數字化智能礦山系統(tǒng)在露天石灰石礦山采礦技術應用

張文全

（山西省煤炭建設監(jiān)理有限公司，山西 太原 030045）

在露天石灰石礦山開采的階段采用數字化智能礦山系統(tǒng)，可以提高礦山開采的效率以及質量還有安全性。因此對數字化智能礦山系統(tǒng)的應用要點進行分析，掌握技術的應用標準以及應用范圍，對提高礦山采礦工程的進度、質量、安全性都有著積極作用。

1 數字采礦軟件系統(tǒng)

1.1 總述

數字采礦軟件系統(tǒng)在礦區(qū)三維模型的數字化建模進行了實際應用，通過建模成果對生產計劃編制、爆破流程化設計和地表及品位的快速更新還有精準的自動配礦等領域都得到了廣泛的運用。

1.2 三維礦山模型數字化

數字化智能礦山系統(tǒng)的基礎運用就是將礦區(qū)地質的現有資料進行模型數字化展現。三維礦山模型數字化的具體工作內容如下：①將地質基礎資料進行整理和歸納并根據數據類型分類匯總，最終完成三維礦山地質數據庫的創(chuàng)建與更新；②通過礦山的實際礦巖界線分布進行三維礦體以及巖體模型的建立；③在礦區(qū)的實際地形圖原型下模擬出地表現狀的三維模型；④通過礦區(qū)的終了境界圖形完成終了境界模型的具現化；⑤在建立塊段模型的基礎上利用地質統(tǒng)計學技術推算預估品位數據，并實現品位模型的模擬展現。

1.3 生產計劃編制

利用DIMINE 系統(tǒng)的計劃編制功能結合地表現狀、終了境界、礦體、品位模型的最新數據，對中長期生產計劃進行自動計算生成，再根據中長期計劃計算提供的數據為礦山的后期生產起到建議與指導的參考作用，還可以根據預期計劃進行生產進度偏差的人為調整。自動生成的生產計劃對反映礦床的規(guī)模以及品位分布情況具有更高的準確性保障；擁有對全時態(tài)的計劃數據進行針對性的模擬與預演的能力；另外，還可以通過預演功能分析出對產量穩(wěn)定性造成實際影響以及產量波動較大的時間段，針對性地調整生產計劃；其次，預演功能還可以對生產計劃的設備及人力資源投入需求進行提前確定，便于礦產企業(yè)提前進行生產資源的配置；最后DIMINE系統(tǒng)還擁有操作便捷、各種數據模型直觀易懂、對計劃結果進行科學預估的實際優(yōu)點。

1.4 爆破流程化

根據現階段的石灰石礦場的爆破流程進行歸納與總結，爆破流程化的管理方式如下：首先，利用生產計劃與三維地表現狀模型的優(yōu)勢，結合DIMINE 系統(tǒng)的運算迅速生成爆破涉及方案的模型；其次，通過DIMINE 系統(tǒng)將設計方案數據發(fā)送到鉆機的卡調系統(tǒng)終端進行爆破區(qū)域的炮孔位置的布置并進行打孔作業(yè)，再由終端將炮孔信息反饋到生產執(zhí)行系統(tǒng)進行報備，由生產執(zhí)行系統(tǒng)負責爆破前的爆堆作業(yè)點的維護工作；再次，由取樣技術人員完成現場巖粉的分類取樣工作，并將樣品送到智能取樣APP處完成炮孔分組工作；最后，通過掃碼槍完成取樣袋與樣品化驗數據的系統(tǒng)匹配工作，并經生產執(zhí)行系統(tǒng)反饋至DIMINE 系統(tǒng)下載炮孔信息并生成爆堆的模擬狀況，方便后期進行配礦或品位更新等相關工作。爆破、配礦自動化流程如圖1所示。爆破流程化可以有效節(jié)省礦山放孔、收孔、分組及化驗所產生的人力資源成本的同時，還能使生產效率得到極大的提升。另外，塊段模型的數據有了炮孔巖粉化驗信息的支撐，可以使配礦和計劃編制的原始數據擁有更高的精確性。

圖1 爆破、配礦自動化流程示意圖

1.5 地表更新及品位更新

地表更新：在礦山完成爆破作業(yè)后會進行地表現狀模型的更新工作，主要由DIMINE 根據鉆機反饋的實時炮孔點位信息完成一鍵更新工作，相對于傳統(tǒng)的測量更新地表工作更加高效更加便捷準確。

品位屬性更新：在DIMINE的支撐下，品位更新可以通過實測炮孔樣品信息與資源量估算的品位模型完成炮孔選樣后的一鍵更新操作，對礦山的下一個平臺的品位信息提供估算依據，為下次生產計劃的制定與執(zhí)行提供了經驗和基礎。

1.6 自動配礦

配礦工作是為了平衡礦區(qū)內不同品位的礦石品質，一般通過搭配、混勻等技術手段使礦山的礦石質量能夠達到規(guī)定的質量標準。通過礦石品位質量的合理匹配，使品位質量高低不同的礦石在混合中得到中和，以達到礦石產出的質量要求，從而提高礦山的空間資源利用，增加礦山企業(yè)的經濟效益及國家礦產資源的利用率，減少資源浪費。所以，配礦在自動化與精準化方面所達到的水平高度對礦山的經濟效益有著重要影響。利用炮孔的實測數值完成爆堆數據的生成，再通過DIMINE的自動配礦功能綜合礦山的實際生產狀況和產出礦石的產量及品位完成卡調系統(tǒng)的指令傳輸，借助卡調系統(tǒng)完成車輛的智能化自動調度工作。

2 智能卡調系統(tǒng)

生產執(zhí)行系統(tǒng)在實際的成產過程中會將跨帶分析儀收集到的實時數據反饋到DIMINE處，DIMINE會綜合反饋數據和爆堆品位信息進行分析計算，并將更新修正后的新數據發(fā)送給車輛自動調度系統(tǒng)實現配礦工作的調整與修正工作，使破碎站的進礦品位達到預期的質量標準。智能卡調系統(tǒng)主要分為三個部分，依次為調度中心、通訊差分系統(tǒng)和車載智能終端，這三部分對計算機技術、現代通訊技術和GPS 技術等都有深度的應用，另外對系統(tǒng)工程理論和最優(yōu)化技術手段也有所涉及，通過這些先進的技術手段建立了生產監(jiān)控、智能調度、生產指揮管理等全面智能的管理系統(tǒng)，對生產采裝設備、移動運輸與卸載設備以及生產現場實現了高科技智能化的實時監(jiān)控管理體系。智能卡調系統(tǒng)能夠根據實際生產中的運輸裝卸設備的運行情況進行自動調度操作，真正實現了全自動的實時調度功能，司機在調度系統(tǒng)中也能通過得到全局信息的反饋，輔助人性化的電子地圖功能與歷史行車軌跡回訪功能，有效解決特殊物料品種的配車以及長距離派車和局部定鏟靈活派車等實際生產過程中存在的問題。配礦指令得到卡調系統(tǒng)的高效支持可以使礦山的礦石質量在穩(wěn)定性上得到充分保障，并通過運輸配比數據的統(tǒng)計分析計算達到配礦可視化的目的，使礦山現場的調度指揮問題、規(guī)范問題和質量把控問題都得到有效解決，進而提高礦山的礦石產出效率與質量，促進人力成本及車輛成本管理水平的進步。

3 品位實時分析系統(tǒng)

品位實時分析系統(tǒng)主要是依靠跨帶分析儀實現礦石品位的在線檢測功能，跨帶分析儀的核心技術是利用中子活化瞬發(fā)伽馬分析技術實現檢測功能，對皮帶上輸送的物料進行投射式無接觸在線檢測方式，對樣品采集基本上沒有需求，可以對礦石的成分含量進行快速的統(tǒng)計計算，從而與質量控制參數進行對比參照，根據數據比對分析結果和爆堆中配礦品位情況進行綜合分析，通過數據展現指導配礦中各爆堆礦品進行合理的分配組合，從而實現礦產品質的實時監(jiān)控，從生產工藝的改良方面來降低生產過程中所產生的資源浪費，從而有效控制生產成本并保證產品質量的應有水平。品位在線分析系統(tǒng)如表1所示。

表1 品位在線分析系統(tǒng)（樣本分析時間）

4 生產執(zhí)行系統(tǒng)

生產執(zhí)行系統(tǒng)主要建立在生產計劃的基礎上，對礦山的安全環(huán)保、生產計劃、生產管理、設備管理等基本信息進行詳細的實時記錄與數據采集工作，并根據獲取的采集進行匯總計算，通過輸出端將統(tǒng)計報表完成具體呈現，為生產計劃的執(zhí)行狀態(tài)提供參考作用，存在不合理或工作方向出現偏移的地方還可以進行針對性的調整與修正操作，從而完成資源利用的合理規(guī)劃，實現產量與質量統(tǒng)計分析的合理可靠性，達到平衡生產資源與調度最優(yōu)化的目標。生產執(zhí)行系統(tǒng)平臺還可以實現從生產被動指揮向實時靈活調度、從質量的事后抽檢向事中的在線實時控制、從資源的被動供應向根據生產計劃的主動供應、從成本的事后核算向事中的實時控制、在管理上的粗放向精細的質量型等五個方面的有效轉變，為礦山企業(yè)提供更高效的生產計劃執(zhí)行效果。

5 三維管控系統(tǒng)

三維管控系統(tǒng)的主要作用是為礦山的生產管理人員提供管理工作執(zhí)行的輔助服務。該系統(tǒng)的集成面較廣，可以支持的數據操作有礦山實景模型、生產實測模型、生產計劃模型、工程實體數據、現場監(jiān)測數據、生產信息管理數據等六個方面的全面檢測管控。該系統(tǒng)平臺主要依靠生產現場的DCS 設備、生產執(zhí)行系統(tǒng)采集統(tǒng)計、模型自身現有數據等方式完成數據的采集工作。各生產環(huán)節(jié)的作業(yè)數據都在該系統(tǒng)得到了高度的集成體現：①實現整個生產作業(yè)過程的各種監(jiān)控、預警、查詢、統(tǒng)計和分析報表的可視化展示管理工作；②對整體的生產過程實現集中式的可視化統(tǒng)一管理控制；③通過可視化管理實現各個生產作業(yè)環(huán)節(jié)的高效調度與修正作用。三維管控系統(tǒng)可以促使礦山的實際生產節(jié)奏更加貼合生產計劃有序進行，利用實時的可視化管控體系實現生產狀態(tài)以及設備設施狀態(tài)的有效調整與調度作用，為礦山的關鍵技術實施以及重點業(yè)務的開展提供極大保障。

6 結語

數字化智能礦山系統(tǒng)對石灰石礦山的實際應用過程中，可以對以下的主要難點問題進行針對性解決：

（1）當各礦區(qū)的礦產資源品位存在分布不均勻的情況時，可以綜合利用卡調系統(tǒng)以及自動配礦功能實際平衡各礦區(qū)的礦產資源品位，使礦產質量滿足生產標準。

（2）礦產資源的資源分布情況可以利用數字化礦山系統(tǒng)進行礦山的數字化模型建模分析從而實現精準的統(tǒng)計與定位。

（3）DIMINE系統(tǒng)還具備爆破設計和采礦可視自動化功能，利用模擬預估功能可以制定出最科學合理的實施方案，避免了因開采技術落后而造成的資源浪費。

（4）DIMINE系統(tǒng)的炮孔實測及品位化驗數據的動態(tài)更新可以綜合臺階預估功能優(yōu)化下一臺階的開采配礦指標，解決礦山資源在傳統(tǒng)測量及勘探中可靠性低以及效率低下的難題。

（5）智能礦山系統(tǒng)還可以利用生產計劃編制功能對生產計劃進行提前規(guī)劃或中長期的預演，從而減少二次倒運需求，降低了開采成本的同時提高整體生產工作效率。

（6）智能卡調系統(tǒng)可以充分展現其生產設備資源的合理配置優(yōu)勢，在相同車輛運作情況下實現更高的生產效率和更低的資源消耗。

（7）生產執(zhí)行系統(tǒng)可以完成質量及產量的管控從線下轉到線上，從事后轉到事中，為企業(yè)的生產效率及管理工作高效開展提供了良好的環(huán)境。

（8）可以利用三維管控系統(tǒng)的優(yōu)勢，對礦山的關鍵業(yè)務實現可視化的實時管控調整，保證礦山的重點業(yè)務在預定范圍內高效執(zhí)行，為礦山的整體生產管理與發(fā)展目標的決策提供關鍵的數據支撐。