水泥礦山的數(shù)字化智能礦山建設(shè)探討

摘要：以信息化、自動(dòng)化和智能化帶動(dòng)水泥礦山傳統(tǒng)礦業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)，打造“安全、高效、智能、綠色”的新型礦山，提高企業(yè)核心競爭力，是數(shù)字化智能礦山建設(shè)的總體目標(biāo)，也是中國礦業(yè)生存和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。本文圍繞水泥礦山的數(shù)字化智能礦山建設(shè)背景，設(shè)計(jì)了“一個(gè)中心、三個(gè)平臺(tái)、一個(gè)系統(tǒng)”，重點(diǎn)論述了數(shù)字化智能礦山的總體建設(shè)方案、建設(shè)內(nèi)容以及建設(shè)成效，為水泥礦山的數(shù)字化、智能化建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：智能礦山；數(shù)字化；水泥礦山；生產(chǎn)管理

近年來，隨著智能制造2025的深入推進(jìn)，水泥企業(yè)加大了數(shù)字化、信息化、智能化的轉(zhuǎn)型升級(jí)。在“兩山”理論的指導(dǎo)下，水泥礦山在綠色、環(huán)保、安全等方面的建設(shè)需求更為強(qiáng)烈，礦山數(shù)字化、智能化已成為水泥企業(yè)綠色礦山建設(shè)的必由之路。

本文提出的“數(shù)字化智能礦山”將升華當(dāng)前“數(shù)字礦山”的概念，采用新一代寬帶無線技術(shù)、人工智能、自動(dòng)化、在線檢測、三維可視化、北斗定位導(dǎo)航、優(yōu)化配礦、GIS、大數(shù)據(jù)、私有云等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)礦山的整體智能化手段覆蓋，同時(shí)融合現(xiàn)有技術(shù)手段，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)，提供面向現(xiàn)代礦山企業(yè)的智能決策支持系統(tǒng)。

1.數(shù)字化智能礦山建設(shè)總體方案

數(shù)字化智能礦山建設(shè)以資源開發(fā)利用為主線，貫穿礦山生產(chǎn)全過程。首先通過推進(jìn)礦山自動(dòng)化、數(shù)字化建設(shè)工作，在此基礎(chǔ)上穩(wěn)步推進(jìn)生產(chǎn)及安全管控體系，借助精細(xì)化配礦系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采礦、運(yùn)輸、配礦水平的升級(jí)改造，并采用國內(nèi)外先進(jìn)的信息技術(shù)，完成智能礦山建設(shè)工作。深化礦山企業(yè)降本增效，提升礦山智能化開采水平，增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力，實(shí)現(xiàn)礦山安全、高效、綠色生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益最大化。

智能礦山建設(shè)包括“一個(gè)中心、三個(gè)平臺(tái)、一個(gè)系統(tǒng)”。一個(gè)中心是大數(shù)據(jù)中心：對(duì)生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、安全環(huán)保數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理。三個(gè)平臺(tái)一個(gè)系統(tǒng)：數(shù)字采礦軟件平臺(tái)、三維可視化管控平臺(tái)、智能管控平臺(tái)、卡車調(diào)度系統(tǒng)，以數(shù)字化的方式對(duì)采場地質(zhì)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和管理，通過三維GIS平臺(tái)對(duì)采場的生產(chǎn)進(jìn)行展示和管理，并通過智能化管控平臺(tái)對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備、安全、資源儲(chǔ)量進(jìn)行全方位的科學(xué)管控。

1.1層級(jí)規(guī)劃

數(shù)字化智能礦山建設(shè)包括五級(jí)內(nèi)容，數(shù)字化智能礦山建設(shè)主要集中在第三層級(jí)，包含智能管控平臺(tái)和三維可視化管控平臺(tái)及數(shù)字采礦軟件平臺(tái)。

數(shù)字化智能礦山層級(jí)

1.2系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)采用多層SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)行部署開發(fā)和系統(tǒng)擴(kuò)展，同時(shí)系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)層，對(duì)采礦生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、管理。

建立應(yīng)用服務(wù)層，系統(tǒng)集成Webservice、TCP/IP、OPC等標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，能夠同其他信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；應(yīng)用展示層，主要是智能管控平臺(tái)（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)），包括PC端和手機(jī)端，該系統(tǒng)采用我公司自主研發(fā)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的eGoPlant平臺(tái)，平臺(tái)集成了報(bào)表引擎、審批工作流、預(yù)警服務(wù)等功能，對(duì)采礦生產(chǎn)、設(shè)備、資源儲(chǔ)量等進(jìn)行科學(xué)化的管理。

數(shù)字采礦軟件平臺(tái)，采用國際先進(jìn)的數(shù)字采礦軟件，在礦體模型建立、境界優(yōu)化、儲(chǔ)量計(jì)算方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

數(shù)據(jù)采集層，通過通用采集程序，對(duì)各個(gè)通訊模塊的通訊狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)，負(fù)責(zé)同其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

系統(tǒng)具備手機(jī)APP應(yīng)用，支持Android和iOS系統(tǒng)，能夠通過移動(dòng)端的輔助進(jìn)行設(shè)備巡點(diǎn)檢，并進(jìn)行安全隱患、爆破等流程的移動(dòng)端管理。

軟件架構(gòu)

1.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.數(shù)字化智能礦山建設(shè)軟件平臺(tái)

數(shù)字化智能礦山建設(shè)應(yīng)用我公司自主研發(fā)的易構(gòu)工廠管理平臺(tái)（eGoPlant）搭建水泥礦山智能化管控系統(tǒng)，完成水泥礦山的數(shù)字化、一體化管理。易構(gòu)工廠管理平臺(tái)是具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SAAS平臺(tái)，集成了工作流、消息機(jī)制、報(bào)表引擎、預(yù)警機(jī)制、多種數(shù)據(jù)通訊接口等基礎(chǔ)功能，能夠快速搭建企業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)、采集底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)、同其他信息系統(tǒng)（如ERP系統(tǒng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的交互，基于平臺(tái)的系統(tǒng)應(yīng)用搭建速度快、交互性和可擴(kuò)展性好。

易構(gòu)工廠管理平臺(tái)

eGoPlant技術(shù)架構(gòu)

易構(gòu)工廠管理平臺(tái)的特點(diǎn)：

1、實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)與技術(shù)的分離

系統(tǒng)提供了關(guān)于安全防護(hù)、性能優(yōu)化、事務(wù)處理、UI呈現(xiàn)、日志記錄、工作流處理等的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)包含了大量的通用組件和應(yīng)用模板。在基于平臺(tái)開發(fā)企業(yè)應(yīng)用的時(shí)候，開發(fā)人員只需關(guān)注客戶業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

2、應(yīng)用的模塊化開發(fā)

平臺(tái)支持應(yīng)用的模塊化開發(fā)方式，不同業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)以模塊為單元進(jìn)行組織。應(yīng)用模塊具有高內(nèi)聚和低耦合的特性。模塊內(nèi)部各組成部分緊密銜接提供完整的業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)。各模塊間相對(duì)獨(dú)立，某一模塊的業(yè)務(wù)更新和技術(shù)升級(jí)不影響其它模塊的使用。

3、支持大數(shù)據(jù)處理

平臺(tái)構(gòu)建之初即面向大型企業(yè)的生產(chǎn)管理應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)支持多種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。融合數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市技術(shù)的，通過數(shù)據(jù)壓縮、索引優(yōu)化、智能緩存、并行處理等技術(shù)，保證在海量數(shù)據(jù)使用的高效。

4、支持分布式部署

通過系統(tǒng)配置，平臺(tái)可將不同的業(yè)務(wù)模塊和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分布式部署以適應(yīng)超大并發(fā)訪問處理的需求。平臺(tái)可根據(jù)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行分級(jí)部署，支持集團(tuán)型企業(yè)的多級(jí)管控模式。

5、第三方系統(tǒng)的無縫集成能力

平臺(tái)通過標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)接口和數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)集成。特別對(duì)于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)可以提供can、OPC、modbus等各種數(shù)據(jù)接口，具備與各種自動(dòng)化系統(tǒng)的集成能力。

3.數(shù)字化智能礦山應(yīng)用功能建設(shè)

3.1數(shù)字化采礦軟件平臺(tái)

數(shù)字采礦軟件是對(duì)礦產(chǎn)資源數(shù)字化的一個(gè)工具，對(duì)資源進(jìn)行數(shù)字化、模型化、可視化的管理。使整個(gè)礦山的礦脈分布和礦山的開采現(xiàn)狀特別的直觀展現(xiàn)，對(duì)于采礦的設(shè)計(jì)、開采活動(dòng)的指導(dǎo)非常有價(jià)值。

數(shù)字采礦軟件能夠?qū)崿F(xiàn)各種模型的創(chuàng)建，包括地表模型、礦體模型、夾石和剝離物模型等；具有采礦設(shè)計(jì)、爆破設(shè)計(jì)、鉆孔數(shù)據(jù)庫、資源儲(chǔ)量的管理等功能。

數(shù)字采礦軟件平臺(tái)

3.2三維可視化管控平臺(tái)

系統(tǒng)采用先進(jìn)的三維GIS平臺(tái)，以web形式進(jìn)行發(fā)布，使用先進(jìn)的WebGL地圖引擎，系統(tǒng)的性能高、精度高，支持各種三維動(dòng)畫仿真、粒子效果等特效。系統(tǒng)支持3D,2D,2.5D形式的地圖展示，提供良好的觸摸支持，且支持絕大多數(shù)的瀏覽器，并支持手機(jī)端的訪問。

系統(tǒng)以礦山基礎(chǔ)信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合礦山資源與開采環(huán)境建立三維數(shù)據(jù)平臺(tái)，為礦場的生產(chǎn)過程和設(shè)備運(yùn)行提供智能的監(jiān)控和管理服務(wù)，共包含六個(gè)方面：礦山三維虛擬仿真、礦山裝備模型庫及材質(zhì)庫、自動(dòng)化數(shù)據(jù)集成、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)集成、安全管理、生產(chǎn)作業(yè)過程管控。

三維可視化管控平臺(tái)

系統(tǒng)支持傾斜攝影、正射航拍等航拍地圖數(shù)據(jù)的集成，表現(xiàn)形式更友好、畫面更逼真。

3.3智能管控軟件平臺(tái)

智能管控平臺(tái)是數(shù)字化智能礦山的重要組成部分，它把數(shù)字化的資源和數(shù)字化的活動(dòng)及活動(dòng)過程的各種工具、物資、能源等消耗結(jié)合起來，進(jìn)行智能的管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的管控，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)全方位、精細(xì)化的管控，包括礦山的資源儲(chǔ)量的管理、生產(chǎn)的管理、設(shè)備管理、質(zhì)量化驗(yàn)管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、安全隱患管理等，同時(shí)，系統(tǒng)能夠同其他信息系統(tǒng)如物資系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等，做數(shù)據(jù)的交互和對(duì)接，從而打通企業(yè)生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)層。

智能管控平臺(tái)

3.4卡車智能調(diào)度系統(tǒng)

建設(shè)卡車智能調(diào)度系統(tǒng)的目標(biāo)是適應(yīng)采礦生產(chǎn)過程中情況的變化，在露天礦設(shè)備數(shù)量一定的情況下，達(dá)到精細(xì)化配礦，實(shí)現(xiàn)對(duì)卡車、挖機(jī)等設(shè)備的位置及工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤、判斷、顯示與及時(shí)的故障排查、維修，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化配礦，提高開采質(zhì)量和資源利用率，優(yōu)化調(diào)度設(shè)備作業(yè)運(yùn)行，提升大型運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的使用效率，降低燃料和備件消耗，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握礦山的生產(chǎn)運(yùn)行情況，形成礦山生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息管理及決策支持系統(tǒng)，達(dá)到優(yōu)化管理礦山設(shè)備和優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)量，節(jié)省費(fèi)用，充分發(fā)揮設(shè)備的效率，提高礦山的管理水平，取得較高經(jīng)濟(jì)效益之目的。

通過實(shí)施卡車調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度礦山生產(chǎn)作業(yè)車輛、工程車輛等設(shè)備的運(yùn)行，形成一種信息化、智能化、集成化的新型現(xiàn)代礦山調(diào)度指揮和全方位的采礦生產(chǎn)控制和管理及決策智能化的平臺(tái)。通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)決策、及時(shí)提供調(diào)整生產(chǎn)依據(jù)，形成礦山生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息管理與決策支持，達(dá)到優(yōu)化管理礦山設(shè)備和優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)量，節(jié)能降耗，提高礦山安全生產(chǎn)和科學(xué)管理水平。優(yōu)化原有資源配置，按質(zhì)按量優(yōu)化生產(chǎn)，及時(shí)適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化，對(duì)于設(shè)備故障和非正常生產(chǎn)情況及時(shí)調(diào)度，減少卡車不必要的空跑，降低油耗，同時(shí)根據(jù)鏟裝能力、運(yùn)輸能力、破碎能力的平衡，可以優(yōu)化設(shè)備的出動(dòng)數(shù)量。

架構(gòu)設(shè)計(jì)

集群及其他多媒體應(yīng)用組網(wǎng)示意圖

4.結(jié)論

通過數(shù)字化智能礦山建設(shè)，為水泥礦山企業(yè)改變了礦山傳統(tǒng)的粗放式的生產(chǎn)管理模式，可幫助礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)如下效益：

1、合理規(guī)劃礦山開采，有效延長礦山壽命

2、建立礦山三維地質(zhì)模型，進(jìn)行地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算，用于礦山開采計(jì)劃編制，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的數(shù)字化、精細(xì)化管理

3、通過三維GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)礦山礦產(chǎn)資源、實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)的展示與可視化管理

4、合理搭配礦石開采，在穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，增加廢石搭配量，高效利用資源

5、實(shí)現(xiàn)車輛的智能調(diào)度，優(yōu)化車鏟比例，提高設(shè)備效率，降低生產(chǎn)能耗

6、實(shí)現(xiàn)全流程的質(zhì)量監(jiān)控，保證礦山生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定

7、提升管理效益、降低維護(hù)成本、減少設(shè)備故障率

8、降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少生產(chǎn)人員，提高生產(chǎn)管理的準(zhǔn)確度

9、實(shí)現(xiàn)礦山的綠色、環(huán)保、安全生產(chǎn)

參考文獻(xiàn)：

[1]韓茜.智慧礦山信息化標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)(北京),2016.

[2]張俊,徐化歡.金屬礦的采礦工藝發(fā)展研究[J].華東科技:學(xué)術(shù)版,2014(5):422-422.

[3]李紅波.煤礦生產(chǎn)監(jiān)控與調(diào)度信息系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國科技縱橫,2014,000(011):218-218.

[4]姚培福.銅冶煉企業(yè)MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2014(7):140-141.

[5]張莉娟.企業(yè)云平臺(tái)安全防護(hù)策略研究[J].科技風(fēng),2013(21):100-100.

[6]司子穩(wěn).礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)倉庫模型研究與設(shè)計(jì)[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué),2011.

[7]金碚.中國工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)[J].中國工業(yè)經(jīng)濟(jì),2011,000(007):5-14,25.

[8]張漢闊.XC金礦安全生產(chǎn)管理現(xiàn)狀及其新體系構(gòu)建[D].東北大學(xué),2014.