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數字化礦山技術應用的基本情況 數字礦山概念 數字礦山是數字地球理念及技術在礦山勘探、開發及礦山管理中的具體應用，是未來礦山的發展的目標和方向；國家提出以“工業化帶動信息化、信息化促進工業化”，“用信息技術改造提升能源、礦業傳統產業”，是對礦山數字化的很好詮釋；學術界認為：構建數字礦山，以信息化、自動化和智能化帶動采礦業的改造與發展，開創安全、高效、綠色和可持續的礦業發展新模式，是我國礦業生存與發展的未來方向。礦山數字化能為礦山帶來很多好處，主要表現在：提高勞動生產率，降低成本的需要，發達國家示范采區勞動生產率大概最少可以提高90%；開采貧礦和深部礦床的需要；改善礦工安全和健康狀況的需要。綜合礦業發達國家礦山數字化建設不同的戰略構想，以及不同學者對數字礦山概念的表達，對數字礦山的概念可以表述為幾個不同的層次：礦山數字化信息系統，即從改變軟件角度入手逐步實現礦山數字化；遠程遙控和自動化采礦，即從改變硬件角度入手逐步實現礦山數字化。具體來說，現階段礦山數字化表現在以下幾方面：實現礦山勘測、規劃、設計數字化，生產過程自動化，經營管理與決策過程數字化；礦山各類信息的采集、傳輸、處理、集成、顯示到應用于生產過程，實現閉環控制；傳統設備的智能化改造；礦山裝備水平更新，生產工藝優化，生產效率提升。 發達國家數字化礦山技術的應用 礦業發達國家的礦山數字化主要從開采過程的自動化、智能化入手，以求最大限度的改善礦工的勞動條件，提高采礦效率。露天礦山在上世紀80年代后期，陸續采用高精度激光/GPS自動測控、快速品位分析儀進行質量控制、GPS卡車自動調度和車輛智能行車系統，實現全天候、高效率、安全生產。進入上世紀后90年代末期，這些國家信息化的重點已經轉移到地下礦山生產過程自動化，實現遠程遙控和自動化操作。國外數字化成功的經驗說明，正是由于大量革命性的技術的使用，才使得數字化能夠真正落實、見效。這些技術主要包括。（1）快速品位分析儀。這是一種相對分析技術，但只要標樣全面，分析結果非常精確。最初的快速品位分析儀采用放射源激發電子飛躍，適用場合很受限制；最新技術采用激光激發，安全、可靠，適用范圍非常廣泛，可同時快速分析多種元素或元素組合。目前，礦山可選用的有各種配置。（2）激光雷達應用。用于高精度實時測控和井下導航，是井下礦山必需設備。（3）GPS定位技術的應用。對礦山卡車、挖掘機、鉆機、推土機實行定位，動態跟蹤其工作狀態和設備參數，從而達到自動安排車輛任務，計算產量。 數字化礦山技術在我國應用的總體情況 國內礦山數字化技術約有20年歷史，在2005年以后得到較快發展。特別是近年來，在煤炭、冶金、有色及黃金等行業，礦山數字化得了空前的發展，相當一部分企業已經實現全面數字化，最突出的代表是首鋼水廠鐵礦、神華北電勝利煤礦、德興銅礦及招遠金礦等。在我國數字化礦山技術實施過程中，先進的技術和理念與礦山企業的融合成為較大的難點。硬件系統、自動控制系統、網絡系統等可以快速與國際接軌；軟件系統、系統集成與規劃、管理理念的提升與管理過程的規范化則仍需要做較多的工作?？傮w來說，我國礦山企業數字化技術與先進國家相比仍有較大差距，但處于一種強勁的發展階段。數字化礦山技術在我國水泥礦山應用的基本情況國內水泥行業礦山數字化起步更晚，新型干法水泥生產線的工藝過程已經實現了自動化、生產現場遠程可視化。但水泥礦山在地測數字化、采礦生產優化、調度自動化、品位在線監測、現場可視監測及統一通訊等方面才剛剛起步，國內只有極少數礦山開始進行數字化技術的嘗試。水泥礦山有以下特點：礦山信息化基礎薄弱，技術人員少；粗放式管理，員工工作負荷大；生產任務緊，欠賬多；采礦工藝上基本上露天臺階爆破，按經驗進行爆破設計、配礦。同時，部分水泥礦山地質條件復雜，礦層與夾層交錯，在生產過程中準確控制品位不易，大大增加了礦山生產組織和管理難度；礦石質量波動大，極易出現達不到控制指標的原料，使水泥生產存在嚴重質量隱患等問題。所有這些問題，可以通過采用數字化礦山技術加以調整和解決，對提升礦山效益，促進水泥生產影響意義深遠。 我國水泥礦山應用數字化礦山技術的要點 數字化礦山配礦系統結合礦山的特點，以地質統計學克里格法為基本依據，建立地質數學模型。依據克里格法獲得的單元品位估值，用線性規劃和模擬開采方法建立了迭代優化配礦方法，進行配礦。（1）地質數據庫的建立。將地質勘探工作提供的各項數據錄入到計算機內，以作為單元品位計算的依據。地質數據庫的數據主要由鉆孔和探槽的地質信息組成。建立地質數據庫后，在計算機內形成三維礦體、剖面、鉆孔模型圖，由計算機統計和分析全礦的礦石質量情況。（2）三維地質模型建立與單元品位估值計算。以設計臺階參數為參考，將礦體模型劃分為適合尺寸的單元，建立全礦單元文件。地質統計學以區域化變量理論為基礎，以變異函數為主要工具，研究那些在空間分布上既有隨機性，又有結構性的隨機變量，在礦體建模方面有獨到之處。采用最優、線性無偏估計研究礦石品位的空間變異性、礦石與夾石的空間分布、不同塊段的品位變化情況，計算給定邊界品位下的礦石的儲量，得到各單元的化學成分的計算結果，其結果存入單元數據庫，利用單元數據庫可以迅速做出各個水平分層的質量分布圖和各剖面的質量分布圖。（3）中、長期配礦計劃的編制。采用模擬開采和線性規劃與迭代優化相結合的方法編制中、長期配礦計劃。模擬開采設計是在品位估值后建立的礦床模型上進行的，首先圈定一個采區，由計算機統計在這個開采境界中的礦塊數，從而得到這個采區礦石的平均品位和礦量，最后把計算結果代入線性規劃模型（依據生產控制指標建立）中求解；如結果不理想，則重新圈定采區，直到求出最優解。（4）生產配礦計劃編制。生產配礦計劃是直接用于指導礦山生產的短期性生產計劃。為了保證生產配礦計劃的準確性，在編制生產配礦計劃時我們以生產勘探數據為依據。生產勘探以炮孔巖粉取樣為主，逐孔取一個樣品，通過化學分析，可得各樣品的CaO、Al2O3、MgO等的品位值。將生產勘探數據存入生產地質數據庫，以備生產配礦時調用。生產地質數據庫的內容有：臺段編號、采區編號、炮孔號、炮孔坐標，CaO、Al2O3、MgO等。生產配礦計劃的編制以當班生產的礦石品位接近所在年度的配礦品位為目標，各挖掘機的所在位置決定了各采區的品位，每班生產開始前，調度員將生產日期、計劃班產量，各臺挖掘機所在位置坐標輸入計算機，根據炮孔數據庫的數據，計算出各臺挖掘機當班的采出礦石品位，通過規劃計算可得當班各采區的最優配礦比例,根據比例計算出各個采區的配礦量。#p#分頁標題#e# 生產調度系統 （1）初級應用。對采場及卸礦點采用全數字視頻監控系統監控，視頻數據的傳輸采用無線Mesh網絡系統。生產調度系統由數字視頻監控和無線對講和中心調度室組成。數字視頻監控系統對礦山穿孔、爆破、裝礦、運輸及卸礦等關鍵作業崗位實施視頻監控，視頻數據通過無線Mesh網絡系統傳輸到中心調度室。對挖掘機、礦用自卸車、裝載機、推土機及潛孔鉆機等配備對講機。接受來自中心調度室調度員調度指令。必要時，對礦用自卸車等主要設備實施GPS定位。中心調度室由配礦計算機、視頻DVR服務器、視頻監視器、視頻監控終端和無線對講語音主機等組成。調度員根據配礦計算機班配礦計劃通過無線對講語音通訊系統對各設備進行調度；通過視頻監控終端調節得到最佳觀察效果；通過視頻DVR服務器設定錄像方式，錄像文件的播放方式和錄像時間；通過視頻監視器觀察礦山生產情況及時調整生產。（2）高級應用。礦用GPS自動調度系統用于露天礦山生產調度指揮、監控和生產考核；礦山管理人員利用該系統，可實現對運輸車輛、電動挖掘機及其它工作設備的實時動態監控、優化調度、量化管理，從而大大提高礦山生產設備的利用率和生產效率，提高生產安全性，加強科學管理，實現優化生產。露天礦GPS定位、生產自動化調度系統涉及GPS衛星定位技術、移動通訊技術、GIS技術、運籌學理論及計算機技術等多個領域。系統由調度監控中心、通信網絡、車載系統及管理信息系統等4部分組成。調度中心的電子地圖上可監測移動目標的運行狀態、安全狀態等信息；車載系統接受駕駛員的調度請求和工作匯報，通過通訊網絡傳送給調度監控中心；管理信息系統對車輛、挖掘機的作業進行自動化記錄、計量、統計、分析及調度，同時提供同礦山其他應用軟件系統的接口。 云南某水泥用石灰石礦山實例 截至2006年底，云南某水泥用石灰石礦山年生產規模200萬t，實施的數字化礦山工程包括礦山數字化建模、生產計劃優化和通訊無線化。該礦通過采用地質統計學技術、數據庫技術、無線通訊技術所形成的數字化礦山（礦體），對礦山生產、經營與管理各個環節要素，實現數字化、模型化、集成化管理，將礦山資源管理實現質的飛躍，礦山生產過程預控水平顯著提升，資源利用率提高。具體效果表現在：擴大開采境界，新增儲量1106.18萬t；礦山原設計46年，采用均化（數字化礦體）開采技術后，低品位礦石利用率達到90%以上，增加儲量和計劃剝離廢石量共計2558.86萬t，按利用率90%計算，可利用2302.97萬t，可延長礦山服務年限約13年；礦山可搭配利用1344萬t低品位礦石，減少廢石場占地面積約33萬m2；2003-2005年的3年間共利用低鈣高鋁礦石92萬t；至2006年底，礦山未設排土場，也無廢石外排，實現了零排放開采。山西某水泥用灰巖礦山該礦山年生產規模480萬t。數字化礦山工程包括礦山數字建模、生產計劃優化、采場生產監控可視化和通訊無線化。該礦通過采用現代信息技術、數據庫技術、網絡傳輸技術和無線通訊技術所形成的數字化礦山，將使礦山在企業活動的三維尺度范圍內，運用先進的生產、管理理念和方式，對礦山生產、經營與管理各個環節要素，實現網絡化、數字化、模型化、可視化和集成化管理，將礦山資源管理實現質的飛躍，礦山生產過程自動化水平顯著提升。具體效果表現在：合理利用境界內的低品位礦，一方面增加了礦區資源儲量，另一方面減少了廢石排棄；初步估計礦山服務年限比預計延長5年；環境上少排棄1200萬m3廢石；實現合理配礦，優化配礦，減少了后續加工礦石質量波動，為水泥生產質量奠定了基礎；實現不同質量礦石分爆、分裝、分運，及時合理安排生產調度；可視化生產監控，實現采場作業設備、裝卸場地、主要運輸通道的遠程可視化監控，及時發現露天礦各環節的運行問題，為露天礦的安全生產提供保證。 東北某優質石灰石礦 該礦山的礦石CaO品位51%~55.5%，平均CaO品位為53%左右。根據礦山開采要求，對石灰石需要進行分采。CaO高于54%的石灰石用于輕質碳酸鈣生產、52.5%以上用于溶劑氧化鈣生產、篩余及低品位石灰石用于水泥生產。礦山處于設計階段，設計年生產能力為450萬t。數字化礦山工程包括礦山數字建模、生產計劃優化、采場生產監控可視化和通訊無線化。具體包括：合理確定不同礦層的品位、準確定位不同品位礦石的空間分布；實現不同品位礦石分爆、分裝、分運，及時合理安排生產調度，以此實現資源的最優化利用；可視化生產監控，實現采場作業設備、裝卸場地、主要運輸通道的遠程可視化監控，及時發現露天礦各環節的運行問題，為安全生產提供保證。 水泥礦山數字化發展趨勢 目前我國石灰石礦山的采礦方式主要是露天臺階爆破開采。隨著工業建設的快速發展，傳統的采礦方法已不能滿足逐漸增大的石灰石礦需求量和對礦石品位控制的要求。社會的進步、科學技術的發展，、使得采礦向設備大型化與智能化、開采連續化、操作自動化、資源數字化及整體數字化等方向發展。借鑒其他礦山數字化過程的經驗，水泥礦山可采取以下步驟進行數字化改造：礦山采場實時可視化監控；礦山地測采數字化；在圖5礦塊線品位分析儀聯網使用；礦山統一通訊技術；采礦生產調度自動化；礦山能源管理自動化；礦山水、氣、油、電消耗采集自動化；礦山生產、安全軟件系統；礦山其它軟件系統；礦山管控一體化平臺等。在一些礦業發達國家，礦山自動化、數字化建設已經成為一種必然。我國一些裝備水平較高的礦山，自動化、數字化建設也已成為一種自覺行動。一些礦山企業建設數字礦山的積極性較高，但在認識上還存在差距，急于求成、重硬件、輕軟件的現象普遍存在，這種觀念需要改變。在信息技術領域，礦山自身力量相時薄弱，既懂管理又懂信息技術的復合型人才缺乏，單靠礦山自己的力量來建設數字礦山比較困難，采取外聯協作是一種較好的解決辦法。數字化礦山的建設可以依層次循序漸進，也可以采用選擇重點逐步擴大或跨越式發展方式，其終極目標是實現礦山真正安全、高效、經濟開采。對于我國礦山，從地質資源數字化、三維可視化入手，開發生產信息管理系統，構建生產調度指揮和安全生產監測系統，應該是更為有效的途徑。#p#分頁標題#e#
