了礦山數(shù)據(jù)實時共享及安全，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的權限管理；

（4）使各系統(tǒng)高度集成與融合，提高了生產(chǎn)與技術管理工作效率，從而節(jié)約了生產(chǎn)與管理成本。