浅谈数字矿山和矿山信息化建设的现状与发展对策

ＮＯＮ－ＦＥＲＲＯＵＳＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ

有　色　矿　冶

Ｖｏｌ．３０．№１Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１４文章编号：１００７－９６７Ｘ（２０１４）０１－００６２－０３

浅谈数字矿山和矿山信息化建设的现状与发展对策

王　耿１，２

（１．北京科技大学，北京１０００８３；２．赞比亚中色非洲矿业有限责任公司，基特韦２２５９２，赞比亚）

倡

摘　要：矿山信息化建设（数字矿山建设）已成为２１世纪矿业发展的重要内容之一；数字矿山是建

立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化体系；矿山数字信息化有四大特点，即智能化、电子化、全球化和非群体化，数字化矿山已成为２１世纪提升矿山能力和水平的有利武器；矿山信息化（数字矿山）建设的终极目标是：实现远程遥控和自动化采矿，即采矿办公室化。

关键词：数字矿山；矿山信息化；自动化采矿；计算机网络管理中图分类号：ＴＤ６７１　　　文献标识码：Ｃ

１　引　言

随着矿山企业生产规模的不断扩大，企业对生产工艺的可靠性和生产效率不断提出新的要求，在这种情况下实行自动化控制生产成为企业的必然选择。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。矿山信息化即矿业生产先进的管理理念，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，及时地为矿业决策提供准确而有效的数据信息，以便对市场需求做出迅速的反应，进而提高矿山企业为适应市场需要而进行必要的调整的能力，信息化既是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业升级和实现工业化、现代化的关键环节。因此，充分利用现代信息技术，实现矿业的可持续发展，达到资源开发与环境保护和谐统一，是“十二五”矿业发展规划要解决的重要内容之一。

合，以及空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。它是信息化、数字化的虚拟矿山，是用信息化和数字化的方法来研究和构建的矿山，是矿山地表之下人类工程活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。

３　当前的技术进展

自动化采矿应用方面，一些矿业发达的国家如加拿大、瑞典、芬兰、智利、南非、印尼、澳大利亚等国经过２０多年的不懈努力，已取得了丰硕的成果。

加拿大国际镍公司从２０世纪９０年代初就开始了远程遥控采矿技术的研究，目标是实现整个采矿过程的全自动化。利用了当前技术最先进的技术，包括地下通讯、定位、全过程监视和远程控制系统，去操纵井下的采矿设备和采矿系统，遥控采矿工艺包括自动凿岩、自动装药与爆破、自动装岩、自动运输、自动卸矿和自动支护等，自动化采矿的理论框架如图１所示。

２　数字矿山的概念

数字化矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、

智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，建立起一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计算机模型并集成，可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达，同时具有高分辨率、海量数据和多种数据的融

倡

图１　自动化采矿的理论框架

地面遥控的自动化凿岩方面，已经实现了掘进工作面凿岩和深孔采矿凿岩的自动化，并且在实验

收稿日期：２０１３－０７－３０

作者简介：王　耿（１９８２—），男，在读硕士研究生，从事电气设备管理。

第１期　　　　　　　　　　　　王　耿：浅谈数字矿山和矿山信息化建设的现状与发展对策

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矿山生产中得到应用，可以连续自动完成掘进工作面一个循环的炮孔或深孔采矿工作面一排扇形炮孔的凿岩。凿岩精度得到提高，工时利用显著增加，操作人员大幅减少。不足之处是设备移动仍需人工下井直接干预，深孔凿岩时大量岩粉如何排到设备后边以便由其他设备运走，也有待进一步研究解决。

目前，加拿大国际镍公司利用在地下获取定位数据的装置，将该装置安装在钻机上，届时，安装了此定位装置的钻机将根据巷道的三维结构图自动地年代，由于我国矿业经济不景气，矿山企业、高等学校及研究院所在相当长的时间内，对矿业产品的研发速度缓慢，除了经济因素外，其中主要原因是矿山行业难以留住高水平的软件开发和管理人才。面对新世纪迅速繁荣的矿业经济和快速发展的采矿工业，目前主要面临的是矿山信息化产品需求空前增加与国内矿山软件产品研发能力相对滞后的供需矛盾；其次是矿山企业领导对＂数字矿山＂的高期望值与矿山ＩＴ人才流失严重，ＩＴ技术力量的严重不足，操驶往目标巷道，自动地进行开凿作业。

自动化装药和爆破有待实现从设想到应用的跨越Ｐｒｏｇｒａｍ，加拿大的采矿自动化计划（可重复泵送）（Ｍ、可变密度ＡＰ）预定研制电子雷管和起爆系统与ＭｉｎｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ、可变能量的散状乳化炸药系统，根据凿岩时提供的岩石性质数据，能在不同炮孔装填不同密度、不同装药结构的炸药。这一项目遇到不少困难，但研究工作仍待持续进行。芬兰的智能矿山计划（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭｉｎｅＰｒｏｇｒａｍ）也有类似的设想。

支护自动化尚在孕育期，撬毛和支护虽然也是危险性较大的作业，但有关这些作业自动化信息的报道Ｂｕｉｌｄｅｓ很少。美国俄亥俄州克利夫兰智能矿山计划中有喷射混凝土作业自动化的设想Ｉｎｃ．在研制一种自动化喷射衬砌设备的Ｍ；ａｓｔｅｒ芬兰，但未见实质性报道。

地下矿山无线电通信系统的开发已经完成。它是由主干网络、无线电传送器和漏泄同轴电缆组成的先进的移动计算机网络。在一些试验矿山均已安装使用。

在矿井通讯方面，除宽带网络之外，如何快速、准确、完整、清晰、实时地采集与传输矿山井下各类环境指标、设备工况、人员信息、作业参数与调度指令，并以多媒体的形式进行地面－井下双向、无线传输，是有待解决的关键技术。

快速定位与自动导航技术。基于ＧＰＳ的地面快速定位与自动导航问题已基本解决。而在卫星信号不能到达的地下矿井，除传统的陀螺定向与初露端倪的影像匹配之外，尚没有满足矿山工程精度与作业速度要求的地下快速定位与自动导航的理论、技术与仪器。

４　当前我国数字矿山发展现状

近年来，随着我国矿业经济的发展，我国矿山企业对信息化软件产品的需求大量增加。２０世纪９０

作维护培训跟不上，难以保证系统良好实施和运行的矛盾。

在经济利益的驱动下，国内相继出现大量的国外矿业软件代理商（如Ｄａｔａｍｉｎｅ等），使得目前国内矿业软件市场正在迅速被外商占领。

“九五”、“十五”期间，我国矿山企业在应用推广信息技术中进行了较大的投入，取得了明显的效益，也促进了矿山的安全生产。总体上，我国矿山信息化有以下特点：

（１）以信息交流为主要特征的机电一体化在生产中得到普遍的应用。以计算机为核心的牵引电机车、全数字的直流矿井提升机成为国内市场主导产品。

（２）安全生产监控系统得到迅速推广。目前国产的安全监测系统已经在全国范围内得到普遍的重视。

（３）信息系统的开放建设从单项应用走向系统集成，成为信息化建设新趋势。

据统计，“九五”末期，国有重点企业用于生产经营管理的计算机约有５．４万多台，普遍应用在财务、销售、计划、统计、劳资、物资、固定资产等重要经营管理环节。据原国家经贸委枟全国企业信息化建设现状和十五规划情况调查报告枠调查显示，我国矿山企业信息化装备水平较高，硬件投入大，但全面实现信息化管理的企业却寥寥无几。矿山企业的信息化，明显存在重投入、轻管理，重局部、轻整体，重硬件、轻软件的问题，重项目建设，轻ＩＴ人才培养。主要有以下几点：

（１）矿山企业信息化的整体水平不高；（２）矿山行业信息化发展不均衡，主要表现在企业管理信息化相对进展迟缓，企业之间的信息化差距很大；

（３）“信息孤岛”问题严重制约着矿山行业信息化整体效益的实现；

（４）行业专用软件研发相对滞后，研发力量薄弱，从现有市场的情况分析，难以满足矿山的发展和技术升级的需要。

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有　色　矿　冶　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３０卷

５　我国应对数字矿山建设采取的对策

自动化采矿在我国虽然还是空白，但一些有远见卓识的矿山在实现矿山数字化、信息化的基础上，开始探索发展自动化采矿的途径。

为了改善矿工的劳动条件，我国的梅山铁矿已经开展凿岩台车视距内遥控操作；山东黄金正在开展ＬＨＤ铲装作业的遥控作业；国家科技部已将“智能采矿”列入“十二五”“８６３”高科技发展计划，投入１亿元开展智能采矿技术研究。

（１）采用自然崩落法的矿山易于实现自动化采矿在选择采矿方法应考虑这一因素。从国际矿业发展趋势看，为了提高效率，降低生产成本，越来越多的大型、特大型矿床包括从露天转地下开采，趋向于采用自然崩落法。目前在许多硬岩矿山的应用已非常成功，积累了丰富的经验。如智利的特尼恩特（ＥｌＴｅｎｉｅｎｔｅ）铜矿、澳大利亚诺斯帕克斯（Ｎｏｒｔｈ‐ｐａｒｋｅｓ）Ｅ２６矿第二中段、南非的帕拉保拉（Ｐａｌａｂｏ‐ｒａ）矿等。

（２）选择适合的系统应用于其它较复杂的采矿方法

一些采矿方法如分段空场法、分段崩落法、充填法等，适应小区域远程遥控和自动化采矿的、类似山德维克公司新推出的ＡｕｔｏＭｉｎｅ－Ｌｉｔｅ系统，便英雄有用武之地。ＡｕｔｏＭｉｎｅ－Ｌｉｔｅ系统将控制装置安装在一台面包车上，面包车行驶到坑内某一封闭采区（采场），接通通信系统，即可实现对该采区（采场）的遥控。如能在采场工序安排上采取一定的措施，使凿岩、出矿等工序相对集中，延长小区封闭时间，就可采用这类系统，实现由小到大的逐步发展。

（３）借鉴国外先进技术

国外发展远程遥控和自动化采矿已有２０年左右的历史，在有可能引进技术的情况下，采取引进－

消化－吸收－再创新的技术路线，要比重复别人已

经走过的路去搞研发的速度快，效果好。

（４）建立示范采区

建设远程遥控和自动化采矿体系初期投入较大，一般是从建立示范采区起步，它不是着眼于眼前的利益，尽管其优越性显而易见。它是服务于矿业的长远发展，着眼于建设矿业强国，着眼于实现采矿办公室化的梦想，是有远见卓识的企业领导人的抱负。

（５）远程遥控和自动化采矿体系构成自动化采矿是由智能化设备，自动定位和导航系统，传输数据、音频、视频信息的地下、地面通信系统，通道控制系统，控制室操纵系统等综合集成，是一个复杂的系统工程，因此需要多部门、多学科的合作，需要设备制造厂家的努力，需要有综合系统设计。

６　结　论

随着社会的不断进步，技术的更新，尤其是自动化技术的发展，数字矿山的建设必将取得新的进展，数字矿山能否在我国进行大面的推广和应用，决定着我国的资源行业能否充分利用有限的资源，并在结构上进行优化重组和应对国际上的竞争和挑战，是具有重大战略意义的一件事，只要矿山信息化有计划的逐步推广，将现有的自动化和装备制造技术应用到矿山各个层面，同时注重人才的培养和发展，集中力量实现各个突破，我们就有理由相信，拥有数字化矿山、高效率的采矿环节和清洁无污染的采矿环境的梦想一定将会实现。

参考文献：

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