數字化礦山建設及基本技術一、背景

近年來礦山自動化是礦山企業進展的熱門話題，隨著信息技術在礦山生產過程中的應用，礦山系統開頭向自動化、系統化、多元化進展，礦山系統是一個簡單的、動態的、開放的巨大的系統，各個組成部分之間相互影響、相互制約。對于這樣的系統要想最大化的發揮其力量和效益的話，就需要我們快速、精確?????地了解其各個系統運行狀況及特點，并從科學的角度做出精確?????的決策，將系統配套、統一起來，而礦山自動化系統很好的解決了這一問題。

自20世紀下半葉起，德、英、美、澳等采煤技術先進國家，大力推廣自動化、信息化技術，在井上、井下生產、平安等各環節，對主要設備均實現了子系統自動化生產掌握和監測，并采納計算機網絡技術，將全部子系統通過聯網，實現全礦井生產和平安系統的綜合掌握、監測和監視，使生產效率大大提高，平安狀況徹底改善，獲得了巨大的效果。國內煤礦數字化的進展過程與國外采煤發達國家相像，走先單機自動化、單個環節的生產過程自動化，再完成全礦井的數字化的進展路線。

國際上隨著實時礦山測量、GPS實時導航與遙控、GIS管理與幫助決策和3DGM的應用，一些大型露天礦山（包括我國的平朔、霍林河礦區）已可在辦公室生成礦床模型、礦山采掘方案，并與采場設備相聯系，形成動態管理與遙控指揮系統。此外，專家系統、神經網絡、模糊規律、自適應模式識別、遺傳算法等人工智能技術、GPS技術、并行計算技術、射頻識別技術以及面對巖石力學問題的全局優化方法、遙感技術等已在智能礦山地質勘探調查與測量、智能礦山設計、智能礦山開采、方案與掌握、礦山災難遙感預報等討論領域得到應用。

在國內自建國以來，中國礦業經過半個世紀的快速進展，已建成國有礦山近萬座，集體礦山和其他非國有礦山20多萬座，年開采礦石量超過50億t，從業人員2100萬，帶動了300座以采礦和礦產品加工為支柱產業的礦業城市的興起（其中煤炭城市54座）。鄉及鄉以上的礦產采選業產值占GDP的6.27%(1997年)；全國固體礦產產值占世界產值的16.5%(1996年)，居世界其次位，能源礦產產值占世界的9.1%（1996年），居世界第三位。中國已由一個礦業弱國躍入世界礦業大國的行列。中國礦山行業的信息化建設雖然有了較大進展，但總體狀況仍舊很不樂觀。中國礦山在礦山勘察、規劃、設計、生產、管理、全過程監控等信息化”軟”領域，與發達采礦國家的差距越來越大。

礦山企業作為資源開發的主體，其信息化是礦業信息化的重要組成部分之一。礦山信息化即是挖掘先進的管理理念，應用先進的信息技術去整合礦山現有的生產、經營、設計、管理，準時地為礦業”三層決策”系統供應精確?????而有效的數據信息，以便對市場需求做出快速反應，進而提升礦業管理、組織結構、業務流程的變革和延長。

二、礦山企業的基本特征

數字礦山討論的前提，是要首先把握礦山企業的基本特征，針對數字礦山的基本特征來設計數字化礦山總體解決方案。礦山企業一般具有以下特征。

(1)礦山是以自然資源為對象的生產企業。礦產資源的存儲與地質環境的簡單性親密相關，而且其空間位置、形態、元素品位分布等均極富變化。由于資源分布的簡單性、不確定性，局限性了勘探工程掌握程度，人們對資源的認知程度就會隨著開采的不斷進行而慢慢變化。同時，隨著市場價格和開采技術條件的變化，礦體的邊界和形態也會隨之變化，并需要準時變更和修正。

(2)礦山生產環境惡劣、作業空間狹小。對地下礦山而言，由于通道狹長、電磁屏蔽性強、噪音大，正常通訊難以實現，導致生產過程掌握非常困難。

(3)在礦山企業中，不僅生產系統內部存在大量的多源、異質信息流淌，而且系統內部與外部環境之間也存在著信息的交換和流淌。與其它工業企業相比，礦山企業的信息化、智能化、可視化、可控化工作更難實現。

礦山企業的這些特征，使其決策、設計、生產方案、生產調度與過程掌握、平安生產等各個方面均特別簡單。因此，數字礦山的建設必需從系統的角度動身，以企業的信息流為主線，以對生產要素和生產過程掌握為目標，最終實現礦山企業效益最大化。

數字礦山建設涵蓋了礦山企業生產經營過程中，全面實現信息化、可視化、智能化、自動化和決策與管理科學化的全部內容(見圖1)

圖1

三、數字礦山建設目標

隨著計算機技術在采礦業的不斷應用，采礦業正由閱歷型、傳統型向科學型、定量分析與處理、自動化方向進展。我們礦山生產的實際狀況，將下一步數字化礦山建設目標定位于：以計算機及其網絡技術為手段，把礦山的全部空間和有用屬性數據實現數字化存儲、傳輸、表達和深加工，并應用于各個生產環節的管理和決策之中，以實現礦山生產的系統優化，達到提高資源的綜合利用率、降低生產成本、實現利潤最大化的目的。高效快速的推動礦山網絡化、數字化、信息化、綜合自動化在我礦的整體應用。

目前，我國數字礦山建設的詳細目標是：

（1）應用計算機技術、網絡技術、信息技術、掌握技術、智能技術和煤礦生產工藝技術，實現企業的經營、生產決策、平安生產管理和設備掌握等信息的有機集成。

（2）通過應用軟件，實現經營管理科學化，生產方案、生產平安調度、生產過程掌握最優化。

（3）保證煤礦生產平安，提高產量和質量，提高企業經濟效益和競爭力量。

（4）提高對客戶多種要求的響應力量。

”數字化礦井”最終表現為礦井的高度信息化、自動化、高效率、高平安和高效益。

四、數字礦山建設的基本項目及內容

礦山系統是一個簡單的、動態的、開放的巨型系統，各部分之間相互影響、相互制約。對于這樣的系統，只有快速、精確?????地了解各個系統的運行狀況，并使各個子系統配套、全都，再在此基礎上予以優化，才能實時、科學地做出決策，發揮數字礦山系統的最大力量和最佳效益。圍繞數字礦山建設的詳細目標，數字礦山建設的基本內容有：平安監測監控系統、井下皮帶監控系統、主付井提升監控系統、采區變電所監控系統、工業電視監視系統、主要扇風機房監測系統、井下人員定位和管理系統、系統集成平臺建設、礦壓觀測與分析系統、水文監測與分析系統、礦井火災束管監測系統、地測地理信息系統、采礦協同設計系統、輸配電地理信息系統、智能化礦井通防系統、給排水地理信息系統、綜合管線管理系統、平安管理系統、資