數字化礦山技術應用的基本情況

數字礦山概念

數字礦山是數字地球理念及技術在礦山勘探、開發及礦山管理中的具體應用，是未來礦山的發展的目標和方向；國家提出以“工業化帶動信息化、信息化促進工業化”，“用信息技術改造提升能源、礦業傳統產業”，是對礦山數字化的很好詮釋；學術界認為：構建數字礦山，以信息化、自動化和智能化帶動采礦業的改造與發展，開創安全、高效、綠色和可持續的礦業發展新模式，是我國礦業生存與發展的未來方向。礦山數字化能為礦山帶來很多好處，主要表現在：提高勞動生產率，降低成本的需要，發達國家示范采區勞動生產率大概最少可以提高90%；開采貧礦和深部礦床的需要；改善礦工安全和健康狀況的需要。綜合礦業發達國家礦山數字化建設不同的戰略構想，以及不同學者對數字礦山概念的表達，對數字礦山的概念可以表述為幾個不同的層次：礦山數字化信息系統，即從改變軟件角度入手逐步實現礦山數字化；遠程遙控和自動化采礦，即從改變硬件角度入手逐步實現礦山數字化。具體來說，現階段礦山數字化表現在以下幾方面：實現礦山勘測、規劃、設計數字化，生產過程自動化，經營管理與決策過程數字化；礦山各類信息的采集、傳輸、處理、集成、顯示到應用于生產過程，實現閉環控制；傳統設備的智能化改造；礦山裝備水平更新，生產工藝優化，生產效率提升。

發達國家數字化礦山技術的應用

礦業發達國家的礦山數字化主要從開采過程的自動化、智能化入手，以求最大限度的改善礦工的勞動條件，提高采礦效率。露天礦山在上世紀80年代后期，陸續采用高精度激光/GPS自動測控、快速品位分析儀進行質量控制、GPS卡車自動調度和車輛智能行車系統，實現全天候、高效率、安全生產。進入上世紀后90年代末期，這些國家信息化的重點已經轉移到地下礦山生產過程自動化，實現遠程遙控和自動化操作。國外數字化成功的經驗說明，正是由于大量革命性的技術的使用，才使得數字化能夠真正落實、見效。這些技術主要包括。（1）快速品位分析儀。這是一種相對分析技術，但只要標樣全面，分析結果非常精確。最初的快速品位分析儀采用放射源激發電子飛躍，適用場合很受限制；最新技術采用激光激發，安全、可靠，適用范圍非常廣泛，可同時快速分析多種元素或元素組合。目前，礦山可選用的有各種配置。（2）激光雷達應用。用于高精度實時測控和井下導航，是井下礦山必需設備。（3）GPS定位技術的應用。對礦山卡車、挖掘機、鉆機、推土機實行定位，動態跟蹤其工作狀態和設備參數，從而達到自動安排車輛任務，計算產量。

數字化礦山技術在我國應用的總體情況

國內礦山數字化技術約有20年歷史，在2005年以后得到較快發展。特別是近年來，在煤炭、冶金、有色及黃金等行業，礦山數字化得了空前的發展，相當一部分企業已經實現全面數字化，最突出的代表是首鋼水廠鐵礦、神華北電勝利煤礦、德興銅礦及招遠金礦等。在我國數字化礦山技術實施過程中，先進的技術和理念與礦山企業的融合成為較大的難點。硬件系統、自動控制系統、網絡系統等可以快速與國際接軌；軟件系統、系統集成與規劃、管理理念的提升與管理過程的規范化則仍需要做較多的工作。總體來說，我國礦山企業數字化技術與先進國家相比仍有較大差距，但處于一種強勁的發展階段。數字化礦山技術在我國水泥礦山應用的基本情況國內水泥行業礦山數字化起步更晚，新型干法水泥生產線的工藝過程已經實現了自動化、生產現場遠程可視化。但水泥礦山在地測數字化、采礦生產優化、調度自動化、品位在線監測、現場可視監測及統一通訊等方面才剛剛起步，國內只有極少數礦山開始進行數字化技術的嘗試。水泥礦山有以下特點：礦山信息化基礎薄弱，技術人員少；粗放式管理，員工工作負荷大；生產任務緊，欠賬多；采礦工藝上基本上露天臺階爆破，按經驗進行爆破設計、配礦。同時，部分水泥礦山地質條件復雜，礦層與夾層交錯，在生產過程中準確控制品位不易，大大增加了礦山生產組織和管理難度；礦石質量波動大，極易出現達不到控制指標的原料，使水泥生產存在嚴重質量隱患等問題。所有這些問題，可以通過采用數字化礦山技術加以調整和解決，對提升礦山效益，促進水泥生產影響意義深遠。

我國水泥礦山應用數字化礦山技術的要點

數字化礦山配礦系統結合礦山的特點，以地質統計學克里格法為基本依據，建立地質數學模型。依據克里格法獲得的單元品位估值，用線性規劃和模擬開采方法建立了迭代優化配礦方法，進行配礦。（1）地質數據庫的建立。將地質勘探工作提供的各項數據錄入到計算機內，以作為單元品位計算的依據。地質數據庫的數據主要由鉆孔和探槽的地質信息組成。建立地質數據庫后，在計算機內形成三維礦體、剖面、鉆孔模型圖，由計算機統計和分析全礦的礦石質量情況。（2）三維地質模型建立與單元品位估值計算。以設計臺階參數為參考，將礦體模型劃分為適合尺寸的單元，建立全礦單元文件。地質統計學以區域化變量理論為基礎，以變異函數為主要工具，研究那些在空間分布上既有隨機性，又有結構性的隨機變量，在礦體建模方面有獨到之處。采用最優、線性無偏估計研究礦石品位的空間變異性、礦石與夾石的空間分布、不同塊段的品位變化情況，計算給定邊界品位下的礦石的儲量，得到各單元的化學成分的計算結果，其結果存入單元數據庫，利用單元數據庫可以迅速做出各個水平分層的質量分布圖和各剖面的質量分布圖。（3）中、長期配礦計劃的編制。采用模擬開采和線性規劃與迭代優化相結合的方法編制中、長期配礦計劃。模擬開采設計是在品位估值后建立的礦床模型上進行的，首先圈定一個采區，由計算機統計在這個開采境界中的礦塊數，從而得到這個采區礦石的平均品位和礦量，最后把計算結果代入線性規劃模型（依據生產控制指標建立）中求解；如結果不理想，則重新圈定采區，直到求出最優解。（4）生產配礦計劃編制。生產配礦計劃是直接用于指導礦山生產的短期性生產計劃。為了保證生產配礦計劃的準確性，在編制生產配礦計劃時我們以生產勘探數據為依據。生產勘探以炮孔巖粉取樣為主，逐孔取一個樣品，通過化學分析，可得各樣品的CaO、Al2O3、MgO等的品位值。將生產勘探數據存入生產地質數據庫，以備生產配礦時調用。生產地質數據庫的內容有：臺段編號、采區編號、炮孔號、炮孔坐標，CaO、Al2O3、MgO等。生產配礦計劃的編制以當班生產的礦石品位接近所在年度的配礦品位為目標，各挖掘機的所在位置決定了各采區的品位，每班生產開始前，調度員將生產日期、計劃班產量，各臺挖掘機所在位置坐標輸入計算機，根據炮孔數據庫的數據，計算出各臺挖掘機當班的采出礦石品位，通過規劃計算可得當班各采區的最優配礦比例,根據比例計算出各個采區的配礦量。