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数字矿山的关键要素与技术浅析

                                                                         文章来源:《世界有色金属》2015年第7期    作者:胡建明

前言


数字矿山的定义一直以来处于争论之中,各种含义的数字矿山也常见于媒体间。例如矿山安全六大系统,矿山调度系统,矿山三维软件应用以及矿业ERP系统等方面的应用,都称其为建立数字矿山。其实,这样的定义既不准确,也不全面,而且更容易引起误解。本人通过多年来与矿山行业的接触,对国际矿业的了解,同时对国内企业完成的成果进行分析,总结出对数字矿山的理解。我认为只有正确地理解数字矿山建设的含义和基本要求,可以从不同层面和阶段做好相应的工作,对数字矿山的建设都是具有十分重要的意义。

数字矿山实际上是一个很广泛的、庞大的巨系统工程,其建设的根本目的是实现矿山信息化。利用计算机技术,反映矿山真实三维环境下,实现矿山生产与管理的自动化、智能化,力争将矿山从传统的生产管理模式中解放出来,实现矿山企业资源的合理分配与利用,提高生产的安全性。实现数字矿山的关键是相关的软、硬件开发技术并形成相关的软件产品。

数字矿山的关键要素

建设数字矿山,需要有与之相适应的基本技术和要求,这就构成了数字矿山的基本要素。可以根据要素的内容、阶段和整合程度的不同,可以分为不同程度的数字矿山。从人员,技术、设备、通讯、专业以及计算机应用等方面确定要素有很多,但我认为最基本的数字矿山要素有三大方面:

一是矿山信息化,这是建立数字矿山的基础,所有与矿山资源,生产过程和设备移动以及维护相关联的信息,都是以可共享的数字模式存储在统一的环境下,可以重复调用和满足任何专业的应用为基本特点。

二是生产过程的监控,这是基于现代化的通讯手段,视频技术和传感技术,将生产流程中所产生的所有信息,影像和数据实时进行浏览、分析和重现。

三是先进的软、硬件产品,这是我们获得矿山任何信息的关键技术。对于矿山而言,软件和硬件产品是获得矿山信息和应用这些信息的工具。这些工具以自动采集相关信息并可关联计算,从而以数字化的模式传送或保存为主要特点。

数字矿山的基本概念

所谓的数字矿山,其突出的特点是矿山生产过程中的对象数字化,也就是说,我们需要实时掌握所有对象的信息,这些信息包括位置,参数,工况,消耗量,变化,累计值,内在趋势以及可能存在的影响,同时将这些种类不同,格式各异和属性差异的信息,集成到数字化的平台中,从而构成了数字矿山的基本内涵。因此,从矿山生产链中,不难分析出这些最基本的概念。

首先是资源信息化:作为矿业公司的根本,也是矿山粮食的矿产资源,资源信息表现在地勘和矿山生产阶段的总和。主要内容有矿床的空间位置,探矿工程的信息,以地质理论为基础理解的矿体形态,矿体中矿物元素的品位及其分布,估算的资源总量等等。由于矿产勘查工作具有阶段性特点,但持续时间又很长,因此,这些资源信息往往很不完整,而且,我们通常看到的成果都是二维平面图纸和资源储量的报表,既不能重复利用与共享,也不能准确地进行品位控制和采矿设计,是不能构成资源信息化。实际上资源信息化表现在三大方面:一是三维数据环境,所有的信息是按照真实的三维坐标及其属性进行存储和运用,这是回归矿山自然的数据结果。二是通过数据库方式存储所有的信息,实现矿山数据的集成与共享。三是通过三维可视化的模式进行分析和计算。实现资源信息化的关键技术就是三维可视化软件平台的应用,这也是为什么需要推进三维软件应用的主要原因。

其次是生产过程信息化:矿产资源信息并不是一成不变的,随着采矿的进行,原来所获得的信息进行推定的成果会有很大的变化,这就是矿山资源信息具有四维的特点。为此,我们需要对矿产资源的信息需要进行实时的更新和维护,包括探矿工程的增加,矿体空间位置的改变,品位的变化以及与采矿相关联的位置变化。这些更新的信息既可以为矿产资源提供动态储量数据,也可直接为生产服务,同时进一步提升对矿床的成因和规模的认识,从而实现对矿体的控制,也就可以做到采矿的信息化。

第三是设备信息化:现代化的矿山生产是以准确的资源信息为依据,先进的设备为基础,辅助生产过程的检测与监控,做到全方位的矿山生产管控,从而实现安全生产,降低损失贫化,充分利用矿产资源,提高矿山企业的效益。因此,在建立数字矿山的过程中,所有设备的运行状况,工时、损耗,产能以及维修等方面的信息,也就成为设备信息化的重要组成。当然,设备信息化还取决于设备的先进性,包括数据的记录,远程读取,综合分析和数据传输等方面的技术是设备信息化的重要前提条件。

第四是生产可视化:数字矿山的终极目标是实现远程采矿,我们从多家远程采矿公司发布的视频中了解到,实现这一目标的因素有很多,但生产过程的可视化是必不可少的条件之一。就是通过实际采矿环境的视频读取,提供给设备操作人员的实际信息,可以远程进行设备的操控,并可实时获取相关的生产信息。

第五是系统集成化:以上所获得矿山资源和生产的信息,如果没有一个统一的管理系统或平台,就会变成“信息孤岛”。因此,构建一个完整的,多种类数据接入,不同专业共享,实时为生产服务的信息平台也就成为数字矿山的神经中枢。

数字矿山的技术要求

从上述基本概念中不难看出,真正建立数字矿山绝对不是一个简单的系统,或者一套独立运行的管理平台,但是,根据数字矿山建设的内容,可以将其分解为不同阶段和不同层次的应用系统。也就是说,建立一个完整的数字矿山系统,可以按照不同专业和应用层面的要求分别实现,比如矿山信息化系统,自动化系统,监测监控系统等等。与之相对应的是每个系统都有各自的技术要求,而且需要确保技术的领先性、实用性和可靠性,从而避免很多单位启动数字矿山建设项目,结果是投资很大,收效甚微甚至是浪费的局面。

根据我的理解,可以从三大方面明确技术的基本要求:
一是矿山信息化技术:通常是指与矿山资源和生产过程相关联的信息技术,其中重要的有矿山三维软件工具,数据库及标准。国际上矿业发达的国家,其矿业信息化的水平非常高,不仅保留了非常完整的矿山资源数据,实现了对数据的应用与分析,而且确保数据的空间三维属性和实时性。因此,结合矿山信息技术的发展,围绕如何提高矿山生产效率和管理效率、提高矿山开采的技术水平等方面的实质性需求,带动了矿业软件的发展。应运而生的矿业软件有美国的Minesight,英国的Datamine,澳大利亚的Vulcan,Surpac,Micromine,加拿大的Gemcom等国内熟知的产品。

二是设备数据采集技术:主要体现在设备运转信息的采集,其核心技术是设备具有先进的数据记录、存储和实时传送等特点。而我们常规使用的采矿、选矿、定位、监测监控等设备是无法满足这些需要。

三是信息传输与共享技术:当矿山生产过程的信息和数据采集之后,需要考虑有足够的信息传输通道和速度,从而实现数据和信息的实时性和准确性。这里所涉及的信息传输技术包括网络,数据接口,数据分析和综合报告等专项技术。同时,需要对这些信息进行集成,使之成为能够满足不同专业,不同领域和不同需求人员的上传存储和下载应用。

数字矿山的现实意义

加拿大国际镍公司(Inco)从90年代初开始研究遥控采矿技术,目标是实现整个采矿过程的遥控操作。2000年已研制出样机系统,并在加拿大安大略省的萨德泊里盆地的几家地下镍矿试用,实现了从地面对地下矿山进行控制,甚至可以从400km以外的首都多伦多对地下镍矿的采、掘、运活动进行远距离控制,这是大型矿山建立数字矿山的应用典范。然而,我们在建设数字矿山时,往往是中小型矿山居多,在这样的情形下,建立数字矿山的意义何在?

第一、矿山信息化加快了我国矿业工业发展
矿业,是保障人类社会文明与进步的重要基础性产业,作为国家的经济支柱产业,对于矿产资源的勘查布局、矿产资源的储量管理、资源的合理开发与利用、稀缺资源的战略储备、矿山安全生产监督、矿业产业的技术培训等本身就是一项庞大的、复杂的信息系统工程。为此,在国家“始终把矿业作为国民经济中优先发展的领域”的方针下,矿山企业作为资源开发的主体,其信息化是矿业信息化的重要组成部分之一。矿山信息化即是挖掘先进的管理理念,应用先进的信息技术去整合矿山现有的生产、经营、设计、管理,及时地为矿业“三层决策”(战术层、战略层、决策层)系统提供准确而有效的数据信息,以便对市场需求做出迅速反应,进而提升矿业经济核心竞争力的过程。矿山信息化不仅是矿山信息技术的延伸,更重要的是矿业管理、组织结构、业务流程的变革和延伸。

第二、矿山信息化是矿山企业发展的需要
在资源匮乏的当今时代,矿产作为不可再生资源,在现有开采规模下必须控制资源的无序开发,尽可能提高有限资源的利用效率,最根本的前提就是在生产管理中对资源的管理和生产过程进行信息化管理。
当前我国矿业行业信息化水平仍然较低,信息技术应用不平衡,由于长期粗放经营和国家在矿业信息技术应用上投入不足,适用于矿业的信息技术、电子信息产品和信息系统的研发及产业化水平非常落后,这在一定程度上制约着矿业信息的发展。从系统集成来看,有关生产、管理的自动化与信息化水平相对较低;从产业角度看,目前矿业行业生产软硬件研发和服务保障系统相对滞后,研发力量薄弱,适合矿业行业特点和需求的软硬件与电子专用设备、仪器目前仍比较缺乏,还难以满足矿业生产的需求和技术升级的需要。

第三、矿山信息化是矿业科技创新的源泉
经济全球化不断深入,信息化不断普及,全球范围内的信息产业结构调整和梯次转移日趋明显,为我国科技创新产业创造了良好的发展机遇。“十一五”是实现我国软件产业跨越式发展的关键时期,《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》强调要“大力发展集成电路、软件和新型元器件等核心产业”,《国家中长期科技规划》将突破大型软件、基础软件等作为重要内容,《信息产业“十一五规划》也将“壮大软件产业”作为发展核心基础产业的主要任务。为了进一步落实科学发展观,引导软件产业做大做强,信息产业部在深入调研、广泛论证,并开展一系列课题研究的基础上,编制并颁布了《软件产业“十一五”专项规划》。在计算机技术、通信、互联网等现代化信息技术高度发展的今天,矿业信息化和其他行业的现代化信息服务业一样,越来越多地受到重视,必将成为决定国家现代化水平和综合国力的关键因素之一。

目前,矿山企业现在已经充分意识到信息技术对企业技术水平的强大拉动力和对企业发展与竞争的重要性。近几年来,不少矿山在寻求功能与实践统一的专业软件平台,对数字矿山的需求日见旺盛。“十一五”期间开展数字矿山关键技术的研究与开发,通过自主创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合,开发形成具有自主知识产权、适应我国矿山企业的商业化软件产品,降低对国外的技术依存度,为矿业企业的创新带来前所未有的良机。
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