数字矿山

数字矿山孙豁然东北大学2008-6-11一、数字矿山及其建设意义1.数字矿山是数字中国的重要组成部分人类面临信息爆炸的难题；美国前副总统戈尔于1998年1月31日在加利福尼亚科学中心所作的《数字地球——认识21世纪我们这颗星球》的讲演中提出了“数字地球”的新概念。数字中国江泽民主席在1998年6月提出了建设“中国数字地球”或数字中国。数字中国、数字城市、数字矿山是数字地球的延伸和研究领域。数字矿山的定义以三维坐标为主线矿山信息模型描述全部信息方便检索和显示固有信息数字化嵌入所有相关信息数字矿山与数字化矿山数字矿山与自动化、无人开采矿山数字矿山与矿山系统工程2．数字矿山建设的意义和必要性(1)数字矿山是国家战略资源安全保障体系的重要组成部分;(2)数字矿山建设是当前国际矿产资源开发研究的热点;(3)数字矿山建设是当前资源开发的需要，是落实资源开发方针的重要内容;(4)数字矿山建设是提升我国矿山国际竞争能力的重要措施;(5)数字矿山建设是资源可持续发展的重要基石;(6)数字矿山建设是化解高危行业风险的根本途径;(7)数字矿山是评价矿山资源生态环境的重要数据基础;(8)数字矿山是数字地球、数字中国在矿山的具体应用.3．数字矿山建设对我矿国矿业发展作用21世纪上半叶的中国将处在矿产品消耗的高峰期。矿山企业必须抓住机遇，努力依靠科技创新，广泛使用数字矿业技术来提升和改造采矿这一传统产业。数字矿业的潜能也是巨大的，其具体应用可体现在以下几个方面：(1)宏观决策(2)技术研讨(3)机电管理(4)人事管理二、数字矿山建设的内容主要研究内容是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。研究与开发的主要内容为：1.矿山数字地质、矿床模型研究与开发（三维数字地质模型）；2.虚拟条件下矿山模拟开采技术研究（数字开采）；3.矿山生产过程管控一体化；4.井下无线通讯与人员定位技术；5.矿山安全监测与预警系统；6.矿山生产经营决策支持系统1.矿山数字地质、矿床模型研究与开发(1)数字地质模型子系统根据钻探或遥感、遥测信息建立矿床地质构造模型，如矿岩体、断层、破碎带、岩性、构造等。(2)数字矿床模型子系统数字块状模型品位模型、杂质含量模型及价值模型。2.虚拟条件下矿山模拟开采技术研究以地质及矿床模型为基础；结合其它关键信息构造虚拟矿山；进行数字模拟开采；完成矿山长、中、短期开采计划编制；露天矿穿爆设计、地下矿巷道标准断面设计、峒室设计、开拓设计、采矿方法设计、通风设计、管道设计、灾变应变预案等工作。3.矿山生产过程管控一体化(1)GPS露天矿生产调度监控系统基于计算机、GPS、无线通讯及设备监测监控技术；实现开采设备生产作业参数及状态的监测监控和故障的诊断；采场运输的自动、优化调度；通过降低总运输功和采掘、运输设备的等待时间，提高采装、运输系统的效率，降低采运成本。(2)地下矿生产调度监测系统提升运输监控子系统;供排水监控子系统;压气通风监控子系统。4.井下无线通讯与人员定位技术采用无线通讯系统，实现井下矿无障碍通讯和人员定位，全面、实时、动态的反映井下人员分布状况。5.矿山安全监测与预警系统边坡、排土场、尾矿坝的稳定性监测、评价和预报；地下矿地压、矿震监测与预报；通风、粉尘、地下水监测与预警等。矿床开采的安全监测与安全预警。6.矿山生产经营决策支持系统利用数据库、人机交互进行多模型的有机组合，辅助决策者实现科学决策的综合集成系统。数字矿山所需的决策支持系统是空间决策支持系统。1.数字地质、矿山建模、虚拟开采(1)三维可视化软件国外软件：SURPAC，MicroMine，DataMine，MineSight、GOCAD；国内软件：MineStar(东北大学),MCAD（中南大学），蓝光（山东科技大学）钻孔三维分布图实体模型三、我国数字矿山建设新进展境界圈定工作生产计划安排块体模型空区模型开拓系统立体图图全矿实体模型图(2)计算机模拟爆破系统应用露天爆破智能设计与专家系统炮孔设计图整体炮孔布置及连接局部图（注：上图为起爆顺序，灰色代表地表已经传到，孔内未起爆，红色代表已起爆的孔。）等时线平面图松动爆破建模SLS放矿模拟仿真系统参数设置初始状态放矿模拟过程露天矿台阶垂直中深孔微差爆破计算机自动设计与模拟系统爆破后爆区形状图爆破后断面形状图3.管控一体化系统(1)矿车计算机自动调度及管理系统应用水厂铁矿开发了露天矿车辆调度系统，实现了生产过程的自动调度。矿车综合效率提高7.96%、电铲综合效率提高2.08%。车辆实时监控界面鞍山矿业公司车辆调度系统示意图鞍山矿业公司车辆调度系统示意图(2)综合信息大屏幕显示系统综合信息大屏幕显示系统是数字矿山最重要的信息平台，它集中的显示了数字矿山建设的水平与成果，综合信息大屏幕显示系统是数字矿山建设的显示平台。其中比较有代表性的有：夏甸金矿、新城金矿、梅山铁矿、老虎台煤矿。夏甸金矿设计了一套60”5×2数字光学成像(DLP)大屏幕投影拼接系统。夏甸金矿大屏幕显示系统新城金矿工业电视系统采用6块60”DLP箱式背投显示单元，组成一面投影大屏幕拼墙。新城金矿大屏幕示意图老虎台煤矿2004年该矿安装了一套上海中达电通股份有限公司生产的数字光学成像DLP投影单元，其规格为67″DNP、RUCS幕四块拼接，形成矿调度室的显示屏幕。两侧配置16台29″彩色工业电视，形成电视墙。老虎台煤矿大屏幕图梅山铁矿综合信息平台(3)通风自动化系统通风自动化可根据通风实时检测提供数据，远程控制风机的运行。夏甸金矿通风系统自动控制系统(4)选矿自动控制系统夏甸金矿选矿自动控制系统(5)提升自动监控系统夏甸金矿提升自动控制系统提升自动监控系统(6)水泵房监控系统排水监控系统(7)供电系统控制所有高压柜通过RS485接口，与以太网交换机连接，把高压开关柜的信号传输到控制中心工控机，包括视频监视信号。通过以太网在集控室下达操作命令及监视变电所的所有信息，实现远程监视和控制，最终达到对井下供电系统实现自动监控的目地。3.人员定位系统夏甸金矿人员定位系统夏甸金矿人员定位系统新城金矿井下漏泄通讯及机车定位系统是在井下铺设漏泄通讯网，使用无线漏泄手机就可以随时随地同地面指挥中心进行无线通讯。老虎台煤矿井下无线通讯和人员定位系统。(1)小灵通之间可以互相通话，(2)地面坐机或手机可以通过中继线和井下小灵通手机及定位卡通话。(3)员工配备的定位卡可以直接呼叫矿调度，并实现通话功能，以便处理应急事件。(4)小灵通手机和定位卡均有定位功能，梅山铁矿建立人员、设备信标定位系统，由地面中心站、信号发射器、无线数据监测站、接收探头及电源、电缆、传输接口等辅助设备组成。井下人员定位系统主要功能：(1)人员监测查询功能；(2)超时报警功能；(3)统计考勤功能；(4)联网功能。4井下无线通信系统夏甸金矿拟采用的KT18型矿山无线通信系统以移动的无线通信方式实现话音和数据呼叫，提供了工作区域内的移动性和实用性。KT18型矿山无线通信系统包括井上和井下两个子系统，如图所示：5管理信息系统开发老虎台煤矿综合信息平台：建立一套地面综合信息网络，包括工资管理、财务管理、考勤管理、物供管理和安全、生产技术管理等，并和局联网运行。目前全矿有计算机300台左右，均在该网络运行，有效地促进了企业管理的现代化。水厂铁矿以MES为服务对象的生产执行系统数字化；以ERP为核心的企业资源管理数字化以办公OA系统为平台的办公数字化系统的建设，大大的推进了办公管理系统的数字化水平。6.矿山安全监测(1)矿震监测与预报电磁辐射法微震检测法(2)露天矿边坡动态检测技术GPS智能监测系统介绍美国麻省理工的GAMITGPS精密软件进行解算和平差监测位移精度可以达到4毫米以内水厂铁矿GPS边坡检测系统智能精密数字摄影智能处理系统专业数码摄影相机数据处理中心通过精密数字摄影测量分析，精度可达10mm到30mm以内全站仪智能测绘系统全站仪自动观测系统控制中心对观测数据进行处理与分析系统能给出2mm到20mm的精度三维激光扫描数据处理系统三维激光扫描仪传输到系统控制中心量测并提取变形监测点的三维坐标精度可达5mm到20mm四、数字矿山建设的展望在数字矿山建设中要注意以下问题：（1）做好规划，从整体、长远角度设计数字矿山的蓝图；（2）建设综合信息平台，为数字矿山建设提供舞台；（3）建设高速信息网络，为数字矿山信息传递提供畅通、可靠、安全的信息高速公路；(4)购置成熟软硬件和技术，推进办公自动化、管理的高效化建设；(5)充分利用局部建设成果，推进数字矿山的进展；(6)培养人才、提高人才的素质，是数字矿山实现的关键因素。5年之内，我国必然会建起15-20家数字矿山。49国家进行的“十一五”科技攻关及863高新技术项目的开展进行的成果，将在数字矿山提供的平台上得到以下广泛的应用：(1)井下无人采矿工艺仿真技术的研究；(2)无人开采的关键技术；(3)基于矿山开采环境条件的矿山地压灾害机理的研究；(4)远程无人取样技术。谢谢！欢迎指正！51