數(shù)據(jù)共享平臺(tái)在中色非洲礦業(yè)數(shù)字化礦山建設(shè)中的應(yīng)用

張金鐘 張小瑞 朱欣月

摘要：中色非洲礦業(yè)有限公司致力于將謙比希銅礦建設(shè)為非洲一流的標(biāo)桿礦山，使其成為數(shù)字化礦山建設(shè)的典范。通過(guò)與各企業(yè)合作逐步建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，減少企業(yè)在人力物力方面投資成本的同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，且能夠利用Optimine系統(tǒng)、Dimine軟件等信息化系統(tǒng)精準(zhǔn)指導(dǎo)礦山生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施和采礦方法設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)礦山各類(lèi)數(shù)據(jù)的協(xié)同共享。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)共享平臺(tái);數(shù)字化礦山;信息化系統(tǒng);深度互聯(lián);協(xié)同共享

中圖分類(lèi)號(hào)：TD67文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）12-0049-04doi：10.11792/hj20211211

引 言

如何建設(shè)數(shù)字化礦山成為近年來(lái)采礦行業(yè)最熱門(mén)的話題，雖然目前部分學(xué)者、專(zhuān)家對(duì)數(shù)字化礦山的概念、組成、使用技術(shù)、目標(biāo)等內(nèi)容存在不同的認(rèn)識(shí)[1-3]，數(shù)字化礦山建設(shè)當(dāng)前也沒(méi)有模板可供借鑒[4]，但通過(guò)對(duì)數(shù)字化礦山現(xiàn)有研究成果與實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)礦山各類(lèi)數(shù)據(jù)信息的收集與應(yīng)用是數(shù)字化礦山建設(shè)必不可少的一環(huán)。

礦山各類(lèi)數(shù)據(jù)是數(shù)字化礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，例如：礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)、采礦設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、計(jì)劃數(shù)據(jù)、生產(chǎn)指令下達(dá)數(shù)據(jù)、執(zhí)行結(jié)果反饋數(shù)據(jù)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)、企業(yè)管理數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的高效利用是數(shù)字化礦山建設(shè)的關(guān)鍵[5]，為了保證數(shù)據(jù)能夠被高效利用，保證數(shù)字化礦山系統(tǒng)的靈活性和可拓展性，數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的建設(shè)尤為重要。

中色非洲礦業(yè)有限公司（下稱(chēng)“中色非洲礦業(yè)”）謙比希銅礦東南礦體位于非洲中南部的贊比亞銅帶省謙比希鎮(zhèn)，該地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，但基礎(chǔ)設(shè)施不健全、物資匱乏、生產(chǎn)效率低。東南礦體井下目前分為南、北2個(gè)采區(qū)，共有4個(gè)生產(chǎn)中段，采用豎井開(kāi)拓，雙層進(jìn)路充填采礦法及上向中深孔分條充填采礦法，設(shè)計(jì)采選規(guī)模為10 000 t/d。

中色非洲礦業(yè)致力于將謙比希銅礦建設(shè)成為非洲一流的標(biāo)桿和典范礦山，實(shí)現(xiàn)安全、高效、低成本、綠色環(huán)保開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定，并獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。中色非洲礦業(yè)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多方考察和研究認(rèn)為，傳統(tǒng)的開(kāi)采模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)需求，必須利用先進(jìn)的數(shù)字化和信息化手段，才能滿足生產(chǎn)要求。

1 數(shù)字化礦山建設(shè)現(xiàn)狀

中色非洲礦業(yè)與Sandvik、Metso、中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司、長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)合作，旨在將謙比希銅礦建設(shè)成為從采選工藝流程到生產(chǎn)管理全范圍覆蓋的數(shù)字化礦山。目前，在謙比希銅礦東南礦體建設(shè)和規(guī)劃的數(shù)字化礦山系統(tǒng)主要有Optimine系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃智能編制系統(tǒng)、按需通風(fēng)系統(tǒng)、恩菲融合系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（Enterprise Resource Planning，ERP）、礦區(qū)一卡通系統(tǒng)、物資出入礦區(qū)管理系統(tǒng)和質(zhì)檢化驗(yàn)管理系統(tǒng)。Optimine系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)監(jiān)控、定位跟蹤、任務(wù)計(jì)劃和任務(wù)管理4大模塊組成[6]，是一款數(shù)據(jù)管理集成系統(tǒng)，能夠提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息、設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程管理的可視化，提高生產(chǎn)管理能力。

生產(chǎn)計(jì)劃智能編制系統(tǒng)在綜合考慮礦山計(jì)劃產(chǎn)量、礦體模型、回采工藝、生產(chǎn)能力、設(shè)備能力等實(shí)際條件的基礎(chǔ)上，能夠自動(dòng)制定出各類(lèi)中長(zhǎng)期計(jì)劃，編制的計(jì)劃還可以根據(jù)實(shí)際需求導(dǎo)出三維模型、Excel表格、甘特圖等。按需通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)井下實(shí)際情況，分地點(diǎn)分作業(yè)工序地按需風(fēng)要求提供風(fēng)量，節(jié)能減排。恩菲融合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供水、供電、排水、提升、運(yùn)輸?shù)容o助系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，為生產(chǎn)提供保障。ERP系統(tǒng)為財(cái)務(wù)和供應(yīng)管理系統(tǒng)。礦區(qū)一卡通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)內(nèi)的門(mén)禁、考勤、通道、巡更、訪客等各子系統(tǒng)的綜合管理。物資出入礦區(qū)管理系統(tǒng)對(duì)出入東南礦體的物資進(jìn)行線上審批，提高工作效率。質(zhì)檢化驗(yàn)管理系統(tǒng)對(duì)樣品編碼采用明碼+密碼形式，提高化驗(yàn)結(jié)果在線審核和下發(fā)效率，保障了化驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、可靠性。

2 數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)

2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)共享平臺(tái)體系分為6個(gè)層次，分別為展示層、應(yīng)用層、共享交換平臺(tái)層、信息資源中心層、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層、安全保障和標(biāo)準(zhǔn)管理制度體系層，各層次及其包含內(nèi)容如圖1所示。

1）展示層。展示層為共享平臺(tái)的系統(tǒng)界面，是使用人員的應(yīng)用工具。

2021年第12期/第42卷? 機(jī)電與自動(dòng)控制機(jī)電與自動(dòng)控制? 黃 金

2）應(yīng)用層。應(yīng)用層為數(shù)據(jù)最終層面，各類(lèi)用戶(hù)享受數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的成果，在平臺(tái)中開(kāi)展各項(xiàng)業(yè)務(wù)，例如：在生產(chǎn)層面實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌控;在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)資源管理、技術(shù)管理，材料出入庫(kù)統(tǒng)一登記管理等。

3）共享交換平臺(tái)層。共享交換平臺(tái)層能夠?qū)ο到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)、組件及服務(wù)等內(nèi)容進(jìn)行管理，使應(yīng)用層中的應(yīng)用與數(shù)據(jù)聯(lián)通起來(lái)，為各類(lèi)應(yīng)用運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)共享交換平臺(tái)還包含資源目錄管理系統(tǒng)，用戶(hù)可以利用此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)目錄和信息的整理與管理。

4）信息資源中心層。信息資源中心層屬于信息化技術(shù)支撐層，通過(guò)定義數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理，并且能夠隨著礦山對(duì)各類(lèi)應(yīng)用使用的不斷深入及生產(chǎn)過(guò)程中各類(lèi)信息量的增加建設(shè)共享信息庫(kù)及數(shù)據(jù)中心。

5）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層包括整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所必需的各類(lèi)軟硬件設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、主機(jī)、系統(tǒng)軟件等。

6）安全保障和標(biāo)準(zhǔn)管理制度體系層。安全保障和標(biāo)準(zhǔn)管理制度體系層主要是通過(guò)建立與保障數(shù)據(jù)安全相關(guān)的各種體系、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)運(yùn)行得到安全保障。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)中各類(lèi)數(shù)據(jù)與信息互聯(lián)共享，系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提條件。

謙比希銅礦東南礦體未來(lái)可能還會(huì)應(yīng)用AMPLA系統(tǒng)、綜合培訓(xùn)系統(tǒng)、選礦自動(dòng)化系統(tǒng)，會(huì)出現(xiàn)不同企業(yè)和服務(wù)商建立的多系統(tǒng)林立局面。不同系統(tǒng)、不同建設(shè)方數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同，容易形成信息孤島，導(dǎo)致信息流通不暢，信息化系統(tǒng)不能發(fā)揮最大作用，是數(shù)字化礦山建設(shè)過(guò)程中的最大弊端和難題。東南礦體各個(gè)系統(tǒng)正在完善和建設(shè)中，建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)是解決上述問(wèn)題、并將所有系統(tǒng)整合的最好方法。

2.2 平臺(tái)建設(shè)藍(lán)圖

數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)藍(lán)圖如圖2所示。數(shù)據(jù)共享平臺(tái)在不改變?cè)到y(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前提下將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)果采用統(tǒng)一信息模型、數(shù)據(jù)規(guī)范存儲(chǔ)在同一平臺(tái)中，各專(zhuān)業(yè)、各部門(mén)實(shí)現(xiàn)深度共享、協(xié)調(diào)合作。

2.3 數(shù)據(jù)共享平臺(tái)功能

1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。數(shù)據(jù)共享的目的是消除部門(mén)數(shù)據(jù)溝通障礙，提高數(shù)據(jù)應(yīng)用效率。主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在礦山內(nèi)部縱向、橫向部門(mén)間流轉(zhuǎn);二是利用大數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)獲取、處理、分析的時(shí)間，提高工作效率，降低企業(yè)開(kāi)支。

2）提高礦山安全生產(chǎn)水平，增強(qiáng)礦山各級(jí)人員科學(xué)決策能力，提升礦山管理水平[7]。數(shù)據(jù)共享平臺(tái)使礦山各級(jí)人員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確掌握井下生產(chǎn)過(guò)程中遇到的各種情況，大大提高了決策的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，使礦山在災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急響應(yīng)等方面的能力得到了較大程度的提升。

3）能夠安全可靠地存儲(chǔ)礦山生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)信息資源。通過(guò)建立信息資源中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山各部門(mén)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與應(yīng)用，同時(shí)從包含軟硬件設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等在內(nèi)的多個(gè)方面出發(fā)保證數(shù)據(jù)的安全性，并能夠根據(jù)使用者的實(shí)際需求提供個(gè)性化的安全設(shè)計(jì)。

4）提供一個(gè)高效的應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)對(duì)各類(lèi)信息與資源的匯總與管理，提高謙比希銅礦東南礦體數(shù)據(jù)共享交換的能力與水平，為各部門(mén)間的信息資源提供交換共享平臺(tái)，增強(qiáng)各部門(mén)間的信息溝通能力，消除各部門(mén)間存在的信息孤島現(xiàn)象，減少部門(mén)間的數(shù)據(jù)冗余，降低信息資源使用成本。

5）為數(shù)字化礦山建設(shè)保駕護(hù)航。數(shù)字化礦山建設(shè)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享平臺(tái)能夠適應(yīng)多系統(tǒng)的融合，并增強(qiáng)系統(tǒng)的拓展性和兼容性。

3 數(shù)據(jù)共享平臺(tái)應(yīng)用及效果

3.1 減少投資成本

謙比希銅礦東南礦體正在建設(shè)或正在規(guī)劃中的系統(tǒng)目前已有12套，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，每套系統(tǒng)需要1套服務(wù)器，為了保障數(shù)據(jù)的安全性，一般服務(wù)器都是雙機(jī)熱備份，整套服務(wù)器包括2臺(tái)服務(wù)器主機(jī)、1臺(tái)磁盤(pán)陣列。1套服務(wù)器硬件建設(shè)成本約10萬(wàn)元，12套系統(tǒng)僅服務(wù)器建設(shè)成本約120萬(wàn)元。系統(tǒng)的其他建設(shè)成本（機(jī)房建設(shè)、UPS后備電源等）、維護(hù)成本、管理成本、人力成本將成倍增加，而且謙比希銅礦東南礦體預(yù)計(jì)需建設(shè)的系統(tǒng)不止12套，每增加1套系統(tǒng)均要增加1套系統(tǒng)的成本。

數(shù)據(jù)共享平臺(tái)只需要建設(shè)1套高配置的服務(wù)器，所有系統(tǒng)共用1套服務(wù)器，減少的成本主要有以下幾方面：

1）1臺(tái)高配置的服務(wù)器價(jià)格在15萬(wàn)～20萬(wàn)元，根據(jù)目前的系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃，服務(wù)器建設(shè)成本可以節(jié)省100萬(wàn)元，后期再增加系統(tǒng)也不需要增加服務(wù)器建設(shè)成本。

2）通過(guò)減少服務(wù)器數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量、存儲(chǔ)容量、UPS等，節(jié)省機(jī)房、機(jī)柜空間，可以減少建設(shè)成本2/3以上。

3）服務(wù)器管理只需要中方與贊方各提供1名管理維護(hù)人員，如采用12套服務(wù)器需要中方與贊方各提供3名管理維護(hù)人員。

4）服務(wù)器利用率更高，可以達(dá)到70 %～90 %，分建12套服務(wù)器單套服務(wù)器的利用率為10 %～20 %。

5）減少網(wǎng)絡(luò)端口和設(shè)備總量，減少了單點(diǎn)故障率，降低了維護(hù)成本。

3.2 精準(zhǔn)指導(dǎo)采掘作業(yè)

生產(chǎn)計(jì)劃是礦山重要的技術(shù)工作，礦山的所有生產(chǎn)都圍繞生產(chǎn)計(jì)劃開(kāi)展。謙比希銅礦東南礦體井下現(xiàn)有3家生產(chǎn)單位：銅陵有色金屬集團(tuán)銅冠礦山建設(shè)股份有限公司（下稱(chēng)“銅冠礦建”）謙比希銅礦東南礦體項(xiàng)目部、金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司（下稱(chēng)“金誠(chéng)信”）謙比希銅礦東南礦體項(xiàng)目部及謙比希銅礦東南礦體采礦部。其中，銅冠礦建謙比希銅礦東南礦體項(xiàng)目部和金誠(chéng)信謙比希銅礦東南礦體項(xiàng)目部負(fù)責(zé)開(kāi)拓、采準(zhǔn)和殘礦回收，謙比希銅礦東南礦體采礦部負(fù)責(zé)采礦工作。為了保證采掘平衡，保證礦山服務(wù)年限，生產(chǎn)計(jì)劃編制變得尤為重要。

謙比希銅礦東南礦體長(zhǎng)期計(jì)劃、年計(jì)劃、季度計(jì)劃、月計(jì)劃、周計(jì)劃由生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中心技術(shù)人員在生產(chǎn)計(jì)劃智能編制系統(tǒng)中完成。班組計(jì)劃由采礦部技術(shù)人員在Optimine系統(tǒng)中完成，并下發(fā)到班組和具體設(shè)備處，生產(chǎn)執(zhí)行情況再反饋到Optimine系統(tǒng)中。

應(yīng)用數(shù)據(jù)共享平臺(tái)生產(chǎn)計(jì)劃編制系統(tǒng)的計(jì)劃結(jié)果直接存入數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中，Optimine系統(tǒng)從數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中讀取數(shù)據(jù)，編制班組計(jì)劃;Optimine系統(tǒng)生產(chǎn)執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)直接存入共享平臺(tái)中，生產(chǎn)計(jì)劃編制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)重新調(diào)整計(jì)劃，能夠保證生產(chǎn)計(jì)劃精準(zhǔn)指導(dǎo)采掘作業(yè)，為礦山采掘平衡提供了有效保障，其邏輯關(guān)系如圖3所示。

3.3 采礦設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合

謙比希銅礦東南礦體南采區(qū)采礦方法為雙層進(jìn)路充填采礦法，北采區(qū)采礦方法為上向中深孔分條充填采礦法，由于東南礦體的礦體產(chǎn)狀變化較大，礦體形態(tài)復(fù)雜，為了降低采礦損失率和礦石貧化率，每個(gè)盤(pán)區(qū)每個(gè)采場(chǎng)都需要單獨(dú)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)要求高，工作量大，設(shè)計(jì)者必須實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

Dimine軟件已經(jīng)成為謙比希銅礦東南礦體地、測(cè)、采等技術(shù)人員應(yīng)用的日常軟件，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中心的采礦技術(shù)員完成采場(chǎng)單體設(shè)計(jì)或巷道設(shè)計(jì)后，由采礦部技術(shù)人員用iSure完成爆破設(shè)計(jì)，再由車(chē)載三維掃描儀自動(dòng)掃描完成測(cè)量。Dimine的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、iSure的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、三維掃描儀的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中，形成采掘設(shè)計(jì)、爆破設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)圖、設(shè)計(jì)調(diào)整的閉路循環(huán)，生產(chǎn)和設(shè)計(jì)高效結(jié)合，其邏輯關(guān)系如圖4所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

從信息化技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的建立能夠?qū)崿F(xiàn)礦山各類(lèi)數(shù)據(jù)的協(xié)同共享，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，降低建設(shè)成本。從礦山管理和采礦技術(shù)角度分析，能夠打破部門(mén)界限，使礦山數(shù)據(jù)成為開(kāi)放性數(shù)據(jù)，從建設(shè)層面、應(yīng)用層面為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)據(jù)共享平臺(tái)在謙比希銅礦東南礦體的實(shí)際應(yīng)用中，在精確指導(dǎo)采掘作業(yè)及實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合方面均取得了令人滿意的效果。

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Application of shared data platform to the digital mine construction

of NFC Africa Mining PLC

Zhang Jinzhong1，Zhang Xiaorui2，Zhu Xinyue2

（1.NFC Africa Mining PLC; 2.Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：NFC Africa Mining PLC is dedicated to building Chambishi Copper Mine into a first-grade exemplary mine in Africa，a classic of digital mine construction.Via collaboration with all kinds of companies，shared data platform is gradually set up，realizing data integration，improving production efficiency while reducing investment concerning human and material resources of companies.Besides，Informatization systems such as Optimine system and Dimine software can be used to precisely guide the implementation of mine production plan and the design of mining methods，finally realizing synergy and sharing of various data between mines.

Keywords：shared data platform;digital mine;informatization system;deep interconnection;synergy and sharing