1、2022-6-231数字矿山数字矿山 数字矿山数字矿山是用是用数字数字在三维空间反映和再现在三维空间反映和再现物质矿山的物质矿山的虚拟矿山虚拟矿山。 两个层次：两个层次： 第一层次：第一层次：矿区地理模型、矿床模型矿区地理模型、矿床模型 第二层次第二层次：嵌入用数字反映的开采：嵌入用数字反映的开采、选矿选矿、经营管理等活动。经营管理等活动。 一个平台： MGISMGIS地理模型矿床模型采矿选矿经营管理数字矿山的基本特征数字矿山的基本特征1、以高速企业网为、以高速企业网为“路网路网”；2、以采矿、以采矿CAD、虚拟现实仿真、科学计算与可、虚拟现实仿真、科学计算与可视化为视化为“车辆车辆”；3、以
2、矿业数据和矿业应用模型为、以矿业数据和矿业应用模型为“货物货物”；4、以数据挖掘为、以数据挖掘为“包装包装”；5、以多源异质矿业数据采集与更新系统为、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保保障障”；6、以、以MGIS平台上开发的功能软件为平台上开发的功能软件为“调度调度”。 在围绕以上在围绕以上6项基本特征的关键技术支持下的项基本特征的关键技术支持下的一整套矿山自动化软件系统。一整套矿山自动化软件系统。2022-6-233爆破仿真模型地质属性推断模型MGIS矿山计划与决策境界优化计划编制穿爆设计生产实时监控调度采场调度选场调度灾变预警钻机、电铲、汽车、其他设备碎矿、磨选、过滤脱水精尾输送过程控
3、制边坡、尾矿坝、排土场监控数据采集测量勘探传感数据库模型库数据仓库储量计算模型爆破仿真模型边坡等灾变模型应用软件库MCAD VR遥测遥感文档数字矿山框架图数字矿山框架图 2022-6-234开发开发“数字矿山数字矿山”的必要性的必要性矿山面对：矿山面对：*复杂多变的矿床形态和地质构造；复杂多变的矿床形态和地质构造；*作业地点多、分散在多个台阶上，距离数公里；作业地点多、分散在多个台阶上，距离数公里；*采矿作业地点和设备在不断移动，多种工艺立体交叉作业；采矿作业地点和设备在不断移动，多种工艺立体交叉作业；*安全条件和环境恶劣。安全条件和环境恶劣。矿山需要：矿山需要：*更清楚地掌握矿床形态、矿岩属
4、性等信息更清楚地掌握矿床形态、矿岩属性等信息*掌握设备地点、状态、作业进度、工程质量等信息；掌握设备地点、状态、作业进度、工程质量等信息；*预报灾变发生可能和环境恶化的状况；预报灾变发生可能和环境恶化的状况；*快速反应、快速运算、辅助决策的手段。快速反应、快速运算、辅助决策的手段。数字矿山：数字矿山：*提供充分的矿床形态、矿岩属性、地质构造信息；提供充分的矿床形态、矿岩属性、地质构造信息；*全面监控设备的地点、状态、作业进度和工程质量；全面监控设备的地点、状态、作业进度和工程质量；*监控灾变可能和环境污染；监控灾变可能和环境污染；*快速反应、快速运算、辅助决策的手段。快速反应、快速运算、辅助决
5、策的手段。 建成建成“数字矿山数字矿山”后，推动我国矿山计算机应用，将大大后，推动我国矿山计算机应用，将大大提高矿山提高矿山管理水平，充分发挥管理人员的作用，改善资源利用，提高精矿品位，管理水平，充分发挥管理人员的作用，改善资源利用，提高精矿品位，提高生产能力，降低成本，改进安全状况，为国民经济发展作贡献提高生产能力，降低成本，改进安全状况，为国民经济发展作贡献。2022-6-235建立建立“数字矿山数字矿山”的现实可能性的现实可能性1）科学技术飞速发展，计算机技术、信息技术、自动化技术、）科学技术飞速发展，计算机技术、信息技术、自动化技术、检测监控技术、包括无线通信网络在内的网络技术、检测监
6、控技术、包括无线通信网络在内的网络技术、GPS（全球定位系统）定位技术、（全球定位系统）定位技术、RS（遥感）技术、（遥感）技术、GIS（地（地理信息系统）、理信息系统）、VR（虚拟现实）技术、优化与人工智能方（虚拟现实）技术、优化与人工智能方法、法、ERP（企业资源计划）技术、数据仓库技术等的现代（企业资源计划）技术、数据仓库技术等的现代发展水平，足以支持发展水平，足以支持“数字矿山数字矿山”的开发。的开发。2）国外矿山计算机应用发展模式为我国建立）国外矿山计算机应用发展模式为我国建立“数字矿山数字矿山”提提供了良好经验。供了良好经验。3）我国矿山在九十年代后期以来，在地测、采掘计划与爆破）
7、我国矿山在九十年代后期以来，在地测、采掘计划与爆破设计中应用设计中应用CAD技术、在采场应用自动调度技术、在选场技术、在采场应用自动调度技术、在选场应用过程控制技术、应用过程控制技术、GPS、无线通信的应用等，特别是矿、无线通信的应用等，特别是矿山已普遍在不同程度上熟悉了计算机应用，构成建立山已普遍在不同程度上熟悉了计算机应用，构成建立“数数字矿山字矿山”的良好基础。的良好基础。2022-6-236国外矿山计算机应用发展现状国外矿山计算机应用发展现状1）CAD技术在矿山地测、采掘计划编制和采矿设计中已普遍应用，基于技术在矿山地测、采掘计划编制和采矿设计中已普遍应用，基于GIS的三维建模已经实用
8、，已有十余种功能齐全、可用于露天和地下矿的三维建模已经实用，已有十余种功能齐全、可用于露天和地下矿山的地测、采掘计划编制、采矿设计的商品软件，山的地测、采掘计划编制、采矿设计的商品软件，Modular公司的公司的Dispatch自动调度系统自动调度系统1997年已在年已在79个露天矿山（包括德兴铜矿）应个露天矿山（包括德兴铜矿）应用，采场大型采矿、运输设备已装备作业监测监控和故障诊断装置、用，采场大型采矿、运输设备已装备作业监测监控和故障诊断装置、并通过无线通信得到调度监控，并通过无线通信得到调度监控，GPS-RTK技术已局部取代光学测量方技术已局部取代光学测量方法，边坡自动监测技术已得到实用
9、。法，边坡自动监测技术已得到实用。2）80年代先进选厂已达到管理控制全面自动化的水平，有的已更新换代年代先进选厂已达到管理控制全面自动化的水平，有的已更新换代几次，近年来，基于几次，近年来，基于DCS、FCS的计算机控制系统已在大型选厂普遍的计算机控制系统已在大型选厂普遍应用，智能控制策略进入实用，应用，智能控制策略进入实用，CIMS（计算机集成制造系统）在选矿（计算机集成制造系统）在选矿自动化领域方兴未艾，是选矿自动化的发展方向。自动化领域方兴未艾，是选矿自动化的发展方向。3）从九十年代七瑞典、加拿大、芬兰等国已研究遥控铲运机采矿，加拿）从九十年代七瑞典、加拿大、芬兰等国已研究遥控铲运机采矿
10、，加拿大研制了激光探测车，在坑道中扫描获得坑道断面的精确坐标，作为大研制了激光探测车，在坑道中扫描获得坑道断面的精确坐标，作为以后采矿设备进入坑道作业时自动定位的依据，美国以后采矿设备进入坑道作业时自动定位的依据，美国Caterpillar公司和公司和日本小松公司研制了无人驾驶汽车，分别在日本、加拿大、澳大利亚日本小松公司研制了无人驾驶汽车，分别在日本、加拿大、澳大利亚和美国试用成功。国外已进入研究开发遥控、自动化、无人采矿工艺和美国试用成功。国外已进入研究开发遥控、自动化、无人采矿工艺的阶段。的阶段。2022-6-237国内技术发展现状国内技术发展现状 从七十年代开始，在马鞍山矿山研究院、东
11、北大学、北京科技大学、从七十年代开始，在马鞍山矿山研究院、东北大学、北京科技大学、长沙矿冶研究院、中国矿业大学、辽工大以及很多矿山共同努力下，长沙矿冶研究院、中国矿业大学、辽工大以及很多矿山共同努力下，我国矿山计算机应用取得很大的进展：我国矿山计算机应用取得很大的进展：1）在金厂峪金矿、梅山、大姑山、邯邢、南芬、歪头山、水厂、兰朱等）在金厂峪金矿、梅山、大姑山、邯邢、南芬、歪头山、水厂、兰朱等铁矿、金川镍矿、德兴铜矿、伊敏河、平朔、准格尔、平庄等矿区先铁矿、金川镍矿、德兴铜矿、伊敏河、平朔、准格尔、平庄等矿区先后应用了开发程度不同的后应用了开发程度不同的CAD地测、采掘计划和采矿设计软件。地测
12、、采掘计划和采矿设计软件。2）在南山、南芬、大石河、伊敏河、抚顺西露天矿等先后开发了计算机）在南山、南芬、大石河、伊敏河、抚顺西露天矿等先后开发了计算机辅助调度系统，在水厂铁矿开发并成功应用了自动调度系统。辅助调度系统，在水厂铁矿开发并成功应用了自动调度系统。3）已有矿山试用）已有矿山试用GPS-RTK技术于地形测量、边坡监控，作了有益的尝试。技术于地形测量、边坡监控，作了有益的尝试。4）在选矿方面较成熟的有破碎过程的）在选矿方面较成熟的有破碎过程的PLC逻辑连锁控制和恒功率自动控逻辑连锁控制和恒功率自动控制，磨矿过程恒定给矿、磨机负荷和分级溢流浓度控制、浮选过程的制，磨矿过程恒定给矿、磨机负
13、荷和分级溢流浓度控制、浮选过程的自动给药控制、浓缩过程的浓度控制等。自动给药控制、浓缩过程的浓度控制等。DCS仅有局部应用。仅有局部应用。5）边坡监测已由机械量测和电测发展到无线遥控遥测、连续主动监测，）边坡监测已由机械量测和电测发展到无线遥控遥测、连续主动监测，边坡自动监测系统，已有成功预测预报的实例。边坡自动监测系统，已有成功预测预报的实例。虽然有以上进展，但还不够完善、还未能形成系统，不能取得大的效益。虽然有以上进展，但还不够完善、还未能形成系统，不能取得大的效益。2022-6-238“数字露天矿的研究和开发数字露天矿的研究和开发”课课题题设三个系统设三个系统数字露天矿数字露天矿地测采掘
14、地测采掘（GIS）系统系统采场采场经营管理系统经营管理系统安全预警安全预警生产实时监控生产实时监控调度系统调度系统选厂选厂开发平台及系统管理开发平台及系统管理2022-6-239数字露天矿数字露天矿地测采掘地测采掘（GIS）系统系统采场采场经营管理经营管理系统系统安全预警安全预警生产实时监生产实时监控调度系统控调度系统地质测量地质测量采掘计划采掘计划穿爆管理穿爆管理采场生产采场生产实时监控实时监控调度调度卡卡车车钻钻机机其他移其他移动设备动设备野外设野外设备监控备监控传输传输矿山矿山ERP管理管理安全环保管理安全环保管理人力资源管理人力资源管理销售运输管理销售运输管理材料库存管理材料库存管理固
15、定资产管理固定资产管理财务核算管理财务核算管理边坡稳定预警边坡稳定预警 排土场泥石流预警排土场泥石流预警 尾矿坝稳定预警尾矿坝稳定预警 过程级实时过程级实时监控调度监控调度碎碎矿矿磨磨选选脱水过滤及脱水过滤及精尾矿输送精尾矿输送厂矿级实时厂矿级实时监控调度监控调度选厂选厂电电铲铲卸矿站卸矿站排土场排土场生产生产指标指标统计统计开发平台及系统管理开发平台及系统管理图图1 数字矿山系统结构数字矿山系统结构 地测采掘（地测采掘（GIS）系统）系统地质测量地质测量采掘计划采掘计划穿爆设计穿爆设计地质测量子系统GIS全站仪测量值炮孔样品数据钻孔样品数据槽探样品数据地形图采场现状图炮孔施工图地质剖面图地质
16、平面图地质方块模型储量计算表调度传输数据财务核算传输长期计划编制子系统年季月计划编制子系统周日计划编制子系统穿爆设计子系统目标管理数据境界圈定年级月季花周日计划穿爆设计地质采掘系统地质采掘系统*包含地质测量、采掘计划、穿爆管理三个子系统。*均以GIS为开发平台*均以矿区模型和矿床模型为基础。*地测子系统的输入： 勘探样品、测量数据、 财务数据、GPS检测数据。 设备检测数据2022-6-2311地质测量子系统地质测量子系统 地质测量子系统GIS全站仪测量值炮孔样品数据钻孔样品数据槽探样品数据地形图采场现状图炮孔施工图地质剖面图地质平面图储量计算表财务核算传输设备检测数据矿区地理模型矿床模型属性
17、数据库2022-6-2312边坡监控排土场监控尾矿坝监控碎矿监控磨选监控过滤脱水精尾输送其他车辆卸矿岩处电铲车载台钻机车载台卡车车载台卡车定位信息作业监测信息故障诊断信息钻孔定位信息钻机定位信息作业监测信息故障诊断信息矿岩界限定位采场地形信息电铲定位信息作业监测信息故障诊断信息车辆定位信息作业监测信息故障诊断信息工艺参数信息设备参数信息监控画面信息统计决策数据位移监测信息水文监测信息地压监测信息选厂调度室矿调度室安全信息预警设备故障信息预警选场动画作业信息显示采场动画作业信息显示信息数据库指令指令采场地图指令排图场地图指令采场地图采选生产统计指标采场地形矿岩界线炮孔位置信息安全环境子系统目标管
18、理子系统穿爆设计子系统固定资产子系统计划子系统地测子系统图图 3 生产实时监控调度系统结构图生产实时监控调度系统结构图采用GPS定位、检测、监控、故障诊断、无线通信、优化方法、数据管理技术 安全预警安全预警选厂监控调度选厂监控调度采场监控调度采场监控调度2022-6-2313采采场场监监控控调调度度其他车辆卸矿岩处电铲车载台钻机车载台卡车车载台卡车定位信息作业监测信息故障诊断信息钻孔定位信息钻机定位信息作业监测信息故障诊断信息矿岩界限定位采场地形信息电铲定位信息作业监测信息故障诊断信息车辆定位信息作业监测信息故障诊断信息指令指令采场地图指令土场地图指令采场地图矿调度室GPS2022-6-231
19、4选选厂厂监监控控调调度度碎矿实时监控调度磨选实时监控调度脱水过滤精尾矿输送实时监控调度选厂调度室矿调度室采集底层信息监控画面存储2022-6-2315经营管理系统经营管理系统*包含七个子系统。以“矿山ERP管理子系统”为纲。*研究符合矿山生产、经营、管理特点的ERP模型。*重视分析系统中的信息流、信息共享和数据管理。*强调方便基层用户的系统访问和信息共享。*应用优化方法保证管理目标的实现。矿山矿山ERP管理管理财务核算管理财务核算管理财务核算管理财务核算管理安全环保管理安全环保管理人力资源管理人力资源管理销售运输管理销售运输管理材料库存管理材料库存管理固资设备管理固资设备管理经营管理系统经营
20、管理系统2022-6-2316关键技术关键技术 *数据采集技术数据采集技术除常规方法外，采用遥测遥感（除常规方法外，采用遥测遥感（GPSGPS、RSRS）、监测监控（传感）。）、监测监控（传感）。* *数据仓库技术数据仓库技术包括数据仓库和应用模型库。研究包括数据仓库和应用模型库。研究标准，数据组织、元数据管理。标准，数据组织、元数据管理。*GISGIS和和真真3D3D技术技术以以MGISMGIS拓朴建模作为矿山各类空间拓朴建模作为矿山各类空间模型和软件的公共平台和载体。模型和软件的公共平台和载体。*VRVR技术技术*优化决策、动态计划技术、优化决策、动态计划技术、ERPERP管理管理*生产监控调度技术生产监控调度技术实现采场、选场、灾变可能全实现采场、选场、灾变可能全面监测监控面监测监控* *选矿全过程自动化、数字化、智能化选矿全过程自动化、数字化、智能化 2022-6-2317谢 谢
