欒忠志++黃晨++侯星野

摘 要：數(shù)字礦山是一項系統(tǒng)工程，露天煤礦數(shù)字礦山建設對于礦區(qū)的發(fā)展具有重要的促進作用。本文對數(shù)字礦山的概念及建設的意義進行了簡要論述，并分析了國內(nèi)露天煤礦的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問題， 提出了數(shù)字露天煤礦的建設目標和具體實施內(nèi)容，以期促進露天煤礦數(shù)字礦山建設進程。

關鍵詞：露天煤礦 數(shù)字礦山 建設

中圖分類號：TD216 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0051-01

隨著時代的不斷進步和發(fā)展，科學技術日新月異，礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，開采加工難度不斷增大，給采礦業(yè)帶來了巨大的沖擊，機遇和挑戰(zhàn)并存，這就要求采礦業(yè)不斷走向數(shù)字化和智能化，以提高開采質(zhì)量。1998年，美國前副總統(tǒng)戈爾在“數(shù)字地球—展望21世紀我們這顆行星”的演講中提出了“數(shù)字地球”（Digital Earth）的概念，1999年召開的首屆“國際數(shù)字地球”大會上又提出了“數(shù)字礦山”（Digital Mine）的概念?！皵?shù)字礦山”的提出，為礦業(yè)發(fā)展指明了方向。為進一步促進露天煤礦的可持續(xù)發(fā)展，其必須結合自身實際，加強數(shù)字礦山建設，以促進經(jīng)濟效益和社會效益的提高。

1 數(shù)字礦山的內(nèi)涵及研究意義

目前，對于“數(shù)字礦山”的定義國內(nèi)外尚未完全統(tǒng)一。通俗地講，數(shù)字礦山就是一個礦山范圍內(nèi)的以三維坐標信息及其相互關系為基礎而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌入我們所獲得的信息的總稱。對于數(shù)字礦山建設，概括起來目前主要有以下五種觀點，即數(shù)字地球觀點、地質(zhì)模型觀點、信息管理觀點、監(jiān)控系統(tǒng)觀點和工程應用模式觀點。對于數(shù)字礦山的功能內(nèi)涵，必須從對礦山數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和表述向更深層次延展，并不斷拓寬各個層次的應用，應涵蓋數(shù)據(jù)的獲取、存儲、傳輸和表述，礦山生產(chǎn)與經(jīng)營決策優(yōu)化，各種設計、計劃工作和生產(chǎn)指揮的計算機化，生產(chǎn)工藝流程和設備的自動控制等多個方面。數(shù)字礦山建設，具有重要的現(xiàn)實意義，第一，數(shù)字礦山能以數(shù)字化的形式全面反映礦區(qū)的地質(zhì)信息、力學信息、露天煤礦礦產(chǎn)資源的儲量和開采情況，有利于根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息做出合理的開采規(guī)劃，在保證礦產(chǎn)資源穩(wěn)定供應的同時，促進資源的合理利用和環(huán)境保護工作，以促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。第二，數(shù)字礦山能適應日益增多的深井開采條件，并結合自動化開采技術，使礦工遠離高溫和巖爆威脅等惡劣環(huán)境，減少和避免礦山安全事故。第三，對礦山開采引起的各類生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題進行數(shù)字化分析，以為礦山的生態(tài)重建方案、災害評價與預測預報體系等提供參考依據(jù)。

2 露天煤礦數(shù)字礦山建設存在的問題

近年來，我國露天礦緊跟時代步伐，大力致力于數(shù)字礦山建設，取得了一定的成效，但數(shù)字礦山的建設總體上仍處于起步階段。部分露天煤礦仍處于勞動密集型的機械化初級水平，管理粗放，煤炭開采技術、裝備水平、礦山地質(zhì)測量信息管理手段相對落后，缺乏三維可視化手段；煤礦開采設計和計劃缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，大多以經(jīng)驗為主，缺乏科學性；過程控制程度低，生產(chǎn)效率不高。另外我國部分礦山企業(yè)對進行數(shù)字礦山建設的重要性認識不足，建設積極性不高，缺少長遠規(guī)劃和發(fā)展目標，影響數(shù)字礦山建設的進程。同時礦床開采涉及的領域較為廣泛，需要多種技術的綜合支撐，存在一定的技術阻礙。對于露天煤礦的數(shù)字礦山建設不可能一蹴而就，還需要較長時期的不懈努力。

3 數(shù)字露天礦建設的主要內(nèi)容

數(shù)字露天礦的建設應綜合考慮本礦區(qū)的生產(chǎn)管理需求及具體實際，設定合理的數(shù)字礦山建設的長期目標和內(nèi)容：實現(xiàn)資源與開采環(huán)境的數(shù)字可視化、安全化和環(huán)?；?，技術裝備智能化與生產(chǎn)過程控制自動化，信息傳輸網(wǎng)絡化與資源高度共享化，管理與決策科學化。具體而言，其主要可側(cè)重于以下幾個方面的研究和實踐。

3.1 虛擬條件下礦山模擬開采技術研究

為促進礦山開采的科學性，數(shù)字礦山建設倡導對虛擬條件下礦山模擬開采技術研究，以期為礦山開采提供參考依據(jù)。其主要是綜合考慮礦區(qū)的地質(zhì)情況、礦床模型等，構造虛擬礦山，進行數(shù)字模擬開采，合理編制露天煤礦的開采計劃、采礦方法、邊坡工程設計、災變應變預案等，此項技術的重點在于以優(yōu)化開采為目標，有利于提高礦山開采的效益。

3.2 礦山數(shù)字地質(zhì)、礦床模型研究與開發(fā)

礦山數(shù)字地質(zhì)、礦床模型研究與開發(fā)，有利于實現(xiàn)對礦區(qū)地理信息的全面把握?？刹捎玫V山地理信息系統(tǒng)建立統(tǒng)一的時空框架，全面整合礦山各類系統(tǒng)中的大量異質(zhì)信息，建立數(shù)據(jù)倉庫及模型庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。具體而言，應注重對空間和礦物屬性的礦山實體數(shù)字地質(zhì)、礦床模型、采場和排土場模型，地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實模型等的建立，實現(xiàn)對礦床中礦、巖的空間分布的全面了解，其主要利用RS、GPS、GIS、常規(guī)測量、地質(zhì)寫實、取樣化驗等各種實時在線采集系統(tǒng)與技術手段獲取。根據(jù)鉆探或遙感、遙測信息建立礦床地質(zhì)構造模型，根據(jù)鉆孔、探槽和炮孔取樣建立有關礦、巖屬性的空間數(shù)字模型。

3.3 實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理和控制一體化

礦山生產(chǎn)過程管控一體化是指應用可視化技術，實現(xiàn)生產(chǎn)過程、工藝、設備、儀器的自動監(jiān)測與控制。其主要包括：（1）生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，其是運用計算機、GPS、無線通訊及設備監(jiān)測監(jiān)控技術實現(xiàn)對生產(chǎn)過程及生產(chǎn)設備的真三維顯示，加強對開采設備生產(chǎn)作業(yè)參數(shù)及狀態(tài)的監(jiān)測和故障的診斷，并根據(jù)實際情況，對采場運輸進行合理的優(yōu)化調(diào)度。（2）生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)，將礦山中的固有信息如地面地形、煤田地質(zhì)、開采方案等數(shù)字化，按三維坐標構建數(shù)字礦山，并進行礦山三維地學仿真顯示、開采過程模擬分析等工作。（3）管理信息系統(tǒng)（MIS），其將計劃管理、設備管理、財務管理、材料管理等相關信息嵌入到數(shù)字礦山三維框架內(nèi)，對多維數(shù)字礦山進行構建。（4）礦山安全監(jiān)測與預警系統(tǒng)，其以實體數(shù)字地質(zhì)模型為基礎，綜合各類數(shù)據(jù)信息，對礦床開采進行安全監(jiān)測與預警，以促進礦區(qū)環(huán)境保護，預防地質(zhì)災害的發(fā)生。

3.4 開發(fā)礦山應用軟件及人工智能技術研究

為促進數(shù)字礦山建設，必須配置相應的礦山應用軟件，如采礦CAD、虛擬礦山、采礦仿真、工程計算、人工智能和科學可視化等軟件工具。另外應將電子與機械技術相結合，實現(xiàn)遙控機器人采礦，提高露天煤礦生產(chǎn)效率。同時為實現(xiàn)礦山的智能化，應加強人工技能技術的研究，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指揮、資源預測、安全警示、突發(fā)事件處理等決策支持功能。

綜上所述，數(shù)字礦山是礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數(shù)字礦山建設是露天煤礦一項龐大的系統(tǒng)工程，應綜合考慮我國礦山現(xiàn)階段的技術、裝備、管理水平，分階段實施， 逐步系統(tǒng)完成，促進礦山真正安全、高效、經(jīng)濟開采，構建生態(tài)礦業(yè)工程，并最終實現(xiàn)資源、環(huán)境與經(jīng)濟三者的和諧統(tǒng)一，達到可持續(xù)發(fā)展的目標。

參考文獻

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