李先福， 徐 偉， 徐 文

(1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.上海梅山礦業(yè)有限公司，江蘇 南京 210011；3.南京聯(lián)拓科技有限公司，江蘇 南京 210018)

0 引 言

寶鋼集團(tuán)上海梅山礦業(yè)有限公司(原梅山鐵礦)是我國典型的地下開采鐵礦山，埋深達(dá)400余米.經(jīng)過40多年的建設(shè)，已形成年采選400萬噸綜合生產(chǎn)能力的大型國有地下礦山.隨著國際市場鐵礦石質(zhì)量與成本競爭日趨激烈，勞動密集型的采掘業(yè)在組織結(jié)構(gòu)、采選工藝、決策方式等方面都面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn).以數(shù)字信息化技術(shù)帶動傳統(tǒng)的中國礦業(yè)高效、安全、可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為我國礦山建設(shè)的必由之路[1-3].

20世紀(jì)90年代末，上海梅山礦業(yè)有限公司、武漢工程大學(xué)和南京聯(lián)拓科技公司等單位以地下礦山生產(chǎn)工藝為主線，過程自動化為基礎(chǔ)，信息技術(shù)為手段，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為支持，進(jìn)行了數(shù)字梅山鐵礦系統(tǒng)技術(shù)研發(fā).經(jīng)過十年的不斷探索和完善，形成了以數(shù)字鐵礦體模型形態(tài)特征和質(zhì)量特征參數(shù)的研究為基礎(chǔ)，以采礦回采率、回收率、選礦回收率、鐵精礦品位、產(chǎn)率等狀態(tài)數(shù)據(jù)為約束條件，通過數(shù)字配礦系統(tǒng)和管理信息化來不斷優(yōu)化采掘計劃、穩(wěn)定入選原礦的質(zhì)量，最終達(dá)到控制精礦品位和綜合成本低的數(shù)字梅山總體開發(fā)方案(圖1).經(jīng)中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定，該成果在類似礦山中具有廣泛的推廣應(yīng)用前景，達(dá)到了國際先進(jìn)水平(冶礦科成鑒定[2009]第01號).

1 數(shù)字梅山網(wǎng)絡(luò)平臺的構(gòu)建

梅山網(wǎng)絡(luò)平臺自1999年開始建設(shè)，現(xiàn)已建成了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中心和相當(dāng)完善的內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型，主干網(wǎng)1 000 M，100 M/10 M到桌面，外網(wǎng)出口20 M，內(nèi)網(wǎng)承擔(dān)應(yīng)用系統(tǒng)運行.獨立運行的1 000 M工控網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為混合，主干星型，現(xiàn)場為環(huán)網(wǎng)加總線.管理網(wǎng)到目前為止共敷設(shè)光纜280 km，已建成覆蓋全礦區(qū)、應(yīng)用到車間班組的一個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架；工業(yè)控制網(wǎng)主要建在選礦廠、動能、化工公司等，用于工業(yè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和自動控制；監(jiān)控網(wǎng)將地下、地上的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)重要設(shè)備及重大危險源的監(jiān)控信息實時地傳送到礦調(diào)度指揮中心和礦辦，為領(lǐng)導(dǎo)的應(yīng)急決策提供科學(xué)依據(jù)；三網(wǎng)之間采用數(shù)據(jù)橋服務(wù)器作為信息交換平臺，極大地提高了系統(tǒng)的處理效率.梅山三網(wǎng)分離設(shè)計，既滿足了各個應(yīng)用系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咝阅芤?，同時又從根本上杜絕了三網(wǎng)之間各種因素的相互干擾，保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性.

2 數(shù)字梅山礦床勘查系統(tǒng)

數(shù)字礦床勘查系統(tǒng)是利用數(shù)字信息技術(shù)建立一個以三維坐標(biāo)為主線、以數(shù)字礦體為重點所構(gòu)建出來的復(fù)雜信息系統(tǒng)，主要包括礦床地質(zhì)構(gòu)造模型系統(tǒng)、礦體形態(tài)特征模型系統(tǒng)、礦石質(zhì)量特征模型系統(tǒng)以及儲量管理與自動計算系統(tǒng)等，是礦山生產(chǎn)采掘計劃、選礦工藝、藥劑制度的確立和優(yōu)化的基礎(chǔ).

圖1 數(shù)字梅山鐵礦總體研究方案示意圖

根據(jù)不同尺度和精度的地質(zhì)勘探和采掘資料建立的三維數(shù)字礦體模型，能直觀形象地反映出礦體的分布構(gòu)式與形狀大小、礦石類型品級與工藝力學(xué)性質(zhì)等特征參數(shù)的空間變化規(guī)律，可以方便地進(jìn)行任意礦體、任意塊段的儲量自動計算.

3 數(shù)字梅山采礦配礦系統(tǒng)

作為數(shù)字梅山的核心部分，數(shù)字配礦系統(tǒng)是在數(shù)字礦體模型的支持下，通過開采人員、設(shè)備、礦石質(zhì)量實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的反饋[4]，不斷完善優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)計劃而實現(xiàn)的(見圖1).爆破計劃主要是根據(jù)采區(qū)礦體質(zhì)量特征和原礦輸出指標(biāo)要求編制出來的，系統(tǒng)可通過最小爆破單元體模型數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際爆破數(shù)據(jù)的對比，及時地調(diào)整作業(yè)計劃.出礦計劃是梅山配礦流程中的重要環(huán)節(jié)，統(tǒng)計分析各班組出礦車數(shù)、設(shè)備型號、溜井號、檢化驗結(jié)果、大塊數(shù)等回采出礦信息，能動態(tài)地掌握各溜井礦石數(shù)量和質(zhì)量；并通過運輸計劃進(jìn)一步實施配礦，以保證入選原礦的質(zhì)量要求.

4 數(shù)字梅山選礦系統(tǒng)

梅山鐵礦數(shù)字選礦系統(tǒng)是在整個選礦生產(chǎn)過程狀態(tài)數(shù)據(jù)自動監(jiān)測的基礎(chǔ)上，通過反饋控制技術(shù)來實現(xiàn)選礦工藝參數(shù)實時調(diào)整優(yōu)化的決策支持系統(tǒng)，最終達(dá)到穩(wěn)定精礦品位，提高金屬回收率的目的.

選礦過程狀態(tài)數(shù)據(jù)自動監(jiān)測系統(tǒng)能實時顯示出整個選礦工藝中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗、設(shè)備等的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并自動進(jìn)行匯總分析.生產(chǎn)管理人員通過根據(jù)數(shù)據(jù)變化和異常報警情況，迅速地調(diào)整設(shè)備的運行參數(shù).

5 安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

人員與設(shè)備定位系統(tǒng)是根據(jù)梅山公司高效、安全生產(chǎn)的需要開發(fā)的，能及時、準(zhǔn)確地了解井下人員和重要設(shè)備的總數(shù)、具體位置和運動軌跡.該系統(tǒng)通過井下不同位置預(yù)設(shè)讀卡器對所經(jīng)過人員機(jī)械信息進(jìn)行記錄，可以實時監(jiān)控井下人員設(shè)備工作狀況、人員下井超時報警等信息.

井下通風(fēng)實時監(jiān)控系統(tǒng)包括井下大功率風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中啟?？叵到y(tǒng)和風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)，可根據(jù)需風(fēng)量、風(fēng)速、大氣環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測來進(jìn)行風(fēng)機(jī)運行狀況調(diào)整，最大限度地節(jié)約了通風(fēng)電耗.

指紋識別系統(tǒng)是在梅山西南井、副井、主斜井口分別安裝指紋儀，自動記錄所有上下井人員，并隨時進(jìn)行上下井人員安全查詢統(tǒng)計.在-330 m炸藥庫入口處安裝指紋系統(tǒng)，通過指紋驗證開門，從而規(guī)范了爆破人員的進(jìn)出.

6 管理信息系統(tǒng)及決策支持系統(tǒng)

如果說基于數(shù)字礦體與選別指標(biāo)的數(shù)字采礦配礦系統(tǒng)構(gòu)成了數(shù)字梅山生產(chǎn)過程控制的主體，則人、財、物管理信息系統(tǒng)和辦公自動化等構(gòu)成了數(shù)字梅山生產(chǎn)管理的支撐系統(tǒng).梅山人力資源管理系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的手工管理日常人事檔案、考勤、勞動合同、社保計算、薪資發(fā)放等重復(fù)性工作.財務(wù)管理系統(tǒng)通過產(chǎn)、供、銷與財務(wù)的緊密結(jié)合，推行全面預(yù)算管理，實現(xiàn)了礦山企業(yè)料、工、費的動態(tài)管理.物資管理系統(tǒng)主要由計劃、招投標(biāo)、采購、倉儲和合同管理等組成，在企業(yè)內(nèi)形成了業(yè)務(wù)流程和價格體系的統(tǒng)一[5-6].

數(shù)字梅山?jīng)Q策支持系統(tǒng)采用“第三方信息流”設(shè)計思路解決了各應(yīng)用系統(tǒng)信息集成困難的問題[7].該系統(tǒng)以生產(chǎn)工藝為主線，同步顯示生產(chǎn)過程中技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及物耗、能耗、設(shè)備狀態(tài)、成本、安全等信息，經(jīng)整合分析、推理和預(yù)測后又反饋于各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了決策的時效性和科學(xué)性.

7 結(jié) 語

數(shù)字梅山鐵礦建設(shè)是按照整體規(guī)劃、分步實施的原則進(jìn)行的.1999～2003年完成了數(shù)字梅山基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)的建設(shè)，包括礦山網(wǎng)絡(luò)平臺及人、財、物、辦公自動化等管理信息系統(tǒng)建設(shè).2003～2007年重點建設(shè)數(shù)字礦體、數(shù)字采礦、數(shù)字選礦系統(tǒng)以及“料、工、費”為指標(biāo)的動態(tài)核算.近二年重點是管理、自控、視頻系統(tǒng)的數(shù)字化整合，最終實現(xiàn)了生產(chǎn)過程管控一體化系統(tǒng).數(shù)字梅山實施后，其采礦回收率由63.9%提高到82.51%，鐵精礦穩(wěn)定率由88.72%提高到94.97%，金屬回收率提高了0.76%，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益4 824.2萬元/年(冶礦科成鑒定[2009]第01號).

致謝：數(shù)字梅山系統(tǒng)是多單位多領(lǐng)域?qū)＜液献魍瓿傻?，因此屬集體成果.工作中得到了梅山礦業(yè)有限公司楊念亮、陳青波、樊繼平、張劍鋒、饒世武等的指導(dǎo)，得到了葉揚、王波、周斌、李元松、田斌等同志的幫助，在此一并感謝.

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