1 智慧礦山的發(fā)展

 

　　礦山生產(chǎn)模式大致經(jīng)歷了四個階段：一是原始階段，即主要通過手工和簡單挖掘工具進行礦產(chǎn)采掘活動，無規(guī)劃、效率低、資源浪費極大。二是機械化階段，即大量采用機械設備進行礦產(chǎn)生產(chǎn)活動，機械化程度較高，但仍無規(guī)劃、生產(chǎn)較粗放、資源浪費比較嚴重。三是數(shù)字化礦山階段，采用自動化生產(chǎn)設備進行作業(yè)生產(chǎn)，采用信息化系統(tǒng)作為經(jīng)營管理的工具，實現(xiàn)數(shù)字化整合、數(shù)據(jù)共享和互操作，但仍面臨諸多系統(tǒng)集成、信息融合、數(shù)據(jù)存儲與分析等復雜問題，而且核心仍圍繞擴大開采量，對綠色開采、人文關懷、可持續(xù)發(fā)展等方面仍不夠重視。四是智慧礦山階段，通過智能信息技術的應用，使礦山具有人類般的思考、反應和行動能力，實現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應能力，主動感知、分析、并快速做出正確處理的礦山系統(tǒng)，人為的因素將降低最低程度，礦山企業(yè)的人財物產(chǎn)銷存等能協(xié)同、自動運作，實現(xiàn)礦山企業(yè)的集約、高效、可持續(xù)發(fā)展。新一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能傳感、通信、遙感、衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)等各項技術的成熟與融合，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理與反饋機制，為智慧礦山發(fā)展提供了技術基礎。在芬蘭、加拿大、瑞典等發(fā)達國家已為此目標發(fā)展了20多年，我國正處于起步階段。

 

　　2 智慧礦山的特征

 

　　與以前各階段相比，智慧礦山具有如下特征。

 

　?。?）可持續(xù)。前三個階段的礦山生產(chǎn)模式都重在礦產(chǎn)生產(chǎn)的管理，呈現(xiàn)出從單一提高礦產(chǎn)生產(chǎn)效率到綜合提高礦產(chǎn)生產(chǎn)與經(jīng)營管理的整體效率提升的發(fā)展趨勢。到了智慧礦山階段，不僅關注礦山生產(chǎn)，更綜合考慮了生產(chǎn)與經(jīng)營管理的協(xié)調(diào)、企業(yè)與人的協(xié)調(diào)、資源開采與環(huán)境的協(xié)調(diào)，關注企業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展，從而使礦山具有更持久的生命周期。

 

　?。?）自動。礦山生產(chǎn)模式的發(fā)展歷程實際上是生產(chǎn)工具的發(fā)展過程，智慧礦山利用遙感技術、智能技術實現(xiàn)對礦山運作的自動、實時感知；并能將歷史數(shù)據(jù)進行存儲和歸類處理，形成基于特定場景的響應處理，形成接收、分析、響應的閉環(huán)過程，具備了生物智能。人工參與的程度反映其智慧發(fā)展的程度，有學者稱“無人”是智慧礦山的終極標志。

 

　?。?）整體協(xié)同。強調(diào)各系統(tǒng)的開放、信息的整合、運作的協(xié)同，發(fā)揮礦山管理的整體功能。具體體現(xiàn)如：自動采集礦井中的特定氣體指標、實時進行分析，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和設定閥值在超量指標時及時發(fā)出警告甚至啟動緊急救生裝置等；根據(jù)經(jīng)營管理電子商務平臺收到的訂單數(shù)量、產(chǎn)品規(guī)格指標等，定期分析并反饋到生產(chǎn)部門，根據(jù)歷史產(chǎn)銷關系、產(chǎn)品指標與生產(chǎn)配方關系等數(shù)據(jù)，相應控制生產(chǎn)數(shù)量和生產(chǎn)冶煉配方等，實現(xiàn)產(chǎn)銷平衡等等。

 

　　（4）隨時隨地。原始階段的生產(chǎn)地點局限于生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場的單點，局限于生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場的特定環(huán)境條件；機械化階段的生產(chǎn)地點可擴展到生產(chǎn)作業(yè)面，并擬補了特定環(huán)境條件的局限性；數(shù)字化礦山則通過信息化手段實現(xiàn)遠程操作，生產(chǎn)操作地點可以擴展到信息化所能達到地方；智慧礦山則通過衛(wèi)星地理定位技術、遙感技術、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)處理等新一代信息技術實現(xiàn)無處不在、無時不在的隨身智能融合服務。

 

　　3 智慧礦山的頂層體系

 

　　智慧礦山總體上體現(xiàn)為三大體系，就是智慧生產(chǎn)體系、智慧人文體系、智慧管理體系。智慧生產(chǎn)體系，主要基于數(shù)字化礦山，采用新型信息技術實現(xiàn)遠程遙控、無人值守、自動機械化的采選等生產(chǎn)過程，降低作業(yè)成本，提高開采效率；智慧人文體系是關注礦山員工的職業(yè)健康和安全，通過信息化技術實現(xiàn)生產(chǎn)安全監(jiān)測、人員定位、工作時長管理、自動化安全及健康預警響應，降低安全事故，提高員工健康保障；智慧管理體系是關注礦山生產(chǎn)經(jīng)營管理，根據(jù)市場需求和礦山資源情況，動態(tài)平衡產(chǎn)供銷關系，實現(xiàn)資源的合理開采，提高礦山的服務期限和價值。

 

　　3.1 智慧生產(chǎn)體系

 

　　智慧生產(chǎn)體系主要包括：礦山地質(zhì)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)字化的生產(chǎn)設備系統(tǒng)。

 

　　（1）礦山地質(zhì)管理系統(tǒng)主要采用礦山地測采三維系統(tǒng)，關注礦山地質(zhì)勘探、礦石儲量、礦石質(zhì)量情況的掌握，并建立平順的采剝和采掘計劃，實現(xiàn)優(yōu)化開采設計，降低開采損失貧化率，降低采礦成本。以礦山三維建模為核心的礦山測量、礦山模型、礦山資源管理、采礦設計的礦山全生命過程管理，對應著地質(zhì)資源信息從產(chǎn)生、加工、統(tǒng)計分析、指導生產(chǎn)這一地質(zhì)資源信息的生存期間內(nèi)的各個環(huán)節(jié)，通過真三維模型構建礦區(qū)工程的結構、形態(tài)特征以及空間展布，使礦山工作者可以直觀、清楚地觀察目標，通過平移、旋轉、縮放、虛擬漫游、剖面顯示、融合顯示、動畫顯示等可視化操作，動態(tài)研究其內(nèi)部細節(jié)，并與地測空間信息數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)編錄智能分析系統(tǒng)集成，支持各類地測平面圖件繪制、地礦三維建模、品位及儲量計算等工作，實現(xiàn)地質(zhì)資源信息在地測采環(huán)節(jié)間的無縫流轉。

 

　?。?）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)主要管理現(xiàn)場生產(chǎn)過程，覆蓋礦山現(xiàn)場生產(chǎn)、質(zhì)量、設備、倉庫、檢驗、計量等多個環(huán)節(jié)，強化職能部室、礦、選廠、冶煉廠之間的信息共享和業(yè)務協(xié)同，支持管理人員根據(jù)人財物各種資源的狀況和產(chǎn)供銷各個環(huán)節(jié)的信息，合理組織生產(chǎn)，協(xié)調(diào)開展生產(chǎn)經(jīng)營活動。在生產(chǎn)管理方面，主要滿足生產(chǎn)業(yè)務單元生產(chǎn)計劃、現(xiàn)場調(diào)度、現(xiàn)場作業(yè)管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集的需要，通過系統(tǒng)的建立，強化現(xiàn)場生產(chǎn)制造的業(yè)務執(zhí)行，實現(xiàn)自動下達生產(chǎn)計劃，自動收集現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在計質(zhì)量管理方面，強化了全過程質(zhì)量管理原則，集稱重、采樣、制樣、化驗等工作流于一體，支持質(zhì)量標準及檢測規(guī)則制定、各生產(chǎn)階段的質(zhì)量檢查、產(chǎn)成品的質(zhì)量合格信息等質(zhì)量過程，實現(xiàn)全公司質(zhì)量信息共享及產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)全程可追溯。在設備管理方面，支持建立責、權、利和諧統(tǒng)一的設備管理體系，突出設備管理工作的制度化、規(guī)范化、標準化，實現(xiàn)設備信息共享。在標準管理體系上，以設備編碼、人員崗位管理為主線，設備管理四大標準為核心，實現(xiàn)設備安裝、點檢、檢修、報廢全生命周期管理。

 

　?。?）數(shù)字化的生產(chǎn)設備系統(tǒng)主要實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字化、自動化機械作業(yè)，一方面，要能通過數(shù)字指令實現(xiàn)對礦區(qū)采選冶過程的機械作業(yè)；另一方面，還要能通過數(shù)字信號與后臺控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)進行信息集成，及時獲知生產(chǎn)狀況，控制生產(chǎn)過程。主要包括：智慧無人機械開采工作面系統(tǒng)、智慧充填開采工作面系統(tǒng)、智慧炮掘無人工作面、智慧運輸系統(tǒng)、智慧提升系統(tǒng)、智慧供電系統(tǒng)等。

 

　　3.2 智慧人文體系

 

　　一是通過生產(chǎn)過程的自動化，大量減少礦區(qū)艱苦環(huán)境下的現(xiàn)場作業(yè)人員，提高生產(chǎn)過程的技術要素，從體力型到技術型過渡，從職業(yè)上提高職工素質(zhì)，大大改善隊伍結構和員工待遇水平。二是持續(xù)關注現(xiàn)場生產(chǎn)的職業(yè)健康，改變艱苦行業(yè)、高危行業(yè)的環(huán)境條件，提供健康、安全的生產(chǎn)環(huán)境，保障人身健康。在礦山生產(chǎn)企業(yè)中，職業(yè)健康與安全包含了：環(huán)境、防火、防水等多個方面，主要包含如下子系統(tǒng)：智慧職業(yè)健康安全環(huán)境系統(tǒng)、智慧環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、智慧防滅火系統(tǒng)、智慧爆破監(jiān)控系統(tǒng)、智慧沖擊地壓監(jiān)控系統(tǒng)、智慧人員監(jiān)控系統(tǒng)、智慧壓風系統(tǒng)、智慧通風系統(tǒng)、智慧排水系統(tǒng)、智慧水害監(jiān)控系統(tǒng)、智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)，智慧應急救援系統(tǒng)，智慧污水處理系統(tǒng)等等。這些子系統(tǒng)提供安全生產(chǎn)的各類條件，通過各種儀器設備對各類環(huán)境指標數(shù)據(jù)進行實時的自動監(jiān)測，并能對超出預警界限的指標發(fā)出自動預警，特殊情況下還能啟動人身應急救援系統(tǒng)，從而構筑起一套完整的人文保障體系。

 

　　3.3 智慧管理體系

 

　　智慧管理體系是運用信息技術，有效集成礦山的資金流、物流和信息流，對人、財、物、產(chǎn)、供、銷進行綜合管理，全面整合生產(chǎn)經(jīng)營各類信息，提供管理決策支持。從管理運營角度有效整合礦山企業(yè)的內(nèi)外部資源，協(xié)同上下游關系，優(yōu)化配置內(nèi)部資源，實現(xiàn)從資源的合理開采、節(jié)約消耗、有效銷售，提高企業(yè)的經(jīng)營業(yè)績。智慧管理體系主要包括：以ERP系統(tǒng)所覆蓋的人力、財務、供應鏈、設備、項目、供應商、客戶關系等方面管理等，以及辦公自動化、造價管理、知識管理、審計監(jiān)控、科技項目等職能化管理方面，還有，基于各個方面的經(jīng)營數(shù)據(jù)基礎上通過經(jīng)營分析模型構建的決策支持系統(tǒng)，形成各層級管理人員開展經(jīng)營管理的綜合體系。

 

　　縱觀礦業(yè)發(fā)展的大趨勢，我國金屬礦業(yè)面臨著綠色開發(fā)、深部開采、智慧采礦這三大發(fā)展主題。智慧采礦是礦業(yè)科技創(chuàng)新的重要方向，是礦業(yè)向知識經(jīng)濟過渡的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，是新世紀礦業(yè)發(fā)展的前瞻性目標，還有一系列的技術難題有待解決，需要在持續(xù)探討和應用實踐中逐步創(chuàng)新求解。