以某石灰石礦山為例探討露天礦山數(shù)字化智能管控系統(tǒng)建設(shè)思路

摘要：數(shù)字化和智能化建設(shè)是當(dāng)今礦山發(fā)展的階段需要，本文以某石灰石礦山為例對(duì)礦山開采中存在問題和需求進(jìn)行分析研究，結(jié)合礦山需求及數(shù)字采礦技術(shù)、信息技術(shù)等，提出露天礦山數(shù)字化智能管控系統(tǒng)的建設(shè)思路、架構(gòu)、具體建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)等，對(duì)礦山企業(yè)如何開展數(shù)字化、智能化建設(shè)對(duì)礦山開采過程實(shí)現(xiàn)綜合管控進(jìn)行解答，為露天礦山的數(shù)字化、智能化建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化智能管控；礦山；系統(tǒng)；數(shù)據(jù)

數(shù)字化技術(shù)、信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的日新月異，不斷推動(dòng)著人類生產(chǎn)和生活邁向新的階段，隨著礦山市場不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，礦山競爭的核心已經(jīng)由傳統(tǒng)的資源優(yōu)勢競爭逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨刃畔⒒⒓苫目萍几偁?，礦山智能化建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生，很多礦山企業(yè)相繼提出針對(duì)自己礦山實(shí)際如何開展數(shù)字化、智能化建設(shè)對(duì)礦山開采過程實(shí)現(xiàn)綜合管控的疑問？本文以某石灰石礦山為例對(duì)露天礦山數(shù)字化智能管控系統(tǒng)的建設(shè)思路、建設(shè)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)、具體建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行論述，為類似礦山建設(shè)數(shù)字化、智能化提供參考借鑒。

1 礦山問題需求分析

該石灰石礦山經(jīng)過多年的露天開采已接近服務(wù)年限后期，資源貧化現(xiàn)象嚴(yán)重，礦石質(zhì)量分布復(fù)雜，生產(chǎn)質(zhì)量搭配控制難度大，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中關(guān)鍵信息傳遞不及時(shí)、誤差大。

根據(jù)上述論述內(nèi)容，礦山目前存在兩個(gè)問題，礦山質(zhì)量問題和信息傳遞問題。

（1）解決礦石質(zhì)量問題核心為摸清礦石資源，根據(jù)礦山勘探情況，礦山開采前期有地質(zhì)勘探資料，后期進(jìn)行了補(bǔ)充勘探，以上勘探工程可以從長遠(yuǎn)角度摸清礦區(qū)境界內(nèi)儲(chǔ)量，編制長遠(yuǎn)規(guī)劃。由于礦區(qū)質(zhì)量分布復(fù)雜，礦山每年對(duì)礦區(qū)以10m*10m的平面間距布置臺(tái)階生產(chǎn)勘探，勘探成果用于指

導(dǎo)下一年開采及配礦計(jì)劃。礦石爆破出礦過程中，礦山質(zhì)控人員對(duì)每個(gè)炮孔均進(jìn)行取樣化驗(yàn)，為生產(chǎn)配礦提供質(zhì)量信息，根據(jù)對(duì)以上礦區(qū)勘探情況了解，綜合利用歷年及日常的勘探信息，建立礦區(qū)品位控制模型體系，從礦山長遠(yuǎn)-年度-短期的計(jì)劃配礦開展工作，將很好解決礦區(qū)開采的質(zhì)量問題。

（2）信息傳遞問題核心礦山開采過程中的執(zhí)行及數(shù)據(jù)集成，執(zhí)行方面主要包括計(jì)劃（長遠(yuǎn)-年度-月度-日計(jì)劃）執(zhí)行、采礦調(diào)度執(zhí)行、破碎皮帶運(yùn)行過程的執(zhí)行。數(shù)據(jù)集成主要是集成礦山各類生產(chǎn)安全信息，為生產(chǎn)執(zhí)行和礦山管理提供數(shù)據(jù)。需要集成的數(shù)據(jù)包括：鉆探數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、計(jì)劃數(shù)據(jù)、爆堆數(shù)據(jù)、調(diào)度數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、耗能數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等。

2 整體建設(shè)思路

針對(duì)礦山問題及需求，數(shù)字化智能管控系統(tǒng)建設(shè)思路如下：

一、以生產(chǎn)質(zhì)量控制為前提

解決礦山質(zhì)量問題，圍繞質(zhì)量控制進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，在系統(tǒng)建設(shè)中的摸清資源情況，礦山合理開采、生產(chǎn)配礦、配礦調(diào)度監(jiān)控等子系統(tǒng)的建設(shè)，皆為實(shí)現(xiàn)控制供礦質(zhì)量在穩(wěn)定需求范圍之內(nèi)。

二、以生產(chǎn)組織過程為系統(tǒng)建設(shè)主線，全面數(shù)字化、信息化建設(shè)。

整個(gè)礦山生產(chǎn)過程包括：勘探、計(jì)劃配礦、爆破設(shè)計(jì)、配礦調(diào)度、采裝和運(yùn)輸、破碎、皮帶到堆場等是數(shù)字化智能管控建設(shè)的主線。

三、以實(shí)現(xiàn)礦山資源可視化、開采方案合理化、生產(chǎn)指標(biāo)控制精細(xì)化、生產(chǎn)調(diào)度智能化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化和高度共享的為目標(biāo)。

3 系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)及內(nèi)容

通過對(duì)該礦山建設(shè)需求的分析，本著建設(shè)一流數(shù)字礦山的目標(biāo)，擬提供三大平臺(tái)(數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺(tái)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺(tái)及數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺(tái))兩個(gè)中心（礦山數(shù)據(jù)中心、調(diào)度監(jiān)控中心），兩個(gè)系統(tǒng)（視頻監(jiān)控系統(tǒng)、露天卡車調(diào)度系統(tǒng)），構(gòu)建數(shù)字化智能管控系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)礦石質(zhì)量智能化控制，安全生產(chǎn)信息及時(shí)共享。

圖3?1數(shù)字化智能管控系統(tǒng)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)中心

1）建立從礦山資源開采、配礦、運(yùn)輸、破碎、皮帶運(yùn)輸整個(gè)涵蓋整個(gè)石灰石生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。

2）梳理礦山數(shù)據(jù)的輸入和輸出內(nèi)容、建立一整套完整的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范的流程，進(jìn)而滿足數(shù)據(jù)的共享。

3）中心數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括：地測采技術(shù)數(shù)據(jù)、車輛調(diào)度數(shù)據(jù)、炮孔數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)、跨帶分析儀數(shù)據(jù)、皮帶稱數(shù)據(jù)及系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)。

4）中心數(shù)據(jù)庫的建設(shè)包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)應(yīng)用。

（2）調(diào)度監(jiān)控中心

對(duì)礦山開采過程智能調(diào)度管理、視頻監(jiān)控等信息進(jìn)行集成，建立礦山智能調(diào)度監(jiān)控中心，調(diào)度監(jiān)控中心包括：調(diào)度大屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器等設(shè)施。

（3）數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)平臺(tái)

數(shù)字采礦軟件平臺(tái)是數(shù)字礦山建設(shè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，平臺(tái)功能涵蓋礦山開采過程中技術(shù)業(yè)務(wù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)的集成化顯示與應(yīng)用，有效解決礦山不同專業(yè)間溝通難、信息不對(duì)稱等問題，消除采、地、測“信息孤島”，增強(qiáng)數(shù)據(jù)集成性，減少出錯(cuò)率，數(shù)字采礦軟件平臺(tái)建設(shè)業(yè)務(wù)內(nèi)容包括：三維地質(zhì)建模、模型更新、智能計(jì)劃編制、采場品位控制、智能配礦、質(zhì)量分析與計(jì)算等內(nèi)容。

（4）礦山生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺(tái)

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)從礦山數(shù)據(jù)采集和集中管理為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與報(bào)表自動(dòng)生成為建設(shè)目標(biāo)，促進(jìn)了礦山安全管理、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理的動(dòng)態(tài)跟蹤與驗(yàn)證，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與手機(jī)app端口數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)與傳輸，提高了礦山管理信息傳遞的時(shí)效性和唯一性，解決礦山信息共享問題，實(shí)現(xiàn)礦山開采過程全方位信息化管理，生產(chǎn)過程協(xié)同。

（5）數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺(tái)

數(shù)字礦山VR系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山安全生產(chǎn)集中可視化管控，該系統(tǒng)以礦山生產(chǎn)和安全監(jiān)測數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以礦山資源與開采環(huán)境三維可視化和虛擬環(huán)境為平臺(tái)，利用三維GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段，將露天礦礦床地質(zhì)、爆堆、臺(tái)階、運(yùn)輸?shù)缆?、破碎站、鏟裝運(yùn)設(shè)備等開采環(huán)境對(duì)象及生產(chǎn)工藝過程、現(xiàn)象進(jìn)行三維數(shù)字化建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)狀況、安全監(jiān)測、人員和設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)三維展示，形成三維可視一體化集成管控系統(tǒng)，支撐企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)運(yùn)營管控。

（6）露天卡車調(diào)度系統(tǒng)

通過計(jì)算機(jī)對(duì)裝、運(yùn)、卸的全過程進(jìn)行控制與管理，做到裝點(diǎn)、卸點(diǎn)不壓車、不待車，充分發(fā)揮設(shè)備效率保證運(yùn)行設(shè)備滿負(fù)荷工作，實(shí)現(xiàn)運(yùn)距最短；自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)資源的合理配置和利用，從而實(shí)現(xiàn)效率最高，消耗最低,產(chǎn)量最大的智能派車的目標(biāo)，提高卡車、鏟裝設(shè)備等設(shè)備使用效率，用相同的數(shù)量的設(shè)備和最低的消耗完成更多的生產(chǎn)任務(wù)。

（7）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

采場制高點(diǎn)建立高清攝像頭，全面掌控采場的鑿巖、裝藥爆破、鏟裝運(yùn)輸?shù)氖沂_采過程，集成和對(duì)接三維可視化管控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)礦上安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控。

4 系統(tǒng)部署設(shè)計(jì)

系統(tǒng)部署如下圖所示。

（1）后臺(tái)服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)

應(yīng)用服務(wù)器：應(yīng)用服務(wù)器通過配置應(yīng)用集群實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、失敗轉(zhuǎn)移功能。

（2）前端用戶接入服務(wù)器方式

系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的方式進(jìn)行部署。

1）采用C/S架構(gòu)部署內(nèi)容，通過服務(wù)程序與數(shù)據(jù)庫對(duì)接；

2）采用B/S架構(gòu)部署內(nèi)容，各級(jí)人員通過網(wǎng)絡(luò)訪問相應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)行日常工作；

3）一些重要的生產(chǎn)、安全信息推送及需要移動(dòng)辦公處理的事務(wù)通過移動(dòng)APP實(shí)現(xiàn)。

圖4?1系統(tǒng)部署

（3）角色和權(quán)限

對(duì)數(shù)字化智能管控建設(shè)的各個(gè)系統(tǒng)使用的各級(jí)人員進(jìn)行角色定義并確定其數(shù)據(jù)使用、查看和審核權(quán)限。

（4）用戶待辦機(jī)制

1）用戶登錄系統(tǒng)后，處理待辦事件，系統(tǒng)根據(jù)待辦事件性質(zhì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫加載相關(guān)數(shù)據(jù)及進(jìn)入待操作界面。

2）依據(jù)用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)或者管理的事情，設(shè)置告警提示功能。

5 礦山數(shù)據(jù)中心構(gòu)建

通過礦山數(shù)據(jù)中心的建立，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間、各業(yè)務(wù)模塊間數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)同步以及保證數(shù)據(jù)的安全性，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及可維護(hù)性。本方案以“礦山數(shù)據(jù)中心”為中心，從數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流兩條線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與功能模塊的劃分。

（1）數(shù)據(jù)中心的組成及與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)系

對(duì)于礦山數(shù)據(jù)管理上分為三個(gè)方面，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用，不同的系統(tǒng)及不同格式數(shù)據(jù)之間通過服務(wù)器數(shù)據(jù)中心交換，流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（2）業(yè)務(wù)流

從礦山的作業(yè)流程上可以分為：地質(zhì)、設(shè)計(jì)與計(jì)劃、爆破、鏟裝、汽車運(yùn)輸、破碎、皮帶運(yùn)輸、堆場各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)，質(zhì)量控制系統(tǒng)建設(shè)將貫通各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。

1）地質(zhì)：有效的利用地質(zhì)勘探、生產(chǎn)勘探、生產(chǎn)炮孔取樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)礦山資源一步步探明清晰。

2）設(shè)計(jì)與計(jì)劃：根據(jù)清晰明確的地質(zhì)模型，利用智能化系統(tǒng)編制礦山規(guī)劃與計(jì)劃，有利于礦山長遠(yuǎn)發(fā)展、合理開采、利潤最大化等。

3）爆破：專業(yè)爆破設(shè)計(jì)系統(tǒng)，極大的提高爆破設(shè)計(jì)效率和爆破質(zhì)量。

4）鏟裝：精細(xì)化、合理化配礦與調(diào)度，提升成礦率和穩(wěn)定供礦，降低倒運(yùn)成本和降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

5）汽車運(yùn)輸：系統(tǒng)自動(dòng)優(yōu)化車、鏟配比，達(dá)到車不等鏟，鏟不待車，車輛運(yùn)距最短，從而實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)能力的提高。

6）破碎：實(shí)時(shí)監(jiān)控破碎過程，模擬破碎機(jī)運(yùn)行環(huán)境，及時(shí)問題反饋與解決，避免安全事故。

7）皮帶運(yùn)輸：實(shí)時(shí)的品位在線分析，嚴(yán)格精準(zhǔn)的控制產(chǎn)品質(zhì)量。

8）堆場：堆場實(shí)施監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解堆場狀況。

圖5?1作業(yè)流程

圖5?2數(shù)據(jù)管理6

系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程梳理

數(shù)字化智能管控系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容涵蓋業(yè)務(wù)功能包括生產(chǎn)計(jì)劃管理、采場質(zhì)量管理、配礦調(diào)度管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和設(shè)備管理及安全管理，各個(gè)業(yè)務(wù)功能存在相互聯(lián)系和數(shù)據(jù)信息傳遞，設(shè)計(jì)其業(yè)務(wù)流程如下圖所示。

圖6?1數(shù)字化智能管控業(yè)務(wù)流程7

結(jié)語

實(shí)踐證明，數(shù)字化智能管控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)礦山的精準(zhǔn)開采和質(zhì)量的穩(wěn)定控制，從而提高低品位礦產(chǎn)資源的綜合利用率，供礦質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)提高礦山生產(chǎn)效率提升，降低設(shè)備能耗及實(shí)現(xiàn)礦山管理信息化、可視化，保障礦石開采過程安全和綠色環(huán)保，極大促進(jìn)礦山降本增效。

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