葛虎勝 宮福會 孫炎炎 況鍋明 彭南竹 梁 超 胡建華

(1.洛陽有色礦業(yè)集團(tuán)嵩縣礦業(yè)有限公司,河南 嵩縣 471000;2.欒川龍宇鉬業(yè)有限公司,河南 欒川 471000;3.洛陽有色礦業(yè)集團(tuán)公司,河南 洛陽 417000;4.長沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司,湖南 長沙 410083;5.福州大學(xué)紫金地質(zhì)與礦業(yè)學(xué)院,福建 福州 350108)

隨著新一代信息技術(shù)與智能化技術(shù)加速融合,智能化已成為各行業(yè)的發(fā)展新趨勢[1]。全國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展攻堅(jiān)全面展開,“新三大改造”即智能化改造、綠色化改造和技術(shù)改造深入推進(jìn),智能化發(fā)展的步伐得到了明顯加速,呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。加之《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《智能制造工程實(shí)施指南(2016—2020)》等相關(guān)政策文件的出臺,對智能化發(fā)展給予了支持和指導(dǎo)[2]。有色金屬露天礦山作為傳統(tǒng)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)載體,整體智能化水平較低,較多崗位還是采用人工操作,員工不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率不高,還存在較多安全風(fēng)險(xiǎn)。礦山智能化建設(shè)在降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升安全管理、減人增效方面的優(yōu)勢日益突出,是礦山企業(yè)提升核心競爭力的有效手段[3-6]。智能化建設(shè)不僅是礦山企業(yè)深化改革的迫切需求,也是生產(chǎn)安全發(fā)展的必然選擇。現(xiàn)階段,在礦山智能化建設(shè)中普遍存在開采生產(chǎn)設(shè)備多、開采管控難度大、生產(chǎn)流程不連續(xù)、安全管理難度大、轉(zhuǎn)型升級壓力大等技術(shù)難點(diǎn)。露天礦山智能化改造方面主要存在網(wǎng)絡(luò)滯后、阻滯及傳輸時(shí)延等問題,造成智能調(diào)度的不連續(xù)、不穩(wěn)定及不實(shí)時(shí),無法實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場采礦作業(yè)實(shí)時(shí)查看、實(shí)時(shí)管控,影響了礦山安全生產(chǎn)[7-9]。露天礦山在設(shè)備、采礦、安全及數(shù)據(jù)管理中,存在多部門、多人員等數(shù)據(jù)分散和失真等問題,易造成數(shù)據(jù)的不安全性。如露天礦山配礦工作是由人工取樣后送至檢測中心利用化學(xué)方法進(jìn)行化驗(yàn);檢測中心報(bào)送化驗(yàn)結(jié)果以后,地質(zhì)技術(shù)人員根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算各爆堆的礦石品位,人工確定配礦比例,鏟裝運(yùn)輸按該比例出礦,但人工編制配礦比例時(shí)存在半車或1/3車的現(xiàn)象,現(xiàn)場實(shí)際中無法操作,導(dǎo)致單班出礦品位與配礦不一致,造成單班品位波動(dòng)。特別是大型露天礦山調(diào)度指令、稱重及采礦等數(shù)據(jù)多樣,紛繁復(fù)雜,如何將數(shù)據(jù)歸類、統(tǒng)一且容易調(diào)取和利用,解決數(shù)據(jù)“孤島”問題,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流共享互通、相互流轉(zhuǎn),是大型露天礦山亟待解決的難題[10-12]。

本研究以南泥湖鉬礦為例,結(jié)合該礦實(shí)際安全生產(chǎn)情況,總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗(yàn),提出了“12341”露天采礦智能化建設(shè)新模式,即圍繞“高效開發(fā)、安全應(yīng)急管理、資源合理利用系統(tǒng)建設(shè)”為中心,以雙5G通信網(wǎng)絡(luò)1個(gè)系統(tǒng),構(gòu)建即時(shí)信息控制和云服務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2個(gè)中心,開發(fā)智能采礦管控、綜合生產(chǎn)執(zhí)行、三維可視化管控三大平臺,融合安全生產(chǎn)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、雙重預(yù)防機(jī)制、可視化監(jiān)控、電子圍欄及防碰撞系統(tǒng)等四大安全應(yīng)急裝備系統(tǒng),探索露天礦山無人鏟裝的一種新模式,實(shí)現(xiàn)露天礦山開采全過程的數(shù)字化、智能化、本安化目標(biāo),并成功應(yīng)用于露天生產(chǎn)過程與安全管理,促進(jìn)了礦山的智能化建設(shè)與發(fā)展。

1 雙5G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心構(gòu)建

1.1 雙5G通信網(wǎng)絡(luò)

通過在露天礦山引進(jìn)和建設(shè)5GF和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并開展應(yīng)用,鏈接承載配套5G網(wǎng)絡(luò)落地的高帶寬、低時(shí)延特性,發(fā)揮固定網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、高帶寬、廣鏈接的性能,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)快速流轉(zhuǎn)、企業(yè)資源的最佳利用,降低生產(chǎn)經(jīng)營成本,達(dá)到高產(chǎn)高效。F5G即第五代固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù),與5G一樣都是國際標(biāo)準(zhǔn)組織提出的新一代通信標(biāo)準(zhǔn)。5G與F5G互為補(bǔ)充、相互依賴,在不同的業(yè)務(wù)場景發(fā)揮著不可替代的作用。

通信網(wǎng)絡(luò)的高速與實(shí)時(shí)性,能為生產(chǎn)決策提供簡單、可靠、超高速的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),從而可為實(shí)現(xiàn)采礦生產(chǎn)的過程可視化、裝備自動(dòng)化、管控智能化提供數(shù)據(jù)通信保障。同時(shí),通過建立國家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房和數(shù)據(jù)中心,利用F5G網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,將關(guān)鍵數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心和云存儲上實(shí)現(xiàn)雙存儲,可確保數(shù)據(jù)存儲的安全性、穩(wěn)定性及可靠性。

1.2 即時(shí)信息控制中心

即時(shí)信息控制中心是通過建立語音對講系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)、控制臺、音響系統(tǒng)等,接入高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、挖掘機(jī)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、三維可視化管控平臺、邊坡在線監(jiān)測系統(tǒng)、卡車調(diào)度系統(tǒng)、智能采礦平臺、生產(chǎn)執(zhí)行等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的信息采集系統(tǒng),通過雙5G通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)查看和掌握現(xiàn)場生產(chǎn)情況及相關(guān)數(shù)據(jù),便于調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃,從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能管控[13]。

在語音對講系統(tǒng)與智能調(diào)度系統(tǒng)的即時(shí)信息傳達(dá)方面,通過語音調(diào)度系統(tǒng)對在生產(chǎn)過程中的突發(fā)狀況、機(jī)械故障等及時(shí)與信息中心進(jìn)行溝通協(xié)調(diào),便于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài),確保安全生產(chǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程是通過挖機(jī)與卡車駕駛室內(nèi)的攝像頭,實(shí)時(shí)辨識司機(jī)操作行為與工作狀態(tài),通過智能辨別司機(jī)的違規(guī)操作行為和不佳的工作狀態(tài),并借助語音對話功能對司機(jī)進(jìn)行提醒,可減少生產(chǎn)過程中安全事故的發(fā)生;還可以智能辨別地磅、卡調(diào)提交的違規(guī)或錯(cuò)誤信息,實(shí)現(xiàn)聲光電聯(lián)合報(bào)警,更有效地監(jiān)管生產(chǎn)過程,減少違規(guī)操作行為。

1.3 數(shù)據(jù)云服務(wù)中心

云服務(wù)中心是在機(jī)房部署云服務(wù)器,同時(shí)機(jī)房本地服務(wù)器也可對數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲[14]。在雙5G通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建“云服務(wù)+本地”的分布式文件存儲系統(tǒng),能保證在一方數(shù)據(jù)丟失的情況下,可以快速及時(shí)地找回備份數(shù)據(jù),從而使得數(shù)據(jù)得到安全可靠地存儲。

2 三大平臺建設(shè)

2.1 智能采礦管控平臺

智能采礦管控平臺主要包括三維數(shù)字采礦基礎(chǔ)平臺、生產(chǎn)計(jì)劃管控系統(tǒng)及智能配礦系統(tǒng)。利用三維數(shù)字采礦基礎(chǔ)平臺可以建立準(zhǔn)確的礦山資源模型、生產(chǎn)模型、實(shí)測模型等,為開采設(shè)計(jì)、計(jì)劃與配礦提供安全生產(chǎn)指導(dǎo)[15]。

三維數(shù)字采礦基礎(chǔ)平臺是指礦山地質(zhì)、工程與采礦生產(chǎn)的三維數(shù)據(jù)信息平臺,是實(shí)現(xiàn)資源模型可視化、資源評價(jià)數(shù)字化、開采設(shè)計(jì)合理化、配礦精細(xì)化的基礎(chǔ)和載體。

生產(chǎn)計(jì)劃管控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃編制和審批功能,可以開展人機(jī)交互三維編制礦山日常采剝計(jì)劃,模擬計(jì)劃開采過程,從中長期角度實(shí)現(xiàn)計(jì)劃內(nèi)合理配礦,有利于提高資源利用率和計(jì)劃可執(zhí)行性,指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)[16]。計(jì)劃編制完成后,在數(shù)字采礦軟件中將其提交到生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中進(jìn)行流程審批。

智能配礦系統(tǒng)是一套從穿孔取樣、化驗(yàn)、配礦、統(tǒng)計(jì)及質(zhì)量反饋全流程的閉環(huán)管理系統(tǒng)[17],基于開采現(xiàn)狀和采剝計(jì)劃數(shù)據(jù),通過地質(zhì)鉆孔信息、炮孔巖粉化驗(yàn)數(shù)據(jù)、爆堆樣品化驗(yàn)數(shù)據(jù)對地質(zhì)品位進(jìn)行精確補(bǔ)充,由地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)估算出的爆堆品位空間分布,按照設(shè)定的產(chǎn)量和品位約束條件,在爆堆之間進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算出最優(yōu)的礦石搭配方案,得到爆堆鏟裝位置、推進(jìn)方向、出礦量、品位等配礦方案數(shù)據(jù),為露天礦山生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)保障。

2.2 綜合生產(chǎn)執(zhí)行平臺

綜合生產(chǎn)執(zhí)行平臺通過集成門禁系統(tǒng)、地磅稱重系統(tǒng)、智能調(diào)度系統(tǒng)、質(zhì)檢化驗(yàn)管理系統(tǒng)、手機(jī)APP,實(shí)現(xiàn)地磅與門禁無人值守、配礦計(jì)劃智能調(diào)度、異常預(yù)警信息手機(jī)推送消息,為異常問題的判斷、處置、反饋提供智能支持[18]。

將門禁和稱重計(jì)量兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行融合,以接收指令、稱重計(jì)量、出門或卸礦為一個(gè)閉合循環(huán)自動(dòng)判別車輛合法性,并自動(dòng)記錄備查。稱重系統(tǒng)自動(dòng)判別來車身份信息,與配礦指令自動(dòng)匹配,形成詳細(xì)的稱重信息,相關(guān)管理人員在后臺能隨時(shí)查看生產(chǎn)作業(yè)信息,實(shí)時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)。

智能調(diào)度系統(tǒng)是對礦山生產(chǎn)的車輛進(jìn)行調(diào)度組織管理,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化調(diào)度、人工調(diào)度、自動(dòng)調(diào)度與人工相結(jié)合調(diào)度等多種調(diào)度方式,如圖1所示。

圖1 智能調(diào)度系統(tǒng)工作流程Fig.1 Working flow of the intelligent scheduling system

2.3 三維可視化管控平臺

三維可視化管控平臺以礦山生產(chǎn)和安全監(jiān)測數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),以礦山資源與開采環(huán)境三維可視化和虛擬環(huán)境為平臺,利用三維GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段,將露天礦山的礦床地質(zhì)、爆堆、臺階、運(yùn)輸?shù)缆?、破碎站、鏟裝運(yùn)設(shè)備等開采環(huán)境對象,以及生產(chǎn)工藝過程、環(huán)境進(jìn)行三維數(shù)字化建模,實(shí)現(xiàn)對礦山生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)狀況、安全監(jiān)測和設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)三維展示,形成三維可視一體化集成管控系統(tǒng)[19]。平臺支撐企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)運(yùn)營管控,可以實(shí)現(xiàn)車輛位置信息、視頻監(jiān)控圖像、邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)在調(diào)度大屏上實(shí)時(shí)顯示和預(yù)警預(yù)報(bào),便于生產(chǎn)管理人員能全面掌控整個(gè)礦區(qū)的生產(chǎn)作業(yè)情況,實(shí)現(xiàn)對礦山開采的全過程管控。

3 安全監(jiān)測系統(tǒng)融合

安全監(jiān)測系統(tǒng)融合智慧化礦山體系后,監(jiān)測大數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、高效傳輸及保存,實(shí)現(xiàn)了操作的輕量化、業(yè)務(wù)的減量化、信息的智能化。該系統(tǒng)綜合邊坡雷達(dá)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)、雨量監(jiān)測系統(tǒng)的大數(shù)據(jù),在進(jìn)一步融合雙重預(yù)防信息化平臺后,通過智能化、數(shù)字化平臺中心24 h人員實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中顯示,可有效確保企業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)異常預(yù)警信息被及時(shí)、全面獲取,避免出現(xiàn)安全預(yù)警信息漏接或獲取不及時(shí),從而造成安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置延誤造成嚴(yán)重影響的情況。綜合分析預(yù)警實(shí)現(xiàn)了露天礦山的安全管控目的。

(1)露天礦采場邊坡在線監(jiān)測系統(tǒng)。高陡邊坡是南泥湖礦區(qū)的監(jiān)測重點(diǎn),采用適應(yīng)性較強(qiáng)的邊坡雷達(dá)在線監(jiān)測系統(tǒng),對礦山重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)測是確保礦山安全生產(chǎn)的基本措施之一。邊坡變形監(jiān)測雷達(dá)能夠?qū)Υ蠓秶鷥?nèi)的地面目標(biāo)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)成像,并精確測量(優(yōu)于0.1 mm測量精度)被監(jiān)測目標(biāo)的位移和變化速度,可實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測目標(biāo)全天時(shí)、全天候、非接觸、高精度地遠(yuǎn)程監(jiān)測。邊坡變形監(jiān)測雷達(dá)能夠達(dá)到15～20 min/次的監(jiān)測頻率,通過對數(shù)據(jù)量的有效控制,確保從監(jiān)測結(jié)果中識別出相應(yīng)的真實(shí)地形位置和位移變化參數(shù)。

(2)排土場邊坡在線監(jiān)測系統(tǒng)。南泥湖礦區(qū)排土場采用GNSS系統(tǒng)對邊坡進(jìn)行監(jiān)測,通過衛(wèi)星信號可自動(dòng)監(jiān)測邊坡表面位移的三維數(shù)據(jù),采集的定位差分?jǐn)?shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理中心,實(shí)現(xiàn)邊坡高精度的自動(dòng)化監(jiān)測;監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至安全預(yù)警平臺,實(shí)現(xiàn)邊坡自動(dòng)健康診斷及安全預(yù)警。當(dāng)位移監(jiān)測數(shù)據(jù)與雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)閾值時(shí),會提前進(jìn)行預(yù)警提示,便于提前做好災(zāi)害防范,從而減少人員、財(cái)產(chǎn)損失,提升災(zāi)害防控能力。

(3)雙重預(yù)防機(jī)制與智能化融合。雙重預(yù)防信息化平臺集成了對企業(yè)各類作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的全過程管理模塊,是安全數(shù)據(jù)處理的“大腦”。其中包含的高大邊坡風(fēng)險(xiǎn)辨識、管控過程管理等模塊與邊坡在線監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警模塊同時(shí)在智能化、數(shù)字化平臺上集中顯示,實(shí)現(xiàn)了企業(yè)在高大邊坡等重大安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、預(yù)警及異常風(fēng)險(xiǎn)處置過程中的實(shí)時(shí)高效,并通過兩組模塊數(shù)據(jù)的直觀對比,判別印證異常風(fēng)險(xiǎn)信息的準(zhǔn)確性,為是否采取應(yīng)急處置措施和實(shí)施最佳應(yīng)急處置決策提供更加可靠的依據(jù)。通過雙重預(yù)防信息化平臺與智能化信息系統(tǒng)的無縫融合,不僅可以顯著提高企業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控與隱患排查治理工作全過程管理的工作效率,還可以提升企業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)受控情況和隱患排查治理實(shí)施情況的監(jiān)控、預(yù)警工作的可視化辨識程度,從而有力推動(dòng)企業(yè)的本質(zhì)安全化進(jìn)程[20]。

(4)電子圍欄與防碰撞預(yù)警功能。通過卡調(diào)車載終端與調(diào)度軟件,在運(yùn)行地圖上設(shè)定一些關(guān)鍵區(qū)域,通過行車異常監(jiān)控和車輛防碰撞預(yù)警功能指導(dǎo)車輛正確運(yùn)行,保障車輛行駛安全。例如在運(yùn)行區(qū)域地圖上圈定一些電子圍欄范圍,設(shè)定不同區(qū)域的性質(zhì),如裝載區(qū)、卸載區(qū)、停車區(qū)、維修區(qū)、加油區(qū)等,以確認(rèn)設(shè)備的裝卸準(zhǔn)確性,并輔助設(shè)備狀態(tài)判斷與更改。當(dāng)?shù)V車進(jìn)入不同區(qū)域等目標(biāo)范圍時(shí)給司機(jī)以提示,發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警提示,指導(dǎo)司機(jī)在正確的排卸范圍排卸,防止亂排、亂卸、錯(cuò)排、錯(cuò)卸。

4 基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程挖掘機(jī)控制系統(tǒng)

挖掘機(jī)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)基于無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、基站信號切換技術(shù)、視頻處理技術(shù)和自動(dòng)化控制等最新技術(shù)開發(fā)而成,可將操作人員完全從危險(xiǎn)區(qū)域隔離出來,使人員可以在更安全的地表通過遠(yuǎn)程遙控平臺操作系統(tǒng)。經(jīng)過專業(yè)優(yōu)化的高帶寬、低延時(shí)5G/WLAN網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場機(jī)車上的車載控制單元及安裝在機(jī)車上的多路紅外高清攝像頭,操作人員可以實(shí)時(shí)觀看現(xiàn)場視頻,并可遠(yuǎn)程操控設(shè)備進(jìn)行工作,不僅能節(jié)約人力資源,而且可顯著提升礦山生產(chǎn)的安全性。

遠(yuǎn)程無線遙控系統(tǒng)主要包含遠(yuǎn)程遙控操作平臺、車載控制單元、車載視頻系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)等4個(gè)單元。其中,遠(yuǎn)程挖掘機(jī)控制平臺主要是利用雙5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低延時(shí)的特性實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)遠(yuǎn)程操作控制,可為未來露天礦山少人化、無人化發(fā)展探索新模式,積累新經(jīng)驗(yàn)。

5 系統(tǒng)工程應(yīng)用

5.1 工程背景

南泥湖鉬礦區(qū)位于河南省欒川縣境內(nèi),礦區(qū)面積3.98 km2,主礦體東西長2 600 m,南北寬1 000～1 400 m,最大礦體厚度420.12 m。探明鉬保有工業(yè)礦石量約7億t,地質(zhì)品位0.072%,鉬金屬量約50萬t。有用組分除了輝鉬礦外,還伴生有白鎢礦,是以鉬為主的鉬、鎢特大型礦床,是以生產(chǎn)鉬礦為主的有色金屬露天礦山企業(yè)。隨著采場臺階逐年推進(jìn),采坑逐步深凹,采礦量逐年增大,存在自動(dòng)化程度低、工作效率低、安全系數(shù)低、員工勞動(dòng)強(qiáng)度大、信息“孤島”嚴(yán)重等問題。

5.2 工程應(yīng)用

為滿足作業(yè)設(shè)備在下部作業(yè)臺階的信號傳輸需求,礦區(qū)覆蓋采取兩期工程覆蓋結(jié)合露天礦區(qū)現(xiàn)場情況和5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋特性,選取一期覆蓋站點(diǎn)5個(gè)、二期覆蓋站點(diǎn)2個(gè),作業(yè)臺階下延100 m后實(shí)施二期工程覆蓋,基站采取一體化基站和新型H桿建設(shè)方式,如圖2所示。

圖2 露天礦區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況Fig.2 5G network coverage in open-pit mining area

規(guī)劃建成后,礦區(qū)實(shí)現(xiàn)單站覆蓋半徑300 m,與市區(qū)密集城區(qū)單站基本半徑一致,實(shí)現(xiàn)4G與5G共同覆蓋。其中,5G網(wǎng)絡(luò)建成后下行帶寬速率不低于100 Mbps,下行寬帶峰值速率不低于1 000 Mbps,上行帶寬速率不低于100 Mbps,上行寬帶峰值速率不低于200 Mbps,時(shí)延小于20 ms。

礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示?；诘V區(qū)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的露天智能礦山建設(shè)體系如圖4所示。

圖3 礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.3 Network topology of the mining area

圖4 南泥湖露天礦智能礦山建設(shè)體系Fig.4 Intelligence mine construction system of Nannihu Open-pit Mine

在智能配礦系統(tǒng)中考慮供礦品位涉及范圍廣、影響因素眾多,且在礦山生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)并不是孤立的,隨著礦山整體智能化水平的提高與發(fā)展,將供礦品位中各環(huán)節(jié)的工作集成于一套系統(tǒng)中,通過綜合取樣、二維碼掃描、化驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞及智能卡調(diào)系統(tǒng)車鏟自動(dòng)分配,可減少人為干擾、提高工作效率,達(dá)到礦石質(zhì)量控制的目的。

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為南泥湖鉬礦露天采場作業(yè)的挖掘機(jī)、運(yùn)輸車輛、卡調(diào)等設(shè)備采用的5G CPE智能終端調(diào)度系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)支持,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端高清圖像回傳,視頻高保真、不卡幀,無人鏟裝挖掘機(jī)的現(xiàn)場視頻及時(shí)回傳至無人挖掘機(jī)操控屏幕、信息中心大屏進(jìn)行顯示,有效確保了現(xiàn)場設(shè)備作業(yè)畫面被實(shí)時(shí)查看。低延時(shí)保證了操控指令下達(dá)到機(jī)器執(zhí)行的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

F5G的高帶寬、低時(shí)延特性為地磅、門禁的無人值守系統(tǒng)提供了有效的網(wǎng)絡(luò)保障,使得無人值守系統(tǒng)與卡調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互更快捷高效,為過磅數(shù)據(jù)采集、派車單、過磅單、出入門禁的流程核驗(yàn)、指令推送與下達(dá)的便捷流暢等提供了基礎(chǔ)條件。

通過對系統(tǒng)、業(yè)務(wù)進(jìn)行全盤摸底,深入研究生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)流程,從技術(shù)平臺、管理平臺、管控平臺著手,對礦山數(shù)字化智能化建設(shè)中涉及的海量多源異質(zhì)信息進(jìn)行高效組織管理,通過F5G網(wǎng)絡(luò)高效、穩(wěn)定地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心,由數(shù)據(jù)中心匯總、歸納、儲存,實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)模塊之間實(shí)時(shí)信息同步共享。

6 結(jié) 論

(1)礦山數(shù)字智能化開采,實(shí)現(xiàn)以礦產(chǎn)資源開發(fā)過程的數(shù)字化、信息化為基礎(chǔ),對資源、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理進(jìn)行數(shù)字化的建模、仿真、評估和優(yōu)化,并持續(xù)應(yīng)用于礦山生產(chǎn)全過程的新型礦山技術(shù)體系和生產(chǎn)組織方式,為礦山由人為決策向智能決策轉(zhuǎn)型提供了路徑。

(2)智能采礦管控平臺和綜合生產(chǎn)執(zhí)行平臺的構(gòu)建,并綜合利用系統(tǒng)工程理論及網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制和人工智能等技術(shù),以開采環(huán)境數(shù)字化和采掘裝備自動(dòng)化為特質(zhì),在雙5G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建數(shù)字礦山向智能礦山轉(zhuǎn)型的數(shù)據(jù)傳輸快速通道,可實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)計(jì)、計(jì)劃、生產(chǎn)配礦、調(diào)度和決策等過程的智能化。

(3)以物聯(lián)網(wǎng)、3DGIS、VR技術(shù)為核心的三維可視化管控平臺,通過通信、傳感、控制與定位等方法構(gòu)建智能虛擬礦山模型,通過接入礦山視頻監(jiān)控、排土場GPS邊坡監(jiān)測、雷達(dá)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等各類數(shù)據(jù),結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和處理方法,可實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)與安全的集中管控。