现代新型数字化矿山的构建与实施

刘　梅　南世卿　胡亚军　吕小焕

(河北钢铁集团矿山设计有限公司)



现代新型数字化矿山的构建与实施

刘梅南世卿胡亚军吕小焕

(河北钢铁集团矿山设计有限公司)

摘要通过数字化矿山的构建，创建强有力的支撑平台，全方位服务于增强公司核心竞争力和实现公司战略目标。围绕河北钢铁集团矿业公司数字化矿山的构建与实施，使数字化、智能化、自动化与信息化在矿山应用领域里以广泛覆盖作为发展目标，在此基础上深度互联，实现协同共享，进而实现智能分析处理，同时提供一个开放的“数字矿山系统”,实现技术管理、生产管理与企业管理多系统的集成,满足矿山高效安全低成本的发展要求。

关键词数字矿山协同共享智能分析

随着全球资源市场竞争的日益激烈，现代新型矿山企业数字化建设的作用日益彰显，实施矿山数字化建设是改变企业现状，带动各项工作创新，提升企业核心竞争力，实现可持续发展的必然选择，如何提高企业竞争力在很大程度上取决于矿山企业数字化建设水平。数字化技术是推进国家“两化融合”的深度表现，数字矿山引领行业前沿，具有动态、可控、可视、智能等特点，不仅是设备和技术的集成，还在本质上帮助企业安全生产和提高效益。公司建设数字矿山，更重要的意义在于对现有管理体制、组织结构的变革和创新，整合现有业务流程和生产管控流程，实现流程再造，使变革管理体系达到扁平高效，最终实现零距离管控等理想化目标。现代新型数字化矿山的构建与实施使数字化、智能化、自动化与信息化相融合，深度互联，实现协同共享和智能分析处理，从而实现技术管理、生产管理与企业管理多系统的集成，提高矿山生产安全性和劳动生产率，降低成本[1]。

1基本原则

(1)立足实际，先进可靠稳定。从实际情况出发，实事求是，力争在现有基础上达到技术的先进性，并充分考虑到今后系统运行管理费用的经济性和数据的安全性、可靠性以及对企业运营改变的适应能力。

(2)总体规划、分步实施。从公司发展的整体角度出发，综合考虑地质、测量、采矿和信息化管理的总体需求，统一规划，逐层细化落实，统一设计，分步组织实施。

(3)审慎规划，小步快走，做到“想得要大，起步要小，扩张要快”。“想得要大”是根据对技术发展的预期，审慎确定系统长远的发展目标；“起步要小”是要以小的、容易实现的、效果明显的项目起步，确保初战必胜；“扩张要快”是在已经取得经验和效益的基础上，加快系统扩张的步伐，尽快拿下这个系统所应有的全部经济和社会效益。

在充分考虑公司信息化总体框架原则下，按照生产安全高效、资源循环利用、环境生态优化等绿色矿山建设的业务需求和数字矿山示范单位的要求，确立公司“数字矿山”的建设内容、建设方案，包括生产、安全、环境信息数字化与三维可视化，设备智能化，生产过程自动化，办公网络化，企业管理标准化、规范化与信息化，建立以生产、安全、环境、质量标准化为基础的矿山全面风险管控系统。

2构建与实施

2.1总体目标

以实现企业发展战略为目标，以信息化建设总体蓝图为导向，综合运用现代信息技术及科学的企业管理思想，逐步提高企业信息化程度和企业管理水平，力争在未来3～5 a建立一个集成企业过程控制系统、三维可视化管控系统、生产制造执行系统、ERP系统及企业决策支持系统的现代、科学的综合信息系统平台，真正实现企业“集成一体、管控衔接、三流合一”，从而满足企业的可持续发展，提高企业核心竞争力，帮助企业更快、更好地实现发展战略目标[2]。其具体目标包括：以“数字化、智能化、自动化与信息化融合”为基础，实现“管控一体化”；实现多级多层次风险预控体系；实现资源节约型、环境友好型、安全高效型及基础对象数字化、生产管理精细化、技术装备智能化、人员培训制度化；充分利用企业资源优势，减员增效，实现集约化管理。

2.2顶层设计

数字矿山的顶层设计是第一步将矿山管理分为技术管理、生产管理、企业管理3个层面，第二步将数字矿山工作分为数字化建模、自动化控制、信息化管理3个部分。主要工作内容如下：

(1)矿山生产过程数字化，利用三维可视化工具对矿区、矿床模型、工程、设备与工艺过程进行三维建模与统一管理。

(2)生产设备智能化，矿山生产设备必须具备矿山生产自动化的支撑。

(3)生产过程自动化，包含矿山生产、安全、环保过程自动化监测与监控。

(4)技术管理信息化，指矿山技术各个专业的设计、优化、分析与比较，为生产管理提供全方位的支撑。

(5)生产管理信息化，包括以成本控制为中心的MES生产执行系统、采矿与选矿精细化管理系统。

(6)企业管理信息化，指以人、财、物、产、供、销为主体的ERP系统，企业制度，知识库，办公自动化为基础的企业管理平台作为建设目标。

(7)矿山平行系统，采用三维虚拟系统与生产实际集中统一管理，简化复杂矿山的管理问题。

(8)矿山数据中心，实现数据的集成采集与共享管理。

2.3建设需求分析

关于数字矿山技术和系统的开发与研究大体方向和发展趋势可概括为2个过程、2个阶段。2个主过程是资源储量动态管理和开发研究决策与设计，其中资源储量动态管理包含预查，普查，详查，地质勘探，生产勘探，探采对照的储量新增、升级与核销的过程；开发研究决策与设计过程则包括项目建议书、初步可行性研究、预可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计、工程施工、测量验收。2个阶段是工程建设阶段与生产阶段，其中建设阶段又分为决策阶段、设计阶段和施工阶段。矿山技术工作的内容大致分为资源勘察研究，开拓系统研究，采矿方法研究，供电、提升运输、通风、排水、充填系统研究以及三维可视化设计与管理、项目工作计划与预算、经济技术评价等研究，三维可视化技术可以提供直观了解的平台，减少决策失误。

企业的核心需求是构建信息化基础平台、技术管理平台、生产管控平台，完成企业部门内部各项业务管理职能。信息化基础平台主要是对前期投入的企业网络、服务器、通讯联络、监测监控进行升级改造；技术管理平台主要由地测采三维数字软件、矿产资源管理系统构成；生产管控平台包括矿山平行系统、应急救援指挥系统、生产执行系统等，负责与企业的OA系统、ERP系统进行集成，并为之提供相关数据，且与企业信息化基础设施及安环监测监控系统、生产自动化控制系统实现无缝衔接。

矿山管理业务与系统功能转化后的目标更加直观，需求更为细致，矿山生产管理是实施数字矿山的主体，是数字化管控平台的主要数据来源，这些基础性数据由矿山生产管理的数字化管控平台来获取、处理、分析和管理。见图1、图2。

2.4数字矿山建设内容

(1)信息化基础平台，以现有网络平台为基础，对企业信息化网络、工业自动化网络、视频网络、无线网络、公司总调室、生产调度室、应急救援指挥中心、机房工程进行系统的规划和优化设计。

(2)技术管理平台，该平台建设是矿山数字化的基础，本次建设将作为首要任务来安排，基于三维可视化管理建立相应技术管理制度与规范，建立三维地域模型、矿床模型、工程模型、设备模型，以矿产资源、采选工艺、计划编制三维可视化动态管理作为主要目标，为生产与企业管理平台提供支撑。

(3)生产管理平台，以矿山生产过程精细化管理、三维可视化与自动化集成调度管理作为建设目标，与技术管理平台实现集成互动，同时是沟通技术管理平台与企业管理平台的桥梁。

(4)企业管理平台，从集团的管控模式入手，根据公司、矿山各部门的管理职能规划公司的ERP系统、OA办公自动化系统等其他管理系统，实现人力资源、经营计划、物资采购、仓储库存物流、市场经营、产品销售、财务、企业办公、党群工作、企业档案信息化管理。

(5)决策支持平台，从企业数据中心和矿山数据中心建设、领导综合查询、矿山平行系统深入应用的基础工作入手，利用三维可视化手段实现资源评价、生产过程评价和安环管控评价的综合统计查询目标，在应用中进行总结与沉淀，逐步形成智能化的决策支持平台。

图1　矿山技术管理业务与系统功能转化

图2　矿山生产管理业务与系统功能转化

2.5系统建设组织保障

资金、组织、领导牵头是数字矿山建设的根本保障，建立数字矿山领导小组与执行小组，对项目进行统筹、组织、策划与监督(图3)。

成立以董事长为组长，公司主管领导、职能部门领导、二级部门领导、项目经理等为组员的领导小组。公司数字矿山建设执行小组设组长一人，兼任项目经理，负责总体协调；副组长多人，由各实施小组组长兼任，负责协调各个小组之间的关系。综合组负责后勤保障，标准规范组负责公司标准规范与制度的修订与完善，地质测量组负责地质勘探、生产勘探、生产监督、测量验收，采矿计划组负责采矿设计、生产与计划，选矿工艺组负责选矿工艺过程分析，质检组负责化验、计量、生产统计，安环组负责安全环保自动化系统，人事行政组负责办公信息系统，物资设备组负责物资采购、设备管理系统，市场销售组负责销售系统，财务组负责财务系统的接口，网络技术组负责网络安全及其服务器、数据库。

图3　数字矿山建设组织

2.6培训和人才队伍建设

数字矿山建设人才队伍的培养是关键，结合河钢矿业公司的人才结构、人力资源规划、需求情况，确定数字矿山建设工作中人才工作的培养方向，把建立“三支人才队伍”作为人才建设的基础。

(1)全面加强企业经营管理人才队伍建设，培养数字矿山建设工作中的领军人物。

(2)重点加强专业技术人才队伍建设，注重加强专业技术人才岗位锻炼，加大数字矿山建设培训力度，着眼于企业的长远发展和人才的总体需求，以调整和优化结构为主线，重点做好目前较为紧缺的地质、采矿、测量、综合计划、机械等关键岗位的专业技术人才培训工作。

(3)注重操作技能人才队伍建设，与公司大量采用先进的工艺与现代化装备相适应，以提高岗位操作技能为重点，打造一支精通技术、一专多能，具有较强操控力、胜任力的技能人才队伍。结合生产实际需要，以提高岗位操作水平为根本，以岗位实践技能练兵与职工培训网络学院为手段，强化自我培训的内容，建立操作技能人才培训师资队伍及试题库，注重实际操作能力的培训，全面提升职工素质。同时，加快人才引进，一方面做好大中专毕业生的接收、安置和见习工作，留住人才；另一方面积极做好矿山专业和IT专业的技术人才的引进和培养。

3主要效果

3.1管理水平提升

数字矿山顶层设计规划构建了一整套先进的矿山运行体系，进一步优化了矿山的技术、管理和生产方式，在矿山设计、施工、开采、安全、管理、教育、可持续发展、土地利用规划以及科学决策等方面产生广泛的社会和经济效益，为矿山科学技术的发展提供了强大的动力。通过数字化建设将矿山的空间和属性数据实现远程网络传输、集中存储，应用于地质勘探、矿山生产管理和决策之中，实现地质勘探设计和采矿方案优化；使矿山规划管理具有更高的效率、更丰富的表现手法、更多的信息量、更高的分析能力和准确性，从而提高矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平、综合实力，促进矿山的可持续发展；在有精确三维坐标、时间和对象属性的多维虚拟环境中进行规划、决策和管理，在处理矿山复杂系统问题时更好地建立直观感和全局观念，实现精细化设计；通过矿山生产过程控制系统，提高矿山生产安全性和劳动生产率，降低成本；项目的建设及实施按照数字矿山建设的全面规划进行，系统建设不再各自为政，而是协同共享，发挥其应有的作用，以“数字化、自动化与信息化融合”为基础，实现“管控一体化”，从而提高矿山技术管理、生产管理、企业管理信息化水平，达到矿山管理高效和决策科学化的目的，进一步增强企业核心竞争力。

3.2技术创新能力提升

在现有矿业公司管理网络扩融、总调度室改造、司家营矿区网络优化方案建立起统一综合通讯网络，加强信息安全保障措施，搭建快速、安全、可靠的信息化基础平台；设计研发了安环监测监控系统、露天卡调系统，优化升级选厂自动化系统，自主创新研发了外委车辆GPS定位系统、汽车燃油消耗监测系统、卡车装载运输计量系统、露天边坡监测系统、地压与爆破震动监测系统、供电无人值守系统、排水无人值守系统、皮带无人值守系统、过磅计量无人值守系统等。对新建矿山的自动化系统建设方案充分考虑节能、环保、降耗、安全、高效，相应研发并采用矿体三维模型与高效开采技术、矿山工业厂区三维可视化、安全避险综合通讯系统优化、矿井节能通风网络优化、智能地下排水系统、矿区供电智能控制系统、地下电机车运输综合控制系统、地下电机车无人驾驶系统、地下照明智能调控系统、井下防水门控制系统、地下采运提协同系统、地下铲运机远程遥控技术、斜坡道交通信号系统、井下溜破系统、主副井提升系统。

4结论

现代新型数字矿山建设是变革和创新现有管理体制和组织结构，整合现有业务流程和生产管控流程，实现流程再造，使变革管理体系达到扁平高效，最终实现零距离管控等理想化目标。因此，必须立足矿山发展战略，以数字矿山建设推动工艺流程再造，倒逼体制机制变革，实现公司管理扁平和效率提升，打造持续盈利能力和长远竞争能力。

参考文献

[1]张云生,李文.首钢矿业公司数字矿山探索与实践[J].金属矿山,2007(8):241-245.

[2]朱超,吴仲雄,张诗启.数字矿山的研究现状和发展趋势[J].现代矿业,2010(2):25-27.

(收稿日期2015-12-13)

刘梅(1982—)，女，工程师，063700 河北省唐山市滦县响堂镇。

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