数字化矿山技术发展及展望

数字化矿山技术发展及展望

孙凯

西安利雅得电气股份有限公司陕西西安710075

摘要：数字化矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上，综合考虑生产、管理、经营、安全、效益、环境和资源等各类因素，并运用计算机、网络、通信、虚拟仿真、自动控制及监测等技术对矿山各类信息资源进行全面、高效、有序管理的系统，是一个典型的多学科交叉的新领域，涵盖了矿山企业生产经营的全过程。

关键词：数字化；矿山；建设；

数字矿山的基本技术可以提高企业生产效率，降低安全事故发生率，并且数字矿山也是矿山行业发展的最终目标。

一、数字化矿山的设计构建框架

在矿山开采生产与管理过程中，数字化矿山也就是数字化矿山基础信息平台的构建，通常是在一个网络环境条件下，通过对于矿山矿井井田范围内的统一三维空间坐标信息的参考，实现对于矿山每一个特征点的固有信息以及动态的开采生产管理利用以及展示，通常情况下也就是指利用数字化矿山基础信息平台对于矿山矿井的本身面目进行再现。根据上述对于数字化矿山功能作用的描述，在数字化矿山的系统系统结构中，最为关键的就是对于矿山大量多维数据的采集、表现以及管理、处理实现。如图1所示，为数字化矿山的设计框架结构示意图。

图1数字化矿山的设计

框架结构根据上图1所示的数字化矿山建设结构示意图，在进行数字化矿山的设计构建过程中，首先需要进行矿井井上以及井下贯穿高速企业网络的设计构建，以对于矿井生产作业过程中的大量矿井空间信息以及矿井开采生产环境、设备、开采人员等信息进行实时采集与数据监测实施，它是数字化矿山设计建设的基础。其次，进行矿山数字化矿井的建设，还需要进行矿井基础数据采集与更新系统的设计构建实现，进行多源异构以及动态变化矿山矿井的开采生产信息的采集与管理。

二、我国数字化矿山建设存在的主要问题

1.三维可视化平台效率有待提高。通过开放的三维可视化平台对时空数据进行统一管理和分析是数字化矿山建设的基础。三维可视化平台肩负着管理矿山生产经营数据，又集成生产控制自动化系统和监测监控系统的功能。但是，长期以来受观念等因素影响，数字化矿山管理人员往往满足于CAD制图阶段，对利用三面图和管理人员的空间想象力加强三维信息判断还缺乏应有的能力，对利用数字化矿山加强矿山系统管理还没有达到全局性和前瞻性统一的要求。

2.海量数据利用效率有待加强。随着我国数字化矿山技术工作的快速发展，矿山积累的数据越来越多。海量的数据汇集了许多重要的矿山生产经营信息，为人们利用这些数据更好地开展生产经营分析工作提供了依据。但是，目前一些矿山企业仅在数据的录入、查询、统计上实现了比较高效的功能，而在正确使用工具开展数据的有效分析上，在更深层次上用活数据的关系和规则上，在更有效利用数据预测生产经营发展趋势上，还缺乏应有的深度。

3.数字化矿山系统效能还需完善。数字化矿山是一个系统工程，涉及多领域、多部门、多专业的工作，环境复杂、不确定因素多。加之一些业务部门采取的技术路线、应用平台差别较大，使各类系统信息资源无法共享，难以有效整合，没有形成集空间信息、实时信息和管理信息于一体的统一平台，整体上影响了数字化矿山的系统效能。

三、数字化矿山主要内容

数字化矿山的目的是应用计算机、网络、信息、控制及智能技术实现矿山经营、生产决策、安全生产管理和设备控制科学化，在使各个子系统配套、一致、相互驱动的基础上实现矿山系统的最大能力和最佳效益。数字化矿山建设主要包括生产调度、矿产资源控制、安全生产监控、采矿地质管理、采选生产控制、经营管理、财务管理、办公自动化以及人力资源管理等方面，涵盖数据库分析和设计、生产过程控制与调度功能和虚拟现实、安全监控与预警、信息综合传输通讯等功能。数据库是数字化矿山建设的核心，是数字化矿山系统高效运行的基础。对于生产经营过程中产生大量的空间信息和实时动态数据，不仅要求数据采集即时化和可视化，而且要求数据要有增值功能。这有利于对矿山海量数据集成、共享和快速提取，使矿山生产满足计划要求以及生产成本最小化的原则；有利于实时监测矿山人员与设备位置、重点工作区等，做到安全工作事前预防，超前控制；有利于加强矿山生产经营预测、经济评价、生产协同设计、财务计划编制与模拟等管理工作，提高工作的预见性。

四、数字化矿山建设的建议

1.加强基础工作。在数字化矿山建设过程中，将矿山中的固有信息数字化和在此基础上融入生产、技术、设备管理等信息组成一个信息更加全面、意义更加广泛的数字化矿山是其基础工作，网络和基础空间数据建设是其中基础中的基础，是一项费事又费力的工作。特别是对矿山企业而言，对象的不确定性、方式的传统性、环境的恶劣性为这项工作增加了难度。因此，必须高度重视网络和基础空间数据建设工作，通过采用新技术提高其应用水平，实现依靠数字化矿山建设解决好生产经营控制中关键技术难题的目标。

2.建立三网合一体系。随着技术的发展，数字化系统的安全性、实时性以及带宽技术得到了很快的提高，这为实现矿山数字化系统视频，音频，数据三网合一提供了难得的机遇。因此，各个矿山应抓住机遇，在加快数字化矿山建设的同时，更好、更快地推进视频，音频，数据三网合一体系建设。

3.完善信息共享管理系统。在系统分析各矿山数字化系统应用现状和功能效果的基础上，通过建立中心数据库等方式，强化数字化矿山管理资源共享功能，实现数据更新及时化、基础数据和重要生产数据管理集中化、信息与数据流向高效化、数据流动访问与使用权限科学化功能系统全面发展，构建完善的共享管理信息系统。

4.强化数字采集自动化功能。在建立高效的数字化矿山体系中,及时、准确、全面实现数据库系统及更新体系是十分重要的。要做好这项工作,首先要加快建立在现有矿山成果的基础上的各种数据的筛选、录入工作,实现公司矿山资源的数字化。同时,要搞好数据库更新。除应加强传统的人工检测外,要利用先进可靠的传感和监测监控系统,完善数据更新的机制,实现数据采集与更新高效化、科学化、全面化,确保系统内数据的现时性和权威性。此外,还要强调的是,要加强数字化矿山各子系统的联动功能,没有子系统的联动,要真正实现数字采集自动化、高效化是不可能的。

5.多源异构数据的集成共享技术。在数字化矿山建设中，多源异构数据的集成共享技术，主要是指通过计算机信息网络技术将煤矿矿山开采生产中的多源异构信息数据进行融合、收集，统一存放在数字化矿山的基础信息平台中，以实现数字化矿山的运行应用。通常情况下，对于集成融合在数字化矿山基础信息平台的多源异构信息数据，主要是通过进行矿山基础信息平台数据中心中的矿用对象管理中心，然后将数据信息以数据库存放的形式，进行实时共享实现，以帮助矿山开采生产以及管理实现。此外，在矿山数字化建设过程中，应用到的关键技术还包括，数字化矿山的信息规范以及接口标准技术、进行矿山基础信息平台建立应用的3DGIS技术、三维建模计算方法以及基础信息数据的专业分析处理技术等，它们主要针对数字化矿山建设中的不同系统结构，为实现系统功能采用的技术方法，对于数字化矿山的建设与发展具有非常重要和关键的影响和作用。

总而言之，受我国矿山矿井生产作业情况以及数字化矿山建设本身复杂性等的影响，目前我国的矿山数字化矿山仍然处于初期和数字化建设不完备的阶段，进行数字化矿山建设关键技术的分析，有利于提高数字化矿山建设水平，推进数字化矿山的建设发展。

参考文献

［1］张聪．矿山数字化探讨2018.

［2］王富强．矿山数字化建设战略关键与战术研究．2017.

［3］马红，浅谈数字化矿山技术发展及展望.2017.

［4］梁艳钊.我国煤矿数字化矿山发展现状及关键技术探讨.2017.