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數(shù)字礦山(shān)的關鍵要素與技(jì)術(shù)淺析

                                                                         文章來(lái)源:《世界有(yǒu)色金屬》2015年第7期    作(zuò)者:胡建明(míng)

前言


數(shù)字礦山(shān)的定義一直以來(lái)處于争論之中,各種含義的數(shù)字礦山(shān)也常見于媒體(tǐ)間(jiān)。例如礦山(shān)安全六大(dà)系統,礦山(shān)調度系統,礦山(shān)三維軟件應用以及礦業ERP系統等方面的應用,都稱其為(wèi)建立數(shù)字礦山(shān)。其實,這樣的定義既不準确,也不全面,而且更容易引起誤解。本人(rén)通(tōng)過多(duō)年來(lái)與礦山(shān)行(xíng)業的接觸,對國際礦業的了解,同時(shí)對國內(nèi)企業完成的成果進行(xíng)分析,總結出對數(shù)字礦山(shān)的理(lǐ)解。我認為(wèi)隻有(yǒu)正确地理(lǐ)解數(shù)字礦山(shān)建設的含義和(hé)基本要求,可(kě)以從不同層面和(hé)階段做(zuò)好相應的工作(zuò),對數(shù)字礦山(shān)的建設都是具有(yǒu)十分重要的意義。

數(shù)字礦山(shān)實際上(shàng)是一個(gè)很(hěn)廣泛的、龐大(dà)的巨系統工程,其建設的根本目的是實現礦山(shān)信息化。利用計(jì)算(suàn)機技(jì)術(shù),反映礦山(shān)真實三維環境下,實現礦山(shān)生(shēng)産與管理(lǐ)的自動化、智能化,力争将礦山(shān)從傳統的生(shēng)産管理(lǐ)模式中解放出來(lái),實現礦山(shān)企業資源的合理(lǐ)分配與利用,提高(gāo)生(shēng)産的安全性。實現數(shù)字礦山(shān)的關鍵是相關的軟、硬件開(kāi)發技(jì)術(shù)并形成相關的軟件産品。

數(shù)字礦山(shān)的關鍵要素

建設數(shù)字礦山(shān),需要有(yǒu)與之相适應的基本技(jì)術(shù)和(hé)要求,這就構成了數(shù)字礦山(shān)的基本要素。可(kě)以根據要素的內(nèi)容、階段和(hé)整合程度的不同,可(kě)以分為(wèi)不同程度的數(shù)字礦山(shān)。從人(rén)員,技(jì)術(shù)、設備、通(tōng)訊、專業以及計(jì)算(suàn)機應用等方面确定要素有(yǒu)很(hěn)多(duō),但(dàn)我認為(wèi)最基本的數(shù)字礦山(shān)要素有(yǒu)三大(dà)方面:

一是礦山(shān)信息化,這是建立數(shù)字礦山(shān)的基礎,所有(yǒu)與礦山(shān)資源,生(shēng)産過程和(hé)設備移動以及維護相關聯的信息,都是以可(kě)共享的數(shù)字模式存儲在統一的環境下,可(kě)以重複調用和(hé)滿足任何專業的應用為(wèi)基本特點。

二是生(shēng)産過程的監控,這是基于現代化的通(tōng)訊手段,視(shì)頻技(jì)術(shù)和(hé)傳感技(jì)術(shù),将生(shēng)産流程中所産生(shēng)的所有(yǒu)信息,影(yǐng)像和(hé)數(shù)據實時(shí)進行(xíng)浏覽、分析和(hé)重現。

三是先進的軟、硬件産品,這是我們獲得(de)礦山(shān)任何信息的關鍵技(jì)術(shù)。對于礦山(shān)而言,軟件和(hé)硬件産品是獲得(de)礦山(shān)信息和(hé)應用這些(xiē)信息的工具。這些(xiē)工具以自動采集相關信息并可(kě)關聯計(jì)算(suàn),從而以數(shù)字化的模式傳送或保存為(wèi)主要特點。

數(shù)字礦山(shān)的基本概念

所謂的數(shù)字礦山(shān),其突出的特點是礦山(shān)生(shēng)産過程中的對象數(shù)字化,也就是說,我們需要實時(shí)掌握所有(yǒu)對象的信息,這些(xiē)信息包括位置,參數(shù),工況,消耗量,變化,累計(jì)值,內(nèi)在趨勢以及可(kě)能存在的影(yǐng)響,同時(shí)将這些(xiē)種類不同,格式各異和(hé)屬性差異的信息,集成到數(shù)字化的平台中,從而構成了數(shù)字礦山(shān)的基本內(nèi)涵。因此,從礦山(shān)生(shēng)産鏈中,不難分析出這些(xiē)最基本的概念。

首先是資源信息化:作(zuò)為(wèi)礦業公司的根本,也是礦山(shān)糧食的礦産資源,資源信息表現在地勘和(hé)礦山(shān)生(shēng)産階段的總和(hé)。主要內(nèi)容有(yǒu)礦床的空(kōng)間(jiān)位置,探礦工程的信息,以地質理(lǐ)論為(wèi)基礎理(lǐ)解的礦體(tǐ)形态,礦體(tǐ)中礦物元素的品位及其分布,估算(suàn)的資源總量等等。由于礦産勘查工作(zuò)具有(yǒu)階段性特點,但(dàn)持續時(shí)間(jiān)又很(hěn)長,因此,這些(xiē)資源信息往往很(hěn)不完整,而且,我們通(tōng)常看到的成果都是二維平面圖紙和(hé)資源儲量的報表,既不能重複利用與共享,也不能準确地進行(xíng)品位控制(zhì)和(hé)采礦設計(jì),是不能構成資源信息化。實際上(shàng)資源信息化表現在三大(dà)方面:一是三維數(shù)據環境,所有(yǒu)的信息是按照真實的三維坐(zuò)标及其屬性進行(xíng)存儲和(hé)運用,這是回歸礦山(shān)自然的數(shù)據結果。二是通(tōng)過數(shù)據庫方式存儲所有(yǒu)的信息,實現礦山(shān)數(shù)據的集成與共享。三是通(tōng)過三維可(kě)視(shì)化的模式進行(xíng)分析和(hé)計(jì)算(suàn)。實現資源信息化的關鍵技(jì)術(shù)就是三維可(kě)視(shì)化軟件平台的應用,這也是為(wèi)什麽需要推進三維軟件應用的主要原因。

其次是生(shēng)産過程信息化:礦産資源信息并不是一成不變的,随着采礦的進行(xíng),原來(lái)所獲得(de)的信息進行(xíng)推定的成果會(huì)有(yǒu)很(hěn)大(dà)的變化,這就是礦山(shān)資源信息具有(yǒu)四維的特點。為(wèi)此,我們需要對礦産資源的信息需要進行(xíng)實時(shí)的更新和(hé)維護,包括探礦工程的增加,礦體(tǐ)空(kōng)間(jiān)位置的改變,品位的變化以及與采礦相關聯的位置變化。這些(xiē)更新的信息既可(kě)以為(wèi)礦産資源提供動态儲量數(shù)據,也可(kě)直接為(wèi)生(shēng)産服務,同時(shí)進一步提升對礦床的成因和(hé)規模的認識,從而實現對礦體(tǐ)的控制(zhì),也就可(kě)以做(zuò)到采礦的信息化。

第三是設備信息化:現代化的礦山(shān)生(shēng)産是以準确的資源信息為(wèi)依據,先進的設備為(wèi)基礎,輔助生(shēng)産過程的檢測與監控,做(zuò)到全方位的礦山(shān)生(shēng)産管控,從而實現安全生(shēng)産,降低(dī)損失貧化,充分利用礦産資源,提高(gāo)礦山(shān)企業的效益。因此,在建立數(shù)字礦山(shān)的過程中,所有(yǒu)設備的運行(xíng)狀況,工時(shí)、損耗,産能以及維修等方面的信息,也就成為(wèi)設備信息化的重要組成。當然,設備信息化還(hái)取決于設備的先進性,包括數(shù)據的記錄,遠程讀取,綜合分析和(hé)數(shù)據傳輸等方面的技(jì)術(shù)是設備信息化的重要前提條件。

第四是生(shēng)産可(kě)視(shì)化:數(shù)字礦山(shān)的終極目标是實現遠程采礦,我們從多(duō)家(jiā)遠程采礦公司發布的視(shì)頻中了解到,實現這一目标的因素有(yǒu)很(hěn)多(duō),但(dàn)生(shēng)産過程的可(kě)視(shì)化是必不可(kě)少(shǎo)的條件之一。就是通(tōng)過實際采礦環境的視(shì)頻讀取,提供給設備操作(zuò)人(rén)員的實際信息,可(kě)以遠程進行(xíng)設備的操控,并可(kě)實時(shí)獲取相關的生(shēng)産信息。

第五是系統集成化:以上(shàng)所獲得(de)礦山(shān)資源和(hé)生(shēng)産的信息,如果沒有(yǒu)一個(gè)統一的管理(lǐ)系統或平台,就會(huì)變成“信息孤島”。因此,構建一個(gè)完整的,多(duō)種類數(shù)據接入,不同專業共享,實時(shí)為(wèi)生(shēng)産服務的信息平台也就成為(wèi)數(shù)字礦山(shān)的神經中樞。

數(shù)字礦山(shān)的技(jì)術(shù)要求

從上(shàng)述基本概念中不難看出,真正建立數(shù)字礦山(shān)絕對不是一個(gè)簡單的系統,或者一套獨立運行(xíng)的管理(lǐ)平台,但(dàn)是,根據數(shù)字礦山(shān)建設的內(nèi)容,可(kě)以将其分解為(wèi)不同階段和(hé)不同層次的應用系統。也就是說,建立一個(gè)完整的數(shù)字礦山(shān)系統,可(kě)以按照不同專業和(hé)應用層面的要求分别實現,比如礦山(shān)信息化系統,自動化系統,監測監控系統等等。與之相對應的是每個(gè)系統都有(yǒu)各自的技(jì)術(shù)要求,而且需要确保技(jì)術(shù)的領先性、實用性和(hé)可(kě)靠性,從而避免很(hěn)多(duō)單位啓動數(shù)字礦山(shān)建設項目,結果是投資很(hěn)大(dà),收效甚微甚至是浪費的局面。

根據我的理(lǐ)解,可(kě)以從三大(dà)方面明(míng)确技(jì)術(shù)的基本要求:
一是礦山(shān)信息化技(jì)術(shù):通(tōng)常是指與礦山(shān)資源和(hé)生(shēng)産過程相關聯的信息技(jì)術(shù),其中重要的有(yǒu)礦山(shān)三維軟件工具,數(shù)據庫及标準。國際上(shàng)礦業發達的國家(jiā),其礦業信息化的水(shuǐ)平非常高(gāo),不僅保留了非常完整的礦山(shān)資源數(shù)據,實現了對數(shù)據的應用與分析,而且确保數(shù)據的空(kōng)間(jiān)三維屬性和(hé)實時(shí)性。因此,結合礦山(shān)信息技(jì)術(shù)的發展,圍繞如何提高(gāo)礦山(shān)生(shēng)産效率和(hé)管理(lǐ)效率、提高(gāo)礦山(shān)開(kāi)采的技(jì)術(shù)水(shuǐ)平等方面的實質性需求,帶動了礦業軟件的發展。應運而生(shēng)的礦業軟件有(yǒu)美國的Minesight,英國的Datamine,澳大(dà)利亞的Vulcan,Surpac,Micromine,加拿(ná)大(dà)的Gemcom等國內(nèi)熟知的産品。

二是設備數(shù)據采集技(jì)術(shù):主要體(tǐ)現在設備運轉信息的采集,其核心技(jì)術(shù)是設備具有(yǒu)先進的數(shù)據記錄、存儲和(hé)實時(shí)傳送等特點。而我們常規使用的采礦、選礦、定位、監測監控等設備是無法滿足這些(xiē)需要。

三是信息傳輸與共享技(jì)術(shù):當礦山(shān)生(shēng)産過程的信息和(hé)數(shù)據采集之後,需要考慮有(yǒu)足夠的信息傳輸通(tōng)道(dào)和(hé)速度,從而實現數(shù)據和(hé)信息的實時(shí)性和(hé)準确性。這裏所涉及的信息傳輸技(jì)術(shù)包括網絡,數(shù)據接口,數(shù)據分析和(hé)綜合報告等專項技(jì)術(shù)。同時(shí),需要對這些(xiē)信息進行(xíng)集成,使之成為(wèi)能夠滿足不同專業,不同領域和(hé)不同需求人(rén)員的上(shàng)傳存儲和(hé)下載應用。

數(shù)字礦山(shān)的現實意義

加拿(ná)大(dà)國際鎳公司(Inco)從90年代初開(kāi)始研究遙控采礦技(jì)術(shù),目标是實現整個(gè)采礦過程的遙控操作(zuò)。2000年已研制(zhì)出樣機系統,并在加拿(ná)大(dà)安大(dà)略省的薩德泊裏盆地的幾家(jiā)地下鎳礦試用,實現了從地面對地下礦山(shān)進行(xíng)控制(zhì),甚至可(kě)以從400km以外的首都多(duō)倫多(duō)對地下鎳礦的采、掘、運活動進行(xíng)遠距離控制(zhì),這是大(dà)型礦山(shān)建立數(shù)字礦山(shān)的應用典範。然而,我們在建設數(shù)字礦山(shān)時(shí),往往是中小(xiǎo)型礦山(shān)居多(duō),在這樣的情形下,建立數(shù)字礦山(shān)的意義何在?

第一、礦山(shān)信息化加快了我國礦業工業發展
礦業,是保障人(rén)類社會(huì)文明(míng)與進步的重要基礎性産業,作(zuò)為(wèi)國家(jiā)的經濟支柱産業,對于礦産資源的勘查布局、礦産資源的儲量管理(lǐ)、資源的合理(lǐ)開(kāi)發與利用、稀缺資源的戰略儲備、礦山(shān)安全生(shēng)産監督、礦業産業的技(jì)術(shù)培訓等本身就是一項龐大(dà)的、複雜的信息系統工程。為(wèi)此,在國家(jiā)“始終把礦業作(zuò)為(wèi)國民經濟中優先發展的領域”的方針下,礦山(shān)企業作(zuò)為(wèi)資源開(kāi)發的主體(tǐ),其信息化是礦業信息化的重要組成部分之一。礦山(shān)信息化即是挖掘先進的管理(lǐ)理(lǐ)念,應用先進的信息技(jì)術(shù)去整合礦山(shān)現有(yǒu)的生(shēng)産、經營、設計(jì)、管理(lǐ),及時(shí)地為(wèi)礦業“三層決策”(戰術(shù)層、戰略層、決策層)系統提供準确而有(yǒu)效的數(shù)據信息,以便對市場(chǎng)需求做(zuò)出迅速反應,進而提升礦業經濟核心競争力的過程。礦山(shān)信息化不僅是礦山(shān)信息技(jì)術(shù)的延伸,更重要的是礦業管理(lǐ)、組織結構、業務流程的變革和(hé)延伸。

第二、礦山(shān)信息化是礦山(shān)企業發展的需要
在資源匮乏的當今時(shí)代,礦産作(zuò)為(wèi)不可(kě)再生(shēng)資源,在現有(yǒu)開(kāi)采規模下必須控制(zhì)資源的無序開(kāi)發,盡可(kě)能提高(gāo)有(yǒu)限資源的利用效率,最根本的前提就是在生(shēng)産管理(lǐ)中對資源的管理(lǐ)和(hé)生(shēng)産過程進行(xíng)信息化管理(lǐ)。
當前我國礦業行(xíng)業信息化水(shuǐ)平仍然較低(dī),信息技(jì)術(shù)應用不平衡,由于長期粗放經營和(hé)國家(jiā)在礦業信息技(jì)術(shù)應用上(shàng)投入不足,适用于礦業的信息技(jì)術(shù)、電(diàn)子信息産品和(hé)信息系統的研發及産業化水(shuǐ)平非常落後,這在一定程度上(shàng)制(zhì)約着礦業信息的發展。從系統集成來(lái)看,有(yǒu)關生(shēng)産、管理(lǐ)的自動化與信息化水(shuǐ)平相對較低(dī);從産業角度看,目前礦業行(xíng)業生(shēng)産軟硬件研發和(hé)服務保障系統相對滞後,研發力量薄弱,适合礦業行(xíng)業特點和(hé)需求的軟硬件與電(diàn)子專用設備、儀器(qì)目前仍比較缺乏,還(hái)難以滿足礦業生(shēng)産的需求和(hé)技(jì)術(shù)升級的需要。

第三、礦山(shān)信息化是礦業科技(jì)創新的源泉
經濟全球化不斷深入,信息化不斷普及,全球範圍內(nèi)的信息産業結構調整和(hé)梯次轉移日趨明(míng)顯,為(wèi)我國科技(jì)創新産業創造了良好的發展機遇。“十一五”是實現我國軟件産業跨越式發展的關鍵時(shí)期,《國民經濟和(hé)社會(huì)發展第十一個(gè)五年規劃綱要》強調要“大(dà)力發展集成電(diàn)路、軟件和(hé)新型元器(qì)件等核心産業”,《國家(jiā)中長期科技(jì)規劃》将突破大(dà)型軟件、基礎軟件等作(zuò)為(wèi)重要內(nèi)容,《信息産業“十一五規劃》也将“壯大(dà)軟件産業”作(zuò)為(wèi)發展核心基礎産業的主要任務。為(wèi)了進一步落實科學發展觀,引導軟件産業做(zuò)大(dà)做(zuò)強,信息産業部在深入調研、廣泛論證,并開(kāi)展一系列課題研究的基礎上(shàng),編制(zhì)并頒布了《軟件産業“十一五”專項規劃》。在計(jì)算(suàn)機技(jì)術(shù)、通(tōng)信、互聯網等現代化信息技(jì)術(shù)高(gāo)度發展的今天,礦業信息化和(hé)其他行(xíng)業的現代化信息服務業一樣,越來(lái)越多(duō)地受到重視(shì),必将成為(wèi)決定國家(jiā)現代化水(shuǐ)平和(hé)綜合國力的關鍵因素之一。

目前,礦山(shān)企業現在已經充分意識到信息技(jì)術(shù)對企業技(jì)術(shù)水(shuǐ)平的強大(dà)拉動力和(hé)對企業發展與競争的重要性。近幾年來(lái),不少(shǎo)礦山(shān)在尋求功能與實踐統一的專業軟件平台,對數(shù)字礦山(shān)的需求日見旺盛。“十一五”期間(jiān)開(kāi)展數(shù)字礦山(shān)關鍵技(jì)術(shù)的研究與開(kāi)發,通(tōng)過自主創新、集成創新和(hé)引進消化吸收再創新相結合,開(kāi)發形成具有(yǒu)自主知識産權、适應我國礦山(shān)企業的商業化軟件産品,降低(dī)對國外的技(jì)術(shù)依存度,為(wèi)礦業企業的創新帶來(lái)前所未有(yǒu)的良機。
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