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数字化矿山技术应用的基本情况 数字矿山概念 数字矿山是数字地球理念及技术在矿山勘探、开发及矿山管理中的具体应用，是未来矿山的发展的目标和方向；国家提出以“工业化带动信息化、信息化促进工业化”，“用信息技术改造提升能源、矿业传统产业”，是对矿山数字化的很好诠释；学术界认为：构建数字矿山，以信息化、自动化和智能化带动采矿业的改造与发展，开创安全、高效、绿色和可持续的矿业发展新模式，是我国矿业生存与发展的未来方向。矿山数字化能为矿山带来很多好处，主要表现在：提高劳动生产率，降低成本的需要，发达国家示范采区劳动生产率大概最少可以提高90%；开采贫矿和深部矿床的需要；改善矿工安全和健康状况的需要。综合矿业发达国家矿山数字化建设不同的战略构想，以及不同学者对数字矿山概念的表达，对数字矿山的概念可以表述为几个不同的层次：矿山数字化信息系统，即从改变软件角度入手逐步实现矿山数字化；远程遥控和自动化采矿，即从改变硬件角度入手逐步实现矿山数字化。具体来说，现阶段矿山数字化表现在以下几方面：实现矿山勘测、规划、设计数字化，生产过程自动化，经营管理与决策过程数字化；矿山各类信息的采集、传输、处理、集成、显示到应用于生产过程，实现闭环控制；传统设备的智能化改造；矿山装备水平更新，生产工艺优化，生产效率提升。 发达国家数字化矿山技术的应用 矿业发达国家的矿山数字化主要从开采过程的自动化、智能化入手，以求最大限度的改善矿工的劳动条件，提高采矿效率。露天矿山在上世纪80年代后期，陆续采用高精度激光/GPS自动测控、快速品位分析仪进行质量控制、GPS卡车自动调度和车辆智能行车系统，实现全天候、高效率、安全生产。进入上世纪后90年代末期，这些国家信息化的重点已经转移到地下矿山生产过程自动化，实现远程遥控和自动化操作。国外数字化成功的经验说明，正是由于大量革命性的技术的使用，才使得数字化能够真正落实、见效。这些技术主要包括。（1）快速品位分析仪。这是一种相对分析技术，但只要标样全面，分析结果非常精确。最初的快速品位分析仪采用放射源激发电子飞跃，适用场合很受限制；最新技术采用激光激发，安全、可靠，适用范围非常广泛，可同时快速分析多种元素或元素组合。目前，矿山可选用的有各种配置。（2）激光雷达应用。用于高精度实时测控和井下导航，是井下矿山必需设备。（3）GPS定位技术的应用。对矿山卡车、挖掘机、钻机、推土机实行定位，动态跟踪其工作状态和设备参数，从而达到自动安排车辆任务，计算产量。 数字化矿山技术在我国应用的总体情况 国内矿山数字化技术约有20年历史，在2005年以后得到较快发展。特别是近年来，在煤炭、冶金、有色及黄金等行业，矿山数字化得了空前的发展，相当一部分企业已经实现全面数字化，最突出的代表是首钢水厂铁矿、神华北电胜利煤矿、德兴铜矿及招远金矿等。在我国数字化矿山技术实施过程中，先进的技术和理念与矿山企业的融合成为较大的难点。硬件系统、自动控制系统、网络系统等可以快速与国际接轨；软件系统、系统集成与规划、管理理念的提升与管理过程的规范化则仍需要做较多的工作。总体来说，我国矿山企业数字化技术与先进国家相比仍有较大差距，但处于一种强劲的发展阶段。数字化矿山技术在我国水泥矿山应用的基本情况国内水泥行业矿山数字化起步更晚，新型干法水泥生产线的工艺过程已经实现了自动化、生产现场远程可视化。但水泥矿山在地测数字化、采矿生产优化、调度自动化、品位在线监测、现场可视监测及统一通讯等方面才刚刚起步，国内只有极少数矿山开始进行数字化技术的尝试。水泥矿山有以下特点：矿山信息化基础薄弱，技术人员少；粗放式管理，员工工作负荷大；生产任务紧，欠账多；采矿工艺上基本上露天台阶爆破，按经验进行爆破设计、配矿。同时，部分水泥矿山地质条件复杂，矿层与夹层交错，在生产过程中准确控制品位不易，大大增加了矿山生产组织和管理难度；矿石质量波动大，极易出现达不到控制指标的原料，使水泥生产存在严重质量隐患等问题。所有这些问题，可以通过采用数字化矿山技术加以调整和解决，对提升矿山效益，促进水泥生产影响意义深远。 我国水泥矿山应用数字化矿山技术的要点 数字化矿山配矿系统结合矿山的特点，以地质统计学克里格法为基本依据，建立地质数学模型。依据克里格法获得的单元品位估值，用线性规划和模拟开采方法建立了迭代优化配矿方法，进行配矿。（1）地质数据库的建立。将地质勘探工作提供的各项数据录入到计算机内，以作为单元品位计算的依据。地质数据库的数据主要由钻孔和探槽的地质信息组成。建立地质数据库后，在计算机内形成三维矿体、剖面、钻孔模型图，由计算机统计和分析全矿的矿石质量情况。（2）三维地质模型建立与单元品位估值计算。以设计台阶参数为参考，将矿体模型划分为适合尺寸的单元，建立全矿单元文件。地质统计学以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究那些在空间分布上既有随机性，又有结构性的随机变量，在矿体建模方面有独到之处。采用最优、线性无偏估计研究矿石品位的空间变异性、矿石与夹石的空间分布、不同块段的品位变化情况，计算给定边界品位下的矿石的储量，得到各单元的化学成分的计算结果，其结果存入单元数据库，利用单元数据库可以迅速做出各个水平分层的质量分布图和各剖面的质量分布图。（3）中、长期配矿计划的编制。采用模拟开采和线性规划与迭代优化相结合的方法编制中、长期配矿计划。模拟开采设计是在品位估值后建立的矿床模型上进行的，首先圈定一个采区，由计算机统计在这个开采境界中的矿块数，从而得到这个采区矿石的平均品位和矿量，最后把计算结果代入线性规划模型（依据生产控制指标建立）中求解；如结果不理想，则重新圈定采区，直到求出最优解。（4）生产配矿计划编制。生产配矿计划是直接用于指导矿山生产的短期性生产计划。为了保证生产配矿计划的准确性，在编制生产配矿计划时我们以生产勘探数据为依据。生产勘探以炮孔岩粉取样为主，逐孔取一个样品，通过化学分析，可得各样品的CaO、Al2O3、MgO等的品位值。将生产勘探数据存入生产地质数据库，以备生产配矿时调用。生产地质数据库的内容有：台段编号、采区编号、炮孔号、炮孔坐标，CaO、Al2O3、MgO等。生产配矿计划的编制以当班生产的矿石品位接近所在年度的配矿品位为目标，各挖掘机的所在位置决定了各采区的品位，每班生产开始前，调度员将生产日期、计划班产量，各台挖掘机所在位置坐标输入计算机，根据炮孔数据库的数据，计算出各台挖掘机当班的采出矿石品位，通过规划计算可得当班各采区的最优配矿比例,根据比例计算出各个采区的配矿量。#p#分页标题#e# 生产调度系统 （1）初级应用。对采场及卸矿点采用全数字视频监控系统监控，视频数据的传输采用无线Mesh网络系统。生产调度系统由数字视频监控和无线对讲和中心调度室组成。数字视频监控系统对矿山穿孔、爆破、装矿、运输及卸矿等关键作业岗位实施视频监控，视频数据通过无线Mesh网络系统传输到中心调度室。对挖掘机、矿用自卸车、装载机、推土机及潜孔钻机等配备对讲机。接受来自中心调度室调度员调度指令。必要时，对矿用自卸车等主要设备实施GPS定位。中心调度室由配矿计算机、视频DVR服务器、视频监视器、视频监控终端和无线对讲语音主机等组成。调度员根据配矿计算机班配矿计划通过无线对讲语音通讯系统对各设备进行调度；通过视频监控终端调节得到最佳观察效果；通过视频DVR服务器设定录像方式，录像文件的播放方式和录像时间；通过视频监视器观察矿山生产情况及时调整生产。（2）高级应用。矿用GPS自动调度系统用于露天矿山生产调度指挥、监控和生产考核；矿山管理人员利用该系统，可实现对运输车辆、电动挖掘机及其它工作设备的实时动态监控、优化调度、量化管理，从而大大提高矿山生产设备的利用率和生产效率，提高生产安全性，加强科学管理，实现优化生产。露天矿GPS定位、生产自动化调度系统涉及GPS卫星定位技术、移动通讯技术、GIS技术、运筹学理论及计算机技术等多个领域。系统由调度监控中心、通信网络、车载系统及管理信息系统等4部分组成。调度中心的电子地图上可监测移动目标的运行状态、安全状态等信息；车载系统接受驾驶员的调度请求和工作汇报，通过通讯网络传送给调度监控中心；管理信息系统对车辆、挖掘机的作业进行自动化记录、计量、统计、分析及调度，同时提供同矿山其他应用软件系统的接口。 云南某水泥用石灰石矿山实例 截至2006年底，云南某水泥用石灰石矿山年生产规模200万t，实施的数字化矿山工程包括矿山数字化建模、生产计划优化和通讯无线化。该矿通过采用地质统计学技术、数据库技术、无线通讯技术所形成的数字化矿山（矿体），对矿山生产、经营与管理各个环节要素，实现数字化、模型化、集成化管理，将矿山资源管理实现质的飞跃，矿山生产过程预控水平显着提升，资源利用率提高。具体效果表现在：扩大开采境界，新增储量1106.18万t；矿山原设计46年，采用均化（数字化矿体）开采技术后，低品位矿石利用率达到90%以上，增加储量和计划剥离废石量共计2558.86万t，按利用率90%计算，可利用2302.97万t，可延长矿山服务年限约13年；矿山可搭配利用1344万t低品位矿石，减少废石场占地面积约33万m2；2003-2005年的3年间共利用低钙高铝矿石92万t；至2006年底，矿山未设排土场，也无废石外排，实现了零排放开采。山西某水泥用灰岩矿山该矿山年生产规模480万t。数字化矿山工程包括矿山数字建模、生产计划优化、采场生产监控可视化和通讯无线化。该矿通过采用现代信息技术、数据库技术、网络传输技术和无线通讯技术所形成的数字化矿山，将使矿山在企业活动的三维尺度范围内，运用先进的生产、管理理念和方式，对矿山生产、经营与管理各个环节要素，实现网络化、数字化、模型化、可视化和集成化管理，将矿山资源管理实现质的飞跃，矿山生产过程自动化水平显着提升。具体效果表现在：合理利用境界内的低品位矿，一方面增加了矿区资源储量，另一方面减少了废石排弃；初步估计矿山服务年限比预计延长5年；环境上少排弃1200万m3废石；实现合理配矿，优化配矿，减少了后续加工矿石质量波动，为水泥生产质量奠定了基础；实现不同质量矿石分爆、分装、分运，及时合理安排生产调度；可视化生产监控，实现采场作业设备、装卸场地、主要运输通道的远程可视化监控，及时发现露天矿各环节的运行问题，为露天矿的安全生产提供保证。 东北某优质石灰石矿 该矿山的矿石CaO品位51%~55.5%，平均CaO品位为53%左右。根据矿山开采要求，对石灰石需要进行分采。CaO高于54%的石灰石用于轻质碳酸钙生产、52.5%以上用于溶剂氧化钙生产、筛余及低品位石灰石用于水泥生产。矿山处于设计阶段，设计年生产能力为450万t。数字化矿山工程包括矿山数字建模、生产计划优化、采场生产监控可视化和通讯无线化。具体包括：合理确定不同矿层的品位、准确定位不同品位矿石的空间分布；实现不同品位矿石分爆、分装、分运，及时合理安排生产调度，以此实现资源的最优化利用；可视化生产监控，实现采场作业设备、装卸场地、主要运输通道的远程可视化监控，及时发现露天矿各环节的运行问题，为安全生产提供保证。 水泥矿山数字化发展趋势 目前我国石灰石矿山的采矿方式主要是露天台阶爆破开采。随着工业建设的快速发展，传统的采矿方法已不能满足逐渐增大的石灰石矿需求量和对矿石品位控制的要求。社会的进步、科学技术的发展，、使得采矿向设备大型化与智能化、开采连续化、操作自动化、资源数字化及整体数字化等方向发展。借鉴其他矿山数字化过程的经验，水泥矿山可采取以下步骤进行数字化改造：矿山采场实时可视化监控；矿山地测采数字化；在图5矿块线品位分析仪联网使用；矿山统一通讯技术；采矿生产调度自动化；矿山能源管理自动化；矿山水、气、油、电消耗采集自动化；矿山生产、安全软件系统；矿山其它软件系统；矿山管控一体化平台等。在一些矿业发达国家，矿山自动化、数字化建设已经成为一种必然。我国一些装备水平较高的矿山，自动化、数字化建设也已成为一种自觉行动。一些矿山企业建设数字矿山的积极性较高，但在认识上还存在差距，急于求成、重硬件、轻软件的现象普遍存在，这种观念需要改变。在信息技术领域，矿山自身力量相时薄弱，既懂管理又懂信息技术的复合型人才缺乏，单靠矿山自己的力量来建设数字矿山比较困难，采取外联协作是一种较好的解决办法。数字化矿山的建设可以依层次循序渐进，也可以采用选择重点逐步扩大或跨越式发展方式，其终极目标是实现矿山真正安全、高效、经济开采。对于我国矿山，从地质资源数字化、三维可视化入手，开发生产信息管理系统，构建生产调度指挥和安全生产监测系统，应该是更为有效的途径。#p#分页标题#e#
