新形勢下礦山企業(yè)數(shù)字化建設(shè)策略淺談

韓曉光

（中國有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100089）

新形勢下，數(shù)字化是礦業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)社會增長的引擎，是礦業(yè)企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的動力。礦山企業(yè)數(shù)字化管理以礦業(yè)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，針對礦產(chǎn)資源、產(chǎn)業(yè)鏈、人力、技術(shù)、市場等，以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字軟件應(yīng)用為核心，建立礦山企業(yè)的數(shù)字化信息管理系統(tǒng)。數(shù)字化管理的技術(shù)手段可充分實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字信息的服務(wù)與共享，能夠進(jìn)一步理順供應(yīng)鏈、資金流和信息流，對支持企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定地發(fā)展有著重要的意義。

1 數(shù)字化礦山概述

數(shù)字礦山是GIS的綜合應(yīng)用。通過數(shù)字化、虛擬化的土地資源開發(fā)利用、信息采集、動態(tài)監(jiān)測與管理，實現(xiàn)專家系統(tǒng)遠(yuǎn)程決策支持與礦山開采的可視化[1]。

礦山GIS系統(tǒng)的主要特點如下：

（1）數(shù)據(jù)可視化。GIS可以輸入、編輯、顯示、查詢、分析和打印空間數(shù)據(jù)。它還可以利用三維動態(tài)仿真技術(shù)構(gòu)建逼真的仿真空間，構(gòu)建不同礦脈之間復(fù)雜的時空關(guān)系。

（2）數(shù)據(jù)共享。GIS可以將各信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)檢索，避免數(shù)據(jù)“信息孤島”的產(chǎn)生。

2 數(shù)字化礦山的系統(tǒng)構(gòu)成

（1）數(shù)據(jù)收集和管理系統(tǒng)。利用各種技術(shù)手段（如GPS、常規(guī)測量、采樣化驗等）獲取各種形式的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行必要的圖形處理（數(shù)字化或矢量化、坐標(biāo)處理等）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行存儲和管理。

（2）數(shù)字采礦系統(tǒng)。①礦山模型。重點是礦床模型、品位模型及開采模型，它們是礦巖圈定、品位計算、開采設(shè)計和計劃編排的基礎(chǔ)。主要數(shù)據(jù)來源是鉆孔、探險槽和炮孔取樣。②優(yōu)化模擬和輔助設(shè)計。應(yīng)用優(yōu)化算法和數(shù)字模擬，對重要采掘參數(shù)和方案進(jìn)行優(yōu)化和評價，實現(xiàn)采剝（掘）計劃的優(yōu)化、采礦方法參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備更新管理優(yōu)化等。并通過人機(jī)交互，將系統(tǒng)優(yōu)化方案變成可執(zhí)行方案。③調(diào)度指揮?；谟嬎銠C(jī)、GPS、無線通訊技術(shù)等實現(xiàn)開采、運(yùn)輸?shù)淖詣觾?yōu)化調(diào)度，提高采裝、運(yùn)輸系統(tǒng)的效率，降低采運(yùn)成本。④作業(yè)監(jiān)控。主要包括重要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測、故障預(yù)警，對采礦損失率、貧化率、精礦品位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測與控制優(yōu)化，控制生產(chǎn)成本。⑤信息管理。主要包括財務(wù)管理、人事管理、設(shè)備管理、備品備件及耗材管理、能源管理、綜合管理和辦公自動化系統(tǒng)等。⑥決策支持。主要是對各種內(nèi)部信息和外部信息，進(jìn)行分析和預(yù)測，為決策者提供信息支持，提高決策的科學(xué)性[2]。

3 數(shù)字化礦山實施的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字采礦的關(guān)鍵技術(shù)必須結(jié)合礦山開采這一核心問題來進(jìn)行，實現(xiàn)采礦的數(shù)字化和可視化。

（1）可視化建模技術(shù)。以地質(zhì)、測量技術(shù)為基礎(chǔ)，通過鉆孔、探槽、取樣等地質(zhì)勘探手段獲得描述礦體數(shù)量、質(zhì)量和賦存形態(tài)的數(shù)據(jù)，采用三維地學(xué)建模技術(shù)建立三維礦床模型，實現(xiàn)對礦體的可視化，為后續(xù)開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、采礦方案優(yōu)化、生產(chǎn)組織等，提供數(shù)據(jù)可視化手段。

（2）可視化開采技術(shù)。通過對鉆孔、測量、設(shè)計等數(shù)據(jù)的動態(tài)維護(hù)，運(yùn)用可視化技術(shù)對三維礦床、采礦生產(chǎn)等進(jìn)行實時的可視化再現(xiàn)、模擬與分析。

（3）安全監(jiān)測預(yù)警。通過微震監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)力監(jiān)測儀、火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、射頻發(fā)送跟蹤系統(tǒng)等對礦山井下生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)安全進(jìn)行預(yù)警預(yù)報。

4 數(shù)字化礦山建設(shè)的若干核心問題淺析

礦山是一種特殊行業(yè)，其產(chǎn)業(yè)鏈前端是礦產(chǎn)勘查，后端是冶煉。數(shù)字礦山建設(shè)應(yīng)以礦山開采最優(yōu)化為目標(biāo)，整體設(shè)計、分步實施、循序漸進(jìn)；要以礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)為核心，并且與MIS、DDS（決策支持系統(tǒng)）、ERP（財務(wù)計劃系統(tǒng)）和0AS建設(shè)密切結(jié)合起來，抓住幾個關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實行多系統(tǒng)結(jié)合與集成。

4.1 核心是地質(zhì)點源數(shù)據(jù)庫建設(shè)

礦產(chǎn)是礦山的基本資源，而與之相關(guān)的是勘查、開采等管理信息資源。礦山的一切都是圍繞著礦產(chǎn)資源的勘查、開采和銷售進(jìn)行的，礦產(chǎn)資源資料必須進(jìn)行長期保存和充分共享，其也是礦山數(shù)據(jù)庫的建設(shè)核心。其他的各種輔助功能，包括三維可視化、專家決策等功能的配置和應(yīng)用，都必須圍繞地質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行。

4.2 關(guān)鍵是采用主體數(shù)據(jù)庫環(huán)境

國際礦山資源開發(fā)數(shù)據(jù)庫有應(yīng)用數(shù)據(jù)庫和主體數(shù)據(jù)庫兩類。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫以功能處理為核心，以功能軟件為基礎(chǔ)。其設(shè)計依據(jù)是某個單一應(yīng)用主體，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫雜而分散，也缺乏標(biāo)準(zhǔn)代碼、數(shù)據(jù)格式和軟件接口，容易形成“信息孤島”。數(shù)字礦山建設(shè)應(yīng)采用主體數(shù)據(jù)庫，實行統(tǒng)一準(zhǔn)化，以礦產(chǎn)資源為核心的數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)連接成為完善的礦山信息檢索系統(tǒng)。

4.3 采用多任務(wù)結(jié)合與集成技術(shù)

數(shù)字礦山要管理多維、海量數(shù)據(jù)信息，并伴隨礦山的建設(shè)而逐漸積累，具備統(tǒng)一、快速和高效的特點。因此，在數(shù)字礦山的數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，需要統(tǒng)籌考慮各類子數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的集成，要統(tǒng)籌建設(shè)數(shù)據(jù)分析和資源預(yù)測、評價的數(shù)據(jù)庫，也要建設(shè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并且實現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維可視化、開采過程三維可視化設(shè)計和動態(tài)調(diào)整。因此，需要實行多任務(wù)結(jié)合與集成[3]。

5 數(shù)字化礦山建設(shè)的難點與對策

由于礦產(chǎn)資源深埋地下，其礦脈走向及賦存形式復(fù)雜，現(xiàn)有的勘探技術(shù)很難精確地表達(dá)其內(nèi)部組成。另外，礦山開采是一個復(fù)雜、多變的系統(tǒng)工程，其地質(zhì)數(shù)據(jù)一直處于動態(tài)變化之中。隨著開采的進(jìn)行，其基礎(chǔ)地質(zhì)資料信息不斷發(fā)生變化，同時其地質(zhì)資料也在不斷更新。

數(shù)字礦山建設(shè)是一項復(fù)雜的、系統(tǒng)的工程。受技術(shù)條件、人員素質(zhì)、資金等因素的限制和影響。因此本文就礦業(yè)企業(yè)實施數(shù)字化建設(shè)提出以下建議：

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃分步實施。礦山企業(yè)實施數(shù)字化建設(shè)是一項龐大的系統(tǒng)工程。需要仔細(xì)研究和制定總體的發(fā)展規(guī)劃，分期分步實施相關(guān)項目，減少重復(fù)投資，并從根本上實現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息交換與共享。

（2）堅持經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)原則。礦山企業(yè)的數(shù)字化管理是提高企業(yè)綜合實力的重要組成部分。其目的是為了提高企業(yè)的管理水平和效率，保證安全生產(chǎn)，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。項目建設(shè)需要以經(jīng)濟(jì)效益、安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展為出發(fā)點，各類資源的數(shù)字化建設(shè)須體現(xiàn)其應(yīng)有的價值。

（3）堅持?jǐn)?shù)字化建設(shè)與管理改革相結(jié)合。數(shù)字礦山建設(shè)不是簡單購買一系列數(shù)字化系統(tǒng)去代替手工勞動，也不是將傳統(tǒng)的管理方式照搬到數(shù)字系統(tǒng)中，而是需要與企業(yè)管理改革相結(jié)合。借助數(shù)字技術(shù)，引進(jìn)現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化管理理念，對傳統(tǒng)、低效的管理流程等進(jìn)行全面深刻的變革。使兩者相互促進(jìn)，相互支持。

（4）統(tǒng)一各類資源編碼。礦山企業(yè)在數(shù)字化建設(shè)規(guī)劃中，需要對各類資源制定統(tǒng)一的編碼規(guī)則和數(shù)據(jù)接口，有機(jī)地集成各系統(tǒng)，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集和“信息孤島”而造成投資浪費和管理無序。這些是目前大多數(shù)信息化項目不能很好共享的主要障礙之一。

6 結(jié)論

（1）本文從數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)、數(shù)字化礦業(yè)公司、礦業(yè)地理信息系統(tǒng)、數(shù)字化運(yùn)營監(jiān)控系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、輔助分離系統(tǒng)六個方面介紹了數(shù)字礦山系統(tǒng)的主要內(nèi)容。礦山的信息數(shù)字化、開采智能化和裝備自動化可以實現(xiàn)礦山安全、高效生產(chǎn)管理和可持續(xù)發(fā)展。

（2）以礦山地質(zhì)、礦床建?？梢暬夹g(shù)，智能采礦技術(shù)，礦床開采可視化技術(shù)，礦山安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)等4個方面，探討了數(shù)字礦山實施的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）從核心是地質(zhì)點源數(shù)據(jù)庫建設(shè)、關(guān)鍵是采用主題數(shù)據(jù)庫環(huán)境、采用多任務(wù)結(jié)合與集成技術(shù)等若干方面討論了數(shù)字化礦山建設(shè)的核心問題[4-7]。

（4）礦山數(shù)字化建設(shè)是一項復(fù)雜、系統(tǒng)而艱巨的工作，受技術(shù)條件、人員素質(zhì)、資金以及其他因素的制約。應(yīng)遵從總體規(guī)劃，分步實施；堅持以企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、安全生產(chǎn)為原則；管理體系建設(shè)與管理體制改革相結(jié)合；統(tǒng)一各類資源編碼等原則逐步實施數(shù)字化建設(shè)。