數字礦山

數字礦山是用數字在三維空間反映和再現物質礦山的虛擬礦山。

兩個層次：第一層次：礦區地理模型、礦床模型第二層次：嵌入用數字反映的開采、選礦、經營管理等活動。

一個平臺：MGISMGIS地理模型礦床模型采礦選礦經營管理12/10/20221數字礦山數字礦山是用數字在三維空間反映和再數字礦山的基本特征1、以高速企業網為“路網”；2、以采礦CAD、虛擬現實仿真、科學計算與可視化為“車輛”；3、以礦業數據和礦業應用模型為“貨物”；4、以數據挖掘為“包裝”；5、以多源異質礦業數據采集與更新系統為“保障”；6、以MGIS平臺上開發的功能軟件為“調度”。在圍繞以上6項基本特征的關鍵技術支持下的一整套礦山自動化軟件系統。12/10/20222數字礦山的基本特征12/10/20222爆破仿真模型地質屬性推斷模型MGIS礦山計劃與決策境界優化計劃編制穿爆設計生產實時監控調度采場調度選場調度災變預警鉆機、電鏟、汽車、其他設備碎礦、磨選、過濾脫水精尾輸送過程控制邊坡、尾礦壩、排土場監控數據采集測量勘探傳感數據庫模型庫數據倉庫…………儲量計算模型爆破仿真模型邊坡等災變模型應用軟件庫MCAD…………VR遙測遙感…………文檔數字礦山框架圖

12/10/20223爆破仿真模型地質屬性推斷模型MGIS礦山計劃與決策境界優化計開發“數字礦山”的必要性礦山面對：*復雜多變的礦床形態和地質構造；*作業地點多、分散在多個臺階上，距離數公里；*采礦作業地點和設備在不斷移動，多種工藝立體交叉作業；*安全條件和環境惡劣。礦山需要：*更清楚地掌握礦床形態、礦巖屬性等信息*掌握設備地點、狀態、作業進度、工程質量等信息；*預報災變發生可能和環境惡化的狀況；*快速反應、快速運算、輔助決策的手段。數字礦山：*提供充分的礦床形態、礦巖屬性、地質構造信息；*全面監控設備的地點、狀態、作業進度和工程質量；*監控災變可能和環境污染；*快速反應、快速運算、輔助決策的手段。建成“數字礦山”后，推動我國礦山計算機應用，將大大提高礦山管理水平，充分發揮管理人員的作用，改善資源利用，提高精礦品位，提高生產能力，降低成本，改進安全狀況，為國民經濟發展作貢獻。12/10/20224開發“數字礦山”的必要性礦山面對：*復雜多變的礦床形態和地質建立“數字礦山”的現實可能性1）科學技術飛速發展，計算機技術、信息技術、自動化技術、檢測監控技術、包括無線通信網絡在內的網絡技術、GPS（全球定位系統）定位技術、RS（遙感）技術、GIS（地理信息系統）、VR（虛擬現實）技術、優化與人工智能方法、ERP（企業資源計劃）技術、數據倉庫技術等的現代發展水平，足以支持“數字礦山”的開發。2）國外礦山計算機應用發展模式為我國建立“數字礦山”提供了良好經驗。3）我國礦山在九十年代后期以來，在地測、采掘計劃與爆破設計中應用CAD技術、在采場應用自動調度技術、在選場應用過程控制技術、GPS、無線通信的應用等，特別是礦山已普遍在不同程度上熟悉了計算機應用，構成建立“數字礦山”的良好基礎。12/10/20225建立“數字礦山”的現實可能性1）科學技術飛速發展，計算機技術國外礦山計算機應用發展現狀1）CAD技術在礦山地測、采掘計劃編制和采礦設計中已普遍應用，基于GIS的三維建模已經實用，已有十余種功能齊全、可用于露天和地下礦山的地測、采掘計劃編制、采礦設計的商品軟件，Modular公司的Dispatch自動調度系統1997年已在79個露天礦山（包括德興銅礦）應用，采場大型采礦、運輸設備已裝備作業監測監控和故障診斷裝置、并通過無線通信得到調度監控，GPS-RTK技術已局部取代光學測量方法，邊坡自動監測技術已得到實用。2）80年代先進選廠已達到管理控制全面自動化的水平，有的已更新換代幾次，近年來，基于DCS、FCS的計算機控制系統已在大型選廠普遍應用，智能控制策略進入實用，CIMS（計算機集成制造系統）在選礦自動化領域方興未艾，是選礦自動化的發展方向。3）從九十年代七瑞典、加拿大、芬蘭等國已研究遙控鏟運機采礦，加拿大研制了激光探測車，在坑道中掃描獲得坑道斷面的精確坐標，作為以后采礦設備進入坑道作業時自動定位的依據，美國Caterpillar公司和日本小松公司研制了無人駕駛汽車，分別在日本、加拿大、澳大利亞和美國試用成功。國外已進入研究開發遙控、自動化、無人采礦工藝的階段。12/10/20226國外礦山計算機應用發展現狀1）CAD技術在礦山地測、采掘計劃國內技術發展現狀從七十年代開始，在馬鞍山礦山研究院、東北大學、北京科技大學、長沙礦冶研究院、中國礦業大學、遼工大以及很多礦山共同努力下，我國礦山計算機應用取得很大的進展：1）在金廠峪金礦、梅山、大姑山、邯邢、南芬、歪頭山、水廠、蘭朱等鐵礦、金川鎳礦、德興銅礦、伊敏河、平朔、準格爾、平莊等礦區先后應用了開發程度不同的CAD地測、采掘計劃和采礦設計軟件。2）在南山、南芬、大石河、伊敏河、撫順西露天礦等先后開發了計算機輔助調度系統，在水廠鐵礦開發并成功應用了自動調度系統。3）已有礦山試用GPS-RTK技術于地形測量、邊坡監控，作了有益的嘗試。4）在選礦方面較成熟的有破碎過程的PLC邏輯連鎖控制和恒功率自動控制，磨礦過程恒定給礦、磨機負荷和分級溢流濃度控制、浮選過程的自動給藥控制、濃縮過程的濃度控制等。DCS僅有局部應用。5）邊坡監測已由機械量測和電測發展到無線遙控遙測、連續主動監測，邊坡自動監測系統，已有成功預測預報的實例。雖然有以上進展，但還不夠完善、還未能形成系統，不能取得大的效益。12/10/20227國內技術發展現狀從七十年代開始，在馬鞍山礦“數字露天礦的研究和開發”課題設三個系統

數字露天礦地測采掘（GIS）系統采場經營管理系統安全預警生產實時監控調度系統選廠開發平臺及系統管理12/10/20228“數字露天礦的研究和開發”課題設三個系統

數字露天礦地測采數字露天礦地測采掘（GIS）系統采場經營管理系統安全預警生產實時監控調度系統地質測量采掘計劃穿爆管理采場生產實時監控調度卡車鉆機其他移動設備野外設備監控傳輸礦山ERP管理安全環保管理人力資源管理銷售運輸管理材料庫存管理固定資產管理財務核算管理邊坡穩定預警排土場泥石流預警尾礦壩穩定預警過程級實時監控調度碎礦磨選脫水過濾及精尾礦輸送廠礦級實時監控調度選廠電鏟卸礦站排土場生產指標統計開發平臺及系統管理圖1數字礦山系統結構

12/10/20229數字露天礦地測采掘（GIS）采場經營管理系統安全預警生產實時地測采掘（GIS）系統地質測量采掘計劃穿爆設計地質測量子系統GIS全站儀測量值炮孔樣品數據鉆孔樣品數據槽探樣品數據地形圖采場現狀圖炮孔施工圖地質剖面圖地質平面圖地質方塊模型儲量計算表調度傳輸數據財務核算傳輸長期計劃編制子系統年季月計劃編制子系統周日計劃編制子系統穿爆設計子系統目標管理數據境界圈定年級月季花周日計劃穿爆設計地質采掘系統*包含地質測量、采掘計劃、穿爆管理三個子系統。*均以GIS為開發平臺*均以礦區模型和礦床模型為基礎。*地測子系統的輸入：勘探樣品、測量數據、財務數據、GPS檢測數據。

設備檢測數據12/10/202210地測采掘（GIS）系統地質測量采掘計劃穿爆設計地質測量子系統地質測量子系統

地質測量子系統GIS全站儀測量值炮孔樣品數據鉆孔樣品數據槽探樣品數據地形圖采場現狀圖炮孔施工圖地質剖面圖地質平面圖儲量計算表財務核算傳輸設備檢測數據礦區地理模型礦床模型屬性數據庫12/10/202211地質測量子系統地質測量子系統全站儀測量值炮孔樣品數據鉆孔樣邊坡監控排土場監控尾礦壩監控碎礦監控磨選監控過濾脫水精尾輸送其他車輛卸礦巖處電鏟車載臺鉆機車載臺卡車車載臺卡車定位信息作業監測信息故障診斷信息鉆孔定位信息鉆機定位信息作業監測信息故障診斷信息礦巖界限定位采場地形信息電鏟定位信息作業監測信息故障診斷信息車輛定位信息作業監測信息故障診斷信息工藝參數信息設備參數信息監控畫面信息統計決策數據位移監測信息水文監測信息地壓監測信息選廠調度室礦調度室安全信息預警設備故障信息預警選場動畫作業信息顯示采場動畫作業信息顯示信息數據庫指令指令采場地圖指令排圖場地圖指令采場地圖采選生產統計指標采場地形礦巖界線炮孔位置信息安全環境子系統目標管理子系統穿爆設計子系統固定資產子系統計劃子系統地測子系統圖3生產實時監控調度系統結構圖采用GPS定位、檢測、監控、故障診斷、無線通信、優化方法、數據管理技術

安全預警選廠監控調度采場監控調度12/10/202212邊坡監控排土場監控尾礦壩監控碎礦監控磨選監控過濾脫水精尾輸送采場監控調度其他車輛卸礦巖處電鏟車載臺鉆機車載臺卡車車載臺卡車定位信息作業監測信息故障診斷信息鉆孔定位信息鉆機定位信息作業監測信息故障診斷信息礦巖界限定位采場地形信息電鏟定位信息作業監測信息故障診斷信息車輛定位信息作業監測信息故障診斷信息指令指令采場地圖指令土場地圖指令采場地圖礦調度室GPS12/10/202213采場監控調度其他車輛電鏟車載臺鉆機車載臺卡車車載臺卡車定位信選廠監控調度碎礦實時監控調度磨選實時監控調度脫水過濾精尾礦輸送實時監控調度選廠調度室礦調度室采集底層信息監控畫面存儲12/10/202214選廠監控調度碎礦實時監控調度磨選實時監控調度脫水過濾精尾礦輸經營管理系統

*包含七個子系統。以“礦山ERP管理子系統”為綱。

*研究符合礦山生產、經營、管理特點的ERP模型。

*重視分析系統中的信息流、信息共享和數據管理。

*強調方便基層用戶的系統訪問和信息共享。

*應用優化方法保證管理目標的實現。礦山ERP管理財務核算管理財務核算管理安全環保管理人力資源管理銷售運輸管理材料庫存管理固資設備管理經營管理系統12/10/202215經營管理系統

*包含七個子系統。以“礦山ERP管理子系統”為關鍵技術

*數據采集技術——除常規方法外，采用遙測遙感（GPS、RS）、監測監控（傳感）。*數據倉庫技術——包括數據倉庫和應用模型庫。研究標準，數據組織、元數據管理。*GIS和真3D技術——以MGIS拓樸建模作為礦山各類空間模型和軟件的公共平臺和載體。*VR技術*優化決策、動態計劃技術、ERP管理*生產監控調度技術——實現采場、選場、災變可能全面監測監控*選礦全過程自動化、數字化、智能化

12/10/202216關鍵技術

*數據采集技術——除常規方法外，采用遙測遙感（G謝謝12/10/202217謝謝12/10/202217數字礦山

數字礦山是用數字在三維空間反映和再現物質礦山的虛擬礦山。

兩個層次：第一層次：礦區地理模型、礦床模型第二層次：嵌入用數字反映的開采、選礦、經營管理等活動。

一個平臺：MGISMGIS地理模型礦床模型采礦選礦經營管理12/10/202218數字礦山數字礦山是用數字在三維空間反映和再數字礦山的基本特征1、以高速企業網為“路網”；2、以采礦CAD、虛擬現實仿真、科學計算與可視化為“車輛”；3、以礦業數據和礦業應用模型為“貨物”；4、以數據挖掘為“包裝”；5、以多源異質礦業數據采集與更新系統為“保障”；6、以MGIS平臺上開發的功能軟件為“調度”。在圍繞以上6項基本特征的關鍵技術支持下的一整套礦山自動化軟件系統。12/10/202219數字礦山的基本特征12/10/20222爆破仿真模型地質屬性推斷模型MGIS礦山計劃與決策境界優化計劃編制穿爆設計生產實時監控調度采場調度選場調度災變預警鉆機、電鏟、汽車、其他設備碎礦、磨選、過濾脫水精尾輸送過程控制邊坡、尾礦壩、排土場監控數據采集測量勘探傳感數據庫模型庫數據倉庫…………儲量計算模型爆破仿真模型邊坡等災變模型應用軟件庫MCAD…………VR遙測遙感…………文檔數字礦山框架圖

12/10/202220爆破仿真模型地質屬性推斷模型MGIS礦山計劃與決策境界優化計開發“數字礦山”的必要性礦山面對：*復雜多變的礦床形態和地質構造；*作業地點多、分散在多個臺階上，距離數公里；*采礦作業地點和設備在不斷移動，多種工藝立體交叉作業；*安全條件和環境惡劣。礦山需要：*更清楚地掌握礦床形態、礦巖屬性等信息*掌握設備地點、狀態、作業進度、工程質量等信息；*預報災變發生可能和環境惡化的狀況；*快速反應、快速運算、輔助決策的手段。數字礦山：*提供充分的礦床形態、礦巖屬性、地質構造信息；*全面監控設備的地點、狀態、作業進度和工程質量；*監控災變可能和環境污染；*快速反應、快速運算、輔助決策的手段。建成“數字礦山”后，推動我國礦山計算機應用，將大大提高礦山管理水平，充分發揮管理人員的作用，改善資源利用，提高精礦品位，提高生產能力，降低成本，改進安全狀況，為國民經濟發展作貢獻。12/10/202221開發“數字礦山”的必要性礦山面對：*復雜多變的礦床形態和地質建立“數字礦山”的現實可能性1）科學技術飛速發展，計算機技術、信息技術、自動化技術、檢測監控技術、包括無線通信網絡在內的網絡技術、GPS（全球定位系統）定位技術、RS（遙感）技術、GIS（地理信息系統）、VR（虛擬現實）技術、優化與人工智能方法、ERP（企業資源計劃）技術、數據倉庫技術等的現代發展水平，足以支持“數字礦山”的開發。2）國外礦山計算機應用發展模式為我國建立“數字礦山”提供了良好經驗。3）我國礦山在九十年代后期以來，在地測、采掘計劃與爆破設計中應用CAD技術、在采場應用自動調度技術、在選場應用過程控制技術、GPS、無線通信的應用等，特別是礦山已普遍在不同程度上熟悉了計算機應用，構成建立“數字礦山”的良好基礎。12/10/202222建立“數字礦山”的現實可能性1）科學技術飛速發展，計算機技術國外礦山計算機應用發展現狀1）CAD技術在礦山地測、采掘計劃編制和采礦設計中已普遍應用，基于GIS的三維建模已經實用，已有十余種功能齊全、可用于露天和地下礦山的地測、采掘計劃編制、采礦設計的商品軟件，Modular公司的Dispatch自動調度系統1997年已在79個露天礦山（包括德興銅礦）應用，采場大型采礦、運輸設備已裝備作業監測監控和故障診斷裝置、并通過無線通信得到調度監控，GPS-RTK技術已局部取代光學測量方法，邊坡自動監測技術已得到實用。2）80年代先進選廠已達到管理控制全面自動化的水平，有的已更新換代幾次，近年來，基于DCS、FCS的計算機控制系統已在大型選廠普遍應用，智能控制策略進入實用，CIMS（計算機集成制造系統）在選礦自動化領域方興未艾，是選礦自動化的發展方向。3）從九十年代七瑞典、加拿大、芬蘭等國已研究遙控鏟運機采礦，加拿大研制了激光探測車，在坑道中掃描獲得坑道斷面的精確坐標，作為以后采礦設備進入坑道作業時自動定位的依據，美國Caterpillar公司和日本小松公司研制了無人駕駛汽車，分別在日本、加拿大、澳大利亞和美國試用成功。國外已進入研究開發遙控、自動化、無人采礦工藝的階段。12/10/202223國外礦山計算機應用發展現狀1）CAD技術在礦山地測、采掘計劃國內技術發展現狀從七十年代開始，在馬鞍山礦山研究院、東北大學、北京科技大學、長沙礦冶研究院、中國礦業大學、遼工大以及很多礦山共同努力下，我國礦山計算機應用取得很大的進展：1）在金廠峪金礦、梅山、大姑山、邯邢、南芬、歪頭山、水廠、蘭朱等鐵礦、金川鎳礦、德興銅礦、伊敏河、平朔、準格爾、平莊等礦區先后應用了開發程度不同的CAD地測、采掘計劃和采礦設計軟件。2）在南山、南芬、大石河、伊敏河、撫順西露天礦等先后開發了計算機輔助調度系統，在水廠鐵礦開發并成功應用了自動調度系統。3）已有礦山試用GPS-RTK技術于地形測量、邊坡監控，作了有益的嘗試。4）在選礦方面較成熟的有破碎過程的PLC邏輯連鎖控制和恒功率自動控制，磨礦過程恒定給礦、磨機負荷和分級溢流濃度控制、浮選過程的自動給藥控制、濃縮過程的濃度控制等。DCS僅有局部應用。5）邊坡監測已由機械量測和電測發展到無線遙控遙測、連續主動監測，邊坡自動監測系統，已有成功預測預報的實例。雖然有以上進展，但還不夠完善、還未能形成系統，不能取得大的效益。12/10/202224國內技術發展現狀從七十年代開始，在馬鞍山礦“數字露天礦的研究和開發”課題設三個系統

數字露天礦地測采掘（GIS）系統采場經營管理系統安全預警生產實時監控調度系統選廠開發平臺及系統管理12/10/202225“數字露天礦的研究和開發”課題設三個系統

數字露天礦地測采數字露天礦地測采掘（GIS）系統采場經營管理系統安全預警生產實時監控調度系統地質測量采掘計劃穿爆管理采場生產實時監控調度卡車鉆機其他移動設備野外設備監控傳輸礦山ERP管理安全環保管理人力資源管理銷售運輸管理材料庫存管理固定資產管理財務核算管理邊坡穩定預警排土場泥石流預警尾礦壩穩定預警過程級實時監控調度碎礦磨選脫水過濾及精尾礦輸送廠礦級實時監控調度選廠電鏟卸礦站排土場生產指標統計開發平臺及系統管理圖1數字礦山系統結構

12/10/202226數字露天礦地測采掘（GIS）采場經營管理系統安全預警生產實時地測采掘（GIS）系統地質測量采掘計劃穿爆設計地質測量子系統GIS全站儀測量值炮孔樣品數據鉆孔樣品數據槽探樣品數據地形圖采場現狀圖炮孔施工圖地質剖面圖地質平面圖地質方塊模型儲量計算表調度傳輸數據財務核算傳輸長期計劃編制子系統年季月計劃編制子系統周日計劃編制子系統穿爆設計子系統目標管理數據境界圈定年級月季花周日計劃穿爆設計地質采掘系統*包含地質測量、采掘計劃、穿爆管理三個子系統。*均以GIS為開發平臺*均以礦區模型和礦床模型為基礎。*地測子系統的輸入：勘探樣品、測量數據、財務數據、GPS檢測數據。

設備檢測數據12/10/202227地測采掘（GIS）系統地質測量采掘計劃穿爆設計地質測量子系統地質測量子系統

地質測量子系統GIS全站儀測量值炮孔樣品數據鉆孔樣品數據槽探樣品數據地形圖采場現狀圖炮孔施工圖地質剖面圖地質平面圖儲量計算表財務核算傳輸設備檢測數據礦區地理模型礦床模型屬性數據庫12/10/202228地質測量子系統地質測量子系統全站儀測量值炮孔樣品數據鉆孔樣邊坡監控排土場監控尾礦壩監控碎礦監控磨選監控過濾脫水精尾輸送其他車輛卸礦巖處電鏟車載臺鉆機車載臺卡車車載臺卡車定位信息作業監測信息故障診斷信息鉆孔定位信息鉆機定位信息作業監測信息故障診斷信息礦巖界限定位采場地形信息電鏟定位信息作業監測信息故障診斷信息車輛定位信息作業監測信息故障診斷信息工藝參數信息設備參數信息監控畫面信息統計決策數據位移監測信息水文監測信息地壓監測信息選廠調度室礦調度室安全信息預警設備故障信息預警選場動畫作業信息顯示采場動畫作業信息顯示信息數據庫指令指令采場地圖指令排圖場地圖指令采場地圖采選生產統計指標采場地形礦巖界線炮孔位置信息安全環境子系統目標管理子系統穿爆設計子系統固定資產子系統計劃子系統地測子系統圖3生產實時監控調度系統結構圖采用GPS定位、檢測、監控、故障