數(shù)字礦山孫豁然

數(shù)字礦山孫豁然東北大學(xué)2008-6-111一、數(shù)字礦山及其建設(shè)意義1.數(shù)字礦山是數(shù)字中國(guó)的重要組成部分人類(lèi)面臨信息爆炸的難題；美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)栍?998年1月31日在加利福尼亞科學(xué)中心所作的《數(shù)字地球——認(rèn)識(shí)21世紀(jì)我們這顆星球》的講演中提出了“數(shù)字地球”的新概念。2數(shù)字中國(guó)江澤民主席在1998年6月提出了建設(shè)“中國(guó)數(shù)字地球”或數(shù)字中國(guó)。數(shù)字中國(guó)、數(shù)字城市、數(shù)字礦山是數(shù)字地球的延伸和研究領(lǐng)域。3數(shù)字礦山的定義以三維坐標(biāo)為主線(xiàn)礦山信息模型描述全部信息方便檢索和顯示固有信息數(shù)字化嵌入所有相關(guān)信息數(shù)字礦山與數(shù)字化礦山數(shù)字礦山與自動(dòng)化、無(wú)人開(kāi)采礦山數(shù)字礦山與礦山系統(tǒng)工程42．?dāng)?shù)字礦山建設(shè)的意義和必要性數(shù)字礦山是國(guó)家戰(zhàn)略資源安全保障體系的重要組成部分;數(shù)字礦山建設(shè)是當(dāng)前國(guó)際礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn);數(shù)字礦山建設(shè)是當(dāng)前資源開(kāi)發(fā)的需要，是落實(shí)資源開(kāi)發(fā)方針的重要內(nèi)容;數(shù)字礦山建設(shè)是提升我國(guó)礦山國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要措施;數(shù)字礦山建設(shè)是資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石;

數(shù)字礦山建設(shè)是化解高危行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的根本途徑;數(shù)字礦山是評(píng)價(jià)礦山資源生態(tài)環(huán)境的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ);數(shù)字礦山是數(shù)字地球、數(shù)字中國(guó)在礦山的具體應(yīng)用.53．?dāng)?shù)字礦山建設(shè)對(duì)我礦國(guó)礦業(yè)發(fā)展作用21世紀(jì)上半葉的中國(guó)將處在礦產(chǎn)品消耗的高峰期。礦山企業(yè)必須抓住機(jī)遇，努力依靠科技創(chuàng)新，廣泛使用數(shù)字礦業(yè)技術(shù)來(lái)提升和改造采礦這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。數(shù)字礦業(yè)的潛能也是巨大的，其具體應(yīng)用可體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)宏觀決策(2)技術(shù)研討(3)機(jī)電管理(4)人事管理6二、數(shù)字礦山建設(shè)的內(nèi)容主要研究?jī)?nèi)容是以計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)為手段，把礦山的所有空間和有用屬性數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)、傳輸、表述和深加工，應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)與管理和決策之中，以達(dá)到生產(chǎn)方案優(yōu)化、管理高效和決策科學(xué)化的目的。研究與開(kāi)發(fā)的主要內(nèi)容為：1.礦山數(shù)字地質(zhì)、礦床模型研究與開(kāi)發(fā)（三維數(shù)字地質(zhì)模型）；2.虛擬條件下礦山模擬開(kāi)采技術(shù)研究（數(shù)字開(kāi)采）；3.礦山生產(chǎn)過(guò)程管控一體化；4.井下無(wú)線(xiàn)通訊與人員定位技術(shù)；5.礦山安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)；6.礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策支持系統(tǒng)71.礦山數(shù)字地質(zhì)、礦床模型研究與開(kāi)發(fā)(1)數(shù)字地質(zhì)模型子系統(tǒng)根據(jù)鉆探或遙感、遙測(cè)信息建立礦床地質(zhì)構(gòu)造模型，如礦巖體、斷層、破碎帶、巖性、構(gòu)造等。(2)數(shù)字礦床模型子系統(tǒng)數(shù)字塊狀模型品位模型、雜質(zhì)含量模型及價(jià)值模型。82.虛擬條件下礦山模擬開(kāi)采技術(shù)研究以地質(zhì)及礦床模型為基礎(chǔ)；結(jié)合其它關(guān)鍵信息構(gòu)造虛擬礦山；進(jìn)行數(shù)字模擬開(kāi)采；完成礦山長(zhǎng)、中、短期開(kāi)采計(jì)劃編制；露天礦穿爆設(shè)計(jì)、地下礦巷道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)、峒室設(shè)計(jì)、開(kāi)拓設(shè)計(jì)、采礦方法設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、災(zāi)變應(yīng)變預(yù)案等工作。93.礦山生產(chǎn)過(guò)程管控一體化(1)GPS露天礦生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)、GPS、無(wú)線(xiàn)通訊及設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)；實(shí)現(xiàn)開(kāi)采設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)參數(shù)及狀態(tài)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控和故障的診斷；采場(chǎng)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)、優(yōu)化調(diào)度；通過(guò)降低總運(yùn)輸功和采掘、運(yùn)輸設(shè)備的等待時(shí)間，提高采裝、運(yùn)輸系統(tǒng)的效率，降低采運(yùn)成本。(2)地下礦生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提升運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng);供排水監(jiān)控子系統(tǒng);壓氣通風(fēng)監(jiān)控子系統(tǒng)。104.1露天和井下無(wú)線(xiàn)通訊與人員定位技術(shù)采用無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下礦無(wú)障礙通訊和人員定位，全面、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的反映井下人員分布狀況。115.礦山安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)邊坡、排土場(chǎng)、尾礦壩的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)；地下礦地壓、礦震監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)；通風(fēng)、粉塵、地下水監(jiān)測(cè)與預(yù)警等。礦床開(kāi)采的安全監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警。126.礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策支持系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)交互進(jìn)行多模型的有機(jī)組合，輔助決策者實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策的綜合集成系統(tǒng)。數(shù)字礦山所需的決策支持系統(tǒng)是空間決策支持系統(tǒng)。131.數(shù)字地質(zhì)、礦山建模、虛擬開(kāi)采(1)三維可視化軟件國(guó)外軟件：SURPAC，Micro

Mine，Data

Mine，Mine

Sight、GOCAD；國(guó)內(nèi)軟件：MineStar(東北大學(xué)),MCAD（中南大學(xué)），藍(lán)光（山東科技大學(xué)）14鉆孔三維分布圖實(shí)體模型三、我國(guó)數(shù)字礦山建設(shè)新進(jìn)展15境界圈定工作生產(chǎn)計(jì)劃安排塊體模型空區(qū)模型16開(kāi)拓系統(tǒng)立體圖圖全礦實(shí)體模型圖17(2)計(jì)算機(jī)模擬爆破系統(tǒng)應(yīng)用露天爆破智能設(shè)計(jì)與專(zhuān)家系統(tǒng)18炮孔設(shè)計(jì)圖19整體炮孔布置及連接20局部圖（注：上圖為起爆順序，灰色代表地表已經(jīng)傳到，孔內(nèi)未起爆，紅色代表已起爆的孔。）等時(shí)線(xiàn)平面圖21松動(dòng)爆破建模SLS放礦模擬仿真系統(tǒng)22參數(shù)設(shè)置初始狀態(tài)23放礦模擬過(guò)程露天礦臺(tái)階垂直中深孔微差爆破計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)與模擬系統(tǒng)24爆破后爆區(qū)形狀圖爆破后斷面形狀圖3.管控一體化系統(tǒng)(1)礦車(chē)計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)度及管理系統(tǒng)應(yīng)用水廠鐵礦開(kāi)發(fā)了露天礦車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)調(diào)度。礦車(chē)綜合效率提高7.96%、電鏟綜合效率提高2.08%。2526車(chē)輛實(shí)時(shí)監(jiān)控界面27鞍山礦業(yè)公司車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)示意圖28鞍山礦業(yè)公司車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)示意圖(2)綜合信息大屏幕顯示系統(tǒng)綜合信息大屏幕顯示系統(tǒng)是數(shù)字礦山最重要的信息平臺(tái)，它集中的顯示了數(shù)字礦山建設(shè)的水平與成果，綜合信息大屏幕顯示系統(tǒng)是數(shù)字礦山建設(shè)的顯示平臺(tái)。其中比較有代表性的有：夏甸金礦、新城金礦、梅山鐵礦、老虎臺(tái)煤礦。29夏甸金礦設(shè)計(jì)了一套60”5×2數(shù)字光學(xué)成像(DLP)大屏幕投影拼接系統(tǒng)。30夏甸金礦大屏幕顯示系統(tǒng)新城金礦工業(yè)電視系統(tǒng)采用6塊60”DLP箱式背投顯示單元，組成一面投影大屏幕拼墻。31新城金礦大屏幕示意圖老虎臺(tái)煤礦2004年該礦安裝了一套上海中達(dá)電通股份有限公司生產(chǎn)的數(shù)字光學(xué)成像DLP投影單元，其規(guī)格為67″DNP、RUCS幕四塊拼接，形成礦調(diào)度室的顯示屏幕。兩側(cè)配置16臺(tái)29″彩色工業(yè)電視，形成電視墻。32老虎臺(tái)煤礦大屏幕圖33梅山鐵礦綜合信息平臺(tái)(3)通風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)通風(fēng)自動(dòng)化可根據(jù)通風(fēng)實(shí)時(shí)檢測(cè)提供數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。34夏甸金礦通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(4)選礦自動(dòng)控制系統(tǒng)35夏甸金礦選礦自動(dòng)控制系統(tǒng)(5)提升自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)36夏甸金礦提升自動(dòng)控制系統(tǒng)37提升自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(6)水泵房監(jiān)控系統(tǒng)38排水監(jiān)控系統(tǒng)(7)供電系統(tǒng)控制所有高壓柜通過(guò)RS485接口，與以太網(wǎng)交換機(jī)連接，把高壓開(kāi)關(guān)柜的信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行墓た貦C(jī)，包括視頻監(jiān)視信號(hào)。通過(guò)以太網(wǎng)在集控室下達(dá)操作命令及監(jiān)視變電所的所有信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，最終達(dá)到對(duì)井下供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控的目地。393.人員定位系統(tǒng)40夏甸金礦人員定位系統(tǒng)41夏甸金礦人員定位系統(tǒng)新城金礦井下漏泄通訊及機(jī)車(chē)定位系統(tǒng)是在井下鋪設(shè)漏泄通訊網(wǎng)，使用無(wú)線(xiàn)漏泄手機(jī)就可以隨時(shí)隨地同地面指揮中心進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊。老虎臺(tái)煤礦井下無(wú)線(xiàn)通訊和人員定位系統(tǒng)。(1)小靈通之間可以互相通話(huà)，(2)地面坐機(jī)或手機(jī)可以通過(guò)中繼線(xiàn)和井下小靈通手機(jī)及定位卡通話(huà)。(3)員工配備的定位卡可以直接呼叫礦調(diào)度，并實(shí)現(xiàn)通話(huà)功能，以便處理應(yīng)急事件。(4)小靈通手機(jī)和定位卡均有定位功能，42梅山鐵礦建立人員、設(shè)備信標(biāo)定位系統(tǒng)，由地面中心站、信號(hào)發(fā)射器、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)站、接收探頭及電源、電纜、傳輸接口等輔助設(shè)備組成。井下人員定位系統(tǒng)主要功能：(1)人員監(jiān)測(cè)查詢(xún)功能；(2)超時(shí)報(bào)警功能；(3)統(tǒng)計(jì)考勤功能；(4)聯(lián)網(wǎng)功能。434井下無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)夏甸金礦擬采用的KT18型礦山無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)以移動(dòng)的無(wú)線(xiàn)通信方式實(shí)現(xiàn)話(huà)音和數(shù)據(jù)呼叫，提供了工作區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)性和實(shí)用性。KT18型礦山無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)包括井上和井下兩個(gè)子系統(tǒng)，如圖所示：445管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)老虎臺(tái)煤礦綜合信息平臺(tái)：建立一套地面綜合信息網(wǎng)絡(luò)，包括工資管理、財(cái)務(wù)管理、考勤管理、物供管理和安全、生產(chǎn)技術(shù)管理等，并和局聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。目前全礦有計(jì)算機(jī)300臺(tái)左右，均在該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，有效地促進(jìn)了企業(yè)管理的現(xiàn)代化。水廠鐵礦以MES為服務(wù)對(duì)象的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)字化；以ERP為核心的企業(yè)資源管理數(shù)字化以辦公OA系統(tǒng)為平臺(tái)的辦公數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)，大大的推進(jìn)了辦公管理系統(tǒng)的數(shù)字化水平。456.礦山安全監(jiān)測(cè)(1)礦震監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)電磁輻射法微震檢測(cè)法(2)露天礦邊坡動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)GPS智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹美國(guó)麻省理工的GAMITGPS精密軟件進(jìn)行解算和平差監(jiān)測(cè)位移精度可以達(dá)到4毫米以?xún)?nèi)46水廠鐵礦GPS邊坡檢測(cè)系統(tǒng)智能精密數(shù)字?jǐn)z影智能處理系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)數(shù)碼攝影相機(jī)數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)精密數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量分析，精度可達(dá)10mm到30mm以?xún)?nèi)全站儀智能測(cè)繪系統(tǒng)全站儀自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)控制中心對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析系統(tǒng)能給出2mm到20mm的精度三維激光掃描數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三維激光掃描儀傳輸?shù)较到y(tǒng)控制中心量測(cè)并提取變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)精度可達(dá)5mm到20mm47四、數(shù)字礦山建設(shè)的展望在數(shù)字礦山建設(shè)中要注意以下問(wèn)題：（1）做好規(guī)劃，從整體、長(zhǎng)遠(yuǎn)角度設(shè)計(jì)數(shù)字礦山的藍(lán)圖；（2）建設(shè)綜合信息平臺(tái)，為數(shù)字礦山建設(shè)提供舞臺(tái)；（3）建設(shè)高速信息網(wǎng)絡(luò)，為數(shù)字礦山信息傳遞提供暢通、可靠、安全的信息高速公路；48(4)購(gòu)置成熟軟硬件和技術(shù)，推進(jìn)辦公自動(dòng)化、管理的

高效化建設(shè)；(5)充分利用局部建設(shè)成果，推進(jìn)數(shù)字礦山的進(jìn)展；(6)培養(yǎng)