賀 君

(中國廣核電力股份有限公司， 廣東 深圳市 518000)

0 引 言

數(shù)字礦山是礦業(yè)領(lǐng)域的熱門研究內(nèi)容。我國《“十三五”資源領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》提出：為全面提升我國礦山行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，推動傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，充分利用現(xiàn)代通信、傳感、信息與通訊技術(shù)，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)過程的自動檢測、智能監(jiān)測、智能控制與智慧調(diào)度，有效提高礦山資源綜合回收利用率、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益收益率[1]。毋庸置疑，采礦工具與技術(shù)的變革是我國礦山企業(yè)升級轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路[2]。

上世紀(jì) 80年代起，我國露天礦山的比重逐漸增加，露天礦較之地下礦山具有運用大量大型自動化設(shè)備、工藝先進(jìn)、產(chǎn)量高的特點[3]?；谝陨咸攸c，我國露天礦山十分注重安全高效科學(xué)管理，數(shù)字礦山可以為其提供一個很好的平臺。目前，國內(nèi)外高校、科研單位、礦業(yè)公司已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，并在一些礦山建立了數(shù)字化體系，取得了一定的成果，但與真正意義上的數(shù)字礦山依然相差較大。

鑒于此，筆者擬從工程應(yīng)用的角度，從數(shù)字礦山軟件、硬件、發(fā)展趨勢等方向開展相關(guān)分析和研究，為露天礦山數(shù)字化發(fā)展提供助力。

1 數(shù)字礦山的含義

國內(nèi)外許多學(xué)者都對“數(shù)字礦山”進(jìn)行了定義并提出了自己的見解，但并沒有統(tǒng)一的定義。綜合之前學(xué)者的相關(guān)研究，數(shù)字礦山首先是將礦山各個時期的每個地點每個崗位甚至每臺機器的全部信息進(jìn)行采集，在此基礎(chǔ)上建立起一個信息化數(shù)字化的礦山，人們通過這個虛擬的礦山可以了解礦山的全貌，更加科學(xué)的知道生產(chǎn)決策，實現(xiàn)集中管控[4]。數(shù)字礦山以高度的信息化為表現(xiàn)形式，高效率的自動化采礦為最終目標(biāo)[5]。

2 數(shù)字礦山的發(fā)展

從工程建設(shè)的角度來看，數(shù)字礦山的建設(shè)包含硬件和軟件兩方面的內(nèi)容[6]。在軟件方面，研究的主要內(nèi)容包括通過 3DGIS技術(shù)實現(xiàn)三維可視化建模，通過掌握整個礦山的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策分析和科學(xué)管控等；在硬件方面，數(shù)字礦山的關(guān)鍵內(nèi)容主要有海量數(shù)據(jù)的集成平臺、高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、智能檢測設(shè)備或無人設(shè)備等。數(shù)字礦山是一個多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉的復(fù)雜研究課題。

2.1 軟件發(fā)展

2.1.1 三維可視化建模

礦業(yè)軟件的開發(fā)始于上世紀(jì) 90年代，首先在國外礦業(yè)發(fā)達(dá)國家進(jìn)行。目前主流的礦業(yè)軟件包括:英國礦山計算有限公司（MICL）開發(fā)的 Datamine采礦軟件系統(tǒng)、澳大利亞Supac國際軟件公司開發(fā)的 Surpac軟件、澳大利亞 MAPTEK公司開發(fā)的Vulcan軟件、加拿大Kirkham Geosystems公司研發(fā)的 MicroLynx、澳大利亞 Micromine公司開發(fā)的Micromine軟件、北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司開發(fā)的 3Dmine、長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司的DIMINE軟件等，各軟件的應(yīng)用領(lǐng)域見表1。

盡管有許多國家的軟件公司開發(fā)了眾多的礦業(yè)軟件，但其功能大同小異，主要還是集中在礦井三維可視化的功能上，即：提供地質(zhì)數(shù)據(jù)分析和地質(zhì)的三維展示，以及三維的采礦設(shè)計等。并且隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的真三維開采模擬。

表1 主流礦業(yè)軟件

2.1.2 決策分析

目前露天礦的生產(chǎn)決策研究主要集中于以三維可視化模型為基礎(chǔ)的卡車調(diào)度和配礦優(yōu)化。

隨著GPS定位及通訊技術(shù)的發(fā)展，使得露天礦卡車科學(xué)自動化調(diào)度成為可能。露天礦卡車優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)最早在上世紀(jì)六七十年代開始探索。美國Modular公司于八十年代成功研發(fā)出 DISPATH系統(tǒng)，其他國家也開始引進(jìn)其系統(tǒng)，用于露天礦山降本增效。國內(nèi)從上世紀(jì)九十年代開始也逐步進(jìn)行了許多嘗試，并在一些礦山取得了不錯的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益。

自上世紀(jì) 60年代以來，許多學(xué)者運用運籌學(xué)知識進(jìn)行配礦問題分析，線性規(guī)劃被認(rèn)為是最快速有效的求解辦法，但其考慮問題比較簡單，且并不能真正和地質(zhì)圖結(jié)合。隨著3S（GPS，GIS，RS）技術(shù)的發(fā)展和三維可視化軟件的成熟，露天礦山初步實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃和配礦的智能化，可精確實現(xiàn)多礦種、多區(qū)域的品位控制，能夠顯著的提升礦山經(jīng)濟效益（見圖1）。

推進(jìn)《黑龍江省節(jié)約用水條例》《黑龍江省地下水管理辦法》立法，印發(fā)《黑龍江省“十三五”節(jié)水型社會建設(shè)規(guī)劃》《縣域節(jié)水型社會達(dá)標(biāo)建設(shè)工作實施方案(2017—2020年)》，節(jié)水規(guī)劃體系進(jìn)一步完善。

2.1.3 管理和控制

數(shù)字露天礦山最終應(yīng)該展現(xiàn)為一個綜合的管控平臺，可以對露天礦山的各個方面進(jìn)行智能管理和控制。其主要內(nèi)容包括：安全管理、調(diào)度管理、計劃管理、設(shè)備管理、供電管理、采礦管理、水文地質(zhì)管理、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理、文檔管理、財務(wù)管理、材料管理[4]。

圖1 自動化配礦效果[2]

目前這方面的研究仍處于各個部分單獨的管控研究，并未形成真正的整體信息管理平臺。

2.2 硬件發(fā)展

2.2.1 集成平臺

集成平臺是一個用于各類數(shù)據(jù)存儲的軟件平臺[7]，此平臺能夠提供各類信息的接口，用以實現(xiàn)不同部門的數(shù)據(jù)交換。近年來，計算機大型存儲設(shè)備的發(fā)展十分迅速，為礦山信息集成平臺的建立提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2.2 高速網(wǎng)絡(luò)

高速網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)露天礦通訊和遠(yuǎn)程管控的前提。最早以太網(wǎng)被引入一些工業(yè)領(lǐng)域，近些年信息技術(shù)迎來大發(fā)展時代，無源光網(wǎng)絡(luò)和同步數(shù)字體系等其他信息技術(shù)也逐漸應(yīng)用于工業(yè)并取得了成功,礦山企業(yè)也順勢引進(jìn)了這些信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展成了礦山高速信息網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)在礦山信息傳輸方面發(fā)揮著巨大作用[8]。

除此之外，數(shù)字礦山建設(shè)依托網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對礦山的集團(tuán)化管理。

2.2.3 智能設(shè)備

無人機因其簡單易行且精度高的特點，廣泛應(yīng)用于露天礦監(jiān)測和測繪等工作，大大減輕了工人的勞動強度和工作時間。

早在上世紀(jì)八九十年代，美國的卡特彼勒和日本的小松公司運用 GPS和雷達(dá)探測露天礦無人駕駛礦用汽車，減少了人力并實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。

3 發(fā)展趨勢

（1）在軟件方面，未來的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)整個露天礦山的管控一體化，其基礎(chǔ)是以3DGIS技術(shù)支持的數(shù)字礦山海量信息集成平臺。而目前行業(yè)內(nèi)并沒有一個統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)的兼容性差，容易產(chǎn)生信息孤島。因此必須將各類信息標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計合理的數(shù)據(jù)接口，并保證數(shù)據(jù)的安全性。

（2）在硬件方面，今后的研究重點在于智能設(shè)備的研制和高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。設(shè)備智能化是指設(shè)備可進(jìn)行自身運行參數(shù)和運行線路的檢測，并能夠自動控制完成預(yù)設(shè)的采礦任務(wù)，其接口亦可實現(xiàn)人機交互[8]。通過研發(fā)新型傳感設(shè)備實現(xiàn)礦井信息網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定傳輸和全覆蓋是當(dāng)今的研究熱點。目前，我國礦山的智能化程度較低，距離實現(xiàn)真正的智能化礦山還有很長的路要走。

4 結(jié) 語

無論從資源日益枯竭的形勢來看還是從政策導(dǎo)向來說，礦山數(shù)字化都是礦業(yè)企業(yè)的必然趨勢。數(shù)字礦山意在通過建立整個礦山的海量信息集成平臺，對整個礦山實行科學(xué)決策和統(tǒng)一管控，大大提高工作效率和經(jīng)濟效益。

數(shù)字礦山的建設(shè)需要一個漫長的過程，經(jīng)過幾十年的研究，雖然已初步形成一定規(guī)模，但距離真正實現(xiàn)智慧礦山還有很長路要走。在當(dāng)今科技和信息大變革的時代，礦業(yè)企業(yè)只有順應(yīng)浪潮不斷革新，才能煥發(fā)出新的生機。