1 智慧礦山的發展

 

　　礦山生產模式大致經歷了四個階段：一是原始階段，即主要通過手工和簡單挖掘工具進行礦產采掘活動，無規劃、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生產活動，機械化程度較高，但仍無規劃、生產較粗放、資源浪費比較嚴重。三是數字化礦山階段，采用自動化生產設備進行作業生產，采用信息化系統作為經營管理的工具，實現數字化整合、數據共享和互操作，但仍面臨諸多系統集成、信息融合、數據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、可持續發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，人為的因素將降低最低程度，礦山企業的人財物產銷存等能協同、自動運作，實現礦山企業的集約、高效、可持續發展。新一代互聯網、云計算、智能傳感、通信、遙感、衛星定位、地理信息系統等各項技術的成熟與融合，實現數字化、智能化的管理與反饋機制，為智慧礦山發展提供了技術基礎。在芬蘭、加拿大、瑞典等發達國家已為此目標發展了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。

 

　　（1）可持續。前三個階段的礦山生產模式都重在礦產生產的管理，呈現出從單一提高礦產生產效率到綜合提高礦產生產與經營管理的整體效率提升的發展趨勢。到了智慧礦山階段，不僅關注礦山生產，更綜合考慮了生產與經營管理的協調、企業與人的協調、資源開采與環境的協調，關注企業的穩定、可持續發展，從而使礦山具有更持久的生命周期。

 

　　（2）自動。礦山生產模式的發展歷程實際上是生產工具的發展過程，智慧礦山利用遙感技術、智能技術實現對礦山運作的自動、實時感知；并能將歷史數據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、響應的閉環過程，具備了生物智能。人工參與的程度反映其智慧發展的程度，有學者稱“無人”是智慧礦山的終極標志。

 

　　（3）整體協同。強調各系統的開放、信息的整合、運作的協同，發揮礦山管理的整體功能。具體體現如：自動采集礦井中的特定氣體指標、實時進行分析，并根據歷史數據和設定閥值在超量指標時及時發出警告甚至啟動緊急救生裝置等；根據經營管理電子商務平臺收到的訂單數量、產品規格指標等，定期分析并反饋到生產部門，根據歷史產銷關系、產品指標與生產配方關系等數據，相應控制生產數量和生產冶煉配方等，實現產銷平衡等等。

 

　　（4）隨時隨地。原始階段的生產地點局限于生產作業現場的單點，局限于生產作業現場的特定環境條件；機械化階段的生產地點可擴展到生產作業面，并擬補了特定環境條件的局限性；數字化礦山則通過信息化手段實現遠程操作，生產操作地點可以擴展到信息化所能達到地方；智慧礦山則通過衛星地理定位技術、遙感技術、移動互聯、大數據處理等新一代信息技術實現無處不在、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為三大體系，就是智慧生產體系、智慧人文體系、智慧管理體系。智慧生產體系，主要基于數字化礦山，采用新型信息技術實現遠程遙控、無人值守、自動機械化的采選等生產過程，降低作業成本，提高開采效率；智慧人文體系是關注礦山員工的職業健康和安全，通過信息化技術實現生產安全監測、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經營管理，根據市場需求和礦山資源情況，動態平衡產供銷關系，實現資源的合理開采，提高礦山的服務期限和價值。

 

　　3.1 智慧生產體系

 

　　智慧生產體系主要包括：礦山地質管理系統、生產執行系統、數字化的生產設備系統。

 

　　（1）礦山地質管理系統主要采用礦山地測采三維系統，關注礦山地質勘探、礦石儲量、礦石質量情況的掌握，并建立平順的采剝和采掘計劃，實現優化開采設計，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，對應著地質資源信息從產生、加工、統計分析、指導生產這一地質資源信息的生存期間內的各個環節，通過真三維模型構建礦區工程的結構、形態特征以及空間展布，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，動態研究其內部細節，并與地測空間信息數據庫、地質編錄智能分析系統集成，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，實現地質資源信息在地測采環節間的無縫流轉。

 

　　（2）生產執行系統主要管理現場生產過程，覆蓋礦山現場生產、質量、設備、倉庫、檢驗、計量等多個環節，強化職能部室、礦、選廠、冶煉廠之間的信息共享和業務協同，支持管理人員根據人財物各種資源的狀況和產供銷各個環節的信息，合理組織生產，協調開展生產經營活動。在生產管理方面，主要滿足生產業務單元生產計劃、現場調度、現場作業管理、生產數據收集的需要，通過系統的建立，強化現場生產制造的業務執行，實現自動下達生產計劃，自動收集現場生產數據。在計質量管理方面，強化了全過程質量管理原則，集稱重、采樣、制樣、化驗等工作流于一體，支持質量標準及檢測規則制定、各生產階段的質量檢查、產成品的質量合格信息等質量過程，實現全公司質量信息共享及產品生產質量數據全程可追溯。在設備管理方面，支持建立責、權、利和諧統一的設備管理體系，突出設備管理工作的制度化、規范化、標準化，實現設備信息共享。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，實現設備安裝、點檢、檢修、報廢全生命周期管理。

 

　　（3）數字化的生產設備系統主要實現生產現場的數字化、自動化機械作業，一方面，要能通過數字指令實現對礦區采選冶過程的機械作業；另一方面，還要能通過數字信號與后臺控制系統、生產執行系統進行信息集成，及時獲知生產狀況，控制生產過程。主要包括：智慧無人機械開采工作面系統、智慧充填開采工作面系統、智慧炮掘無人工作面、智慧運輸系統、智慧提升系統、智慧供電系統等。

 

　　3.2 智慧人文體系

 

　　一是通過生產過程的自動化，大量減少礦區艱苦環境下的現場作業人員，提高生產過程的技術要素，從體力型到技術型過渡，從職業上提高職工素質，大大改善隊伍結構和員工待遇水平。二是持續關注現場生產的職業健康，改變艱苦行業、高危行業的環境條件，提供健康、安全的生產環境，保障人身健康。在礦山生產企業中，職業健康與安全包含了：環境、防火、防水等多個方面，主要包含如下子系統：智慧職業健康安全環境系統、智慧環境監測系統、智慧防滅火系統、智慧爆破監控系統、智慧沖擊地壓監控系統、智慧人員監控系統、智慧壓風系統、智慧通風系統、智慧排水系統、智慧水害監控系統、智慧視頻監控系統，智慧應急救援系統，智慧污水處理系統等等。這些子系統提供安全生產的各類條件，通過各種儀器設備對各類環境指標數據進行實時的自動監測，并能對超出預警界限的指標發出自動預警，特殊情況下還能啟動人身應急救援系統，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、供、銷進行綜合管理，全面整合生產經營各類信息，提供管理決策支持。從管理運營角度有效整合礦山企業的內外部資源，協同上下游關系，優化配置內部資源，實現從資源的合理開采、節約消耗、有效銷售，提高企業的經營業績。智慧管理體系主要包括：以ERP系統所覆蓋的人力、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、審計監控、科技項目等職能化管理方面，還有，基于各個方面的經營數據基礎上通過經營分析模型構建的決策支持系統，形成各層級管理人員開展經營管理的綜合體系。

 

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