淺析數(shù)字礦山和礦山信息化建設(shè)的現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策

＊宋光順

（霍州煤電汾源煤業(yè)公司 山西 035100）

近些年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中都需要引進(jìn)先進(jìn)的管理理念與生產(chǎn)方式，在礦山行業(yè)中，現(xiàn)有的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)理念和管理制度逐漸無(wú)法為礦山開(kāi)采工作提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，因此，在礦山發(fā)展的過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的研究與整合，使其可以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

1.數(shù)字礦山

計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要的管理制度，進(jìn)而由數(shù)字化、信息化、虛擬化與智能集成化模塊構(gòu)建出的一體化系統(tǒng)就是數(shù)字礦山。該系統(tǒng)在建立過(guò)程中需要以實(shí)際礦山情況來(lái)作為模型，對(duì)其他坐標(biāo)特征進(jìn)行參考。信息技術(shù)、智能技術(shù)與相關(guān)理論知識(shí)作為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高新礦山觀測(cè)技術(shù)作為主要基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)不同空間層次中各類(lèi)模型的集成，進(jìn)而通過(guò)模擬仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行多維度敘述，將多元化、多種類(lèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)高分辨率結(jié)合，形成空間化、智能化與數(shù)字化的科技系統(tǒng)。因?yàn)橄到y(tǒng)之中包含著較多的多元化特征，所以通過(guò)數(shù)字礦山所呈現(xiàn)的是信息化虛擬礦山，將礦山通過(guò)數(shù)字和信息形式進(jìn)行呈現(xiàn)，對(duì)礦山地下的工作過(guò)程中進(jìn)行信息化與數(shù)據(jù)化處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行集中化的管理與操控。

2.數(shù)字礦山現(xiàn)階段技術(shù)進(jìn)展

在自動(dòng)化的采礦領(lǐng)域，很多發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力后都取得了良好的成果。例如加拿大在20世紀(jì)90年代初期，就加強(qiáng)了對(duì)遠(yuǎn)程遙控采礦技術(shù)方面的研究，想要進(jìn)一步提高采礦作業(yè)的自動(dòng)化水平。對(duì)當(dāng)前存在的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行有效利用，主要包括定位技術(shù)、通訊技術(shù)與遠(yuǎn)程控制技術(shù)等，對(duì)井下采礦設(shè)備與采礦系統(tǒng)進(jìn)行有效的操縱，遙控采礦工藝主要包括自動(dòng)化鑿巖、自動(dòng)化的裝藥、自動(dòng)化爆破、自動(dòng)化運(yùn)輸、自動(dòng)化支護(hù)等。

在地面進(jìn)行遙控自動(dòng)化鑿巖方面，對(duì)掘進(jìn)工作面鑿巖與深孔采礦鑿巖都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，并且在實(shí)際的礦山生產(chǎn)過(guò)程中得到了有效的應(yīng)用，可以對(duì)掘進(jìn)工作面中循環(huán)炮孔與深孔采礦工作面中的扇形炮孔進(jìn)行鑿巖。鑿巖作業(yè)的精度也得到了大幅度的提高，應(yīng)用到的操作人員數(shù)量也大量減少。而其存在的不足之處在于，設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)的過(guò)程中，仍舊需要人工干預(yù)，在進(jìn)行深孔鑿巖的過(guò)程中，產(chǎn)生的大量巖粉也要排放到設(shè)備后方，以便運(yùn)走。當(dāng)前，加拿大國(guó)際鎳公司通過(guò)可以在地下對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取的裝置，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)的自動(dòng)行駛，使其可以在巷道內(nèi)自動(dòng)開(kāi)展開(kāi)鑿作業(yè)。自動(dòng)化的裝藥與爆破當(dāng)前還有待進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)，加拿大采礦自動(dòng)計(jì)劃所預(yù)定研發(fā)的電子雷管與起爆系統(tǒng)、炸藥系統(tǒng)，都可以根據(jù)鑿巖過(guò)程中巖石性質(zhì)的不同來(lái)對(duì)不同炮孔進(jìn)行各密度炸藥的裝填。該項(xiàng)目在實(shí)際實(shí)施的過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，但相應(yīng)的研究工作一直在持續(xù)開(kāi)展。自動(dòng)化支護(hù)現(xiàn)階段還處于孕育階段，支護(hù)工作雖然具備著較大的危險(xiǎn)性，但關(guān)于支護(hù)作業(yè)方面的自動(dòng)化信息較少。美國(guó)研制了一種自動(dòng)化的噴射襯砌設(shè)備，而芬蘭的智能礦山計(jì)劃也提出了噴射混凝土自動(dòng)化作業(yè)方面的構(gòu)想，但缺乏實(shí)質(zhì)性的報(bào)道。當(dāng)前對(duì)于地下礦山的無(wú)線電通信系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，其主要包括主干網(wǎng)絡(luò)、泄漏同軸電纜與無(wú)線電傳送器所組成，是具備著極高先進(jìn)性的計(jì)算機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)階段在一些礦山中已經(jīng)進(jìn)行了安裝與使用。現(xiàn)階段，在礦井的通訊方面，除了應(yīng)用寬帶網(wǎng)絡(luò)外，如何對(duì)礦山各類(lèi)環(huán)境的指標(biāo)、作業(yè)參數(shù)、人員信息與設(shè)備工況等進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的采集和傳輸，并通過(guò)多媒體形式來(lái)實(shí)現(xiàn)地面與井下之間的雙向傳輸，已經(jīng)成為了現(xiàn)階段亟待解決的問(wèn)題。以GPS技術(shù)來(lái)對(duì)地面進(jìn)行快速定位和自動(dòng)導(dǎo)航方面已經(jīng)逐漸完善，但在地下礦井，衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法有效的到達(dá)，因此只能應(yīng)用傳統(tǒng)陀螺定向，無(wú)法滿足當(dāng)前礦山工程對(duì)于作業(yè)速度與精度方面的需求，缺乏可以在地下進(jìn)行快速定位的技術(shù)和儀器。

3.數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀分析

近些年來(lái)，隨著我國(guó)礦山經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，礦山企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中對(duì)于信息化產(chǎn)品的需求量逐漸增加。在20世紀(jì)90年代，我國(guó)礦山經(jīng)濟(jì)發(fā)展還不景氣，很多礦山企業(yè)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都無(wú)法對(duì)礦業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行有效的研發(fā)。而導(dǎo)致該種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因除了經(jīng)濟(jì)方面外，還包括礦山行業(yè)人才的匱乏，礦山行業(yè)由于行業(yè)特征很難留住高專(zhuān)業(yè)水平的開(kāi)發(fā)人才與管理人才。隨著礦山經(jīng)濟(jì)的迅速繁榮與采礦工業(yè)的快速發(fā)展，礦山領(lǐng)域?qū)τ谛畔⒒a(chǎn)品的需求逐漸增加，我國(guó)對(duì)于礦山軟件的研發(fā)能力還較為落后，且礦山行業(yè)的人才流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重，IT方面的技術(shù)力量也較為不足，很難保證系統(tǒng)得到有效的運(yùn)行。

（1）機(jī)電一體化普遍應(yīng)用?，F(xiàn)階段，我國(guó)礦山的機(jī)電一體化逐漸實(shí)現(xiàn)了信息交流，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中也受到了廣泛的應(yīng)用，其中牽引電車(chē)與直流礦井應(yīng)用的提升機(jī)都在現(xiàn)代化技術(shù)的支持下成為了我國(guó)礦山開(kāi)采市場(chǎng)中的主力。

（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推廣應(yīng)用。礦產(chǎn)在生產(chǎn)過(guò)程中，利益和產(chǎn)出是緊密相關(guān)的，在實(shí)際的生成環(huán)節(jié)，生產(chǎn)安全性是至關(guān)重要的，因此必須要加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)安全性的保證?，F(xiàn)階段，我國(guó)制造出了安全生產(chǎn)方面的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中可以針對(duì)事故與隱患進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)判，該項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）系統(tǒng)從單向轉(zhuǎn)為集成化。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)前我國(guó)實(shí)現(xiàn)全面化信息管理的礦山企業(yè)數(shù)量為零，在進(jìn)行了高投入之后，對(duì)信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與建設(shè)方面仍舊差強(qiáng)人意，在一定程度上阻礙了礦山企業(yè)的發(fā)展。除此之外，重視投入輕視管理的模式不利于信息化管理系統(tǒng)的順利構(gòu)建；重視硬件輕視軟件的模式也無(wú)法促進(jìn)礦山的信息化建設(shè)，現(xiàn)階段，礦山企業(yè)所具備的特征主要為以下幾點(diǎn)：①當(dāng)前礦山企業(yè)中信息化建設(shè)方面的骨干人員較為匱乏，信息化建設(shè)水平也就難以提高；②礦山企業(yè)與內(nèi)部信息化發(fā)展的步調(diào)不統(tǒng)一，存在著較多單項(xiàng)投入的情況，也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全面性的信息管理，發(fā)展過(guò)程中缺乏集成化建設(shè)理念，導(dǎo)致各企業(yè)間的發(fā)展差距不斷增大；③信息孤島的問(wèn)題對(duì)礦山行業(yè)實(shí)現(xiàn)整體的信息化管理產(chǎn)生了嚴(yán)重的制約；④相關(guān)軟件方面的開(kāi)發(fā)與礦山集成化系統(tǒng)的需求之間不匹配，軟件開(kāi)發(fā)的力量也較為薄弱，無(wú)法滿足現(xiàn)階段的礦山需求。

4.數(shù)字礦山建設(shè)中存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段，我國(guó)在數(shù)字礦山的建設(shè)方面取得了優(yōu)異的成績(jī)，但我國(guó)對(duì)于數(shù)字礦山技術(shù)方面，還處于不斷發(fā)展的階段，相較于國(guó)外的礦山企業(yè)主要存在著以下問(wèn)題。

（1）建設(shè)基礎(chǔ)較為薄弱。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，大部分的煤礦企業(yè)（約73.5%）還在基礎(chǔ)建設(shè)階段，一小部分的企業(yè)（25.5%）正處于業(yè)務(wù)整合與系統(tǒng)整合的階段，其中只有1%煤礦企業(yè)正處于成熟應(yīng)用的階段。

（2）缺乏整體規(guī)劃?，F(xiàn)階段，我國(guó)礦山企業(yè)決策者與相關(guān)技術(shù)人員對(duì)于數(shù)字礦山的建設(shè)有著一定程度上的認(rèn)識(shí)，但在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，還是會(huì)存在著一定的問(wèn)題，例如缺乏全局部署的情況，這就導(dǎo)致礦山在進(jìn)行信息化建設(shè)的過(guò)程中具備著較高的盲目性，無(wú)法取得預(yù)期效果，在此基礎(chǔ)上，礦山的決策者對(duì)于信息化建設(shè)方面的資金投入也就沒(méi)有了足夠的重視程度。當(dāng)前，神華集團(tuán)對(duì)數(shù)字礦山進(jìn)行了整體的規(guī)劃，但對(duì)數(shù)字礦山的建設(shè)本身與基礎(chǔ)建設(shè)、技術(shù)改革等方面并沒(méi)有進(jìn)行明確的劃分，使其混為一談，導(dǎo)致了數(shù)字礦山在進(jìn)行建設(shè)時(shí)的投資量過(guò)大。

5.發(fā)展對(duì)策分析

中國(guó)的煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)曾經(jīng)指出要大力提高煤炭企業(yè)所具備的信息化水平，進(jìn)一步推進(jìn)煤礦企業(yè)信息化與工業(yè)化的深度融合，實(shí)現(xiàn)礦山行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，結(jié)合國(guó)內(nèi)外數(shù)字礦山的發(fā)展情況提出以下對(duì)策。

（1）加大對(duì)礦山的整合力度。加強(qiáng)對(duì)礦山整合的力度，對(duì)礦山資源實(shí)現(xiàn)規(guī)?；拈_(kāi)采，只有這樣才能將數(shù)字礦山建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)資源進(jìn)行集中，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；ㄔO(shè)，對(duì)資源進(jìn)行高效化的利用。

（2）對(duì)數(shù)字礦山建設(shè)位置進(jìn)行明確。礦山的信息化建設(shè)落腳點(diǎn)要放在礦井級(jí)，而不是公司級(jí)，為礦井的安全生產(chǎn)與安全調(diào)度提供保障，實(shí)現(xiàn)信息間的有效聯(lián)通，為公司與集團(tuán)間接的提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，避免出現(xiàn)概念性的放大。

（3）重視職責(zé)定位與分工。數(shù)字礦山的建設(shè)規(guī)模較大、復(fù)雜程度較高、設(shè)計(jì)范圍也較廣，因此，注重對(duì)職責(zé)的定位與分工是至關(guān)重要的，避免出現(xiàn)職責(zé)不清的情況，對(duì)于單位工作的積極性與參與度要進(jìn)行有效的調(diào)動(dòng)。

（4）加強(qiáng)對(duì)人才的培養(yǎng)。數(shù)字礦山建設(shè)對(duì)于專(zhuān)業(yè)化人才有著極大的需求，但當(dāng)前煤礦行業(yè)中業(yè)務(wù)與信息技術(shù)都了解的復(fù)合型人才較為匱乏，除此之外，煤礦行業(yè)的工作具備著一定的特殊性，導(dǎo)致礦業(yè)系統(tǒng)院校畢業(yè)的學(xué)生都不愿投身到生產(chǎn)一線工作。因此，必須要立足現(xiàn)存的人才資源，采取定向培養(yǎng)的方式來(lái)培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)化的人才隊(duì)伍。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技水平的不斷提高與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，數(shù)字礦山在發(fā)展過(guò)程中必然會(huì)經(jīng)歷信息化改革，這對(duì)于礦業(yè)發(fā)展有著重要意義。對(duì)應(yīng)用型人才進(jìn)行培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的重要措施，高效率采礦工程與綠色采礦環(huán)境都需要專(zhuān)業(yè)化的科學(xué)研究人員來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，礦山信息化的建設(shè)和發(fā)展也要依賴人才和質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。