基于大數(shù)據(jù)的礦山礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理平臺(tái)

鐘莊華

（山西省第三地質(zhì)工程勘察院有限公司，山西 晉中 030600）

我國(guó)作為世界上重要的資源大國(guó)之一，礦產(chǎn)資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著不可替代的重要作用，其長(zhǎng)期以來(lái)支撐著全國(guó)70%以上的工業(yè)部門(mén)。對(duì)礦山中的資源合理開(kāi)發(fā)和利用是各個(gè)礦產(chǎn)企業(yè)的基本職能，通過(guò)對(duì)礦山的開(kāi)采回采率和選礦回收率進(jìn)行評(píng)定，可以衡量該處礦山是否在開(kāi)發(fā)期間進(jìn)行了有效的利用。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦山逐漸興起的階段，大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)主轉(zhuǎn)型為礦業(yè)的從業(yè)轉(zhuǎn)行，目前，我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦山從業(yè)人員約800萬(wàn)人，在生產(chǎn)能力受限和技術(shù)手段落后的前提下，許多企業(yè)為了追求短期的經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)生一系列的嚴(yán)重問(wèn)題，具體表現(xiàn)為礦山的資源回采率偏低，部分礦山的回采率甚至不足25%，大大降低了礦產(chǎn)資源的利用效率，造成了礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。長(zhǎng)期的資源綜合利用水平下降，不僅導(dǎo)致多個(gè)區(qū)域內(nèi)的資源管理存在混亂，同樣使得資源的產(chǎn)出水平無(wú)法完成消耗的供應(yīng)，可供開(kāi)采的后備儲(chǔ)量嚴(yán)重不足。針對(duì)相繼出現(xiàn)的廢氣礦山和礦山資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，本文在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上研究礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)有效管控生產(chǎn)。

1 基于大數(shù)據(jù)的礦山礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

礦山的資源管理由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中包括信息采集、運(yùn)輸、處理與分析等多個(gè)環(huán)節(jié)。在利用高儲(chǔ)能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換傳感器等設(shè)備中，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)加以應(yīng)用，從而形成高效的、智能的地質(zhì)監(jiān)管[1]。管理平臺(tái)主要通過(guò)自上而下的層級(jí)完成組合，形成感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)，并對(duì)礦山區(qū)域內(nèi)需要布置的各種數(shù)據(jù)傳感器進(jìn)行定位，組成局部的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收器，完成自動(dòng)接收感知設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，并傳入數(shù)據(jù)中心庫(kù)，具體部署情況如下圖1所示。

圖1 礦山感知設(shè)備部署位置

根據(jù)圖1可知，在無(wú)線接收器完成感知信息接收后，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的布局接口連接到網(wǎng)絡(luò)中心，將接收的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至管理中心，并且通過(guò)不同信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的查詢智能設(shè)備，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上和應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行交換。其中衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以向不同的專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)，直接通過(guò)測(cè)量?jī)x器統(tǒng)一解析到便攜計(jì)算機(jī)。

2 基于大數(shù)據(jù)的礦山礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于大數(shù)據(jù)設(shè)置加載模塊

在滿足當(dāng)下需求產(chǎn)量的同時(shí)，增加礦山的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上對(duì)礦山相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，設(shè)置不同類(lèi)別的加載模塊。對(duì)隨時(shí)能夠納入基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題的專(zhuān)題數(shù)據(jù)羅列單一板塊，在實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)題一體化集成中，對(duì)礦山的物探和化探以及遙感信息進(jìn)行處理，并針對(duì)主要的礦種和伴生礦種進(jìn)行資源潛力分析，直接將等待區(qū)域的預(yù)測(cè)結(jié)果放置在儲(chǔ)量利用表格中，能夠?qū)⑸婕胺秶鷥?nèi)的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行比例標(biāo)注[2]。其中在礦山企業(yè)等級(jí)產(chǎn)權(quán)后，可以直接將包含信息導(dǎo)入至加載模塊中，在輔助數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)生成已經(jīng)完成開(kāi)采的區(qū)域劃分，并針對(duì)待采區(qū)的解釋權(quán)加以保留，且探明登記數(shù)據(jù)符合管理要求后，直接接入核對(duì)文件中，能夠生成探礦權(quán)利類(lèi)型。

2.2 劃分地段管理礦山資源儲(chǔ)量

在對(duì)繪制好的多種開(kāi)采方式中，選取擬定的礦權(quán)信息，并在輔助數(shù)據(jù)庫(kù)中的多種解釋權(quán)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在對(duì)應(yīng)的要素類(lèi)別中可以作為圖件的主要組成部分，參與不同時(shí)間段的資源管理分析，發(fā)揮探礦權(quán)是否在不同階段安排合理的支撐作用。同時(shí)，通過(guò)感知層對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的資源進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的互動(dòng)，主要由多個(gè)識(shí)別功能的設(shè)備組成，從物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的接口處連接監(jiān)測(cè)儀，利用填圖采集器和三維地質(zhì)羅盤(pán)等，完成地理因素如鉆孔和界樁的編號(hào)定位，以及地下水流向和流速的記錄[3]。每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)均具備一定的分析能力，當(dāng)發(fā)生超過(guò)基準(zhǔn)極值時(shí)，該處節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)以往發(fā)出的數(shù)據(jù)加以預(yù)警，提醒管理人員該區(qū)域的礦層存在與預(yù)計(jì)數(shù)值不相符的數(shù)據(jù)，保證資源開(kāi)采的有效管理。在制定出合理的開(kāi)采方案后，通過(guò)不同區(qū)域內(nèi)的資源儲(chǔ)量變化情況進(jìn)行開(kāi)采區(qū)域內(nèi)的合理調(diào)配，及時(shí)掌握能夠開(kāi)采的礦產(chǎn)資源，以及有待開(kāi)采的資源產(chǎn)量有效價(jià)值。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)的礦山資源儲(chǔ)量管理平臺(tái)具有實(shí)際的應(yīng)用效果，進(jìn)行可行性的全方位檢測(cè)，在調(diào)試好模塊程序后選取某省正在開(kāi)采的A礦山為例進(jìn)行測(cè)試。該礦山企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間超過(guò)3年，平均年生產(chǎn)量和設(shè)計(jì)生產(chǎn)量均高于5萬(wàn)噸，主要開(kāi)采資源以礦產(chǎn)資源為主，分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采兩種方式。從搭建好的測(cè)試軟件中啟動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)界面，建立礦井信息，以本年度實(shí)際需求為基礎(chǔ)，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中需要包含鄰近兩年的實(shí)際開(kāi)采數(shù)據(jù)，具體類(lèi)型參數(shù)如下表1所示。

表1 選取礦井信息數(shù)據(jù)

根據(jù)表中內(nèi)容可知，該礦山屬于私營(yíng)類(lèi)型，出產(chǎn)能源類(lèi)型均為甲類(lèi)，近兩年的實(shí)際生產(chǎn)能力均高于設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，說(shuō)明該礦山的實(shí)際礦產(chǎn)資源較為豐富，產(chǎn)礦能力較高。在完成礦井信息輸入后，直接選取已經(jīng)建立的礦山企業(yè)，進(jìn)行細(xì)節(jié)布控，從投入生產(chǎn)時(shí)間到礦層的面數(shù)設(shè)定，依次進(jìn)行圖層選擇。

3.2 信息整理過(guò)程

將上述有關(guān)礦井信息依次輸入至新建頁(yè)面中，進(jìn)而選取本年度礦山企業(yè)的儲(chǔ)量管理界面，選取文件名為A礦山的文檔，依次進(jìn)行基本信息的錄入，具體過(guò)程如下：

（1）操作文件：對(duì)需要添加圖層的界面進(jìn)行命名，根據(jù)對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)添加所需的數(shù)字化礦井圖，設(shè)定投產(chǎn)時(shí)間和每日工作的采出量，完成后在出現(xiàn)添加成功的界面點(diǎn)擊確定并保存。對(duì)添加好的數(shù)字化礦井圖進(jìn)行序號(hào)標(biāo)注，礦層序號(hào)按照b001至b015的順序排序，其中每個(gè)礦層對(duì)應(yīng)三個(gè)開(kāi)采工作面。

（2）錄入信息：每次探查和工作的礦層數(shù)量設(shè)置為五次，工作面信息序號(hào)為bi001至bi015，與礦層信息序號(hào)相對(duì)應(yīng)。選定層必須包含兩個(gè)以上鉆孔信息，按照橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)以及底邊高程進(jìn)行設(shè)定，每個(gè)礦層深度和厚度的米數(shù)與實(shí)際誤差在0.2m之內(nèi)。

（3）區(qū)域建模：在鉆孔信息錄入完畢后，出現(xiàn)建模窗口，選定建模的網(wǎng)格大小進(jìn)行模型的尺寸設(shè)定，網(wǎng)格數(shù)量以每5個(gè)為添加個(gè)數(shù)，逐次對(duì)相應(yīng)的礦層進(jìn)行選擇。建模完畢后，通過(guò)操作窗口對(duì)任意區(qū)域的儲(chǔ)量進(jìn)行查詢，并根據(jù)主窗口的查詢選項(xiàng)完成任選。

3.3 儲(chǔ)量管理結(jié)果分析

在各部分平臺(tái)運(yùn)行選擇完畢后，可以對(duì)設(shè)定區(qū)域內(nèi)的礦層進(jìn)行工作管理，選擇投產(chǎn)時(shí)間和所在礦層名稱(chēng)即可查看該區(qū)域內(nèi)的全部?jī)?chǔ)量，并自動(dòng)添加至采動(dòng)。通過(guò)工作管理面中的新建模式掌握礦井的生產(chǎn)情況，并且在年度開(kāi)采工作結(jié)束后，利用報(bào)表生成功能，直接點(diǎn)擊報(bào)表生成中的儲(chǔ)量報(bào)表完成管理查詢。在平臺(tái)詢問(wèn)結(jié)束進(jìn)程是否生成報(bào)表，確認(rèn)后該礦山所有數(shù)據(jù)會(huì)完成自動(dòng)歸類(lèi)，生成報(bào)表統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)量信息，如下圖2所示。

圖2 儲(chǔ)量報(bào)表生成圖

根據(jù)圖中內(nèi)容可知，報(bào)表有效地劃分該礦山的儲(chǔ)量信息，包含原有統(tǒng)計(jì)的儲(chǔ)量和開(kāi)采數(shù)量以及損失數(shù)量。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)能夠有效進(jìn)行礦山資源儲(chǔ)量的管理，有效給出年度開(kāi)采量和損失量，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的資源的管理過(guò)程，具有實(shí)際應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的布局，完善了礦山資源管理的硬件設(shè)計(jì)，并在大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)下對(duì)數(shù)據(jù)加載模塊進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)區(qū)域段的劃分，完成礦山的資源儲(chǔ)量管理平臺(tái)設(shè)計(jì)。在對(duì)實(shí)際礦區(qū)的具體分析中利用鉆孔數(shù)據(jù)和礦山范圍，有效的實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)礦井的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量管理，能夠及時(shí)查詢各個(gè)區(qū)域內(nèi)的資源情況，并記錄年度開(kāi)采量和損失量。由于本次研究受限，對(duì)如何保證多角度開(kāi)采中的儲(chǔ)量資源涉及較少，一旦礦區(qū)內(nèi)出現(xiàn)傾角等問(wèn)題，會(huì)對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)資源造成影響。后續(xù)工作中將針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)一步研究，在加入深淺層礦區(qū)探查設(shè)備基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源的儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為我國(guó)礦山資源的儲(chǔ)量管理提供有效信息支持。