数字矿山的研究和发展方向

数字矿山

数字矿山的研究和发展方向

的研究和发展方向

应红立

（中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116）摘要：分析了随着科技进步、矿产资源消费急剧增长，开采加工难度日益增大，促使采矿逐渐走向数字化和智能化。介绍了数字矿山的概念、研究意义、系统层次以及矿山数字化现状及存在问题，并探讨了未来数字矿山的发展方向。

关键词：数字矿山研究现状发展方向

0前言

21世纪是信息主导的世纪，“数字化生存”已成为知识经济的标志，信息技术的飞速发展给中外采矿业带来了巨大冲击。随着科技进步、矿产资源消费的急剧增长和开采加工难度的日益增大，促使采矿逐渐走向数字化和智能化。早在1998年，美国前副总统戈尔就提出了“数字地球”（Digital Earth）的概念，随后1999年召开的首届“国际数字地球”大会又提出了”数字矿山“(Digita lM ine)的概念[1]。“数字矿山”作为信息时代的必然产物，在矿业中发挥出越来越大的作用，是矿业发展的目标和方向。

1数字矿山的概念和研究意义

数字矿山是数字地球和数字中国等理念及技术，在矿山勘测、生产及管理中具体的延伸应用，代表未来矿山的发展方向，是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现。矿山数字化的实现对矿山企业的发展具有极其重要的意义。

1．1数字矿山的概念

１９９８年，美国副总统戈尔在题为《数字地球：展望２１世纪我们这颗行星》的演讲中，首次提出了“数字地球”，紧接着出现了诸如“数字中国”、“数字城市”等概念。数字矿山也称智慧矿山，是建立在矿山数字化基础上能够完成矿山企业所有信息的精准适时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化操作和智能化服务的数字化智慧体[2]。

1．2数字矿山的研究意义

1．2．1降低劳动强度，提高工作效率

运用矿山数字化信息系统，可以系统了解整个矿山所涉及的信息过程，特别是矿山系统各个方面之间信息的联系和相互作用的规律。以计算机为工具建立的原始资料数据库和矿床模型，可随时在计算机上高效、便捷查寻。利用这些数据建立地质模型；进行不同矿种不同品位的资源管理和资源评估，也可以利用地质模型进行矿山设计、井下测量、安排生产进度、优化参数等功能。针对实际生产过程中设备生产能力改变、突发故障等不确定情况，研究采矿设备调度优化方

法，在无线网络的支持下，对现场开采生产进行监控并提出动态调整建议和措施，使得采矿生产满足计划要求以及采矿生产成本最小化，提高生产效益和社会效益。

1．2．2减少矿山生产隐患，提高安全系数

数字矿山是对真实矿山整体及其相关现象的统一性认识与数字化再现，可以有效利用数字化的方式，对环境进行监测和监视。对生产空间的各种信息进行采集，建立各种分析模型。对采集的信息进行加工处理，化解开采过程中的高危险、高危害因素，预防可能发生的各种灾害事故，做到重大事故的提前处理，把事故消灭在隐患之中。降低开采风险，降低工人劳动强度和保障生产人员的安全[3]。通过矿山数字化，提高矿山安全生产管理能力，进一步提升矿山技术管理水平，为安全生产决策提供技术保障，最终实现基于数字化、信息化和管理现代化的本质安全型矿井[4]。

1．2．3合理开发资源，实现矿产资源开发与环境协调发展

数字矿山在资源的合理开发和可持续发展方面发挥出巨大的作用。数字矿山可以数字化表达矿产资源的储量和开采情况，通过分析这些信息可以决策需要优先开发哪些资源，从而使矿山资源供应稳定、合理利用和环境破坏最小化，以保证国民经济可持续发展，解决资源消耗不断增长和资源供应短缺之间的矛盾。

对矿山开采引起的地表形态破坏、植被破坏、土地退化、水土流失、粉尘污染、水体污染、采场滑坡、尾矿库溃坝等进行数字化，在此基础上通过对相关信息的科学分析，制定出矿山的生态重建方案、灾害评价与预测预报体系和现代管理体系，实现矿产资源开发与环境协调发展[5]。

2数字矿山的系统层次

数字矿山自下而上可分为以下六个主层次：

基础数据层，即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理；数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。该层为后续各层提供部分或全部输入数据。

模型层，即表述层，如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层不仅将数据加工为直观、形象的表述形式，而且为优化、模拟与设计提供输入。

模拟与优化层，如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。

设计层，即计算机辅助设计层。该层为把优化解转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段。

执行与控制层，如自动调度、流程监测与自动控制、远程操作等。该层是生产方案的执行者。

管理层，决策支持，包括MIS与办公自动化依据各种信息和以上各层提供的数据加

工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。

按照以上层次，本项目需要研究开发六个分系统，即：数据获取与数据管理系统、数字开采系统、矿区地理信息系统、选厂数字监控系统、安全检测与评价预报系统、办公及管理系统、决策支持系统。其中数字开采系统是核心系统，也是效率和效益的主要创造者。

3矿山数字化研究现状及存在问题

3．1矿山数字化研究现状

与国外高度数字化和自动化的矿山建设相比，我国的矿山产业一直属于劳动密集型产业，主要表现为机械化水平偏低，管理陈旧粗放，设计编制受人为影响较大，技术和装备水平落后，系统机制不健全，决策、设计、生产等许多环节中都是依赖于经验，缺乏有效的科学性。这些问题，主要是由于矿山的管理水平较低，创新力不足，经营观念陈旧、管理基础薄弱、管理手段和方式落后，导致矿山企业自身创新力不足和先进技术的引进及推广应用力度不够。由此造成了生产科学性不高、安全程度低、开采合理性不够生产效率低、上传下达滞后、缺乏有效的安全预警手段和机制等问题。为保障矿山生产的安全、合理、高效，加强矿山的数字化建设就显得尤为重要[6]。

3．2矿山数字化存在的问题

数字矿山技术复杂，系统庞大，是一个涉及领域很广的新兴学科，数字矿山的建设也是一个庞大的系统工程。虽然我国数字矿山技术研究取得了一定的成绩，但是矿山数字化总体水平还很低，在矿山数字化进程上还是存在着不少问题，与国际先进水平有很大差距[7]。

3．2．1“信息孤岛”日显突出

随着矿山企业计算机技术应用的不断深入，不同类型的业务系统和大量的业务数据分散在企业内不同部门、不同系统，由于缺乏数据交换机制，数据需要重复多次输入，是数据一致性无法保证，信息及时反馈难、共享差，产生所谓的“信息孤岛”，造成信息资源和设备资源的极大浪费。

3．2．2矿山信息的标准化工作滞后

大部分大中型矿山企业已经建立了企业内部网（Intranet）和Internet网站，但是绝大多数企业起到的作用仅仅是停留在媒体的简单扩充上，没有充分利用网络进行网络深层的信息资源挖掘，缺乏共享的、网络化的信息资源，企业的产品编码、管理编码和统计指标等技术标准、规范不一，不能使企业内部、企业与客户、供应商、业务伙伴的信息流畅通。谈不上电子商务的运用。

3．2．3数据丰富但信息贫乏

随着数据库技术的迅速发展以及数据库管理系统在矿山广泛应用，矿山数据激增，其中隐藏着许多重要的矿山生产经营信息，人们都希望能对其进行高级分析处理，以便充分利用这些数据。当前的信息系统，可以高效地实现数据增删改查等基本功能，却由