我國“十四五”期間礦山智能化建設(shè)的思考

李海敏

2020 年11 月3 日，《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標(biāo)的建議》（意見簡稱“建議”）對外發(fā)布。《建議》中提到我國發(fā)展環(huán)境面臨深刻復(fù)雜變化。當(dāng)前和今后一個時期，我國發(fā)展仍然處于重要戰(zhàn)略機遇期，但機遇和挑戰(zhàn)都有新的發(fā)展變化。對礦業(yè)行業(yè)以及礦業(yè)企業(yè)而言，在該環(huán)境下，如何推動礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，如何應(yīng)對挑戰(zhàn)把握機遇變得尤為重要。《建議》提到要推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等同各產(chǎn)業(yè)深度融合，推動先進制造業(yè)集群發(fā)展，構(gòu)建一批各具特色、優(yōu)勢互補、結(jié)構(gòu)合理的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增長引擎，培育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式。

21 世紀(jì)以來，信息技術(shù)的快速發(fā)展，給現(xiàn)代工業(yè)帶來了極大的推動，也給傳統(tǒng)礦業(yè)帶來了巨大的沖擊。早在20 世紀(jì)80 年代，國家已經(jīng)提出了用信息化改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，這是改變礦業(yè)落后現(xiàn)狀的根本途徑。信息技術(shù)是驅(qū)動全球科技發(fā)展、推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革、促進企業(yè)效益增長、加快工業(yè)化進程的主體技術(shù)。對于我國礦業(yè)企業(yè)而言，只能選擇工業(yè)化與信息化融合發(fā)展的路徑，走綠色礦山、智慧礦山的發(fā)展模式，才能與其他行業(yè)同步走向知識經(jīng)濟，實現(xiàn)礦業(yè)強國夢?！皟苫诤稀卑l(fā)展，就是發(fā)揮信息化的主導(dǎo)作用，由信息化主導(dǎo)帶動礦業(yè)的工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化；通過“兩化”彼此兼容與滲透，推動礦業(yè)的優(yōu)化、升級，實現(xiàn)傳統(tǒng)礦業(yè)的改造和跨域，驅(qū)使礦業(yè)走向智能采礦。

何謂智能采礦？中國工程院古德生院士的定義是在礦床開采中，以開采環(huán)境數(shù)字化、采掘裝備智能化、生產(chǎn)過程遙控化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)營管理信息化為特質(zhì)，實現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟、環(huán)保為目標(biāo)的采礦工藝過程。

智能化礦山就是利用大數(shù)據(jù)存儲與分析平臺和礦山物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的網(wǎng)絡(luò)化、遠程化、遙控化乃至無人化，采礦作業(yè)環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化，選礦過程實現(xiàn)自動化，運輸調(diào)度實現(xiàn)信息化，來提高資產(chǎn)利用效率、經(jīng)營效率和生產(chǎn)力，最終實現(xiàn)高效、節(jié)約、安全的礦山生產(chǎn)新模式。我國目前在該領(lǐng)域還屬于探索發(fā)展階段，礦業(yè)企業(yè)誰在智能礦山領(lǐng)域取得突破，誰就能在未來的競爭中占據(jù)更有利的地位。我國地域廣闊，賦存豐富的礦產(chǎn)資源，礦山開采過程又是一項復(fù)雜而繁瑣的工作，多數(shù)礦山所在區(qū)域的地質(zhì)情況復(fù)雜，采礦作業(yè)條件差、開采難度大。隨著國家對安全、環(huán)保監(jiān)管日趨嚴(yán)格，我國礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)緊跟發(fā)展步伐，在各自的“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中，明確智能化礦山建設(shè)為重點，強化安全生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率，推動先進技術(shù)裝備創(chuàng)新應(yīng)用，促進行業(yè)整體進步，努力實現(xiàn)綠色礦山、智能礦山目標(biāo)。

1 智能化礦山技術(shù)的發(fā)展

1.1 國外智能化礦山技術(shù)發(fā)展

采礦業(yè)是以礦產(chǎn)資源為生產(chǎn)對象的古老產(chǎn)業(yè)，絕大多數(shù)礦山企業(yè)還處在勞動密集型階段。20 世紀(jì)70 年代，國外礦山自動化設(shè)備設(shè)施取得了快速的發(fā)展，尤其是90 年代計算機技術(shù)、PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，礦山信息化建設(shè)得到巨大進步。但客觀地分析，這種進展更多地體現(xiàn)在過程自動化方面，在整體信息應(yīng)用與管理決策支持上并不明顯。21 世紀(jì)隨著互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)的普及，“數(shù)字化”已經(jīng)成為知識經(jīng)濟的標(biāo)志，信息技術(shù)的飛速發(fā)展給中外礦業(yè)企業(yè)帶來了巨大沖擊。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、產(chǎn)業(yè)競爭日益加大、安全生產(chǎn)要求增強和人力成本不斷提高，通過自動化、信息化改造提高生產(chǎn)效率促使資本投入轉(zhuǎn)型升級。

國外智能化礦山發(fā)展非常迅速，發(fā)達國家的礦山信息化改造已經(jīng)邁出堅實的步伐。加拿大從20 世紀(jì)90 年代初就開始研究遙控采礦技術(shù)，目標(biāo)是整個采礦過程的遙控操作，現(xiàn)已研制成功并實踐應(yīng)用，實現(xiàn)從地面對地下進行控制。加拿大正在制定一項擬在2050 年實現(xiàn)的規(guī)劃，即在加拿大北部邊遠地區(qū)的礦山建成無人礦井，從薩德伯里通過衛(wèi)星監(jiān)測操縱礦山的所有設(shè)備，實現(xiàn)機械全自動運行。芬蘭采礦業(yè)也于1992 年建設(shè)智能采礦方案，涉及采礦實時過程控制、資源實時管理、礦山信息建設(shè)等多個課題。

1.2 我國智能化礦山技術(shù)發(fā)展

我國采礦業(yè)總體自動化、數(shù)字化、信息化水平還不高。近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、工業(yè)制造不斷升級和國家“兩化融合”不斷深入，我國礦山企業(yè)經(jīng)濟形式和運行狀態(tài)正在發(fā)生顯著變化，信息化建設(shè)逐漸升溫。1999 年，國家計委、信息產(chǎn)業(yè)部《“十一五”期間國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃思路》中明確提出，要利用信息技術(shù)改造提升能源、礦山等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。黨的十六大報告指出：應(yīng)“堅持以信息化帶動工業(yè)化，以信息化促進工業(yè)化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)展的新型工業(yè)化路子”。2001年，“APCOM”會議上組織了首次“國際DM（數(shù)字礦山）”主題討論；2004 年中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會青年科學(xué)家論壇以“數(shù)字化礦山戰(zhàn)略與未來發(fā)展”為主題。我國相繼開展了礦山地理信息系統(tǒng)（MGIS）、三維地學(xué)模擬、礦山虛擬現(xiàn)實（MVR）等方面的開發(fā)與應(yīng)用研究，并在部分示范礦山進行應(yīng)用試驗。

相對而言我國煤礦企業(yè)的數(shù)字化、信息化啟動較早，在一些礦山也取得了初步成果。如山東兗州煤礦集團公司于2001 年開展了“數(shù)字兗礦”的立項和建設(shè)，已經(jīng)完成了“地測空間信息平臺構(gòu)建與開發(fā)”研究。徐州礦業(yè)集團也開展了“數(shù)字煤礦”的建設(shè)。露天礦山、金屬非金屬地下礦山近幾年加大了機械化、自動化、信息化的投入，在遠程控制、自動控制、管理一體化等取得了效果。北京東方泰坦公司、北京理正公司等國內(nèi)一些地理信息系統(tǒng)公司在地質(zhì)體的真三維顯示方面取得了較好的成果。

1.3 智能化礦山技術(shù)發(fā)展趨勢

在礦山企業(yè)智能化建設(shè)問題上，國內(nèi)外礦業(yè)界有著不同的戰(zhàn)略設(shè)想，從而在建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)規(guī)劃、功能體系等方面分別形成不同的側(cè)重點。國外礦業(yè)大國主要通過智能化礦山，實現(xiàn)無人采礦來達到采礦生產(chǎn)安全、高效的目的。我國主要以信息技術(shù)為依托，重點研究和開發(fā)礦山數(shù)字化系統(tǒng)，以實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的工業(yè)化。21 世紀(jì)隨著國家信息化的快速發(fā)展和市場環(huán)境的變化，礦山信息化進入快速發(fā)展階段。根據(jù)“十四五”規(guī)劃要求，礦山企業(yè)就是要在打造數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎(chǔ)上，由計算機網(wǎng)絡(luò)管理的管控一體化系統(tǒng)，圍繞著提高礦山生產(chǎn)效率和管理效率、降低安全風(fēng)險、提高生產(chǎn)執(zhí)行、減少開采成本的智慧綠色的礦山發(fā)展模式。

2 智能化礦山建設(shè)的目標(biāo)

智能化礦山建設(shè)需要綜合生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、環(huán)境、資源、安全和效益等各種因素，使企業(yè)實現(xiàn)整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，在保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提下，達到提高整體效益、市場競爭力和適應(yīng)能力的目的。礦山智能化建設(shè)主要努力實現(xiàn)開采對象、開采方式、開采過程、經(jīng)營過程、安全保障和決策過程的全面數(shù)字化，最終目標(biāo)是實現(xiàn)礦山開采的綜合自動化。

智能化礦山建設(shè)的路徑一般是生產(chǎn)過程自動化--數(shù)字化--信息化--智能化。綜合生產(chǎn)管理、安全管理、能源管理、質(zhì)量管理、成本管理等方面建立綜合管控平臺，實現(xiàn)少人工干預(yù)、自主決策、自動執(zhí)行的人機交互可視化的綜合管理系統(tǒng)。

2.1 實現(xiàn)開采對象的數(shù)字化

礦產(chǎn)資源是礦山企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的基礎(chǔ)。作為企業(yè)的加工對象，礦山資源的種類和數(shù)量決定了礦山的產(chǎn)品、規(guī)模和服務(wù)年限，其形態(tài)和質(zhì)量則決定了礦山的生產(chǎn)工藝和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，從而直接對企業(yè)的生產(chǎn)成本和經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響。借助現(xiàn)代信息技術(shù)建立礦山資源數(shù)字化管理系統(tǒng)，快速、準(zhǔn)確地獲取礦山資源信息并進行數(shù)字化、可視化處理，同時實時把握礦山資源的消耗與新增狀況，使礦山資源信息在地質(zhì)、測量、采礦等業(yè)務(wù)之間實現(xiàn)集成共享和實時交互。這既是礦山企業(yè)科學(xué)制定礦山開采規(guī)劃、合理安排礦山生產(chǎn)、保證生產(chǎn)可持續(xù)性和經(jīng)濟開采的前提，也是礦山智能化開采的基礎(chǔ)工作。目前流行的國內(nèi)外礦業(yè)軟件基本可以完成地質(zhì)數(shù)據(jù)建模、三維可視化等工作，但需要根據(jù)礦山各自的特點進行二次開發(fā)，如數(shù)據(jù)采集、品位計算、力學(xué)特性分析等工作。

2.2 實現(xiàn)開采實施的最優(yōu)化和可視化

在獲得開采對象的數(shù)字化信息后，采用什么方式和過程進行開采，需要通過開采實施的數(shù)字化來實現(xiàn)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以實現(xiàn)礦山開采過程的模擬預(yù)演，獲得最優(yōu)開采方案。目前流行的礦業(yè)軟件都具有設(shè)計計劃功能，但大部分礦山的應(yīng)用效果并不理想，這里既有礦業(yè)軟件本身的問題，也有技術(shù)人員的能力和習(xí)慣問題。這也是智能化礦山建設(shè)難度最大的環(huán)節(jié)。

2.3 實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化

礦山企業(yè)的生產(chǎn)過程自動化不同于一般的制造企業(yè)，受限于不同工區(qū)、中段的采掘生產(chǎn)，由于作業(yè)地點分散、作業(yè)過程不連續(xù)、作業(yè)條件惡劣等，完全實現(xiàn)自動化難度較大。近幾年。大部分礦山的技術(shù)裝備水平有了很大的提高，與之相適應(yīng)的生產(chǎn)過程自動化也有了長足的發(fā)展，提升、排水、通風(fēng)、供配電、監(jiān)測、人員定位等自動化技術(shù)不斷普及，減少了操作人員，實現(xiàn)少人采礦、安全采礦。目前，利用5G 技術(shù)實現(xiàn)遠程遙控鏟運機、鑿巖臺車、鉆機等技術(shù)已經(jīng)有應(yīng)用案例，在裝備技術(shù)上與國外水平的差距不斷縮小。

2.4 實現(xiàn)經(jīng)營協(xié)同一體化

礦山智能化建設(shè)的最終目標(biāo)就是實現(xiàn)生產(chǎn)的自主可控和為各級管理人員提供決策支持。這種支持不僅是數(shù)據(jù)的羅列，更重要的是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)過加工后形成的具有表現(xiàn)能力的圖標(biāo)、畫面、實施模擬圖等。礦山生產(chǎn)是一個多業(yè)務(wù)協(xié)同過程，經(jīng)營管理協(xié)同不僅僅是硬件上的投入，更重要的是理念、人員、管理、文化的協(xié)同。協(xié)同化的生產(chǎn)經(jīng)營管理是以成本分析與控制為核心，以安全高效為目的，對礦山的生產(chǎn)經(jīng)營進行規(guī)劃與控制。目前許多礦山都在進行管理信息系統(tǒng)（MIS）、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、辦公自動化OA 的建設(shè)與實施，但與生產(chǎn)實際控制還有很大差距，礦山智能化建設(shè)道路還很漫長。

3 我國智能化礦山建設(shè)存在的問題

我國智能化礦山的建設(shè)雖然起步較晚，但經(jīng)過二十多年的發(fā)展，與國外先進國家相比差距日益縮小，很多礦山企業(yè)在機械化、自動化、信息技術(shù)、綜合管控平臺等方面進行了大量的投入，取得了顯著效益，也促進了礦山安全生產(chǎn)。但是也存在一些問題，具體表現(xiàn)在：

（1）“信息孤島”日顯突出。隨著礦山企業(yè)計算機技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，不同類型的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分散在企業(yè)不同部門、不同系統(tǒng)，由于缺乏數(shù)據(jù)交換機制，數(shù)據(jù)需要重復(fù)多次輸入，使數(shù)據(jù)的一致性無法保證，信息及時反饋難、共享差，產(chǎn)生所謂的“信息孤島”，造成信息資源和設(shè)備資源的浪費。

（2）信息系統(tǒng)建設(shè)出現(xiàn)“斷層”。目前礦山企業(yè)的信息化投入和應(yīng)用分分布很不均衡。企業(yè)的中間層，如設(shè)計部門、財務(wù)部門、物資部門等已經(jīng)初步實現(xiàn)計算機管理，但企業(yè)決策部門的信息化建設(shè)依舊很薄弱，很多企業(yè)所謂的集控中心、智能中心、數(shù)字中心基本停留在“形象工程”上。

（3）礦山數(shù)據(jù)豐富但知識貧乏。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的迅速發(fā)展及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在礦山廣泛應(yīng)用，激增的數(shù)據(jù)背后隱藏著許多重要的礦山生產(chǎn)經(jīng)營信息，人們希望能夠?qū)ζ溥M行更高層次的分析，以便更好地利用這些數(shù)據(jù)。目前的信息系統(tǒng)可以高效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計等功能，卻由于缺少有效的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具，無法發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的關(guān)聯(lián)和規(guī)則，無法根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)預(yù)測礦山的發(fā)展趨勢，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒有充分發(fā)揮效能。

（4）礦山信息的標(biāo)準(zhǔn)化工作滯后。大部分大中型礦山企業(yè)已經(jīng)建立了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站，但在絕大多數(shù)企業(yè)起到的作用僅停留在媒體的簡單擴充上，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化的信息資源，企業(yè)的產(chǎn)品編碼、管理編碼和統(tǒng)計指標(biāo)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不一，不能使企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與客戶、供應(yīng)商、業(yè)務(wù)伙伴的信息流暢通。

（5）缺乏適合礦山特點的應(yīng)用軟件平臺。礦山企業(yè)不同于一般制造企業(yè)，礦產(chǎn)資源開采又是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，礦山管理信息系統(tǒng)的開發(fā)需要“量身定制”以滿足礦山的不同特點，同時考慮信息系統(tǒng)的集成性和開放性。但由于缺乏既熟悉礦山業(yè)務(wù)又精通信息系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)合型人才，同時我國自主進行礦山應(yīng)用軟件開發(fā)的力度不足，阻礙礦山信息化的發(fā)展。

4 十四五期間智能化礦山建設(shè)的工作重點

4.1 礦山企業(yè)要科學(xué)制定智能化發(fā)展規(guī)劃

隨著國家對礦產(chǎn)資源調(diào)控力度不斷加大，金屬市場供需變化日益頻繁，地下礦山開采深度不斷增加，礦山生產(chǎn)條件越來越惡劣，高品位金屬含量越來越少，對礦山的安全監(jiān)管越來越嚴(yán)格，通過智能化礦山建設(shè)提升礦山管理水平，提高礦山市場競爭力，降低安全事故，是實現(xiàn)安全礦山、和諧礦山、綠色礦山的必由之路。各個礦山企業(yè)要結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀和特點，將礦山智能化建設(shè)納入企業(yè)的十四五發(fā)展規(guī)劃中，科學(xué)合理的制定智能化發(fā)展目標(biāo)和建設(shè)思路。企業(yè)管理者要看到當(dāng)前國內(nèi)外發(fā)展格局的變化趨勢，不能只局限于當(dāng)前的市場收益，緊跟時代步伐，組織專門團隊或外協(xié)設(shè)計院校、科技公司制定適合自身發(fā)展、行之有效的規(guī)劃，明確目標(biāo)，組織實施。

4.2 智能化礦山建設(shè)要走“總體規(guī)劃，分布實施”的策略

智能化礦山建設(shè)是一個長期的過程，與制造企業(yè)、商業(yè)企業(yè)不同，礦山企業(yè)的生產(chǎn)對象是連續(xù)的，不斷變化的，風(fēng)險高、投入大，所以要走“總體規(guī)劃，分布實施”的策略。要明確建設(shè)方向，科學(xué)規(guī)劃，集中力量先突破重點、難點工作，從企業(yè)急需、容易推行的子系統(tǒng)做起，不求大求全，不求3 年5 年建成?？梢詢?yōu)先下大力氣完成礦山對象的空間數(shù)據(jù)生成，實現(xiàn)礦山資源的數(shù)字化，并行搞好網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)，再逐步建立各個功能系統(tǒng)。

4.3 加大智能化礦山建設(shè)的試點和推廣

目前國家層面已經(jīng)制定和推出了若干個智能化、信息化礦山建設(shè)的指導(dǎo)意見，鼓勵礦山企業(yè)和科研院校進行資源投入。工信部、發(fā)改委、財政部、國家能源局、國家礦山監(jiān)察局等部門從國家發(fā)展戰(zhàn)略，加大引導(dǎo)和統(tǒng)籌力度，從政策、資金、技術(shù)上多方支持。礦山企業(yè)要積極響應(yīng)，用好用活扶持政策，爭取配套資金,進行適應(yīng)性研究和應(yīng)用。我國煤礦企業(yè)的智能化建設(shè)已經(jīng)走在行業(yè)前列，在安全監(jiān)控、機械化、自動化等方面值得金屬礦山學(xué)習(xí)借鑒。

4.4 加強產(chǎn)學(xué)聯(lián)合，培育復(fù)合型人才

當(dāng)前礦山企業(yè)智能化建設(shè)的一個難點就是缺少既懂礦山又懂信息技術(shù)的復(fù)合型人才隊伍。智能化建設(shè)實施、高新技術(shù)融合應(yīng)用、數(shù)據(jù)知識化分析、日常管理維護等等都需要一大批高素質(zhì)的人才。所以智能化礦山建設(shè)的工作重點，包括培育專業(yè)化技術(shù)人才和管理人才，從根本上提高礦山生產(chǎn)效率，并依托優(yōu)秀人才驅(qū)動創(chuàng)新，更好的實現(xiàn)現(xiàn)代化礦山企業(yè)轉(zhuǎn)型，改善傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)礦山作業(yè)的智能化，要走產(chǎn)學(xué)聯(lián)合的路子。在理論中研究，在實踐論證，在項目實施中培養(yǎng)、提高。

4.5 加大智能化采礦裝備的開發(fā)應(yīng)用。

近年來采礦裝備正朝著大型化、無軌化、液壓化、自動化方向發(fā)展，推動著礦山生產(chǎn)效率和安全性不斷提高。但由于礦山作業(yè)環(huán)境差，開采空間受限，高溫、高濕、振動、粉塵、瓦斯等有害因素對設(shè)備性能提出更高要求，要保證設(shè)備正常運行，需要不斷研發(fā)材質(zhì)更優(yōu)，防護更好的專用設(shè)備。

5 結(jié)語

智能化礦山建設(shè)是我國能源采集行業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢，基于“十四五”規(guī)劃中對智能礦山行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略提出的相關(guān)要求，礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合現(xiàn)實狀況，推廣應(yīng)用信息化系統(tǒng)，保障安全生產(chǎn)、加強專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，培育現(xiàn)代化優(yōu)秀人才、提高智能化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用能力，創(chuàng)新管理模式等工作重點，切實推進智能化礦山建設(shè)進程，以此實現(xiàn)礦山行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。