張文全

（山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030045）

在露天石灰石礦山開采的階段采用數(shù)字化智能礦山系統(tǒng)，可以提高礦山開采的效率以及質(zhì)量還有安全性。因此對數(shù)字化智能礦山系統(tǒng)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析，掌握技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用范圍，對提高礦山采礦工程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全性都有著積極作用。

1 數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)

1.1 總述

數(shù)字采礦軟件系統(tǒng)在礦區(qū)三維模型的數(shù)字化建模進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，通過建模成果對生產(chǎn)計(jì)劃編制、爆破流程化設(shè)計(jì)和地表及品位的快速更新還有精準(zhǔn)的自動配礦等領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用。

1.2 三維礦山模型數(shù)字化

數(shù)字化智能礦山系統(tǒng)的基礎(chǔ)運(yùn)用就是將礦區(qū)地質(zhì)的現(xiàn)有資料進(jìn)行模型數(shù)字化展現(xiàn)。三維礦山模型數(shù)字化的具體工作內(nèi)容如下：①將地質(zhì)基礎(chǔ)資料進(jìn)行整理和歸納并根據(jù)數(shù)據(jù)類型分類匯總，最終完成三維礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與更新；②通過礦山的實(shí)際礦巖界線分布進(jìn)行三維礦體以及巖體模型的建立；③在礦區(qū)的實(shí)際地形圖原型下模擬出地表現(xiàn)狀的三維模型；④通過礦區(qū)的終了境界圖形完成終了境界模型的具現(xiàn)化；⑤在建立塊段模型的基礎(chǔ)上利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)推算預(yù)估品位數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)品位模型的模擬展現(xiàn)。

1.3 生產(chǎn)計(jì)劃編制

利用DIMINE 系統(tǒng)的計(jì)劃編制功能結(jié)合地表現(xiàn)狀、終了境界、礦體、品位模型的最新數(shù)據(jù)，對中長期生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行自動計(jì)算生成，再根據(jù)中長期計(jì)劃計(jì)算提供的數(shù)據(jù)為礦山的后期生產(chǎn)起到建議與指導(dǎo)的參考作用，還可以根據(jù)預(yù)期計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度偏差的人為調(diào)整。自動生成的生產(chǎn)計(jì)劃對反映礦床的規(guī)模以及品位分布情況具有更高的準(zhǔn)確性保障；擁有對全時(shí)態(tài)的計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性的模擬與預(yù)演的能力；另外，還可以通過預(yù)演功能分析出對產(chǎn)量穩(wěn)定性造成實(shí)際影響以及產(chǎn)量波動較大的時(shí)間段，針對性地調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃；其次，預(yù)演功能還可以對生產(chǎn)計(jì)劃的設(shè)備及人力資源投入需求進(jìn)行提前確定，便于礦產(chǎn)企業(yè)提前進(jìn)行生產(chǎn)資源的配置；最后DIMINE系統(tǒng)還擁有操作便捷、各種數(shù)據(jù)模型直觀易懂、對計(jì)劃結(jié)果進(jìn)行科學(xué)預(yù)估的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)。

1.4 爆破流程化

根據(jù)現(xiàn)階段的石灰石礦場的爆破流程進(jìn)行歸納與總結(jié)，爆破流程化的管理方式如下：首先，利用生產(chǎn)計(jì)劃與三維地表現(xiàn)狀模型的優(yōu)勢，結(jié)合DIMINE 系統(tǒng)的運(yùn)算迅速生成爆破涉及方案的模型；其次，通過DIMINE 系統(tǒng)將設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)發(fā)送到鉆機(jī)的卡調(diào)系統(tǒng)終端進(jìn)行爆破區(qū)域的炮孔位置的布置并進(jìn)行打孔作業(yè)，再由終端將炮孔信息反饋到生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)備，由生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)負(fù)責(zé)爆破前的爆堆作業(yè)點(diǎn)的維護(hù)工作；再次，由取樣技術(shù)人員完成現(xiàn)場巖粉的分類取樣工作，并將樣品送到智能取樣APP處完成炮孔分組工作；最后，通過掃碼槍完成取樣袋與樣品化驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)匹配工作，并經(jīng)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)反饋至DIMINE 系統(tǒng)下載炮孔信息并生成爆堆的模擬狀況，方便后期進(jìn)行配礦或品位更新等相關(guān)工作。爆破、配礦自動化流程如圖1所示。爆破流程化可以有效節(jié)省礦山放孔、收孔、分組及化驗(yàn)所產(chǎn)生的人力資源成本的同時(shí)，還能使生產(chǎn)效率得到極大的提升。另外，塊段模型的數(shù)據(jù)有了炮孔巖粉化驗(yàn)信息的支撐，可以使配礦和計(jì)劃編制的原始數(shù)據(jù)擁有更高的精確性。

圖1 爆破、配礦自動化流程示意圖

1.5 地表更新及品位更新

地表更新：在礦山完成爆破作業(yè)后會進(jìn)行地表現(xiàn)狀模型的更新工作，主要由DIMINE 根據(jù)鉆機(jī)反饋的實(shí)時(shí)炮孔點(diǎn)位信息完成一鍵更新工作，相對于傳統(tǒng)的測量更新地表工作更加高效更加便捷準(zhǔn)確。

品位屬性更新：在DIMINE的支撐下，品位更新可以通過實(shí)測炮孔樣品信息與資源量估算的品位模型完成炮孔選樣后的一鍵更新操作，對礦山的下一個(gè)平臺的品位信息提供估算依據(jù)，為下次生產(chǎn)計(jì)劃的制定與執(zhí)行提供了經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。

1.6 自動配礦

配礦工作是為了平衡礦區(qū)內(nèi)不同品位的礦石品質(zhì)，一般通過搭配、混勻等技術(shù)手段使礦山的礦石質(zhì)量能夠達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過礦石品位質(zhì)量的合理匹配，使品位質(zhì)量高低不同的礦石在混合中得到中和，以達(dá)到礦石產(chǎn)出的質(zhì)量要求，從而提高礦山的空間資源利用，增加礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及國家礦產(chǎn)資源的利用率，減少資源浪費(fèi)。所以，配礦在自動化與精準(zhǔn)化方面所達(dá)到的水平高度對礦山的經(jīng)濟(jì)效益有著重要影響。利用炮孔的實(shí)測數(shù)值完成爆堆數(shù)據(jù)的生成，再通過DIMINE的自動配礦功能綜合礦山的實(shí)際生產(chǎn)狀況和產(chǎn)出礦石的產(chǎn)量及品位完成卡調(diào)系統(tǒng)的指令傳輸，借助卡調(diào)系統(tǒng)完成車輛的智能化自動調(diào)度工作。

2 智能卡調(diào)系統(tǒng)

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在實(shí)際的成產(chǎn)過程中會將跨帶分析儀收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋到DIMINE處，DIMINE會綜合反饋數(shù)據(jù)和爆堆品位信息進(jìn)行分析計(jì)算，并將更新修正后的新數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛自動調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配礦工作的調(diào)整與修正工作，使破碎站的進(jìn)礦品位達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。智能卡調(diào)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，依次為調(diào)度中心、通訊差分系統(tǒng)和車載智能終端，這三部分對計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和GPS 技術(shù)等都有深度的應(yīng)用，另外對系統(tǒng)工程理論和最優(yōu)化技術(shù)手段也有所涉及，通過這些先進(jìn)的技術(shù)手段建立了生產(chǎn)監(jiān)控、智能調(diào)度、生產(chǎn)指揮管理等全面智能的管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)采裝設(shè)備、移動運(yùn)輸與卸載設(shè)備以及生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)了高科技智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理體系。智能卡調(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)輸裝卸設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行自動調(diào)度操作，真正實(shí)現(xiàn)了全自動的實(shí)時(shí)調(diào)度功能，司機(jī)在調(diào)度系統(tǒng)中也能通過得到全局信息的反饋，輔助人性化的電子地圖功能與歷史行車軌跡回訪功能，有效解決特殊物料品種的配車以及長距離派車和局部定鏟靈活派車等實(shí)際生產(chǎn)過程中存在的問題。配礦指令得到卡調(diào)系統(tǒng)的高效支持可以使礦山的礦石質(zhì)量在穩(wěn)定性上得到充分保障，并通過運(yùn)輸配比數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算達(dá)到配礦可視化的目的，使礦山現(xiàn)場的調(diào)度指揮問題、規(guī)范問題和質(zhì)量把控問題都得到有效解決，進(jìn)而提高礦山的礦石產(chǎn)出效率與質(zhì)量，促進(jìn)人力成本及車輛成本管理水平的進(jìn)步。

3 品位實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)

品位實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)主要是依靠跨帶分析儀實(shí)現(xiàn)礦石品位的在線檢測功能，跨帶分析儀的核心技術(shù)是利用中子活化瞬發(fā)伽馬分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測功能，對皮帶上輸送的物料進(jìn)行投射式無接觸在線檢測方式，對樣品采集基本上沒有需求，可以對礦石的成分含量進(jìn)行快速的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，從而與質(zhì)量控制參數(shù)進(jìn)行對比參照，根據(jù)數(shù)據(jù)比對分析結(jié)果和爆堆中配礦品位情況進(jìn)行綜合分析，通過數(shù)據(jù)展現(xiàn)指導(dǎo)配礦中各爆堆礦品進(jìn)行合理的分配組合，從而實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)品質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從生產(chǎn)工藝的改良方面來降低生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的資源浪費(fèi)，從而有效控制生產(chǎn)成本并保證產(chǎn)品質(zhì)量的應(yīng)有水平。品位在線分析系統(tǒng)如表1所示。

表1 品位在線分析系統(tǒng)（樣本分析時(shí)間）

4 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)主要建立在生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，對礦山的安全環(huán)保、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理等基本信息進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)時(shí)記錄與數(shù)據(jù)采集工作，并根據(jù)獲取的采集進(jìn)行匯總計(jì)算，通過輸出端將統(tǒng)計(jì)報(bào)表完成具體呈現(xiàn)，為生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行狀態(tài)提供參考作用，存在不合理或工作方向出現(xiàn)偏移的地方還可以進(jìn)行針對性的調(diào)整與修正操作，從而完成資源利用的合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析的合理可靠性，達(dá)到平衡生產(chǎn)資源與調(diào)度最優(yōu)化的目標(biāo)。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺還可以實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)被動指揮向?qū)崟r(shí)靈活調(diào)度、從質(zhì)量的事后抽檢向事中的在線實(shí)時(shí)控制、從資源的被動供應(yīng)向根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的主動供應(yīng)、從成本的事后核算向事中的實(shí)時(shí)控制、在管理上的粗放向精細(xì)的質(zhì)量型等五個(gè)方面的有效轉(zhuǎn)變，為礦山企業(yè)提供更高效的生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行效果。

5 三維管控系統(tǒng)

三維管控系統(tǒng)的主要作用是為礦山的生產(chǎn)管理人員提供管理工作執(zhí)行的輔助服務(wù)。該系統(tǒng)的集成面較廣，可以支持的數(shù)據(jù)操作有礦山實(shí)景模型、生產(chǎn)實(shí)測模型、生產(chǎn)計(jì)劃模型、工程實(shí)體數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、生產(chǎn)信息管理數(shù)據(jù)等六個(gè)方面的全面檢測管控。該系統(tǒng)平臺主要依靠生產(chǎn)現(xiàn)場的DCS 設(shè)備、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)采集統(tǒng)計(jì)、模型自身現(xiàn)有數(shù)據(jù)等方式完成數(shù)據(jù)的采集工作。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作業(yè)數(shù)據(jù)都在該系統(tǒng)得到了高度的集成體現(xiàn)：①實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)過程的各種監(jiān)控、預(yù)警、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)表的可視化展示管理工作；②對整體的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)集中式的可視化統(tǒng)一管理控制；③通過可視化管理實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)的高效調(diào)度與修正作用。三維管控系統(tǒng)可以促使礦山的實(shí)際生產(chǎn)節(jié)奏更加貼合生產(chǎn)計(jì)劃有序進(jìn)行，利用實(shí)時(shí)的可視化管控體系實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)以及設(shè)備設(shè)施狀態(tài)的有效調(diào)整與調(diào)度作用，為礦山的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施以及重點(diǎn)業(yè)務(wù)的開展提供極大保障。

6 結(jié)語

數(shù)字化智能礦山系統(tǒng)對石灰石礦山的實(shí)際應(yīng)用過程中，可以對以下的主要難點(diǎn)問題進(jìn)行針對性解決：

（1）當(dāng)各礦區(qū)的礦產(chǎn)資源品位存在分布不均勻的情況時(shí)，可以綜合利用卡調(diào)系統(tǒng)以及自動配礦功能實(shí)際平衡各礦區(qū)的礦產(chǎn)資源品位，使礦產(chǎn)質(zhì)量滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）礦產(chǎn)資源的資源分布情況可以利用數(shù)字化礦山系統(tǒng)進(jìn)行礦山的數(shù)字化模型建模分析從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)與定位。

（3）DIMINE系統(tǒng)還具備爆破設(shè)計(jì)和采礦可視自動化功能，利用模擬預(yù)估功能可以制定出最科學(xué)合理的實(shí)施方案，避免了因開采技術(shù)落后而造成的資源浪費(fèi)。

（4）DIMINE系統(tǒng)的炮孔實(shí)測及品位化驗(yàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新可以綜合臺階預(yù)估功能優(yōu)化下一臺階的開采配礦指標(biāo)，解決礦山資源在傳統(tǒng)測量及勘探中可靠性低以及效率低下的難題。

（5）智能礦山系統(tǒng)還可以利用生產(chǎn)計(jì)劃編制功能對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行提前規(guī)劃或中長期的預(yù)演，從而減少二次倒運(yùn)需求，降低了開采成本的同時(shí)提高整體生產(chǎn)工作效率。

（6）智能卡調(diào)系統(tǒng)可以充分展現(xiàn)其生產(chǎn)設(shè)備資源的合理配置優(yōu)勢，在相同車輛運(yùn)作情況下實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率和更低的資源消耗。

（7）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)可以完成質(zhì)量及產(chǎn)量的管控從線下轉(zhuǎn)到線上，從事后轉(zhuǎn)到事中，為企業(yè)的生產(chǎn)效率及管理工作高效開展提供了良好的環(huán)境。

（8）可以利用三維管控系統(tǒng)的優(yōu)勢，對礦山的關(guān)鍵業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)可視化的實(shí)時(shí)管控調(diào)整，保證礦山的重點(diǎn)業(yè)務(wù)在預(yù)定范圍內(nèi)高效執(zhí)行，為礦山的整體生產(chǎn)管理與發(fā)展目標(biāo)的決策提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐。