数字矿山在贵州省非煤能矿企业的应用研究

臧朕

摘要：从贵州省数字化矿山建设目标、建设步骤及数字矿山应用系统三个方面进行了分析，从而使贵州省矿业企业向数字化矿山进行转型，提高矿山生产效率、提升管理精细化程度、降低生产成本、减少安全风险。

Abstract： This paper analyzes the digital mine construction goal， construction steps and digital mine application system in Guizhou province， so that the mining enterprises in Guizhou Province can realize the transition to digital mine， to improve the production efficiency of mine， improve the degree of management refinement and reduce the production cost， and reduce security risks.

关键词：数字化矿山；自动化；数据采集；信息化；智能化

Key words： digital mine；automation；data acquisition；informatization；intelligentization

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0205-02

0 引言

贵州省作为全国资源大省，对资源的开发利用是该省经济发展的重要手段。但在优质可用资源日趋减少、矿业经济持续低迷的时期，为了实现大力发展实施大数据、大生态战略的建设目标，省内矿业企业必将面临生产模式和管控方法的转型升级，有效提高矿山生产效率、提升管理精细化程度、降低生产成本、减少安全风险将是未来矿业企业发展的必然方向。数字化矿山就是把自动控制技术、互联网技术和信息技术有机的融合在一起，从矿山的整体结构出发，实现整个矿山的数字化和信息化。

1 贵州省数字化矿山建设目标

由于矿山开采三维空间具有不同位置、不同时间，使得地质结构数据繁多，且海量的地质结构数据还降低了数据查询的效率和质量，不利于数据的分类、有序整合，为提高数据查询的效率和准确度，可将這海量数据统一于具有同一时间和空间的网络平台上。不仅如此，利用该网络平台，还能够实时监控和远程操控矿山各开采点，实现矿山开采过程中的远程控制、自动化和无人化。基于此，结合贵州省矿山企业当前阶段数字化建设的实际情况，将其数字化矿山建设目标定为：矿山资源与开采环境安全数字化、决策科学化、管理信息化、生产过程自动化、信息传递网络化、技术装备智能化。

2 贵州省数字化矿山建设步骤

贵州省不仅矿产种类丰富，而且矿产资源存储量大，是我国主要的矿产资源产地之一，然而在实际的矿山开采过程中，贵州省面临着一些问题，包括自动化程度低、生产管理混乱、信息利用效率低下等问题，并且贵州省数字化矿山建设还未完全实现信息化，正处于计算机时代向信息时代转化的关键时期，这意味着全省数字化矿山建设还存在诸多不完善的地方，许多问题亟待解决。此外，矿山建设数字化的实现，要求矿山开采过程中能够准确的获悉与此相关的海量数据，通过矿山整体结构的可视化，实现对矿山每一时刻、每一点实时信息的有效传递，进而达到矿山开采过程信息化和数字化的目的。由此可知，矿山建设数字化的过程是一个任重而道远的过程，必须对其做好前期规划、分步骤实施，本项目所建立的贵州省数字化矿山建设步骤如图1所示。

①建立矿山开采过程中数据采集与更新系统：该系统操作主要包括对共享数据、实时监控数据、地质信息数据进行采集、更新、存储、加工等，其能够有效保证所得数据的可靠性和时效性。

②建立数据监测中心和空间数据监测中心：通过建立监控中心，能够在减少劳动力的同时实现各监测点的远程监控；通过建立空间数据监控能够监测矿山固有的勘探数据、地质数据等，也就是说建立数据监测中心和空间数据监测中心，有利于矿山数据的高效、灵活管理。

③专业算法库：结合收集到的矿山相关数据，考虑矿山开采过程中要求的各项安全准则和技术规范，依照一定的规则，对获得的数据建立专业算法库。通过建立专业算法库，能够实现对矿山数据的加工整理，进而直观、形象的表述出矿山整体结构，并且模拟出整个矿山开采过程，同时就模拟期间出现的各种问题采取对应的解决方案，为开采设计完善提供有益建议。

④GIS数字矿山信息化平台：通过建立该信息化平台，能够实现对各类数据进行交互式数据共享，该平台具有多项功能，包括数据采集与处理、数据输出、数据查询等。不仅如此，该平台还能够把每个用户的不同需求显示在计算机平台上，便于及时高效的接入各个相关子系统，大大提高了信息处理效率，如此对于技术指导、决策执行、生产管理等方面都大有益处。

⑤建设专业应用系统。实际的工程应用是数字化矿山建设的目的和意义，只有将数字化矿山建设应用到具体的工程中，其价值才能得以真正发挥，因此建设专业应用系统至关重要。

3 贵州省数字矿山应用系统

3.1 生产系统实时建模

依据矿山数据实时监控系统获得的数据，将这些数据输入到矿山数字化系统地质建模系统中，并结合采矿理论和矿山工程地质专业知识，对各个实体环节进行三维重现，包括设备监控、开采过程、矿床结构等，同时基于成熟的数据模型和数据分析方法实现矿区图像的生成。可以实时建模的系统包括井巷系统、采掘系统、供电系统、给排水系统运输提升系统、通风系统及通风设施、监测监控、人员定位系统等。

3.2 矿床三维可视化和地质建模

可以利用矿山的地质结构信息、实时监控信息建立矿床地质的三维可视化模型。矿床三维可视化作为一种新型技术，对于矿山生产管理、资源开采和资源管理大有裨益。

3.3 矿山开采规划与设计

可以对矿山的资源储备进行计算，同时利用模块接口能够良好对接矿山规划与设计软件，简化了矿山规划过程中经验性长短期开采计划、设备检测的人员轮班制和人员配置的手动调整，不仅提高了矿山的开采效率，也增加了矿山的经济效益。

3.4 矿井查询漫游

管理者要想实现对整个矿山三维结构的实时监测，矿井查询漫游是一种有效手段。结合数字化矿山系统，建立矿井生产系统模型后，管理者要想获悉某个地点的三维虚拟视图，只需在用户交互界面中输入漫游地点的漫游速度、视角高度、图上坐标等查询参数即可，方便快捷，且准确度高。

3.5 生产系统专业分析

实现所有信息框架在矿山开采过程中的工程应用是数字矿山建设的最终目的，因此工程应用系统是根据三维可视化系统、三维模型系统所建立的矿山虚拟图像进行实际的工业操作。该系统包括工程计算机辅助设计接口（CAD接口）、工程监测、数值模拟接口。利用数值模拟接口，數字化矿山系统能够将获得的矿山数据，结合矿山开采过程中必须遵守的相关规范标准，依照一定的规则建立专业算法库。通过建立专业算法库，能够实现对矿山数据的加工整理，进而直观、形象的表述出矿山整体结构，并且模拟出整个矿山开采过程，同时就模拟期间出现的各种问题采取对应的解决方案，为开采设计完善提供有益建议。

4 结论

随着市场竞争的日益激烈，矿山行业管理者越来越讲究效率，矿山开采过程的无人化、自动化和远程控制势在必行。数字化矿山融合了信息技术、自动控制技术和现代互联网技术，通过在开采过程中应用该技术，能够将整个矿山开采过程（三维空间）统一在一个二维网络平台上，由于该平台具有相同时间、空间坐标，便于在计算机上实时显示管理监督和现场操作情况，使整个矿产输运过程和管理控制过程形成一个自动控制整体。从而使贵州省矿业企业向数字化矿山进行转型，提高矿山生产效率、提升管理精细化程度、降低生产成本、减少安全风险。

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