曾祥峰

(五礦礦業(yè)控股有限公司，安徽 合肥 230091)

0 引言

在“自動化、數(shù)字化、智能化”深度融合的大形勢下，工業(yè)領域正迎來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大變革。勞動力成本在逐步上升，資源環(huán)境承載能力達到了瓶頸，舊的生產(chǎn)函數(shù)組合方式已經(jīng)難以持續(xù)，科學技術的重要性全面上升[1]。為有效降低運營成本，減少礦山生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)間不必要的損耗，實現(xiàn)資源技術的業(yè)務協(xié)同管理、流程規(guī)范化、數(shù)據(jù)標準化，智慧礦山建設已成為礦山發(fā)展新潮流。

智慧礦山概念是由IBM提出的“智慧地球”理念衍生而來。智慧礦山相較于自動化礦山、數(shù)字化礦山、信息化礦山，是一個技術更為先進的礦山發(fā)展階段，是未來礦山企業(yè)發(fā)展的一個新方向[2]。礦山生產(chǎn)經(jīng)營的主要對象是礦產(chǎn)資源，而圍繞礦產(chǎn)資源設計、開采、管理、核銷等技術管理工作則是礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的重要板塊之一,所以構(gòu)建資源技術系統(tǒng)是智慧礦山建設不可或缺的組成部分。

1 資源技術系統(tǒng)構(gòu)建的背景和實現(xiàn)

目標

礦山資源技術管理是礦山的重要業(yè)務之一。礦山資源技術管理業(yè)務涉及采礦、地質(zhì)、測量、計量、質(zhì)量等核心管理業(yè)務，涵蓋礦山生產(chǎn)勘探、采礦設計、生產(chǎn)計劃、資源儲量管理與核銷、生產(chǎn)準備礦量核定、產(chǎn)品產(chǎn)量核定、科研管理等重要內(nèi)容，各環(huán)節(jié)由不同專業(yè)或不同單位(部門)負責完成，既相互獨立，又相互穿插、銜接和制約[3]。礦山資源技術業(yè)務過程中包涵大量數(shù)據(jù)、報表、臺帳、圖紙、報告等為礦山生產(chǎn)服務的產(chǎn)品與成果，對礦山生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)揮著至關重要的作用，其工作質(zhì)量與工作效率將直接影響到礦山的投入、成本和效益，通過資源技術業(yè)務的數(shù)字化和智能化，提升協(xié)同作業(yè)能力，提高工作質(zhì)量與效率，將不斷的提升礦山企業(yè)在礦業(yè)行業(yè)的競爭能力和管理水平。

2 傳統(tǒng)礦山資源技術工作分析

礦山傳統(tǒng)資源技術工作，圍繞礦山生產(chǎn)，按照專業(yè)和工序劃分不同部門和單位，各自開展工作，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、報告和圖表，通過固定的工作流程流轉(zhuǎn)和使用，維持礦山生產(chǎn)經(jīng)營的正常開展。但其經(jīng)常存在如下問題：

一是業(yè)務流程流轉(zhuǎn)繁瑣，并相互穿插和制約，運轉(zhuǎn)效率不高。礦山資源技術工作各業(yè)務環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和成果靠人工逐級上報和匯總，流水線長，沒有高效的流轉(zhuǎn)渠道，管理、決策部門不能及時掌握資源技術業(yè)務開展情況，不能實現(xiàn)及時有效的監(jiān)管，出現(xiàn)問題追溯困難。

二是缺少專業(yè)間的數(shù)據(jù)標準，業(yè)務數(shù)據(jù)的唯一性不能得以保證。礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的業(yè)務性質(zhì)、工藝環(huán)節(jié)、工作階段，會產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)并因為其產(chǎn)生的過程和計算方法不同，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致、甚至相互矛盾的情況，表現(xiàn)在各專業(yè)、各環(huán)節(jié)統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性差，影響和制約礦山生產(chǎn)的綜合性數(shù)據(jù)往往需要大量的二次整理和編輯。同時，受數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計渠道和口徑的影響，輸出的資源量、品位、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工程施工等業(yè)務數(shù)據(jù)在各級管理過程中存在多個數(shù)據(jù)的再次產(chǎn)生，干擾著管理決策，影響著技術管理工作的科學合理與精準性，不利于各級生產(chǎn)經(jīng)營計劃的無偏差執(zhí)行和預算的精準確定。

三是與礦山先進技術、設備和軟件銜接程度不高。傳統(tǒng)礦山資源技術工作，主要依托人工盤庫、計量、二維制圖等手段開展工作。隨著科學技術的不斷進步，國內(nèi)礦山多引入先進技術、設備和軟件，輔助礦山生產(chǎn)，對礦山生產(chǎn)起到積極的推動作用。如三維數(shù)字礦山軟件在礦山的推廣應用，其工作成果也在國家規(guī)范標準的層面上得以認可，但在礦山中多數(shù)停滯在三維建模上，礦山設計仍采用二維設計方式。另外，無人機航測、三維激光掃描儀等新進設備以及自動盤存、自動稱重、礦山生產(chǎn)調(diào)度等先進系統(tǒng)，自成體系，各自運行，其成果人為調(diào)取和使用。這種工作方式不僅限制了其應用的深度和廣度，還因其未形成統(tǒng)一協(xié)作的工作模式和應用環(huán)境，不利于礦山資源及礦山技術工作水平的效率提升和可視化管理。

3 資源技術系統(tǒng)構(gòu)建的關鍵技術

3.1 基于礦山開采全周期管理，構(gòu)建資源技術系統(tǒng)架構(gòu)

資源技術管理內(nèi)容應涵蓋礦山地測采全生命周期的技術工作內(nèi)容，包括礦山測量、井巷工程驗收、地質(zhì)建模、勘探設計、儲量管理、采礦設計、采掘計劃、計劃執(zhí)行(技術)、采場閉采等，實現(xiàn)礦山地測采全生命周期的流程全覆蓋，實現(xiàn)流程透明、數(shù)據(jù)共享，從而實現(xiàn)礦山各專業(yè)的互聯(lián)互通和資源技術工作的高效運轉(zhuǎn)。

在此基礎上，以業(yè)務板塊劃分和業(yè)務流程為主線，形成系統(tǒng)管理工作鏈條，確定工作關鍵環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)運行，構(gòu)建礦山資源技術系統(tǒng)的整體構(gòu)架(見圖1)。

圖1 礦山資源技術管理系統(tǒng)整體構(gòu)架[3]

3.2 規(guī)范業(yè)務管理流程， 統(tǒng)一業(yè)務數(shù)據(jù)標準

資源技術管理系統(tǒng)要結(jié)合礦山的組織結(jié)構(gòu)、崗位職責，理清業(yè)務工作內(nèi)容，梳理業(yè)務工作流程，以國家政策法規(guī)和行業(yè)規(guī)范標準為依據(jù)，以業(yè)務信息化為基礎進行工作流程再造，明確定義每一個工作流程的發(fā)起、流轉(zhuǎn)、審批和歸檔環(huán)節(jié)，并且進一步規(guī)范流程各環(huán)節(jié)的輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)和操作步驟，形成固化到信息管理系統(tǒng)中的工作流程規(guī)范。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準是礦山資源技術管理的基礎和關鍵。礦山各專業(yè)、各環(huán)節(jié)形成的業(yè)務數(shù)據(jù)，必須根據(jù)各專業(yè)能夠相互讀取和利用的原則，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準集中存儲于數(shù)據(jù)中心，并且提供安全、共享、權(quán)限的訪問機制。集中管理工作環(huán)境，對設計參數(shù)、約束條件、技術指標等環(huán)境參數(shù)進行集中、統(tǒng)一、分級管理，并集中管控工作流程，使礦山資源技術管理工作流程化、規(guī)范化和標準化，支持工作流程的追溯和考核。

3.3 建設空間數(shù)據(jù)中心

空間數(shù)據(jù)中心由空間數(shù)據(jù)庫和文件服務器組成。根據(jù)資源技術系統(tǒng)實現(xiàn)特點不同于普通企業(yè)級應用系統(tǒng)平臺，其關鍵作用是實現(xiàn)平臺內(nèi)的協(xié)同設計，三維建模、三維設計等是礦山資源技術管理的主要方向，為了適應后期三維建模設計等工作，以及提高設計人員協(xié)同設計的效率和訪問速率，大量的三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲是核心，采用適合地質(zhì)專業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫是必要的，建議利用PostGIS(空間數(shù)據(jù)引擎)，通過PostgreSQL創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫存儲地質(zhì)數(shù)據(jù)模型、測量數(shù)據(jù)、及采礦設計，同時需要有文件服務器存儲專業(yè)圖檔資料(如圖2)。

圖2 空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模型

3.4 數(shù)據(jù)增量存儲、存儲消重技術的應用

在礦山正常生產(chǎn)經(jīng)營過程中，各專業(yè)、各環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和信息，對于每個技術成果資料而言，都是經(jīng)過反復修訂和完善，這也將產(chǎn)生大量的中間數(shù)據(jù)。加之礦山從基建開始，累計產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和信息更是一個天文數(shù)字。這對數(shù)據(jù)存儲中心來說，將是一個極大的挑戰(zhàn)。所以，在礦山資源技術系統(tǒng)構(gòu)建時，應用數(shù)據(jù)增量存儲、存儲消重技術是必須必要的。

文檔的全生命周期管理是信息管理系統(tǒng)的重要基礎。增量存儲、存儲消重是數(shù)據(jù)存儲中心存儲一個文件從創(chuàng)建、到修改過程、到資料歸檔的全生命周期內(nèi)的所有版本，并可以實現(xiàn)文檔的隨時回退，徹底解決文件版本問題。以實現(xiàn)文件的增量版本存儲，并可通過先進的存儲技術，在存儲很多文件版本的情況下仍不會占用太多的磁盤空間，并且通過創(chuàng)新的存儲索引技術，采用先進的底層存儲技術，確保有極高的訪問效率，從而為文檔的全生命周期管理提供了前提條件。

3.5 技術業(yè)務工作的(半)自動化功能

礦山技術業(yè)務工作中，形成大量的數(shù)據(jù)和資料，這些數(shù)據(jù)和資料成果往往成為下一工序環(huán)節(jié)工作的基礎和依據(jù)。在資源技術系統(tǒng)構(gòu)建時，主要依托智慧礦山平臺建設，形成相關數(shù)據(jù)的自動生成和調(diào)用，如礦山生產(chǎn)計劃的自動編制、生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)的自動調(diào)用、資源量和生產(chǎn)準備礦量的自動管理、井巷工程質(zhì)量自動化驗收和評定、礦石核產(chǎn)的自動運行等，消除人為因素影響，確保數(shù)據(jù)真實可靠，為礦山?jīng)Q策管理提供更為詳實的數(shù)據(jù)和支撐。

3.6 與礦山其他專業(yè)設備和系統(tǒng)軟件的相互對接

由于高新科技進步的日新月異，不少礦山引入了三維數(shù)字礦山軟件、礦山生產(chǎn)計劃編制軟件等行業(yè)先進軟件，引進三維激光掃描儀掃描采空區(qū)，手持式激光掃描儀實測井巷工程，無人機航測技術測量大型采空區(qū)和地表地形等行業(yè)先進設備，改造、開發(fā)礦石自動化盤存、自動化稱重等系統(tǒng)，這些新技術、新設備均在礦山發(fā)揮著積極的作用，有效提升了工作效率。所以，在礦山資源技術系統(tǒng)開發(fā)時，要考慮其與各專業(yè)設備的對接，與各系統(tǒng)及工程技術軟件的無縫銜接，保證在同一平臺上各專業(yè)、各環(huán)節(jié)、各系統(tǒng)間的協(xié)同處理，實現(xiàn)資源技術系統(tǒng)與其他系統(tǒng)和工程技術軟件的集成。

4 預期目標

4.1 業(yè)務流程優(yōu)化帶來人員結(jié)構(gòu)優(yōu)化

采用信息化手段，構(gòu)建資源技術信息系統(tǒng)，勢必帶來流程標準化管理，同時縮減不必要申報、審批環(huán)節(jié)，以及設計圖紙、報表、分析總結(jié)等從系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)庫查詢、流轉(zhuǎn)、打印等，縮減了線下流轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)及時間，達到地質(zhì)資源設計流程透明化、業(yè)務管理流程配置優(yōu)化，重復性的手工作業(yè)人員崗大幅減少，同時工作效率大幅提高的目標。

4.2 物料成本的直接降低

系統(tǒng)基于三維設計軟件，同時設計數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫，這樣有效避免了設計人員由于修改更新不及時導致施工偏差的問題，基于系統(tǒng)內(nèi)工程設計三維模型數(shù)據(jù)，能更加科學合理編排、快速調(diào)整工程計劃，同時及時反映到現(xiàn)場作業(yè)施工，調(diào)整速度大幅提高，避免出現(xiàn)施工材料浪費，直接降低企業(yè)物料成本。

4.3 潛在價值和后續(xù)應用價值的挖掘

該系統(tǒng)后續(xù)可擴展至多礦山、集團化企業(yè)集中調(diào)用，在設計專業(yè)人員數(shù)量上不需要成倍增加，以少而精的人才隊伍降低人力成本。并且通過本系統(tǒng)的實施，必然也會帶來地質(zhì)、測量、設計、計劃等專業(yè)技術人員技術的提升，為礦山打造一支具備“采礦設計+信息化”現(xiàn)代化的復合性的人才隊伍提供平臺。

4.4 形成知識庫的建設，企業(yè)永久的寶貴資產(chǎn)

系統(tǒng)提供的知識庫建設，能夠快速搜索不同版本和設計成果，同時可提供歷史資料，是礦山企業(yè)的地質(zhì)、采礦生產(chǎn)的檔案資料庫，知識的共享、經(jīng)驗的積累，形成礦山企業(yè)寶貴的數(shù)字資產(chǎn)。

隨著礦山產(chǎn)能增加、擴展，資源的潛力會越來越明顯，業(yè)務數(shù)據(jù)統(tǒng)一、標準化和流程的規(guī)范對管理的提升，會帶來越來越多的價值。

5 結(jié)語

礦產(chǎn)資源是礦山生產(chǎn)經(jīng)營的主要對象,礦山資源技術系統(tǒng)是智慧礦山的重要組成部分之一。構(gòu)建礦山資源技術系統(tǒng)時，要基于礦山開采全周期構(gòu)建資源技術系統(tǒng)架構(gòu)，規(guī)范業(yè)務管理流程，統(tǒng)一業(yè)務數(shù)據(jù)標準，應用數(shù)據(jù)增量存儲、存儲消重技術，實現(xiàn)技術業(yè)務工作的(半)自動化功能，考慮與礦山其他專業(yè)設備和系統(tǒng)軟件的銜接。抓住了這些關鍵技術點，能夠保證礦山資源技術系統(tǒng)的完整構(gòu)建和高效運行。