以某石灰石矿山为例探讨露天矿山数字化智能管控系统建设思路
水泥 杨新锋 刘晓明 2020-02-25
摘要：数字化和智能化建设是当今矿山发展的阶段需要，本文以某石灰石矿山为例对矿山开采中存在问题和需求进行分析研究，结合矿山需求及数字采矿技术、信息技术等，提出露天矿山数字化智能管控系统的建设思路、架构、具体建设内容、建设关键技术等，对矿山企业如何开展数字化、智能化建设对矿山开采过程实现综合管控进行解答，为露天矿山的数字化、智能化建设提供参考。
关键词：数字化智能管控；矿山；系统；数据
数字化技术、信息技术以及计算机技术发展的日新月异，不断推动着人类生产和生活迈向新的阶段，随着矿山市场不断进行转型升级，矿山竞争的核心已经由传统的资源优势竞争逐渐转变为高度信息化、集成化的科技竞争，矿山智能化建设应运而生，很多矿山企业相继提出针对自己矿山实际如何开展数字化、智能化建设对矿山开采过程实现综合管控的疑问？本文以某石灰石矿山为例对露天矿山数字化智能管控系统的建设思路、建设架构和技术架构、具体建设内容、建设关键技术等进行论述，为类似矿山建设数字化、智能化提供参考借鉴。
1 矿山问题需求分析
该石灰石矿山经过多年的露天开采已接近服务年限后期，资源贫化现象严重，矿石质量分布复杂，生产质量搭配控制难度大，生产环节中关键信息传递不及时、误差大。
根据上述论述内容，矿山目前存在两个问题，矿山质量问题和信息传递问题。
（1）解决矿石质量问题核心为摸清矿石资源，根据矿山勘探情况，矿山开采前期有地质勘探资料，后期进行了补充勘探，以上勘探工程可以从长远角度摸清矿区境界内储量，编制长远规划。由于矿区质量分布复杂，矿山每年对矿区以10m*10m的平面间距布置台阶生产勘探，勘探成果用于指
导下一年开采及配矿计划。矿石爆破出矿过程中，矿山质控人员对每个炮孔均进行取样化验，为生产配矿提供质量信息，根据对以上矿区勘探情况了解，综合利用历年及日常的勘探信息，建立矿区品位控制模型体系，从矿山长远-年度-短期的计划配矿开展工作，将很好解决矿区开采的质量问题。
（2）信息传递问题核心矿山开采过程中的执行及数据集成，执行方面主要包括计划（长远-年度-月度-日计划）执行、采矿调度执行、破碎皮带运行过程的执行。数据集成主要是集成矿山各类生产安全信息，为生产执行和矿山管理提供数据。需要集成的数据包括：钻探数据、资源数据、计划数据、爆堆数据、调度数据、设备数据、耗能数据、计量数据、化验数据、视频数据等。
2 整体建设思路
针对矿山问题及需求，数字化智能管控系统建设思路如下：
一、以生产质量控制为前提
解决矿山质量问题，围绕质量控制进行系统建设，在系统建设中的摸清资源情况，矿山合理开采、生产配矿、配矿调度监控等子系统的建设，皆为实现控制供矿质量在稳定需求范围之内。
二、以生产组织过程为系统建设主线，全面数字化、信息化建设。
整个矿山生产过程包括：勘探、计划配矿、爆破设计、配矿调度、采装和运输、破碎、皮带到堆场等是数字化智能管控建设的主线。
三、以实现矿山资源可视化、开采方案合理化、生产指标控制精细化、生产调度智能化、生产数据信息化和高度共享的为目标。
3 系统建设架构及内容
通过对该矿山建设需求的分析，本着建设一流数字矿山的目标，拟提供三大平台(数字采矿软件系统平台、生产执行系统平台及数字矿山VR系统平台)两个中心（矿山数据中心、调度监控中心），两个系统（视频监控系统、露天卡车调度系统），构建数字化智能管控系统架构，实现矿石质量智能化控制，安全生产信息及时共享。
图3‑1数字化智能管控系统架构
（1）数据中心
1）建立从矿山资源开采、配矿、运输、破碎、皮带运输整个涵盖整个石灰石生产过程的数据存储中心。
2）梳理矿山数据的输入和输出内容、建立一整套完整的数据标准，规范的流程，进而满足数据的共享。
3）中心数据库主要存储的数据包括：地测采技术数据、车辆调度数据、炮孔数据、化验数据、跨带分析仪数据、皮带称数据及系统应用数据。
4）中心数据库的建设包括：数据的采集、数据组织和数据应用。
（2）调度监控中心
对矿山开采过程智能调度管理、视频监控等信息进行集成，建立矿山智能调度监控中心，调度监控中心包括：调度大屏、网络交换机、服务器等设施。
（3）数字采矿软件系统平台
数字采矿软件平台是数字矿山建设的基础平台，平台功能涵盖矿山开采过程中技术业务内容，实现矿山生产技术数据的集成化显示与应用，有效解决矿山不同专业间沟通难、信息不对称等问题，消除采、地、测“信息孤岛”，增强数据集成性，减少出错率，数字采矿软件平台建设业务内容包括：三维地质建模、模型更新、智能计划编制、采场品位控制、智能配矿、质量分析与计算等内容。
（4）矿山生产执行系统平台
生产执行系统平台的建设从矿山数据采集和集中管理为基础，以实现矿山生产数据、设备运行数据的自动采集与报表自动生成为建设目标，促进了矿山安全管理、生产管理、设备管理、质量管理的动态跟踪与验证，同时实现与手机app端口数据的联动与传输，提高了矿山管理信息传递的时效性和唯一性，解决矿山信息共享问题，实现矿山开采过程全方位信息化管理，生产过程协同。
（5）数字矿山VR系统平台
数字矿山VR系统平台实现对矿山安全生产集中可视化管控，该系统以矿山生产和安全监测数据及空间数据库为基础，以矿山资源与开采环境三维可视化和虚拟环境为平台，利用三维GIS、虚拟现实等技术手段，将露天矿矿床地质、爆堆、台阶、运输道路、破碎站、铲装运设备等开采环境对象及生产工艺过程、现象进行三维数字化建模，实现对矿山生产环境、生产状况、安全监测、人员和设备状态的实时三维展示，形成三维可视一体化集成管控系统，支撑企业生产调度和生产运营管控。
（6）露天卡车调度系统
通过计算机对装、运、卸的全过程进行控制与管理，做到装点、卸点不压车、不待车，充分发挥设备效率保证运行设备满负荷工作，实现运距最短；自动实现各种生产资源的合理配置和利用，从而实现效率最高，消耗最低,产量最大的智能派车的目标，提高卡车、铲装设备等设备使用效率，用相同的数量的设备和最低的消耗完成更多的生产任务。
（7）视频监控系统
采场制高点建立高清摄像头，全面掌控采场的凿岩、装药爆破、铲装运输的石灰石开采过程，集成和对接三维可视化管控系统，实时对矿上安全生产实时监测监控。
4 系统部署设计
系统部署如下图所示。
（1）后台服务器包括数据库服务器、文件服务器和应用服务器。
数据库服务器、文件服务器：数据存储服务
应用服务器：应用服务器通过配置应用集群实现负载均衡、失败转移功能。
（2）前端用户接入服务器方式
系统采用C/S和B/S相结合的方式进行部署。
1）采用C/S架构部署内容，通过服务程序与数据库对接；
2）采用B/S架构部署内容，各级人员通过网络访问相应系统，进行日常工作；
3）一些重要的生产、安全信息推送及需要移动办公处理的事务通过移动APP实现。
图4‑1系统部署
（3）角色和权限
对数字化智能管控建设的各个系统使用的各级人员进行角色定义并确定其数据使用、查看和审核权限。
（4）用户待办机制
1）用户登录系统后，处理待办事件，系统根据待办事件性质自动从数据库加载相关数据及进入待操作界面。
2）依据用户关心的数据或者管理的事情，设置告警提示功能。
5 矿山数据中心构建
通过矿山数据中心的建立，实现各系统间、各业务模块间数据共享、数据同步以及保证数据的安全性，提高系统的可扩展性及可维护性。本方案以“矿山数据中心”为中心，从数据流与业务流两条线对系统进行规划与功能模块的划分。
（1）数据中心的组成及与业务系统的关系
对于矿山数据管理上分为三个方面，数据采集、数据中心、数据应用，不同的系统及不同格式数据之间通过服务器数据中心交换，流转，实现数据共享。
（2）业务流
从矿山的作业流程上可以分为：地质、设计与计划、爆破、铲装、汽车运输、破碎、皮带运输、堆场各个作业环节，质量控制系统建设将贯通各个作业环节。
1）地质：有效的利用地质勘探、生产勘探、生产炮孔取样化验数据对矿山资源一步步探明清晰。
2）设计与计划：根据清晰明确的地质模型，利用智能化系统编制矿山规划与计划，有利于矿山长远发展、合理开采、利润最大化等。
3）爆破：专业爆破设计系统，极大的提高爆破设计效率和爆破质量。
4）铲装：精细化、合理化配矿与调度，提升成矿率和稳定供矿，降低倒运成本和降低质量风险。
5）汽车运输：系统自动优化车、铲配比，达到车不等铲，铲不待车，车辆运距最短，从而实现整体生产能力的提高。
6）破碎：实时监控破碎过程，模拟破碎机运行环境，及时问题反馈与解决，避免安全事故。
7）皮带运输：实时的品位在线分析，严格精准的控制产品质量。
8）堆场：堆场实施监控，实时了解堆场状况。
图5‑1作业流程
图5‑2数据管理6
系统业务流程梳理
数字化智能管控系统建设内容涵盖业务功能包括生产计划管理、采场质量管理、配矿调度管理、生产统计和设备管理及安全管理，各个业务功能存在相互联系和数据信息传递，设计其业务流程如下图所示。
图6‑1数字化智能管控业务流程7
结语
实践证明，数字化智能管控系统可以实现矿山的精准开采和质量的稳定控制，从而提高低品位矿产资源的综合利用率，供矿质量稳定，同时提高矿山生产效率提升，降低设备能耗及实现矿山管理信息化、可视化，保障矿石开采过程安全和绿色环保，极大促进矿山降本增效。
参考文献:
[1]王李管.数字矿山技术与我国矿山技术升级思考[J].世界有色金属.2015(07):13-18
[2]毕林.数字采矿软件平台关键技术研究[D].中南大学2010
[3]王李管,陈鑫.数字矿山技术进展[J].中国有色金属学报.2016(08)：1693-1710
[4]王李管,曾庆田,贾明涛.数字矿山整体实施方案及其关键技术[J].采矿技术.2006(03):493-498
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