数字化矿山建设及基本技术.docx

数字化矿山建设及基本技术数字化矿山建设及基本技术一、背景近年来矿山自动化是矿山企业发展的热门话题，随着信息技术在矿山生产过程中的应用，矿山系统开始向自动化、系统化、多元化发展，矿山系统是一个复杂的、动态的、开放的巨大的系统，各个组成部分之间相互影响、相互制约。对于这样的系统要想最大化的发挥其能力和效益的话，就需要我们快速、准确地了解其各个系统运行情况及特点，并从科学的角度做出准确的决策，将系统配套、统一起来，而矿山自动化系统很好的解决了这一问题。自 20 世纪下半叶起，德、英、美、澳等采煤技术先进国家，大力推广自动化、信息化技术，在井上、井下生产、安全等各环节，对主要设备均实现了子系统自动化生产控制和监测，并采用计算机网络技术，将所有子系统通过联网，实现全矿井生产和安全系统的综合控制、监测和监视，使生产效率大大提高，安全状况彻底改善，获得了巨大的效果。国内煤矿数字化的发展过程与国外采煤发达国家相似，走先单机自动化、单个环节的生产过程自动化，再完成全矿井的数字化的发展路线。国际上随着实时矿山测量、GPS 实时导航与遥控、GIS 管理与辅助决策和 3DGM 的应用，一些大型露天矿山（包括我国的平朔、霍林河矿区）已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。此外，专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、GPS 技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等已在智能矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、智能矿山开采、计划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。在国内自建国以来，中国矿业经过半个世纪的快速发展，已建成国有矿山近万座，集体矿山和其他非国有矿山 20 多万座，年开采矿石量超过 50 亿 t，从业人员 2100 万，带动了 300 座以采矿和矿产品加工为支柱产业的矿业城市的兴起（其中煤炭城市 54 座）。乡及乡以上的矿产采选业产值占 GDP 的 6.27%(1997 年)；全国固体矿产产值占世界产值的 16.5%(1996 年)，居世界第二位，能源矿产产值占世界的 9.1%（1996 年），居世界第三位。中国已由一个矿业弱国跃入世界矿业大国的行列。中国矿山行业的信息化建设虽然有了较大发展，但总体状况仍然很不乐观。中国矿山在矿山勘察、规划、设计、生产、管理、全过程监控等信息化软领域，与发达采矿国家的差距越来越大。矿山企业作为资源开发的主体，其信息化是矿业信息化的重要组成部分之一。矿山信息化即是挖掘先进的管理理念，应用先进的信息技术去整合矿山现有的生产、经营、设计、管理，及时地为矿业三层决策系统提供准确而有效的数据信息，以便对市场需求做出迅速反应，进而提升矿业管理、组织结构、业务流程的变革和延伸。二、矿山企业的基本特征数字矿山研究的前提，是要首先掌握矿山企业的基本特征，针对数字矿山的基本特征来设计数字化矿山总体解决方案。矿山企业一般具有以下特征。(1)矿山是以自然资源为对象的生产企业。矿产资源的存储与地质环境的复杂性密切相关，而且其空间位置、形态、元素品位分布等均极富变化。由于资源分布的复杂性、不确定性，局限性了勘探工程控制程度，人们对资源的认知程度就会随着开采的不断进行而渐渐变化。同时，随着市场价格和开采技术条件的变化，矿体的边界和形态也会随之变化，并需要及时变更和修正。(2)矿山生产环境恶劣、作业空间狭小。对地下矿山而言，由于通道狭长、电磁屏蔽性强、噪音大，正常通讯难以实现，导致生产过程控制十分困难。(3)在矿山企业中，不仅生产系统内部存在大量的多源、异质信息流动，而且系统内部与外部环境之间也存在着信息的交换和流动。与其它工业企业相比，矿山企业的信息化、智能化、可视化、可控化工作更难实现。矿山企业的这些特征，使其决策、设计、生产计划、生产调度与过程控制、安全生产等各个方面均非常复杂。因此，数字矿山的建设必须从系统的角度出发，以企业的信息流为主线，以对生产要素和生产过程控制为目标，最终实现矿山企业效益最大化。数字矿山建设涵盖了矿山企业生产经营过程中，全面实现信息化、可视化、智能化、自动化和决策与管理科学化的全部内容(见图 1)图 1三、数字矿山建设目标随着计算机技术在采矿业的不断应用，采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展。我们矿山生产的实际情况，将下一步数字化矿山建设目标定位于：以计算机及其网络技术为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表达和深加工，并应用于各个生产环节的管理和决策之中，以实现矿山生产的系统优化，达到提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现利润最大化的目的。高效快速的推进矿山网络化、数字化、信息化、综合自动化在我矿的整体应用。目前，我国数字矿山建设的具体目标