王 彧

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術中心,陜西 西安 710068)

金堆城數字礦山關鍵系統(tǒng)建設探討

王 彧

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術中心,陜西 西安 710068)

結合數字礦山概念、數字礦山的基本組成,具體分析了金堆城數字礦山現狀,進行了數字礦山的相應功能模塊設計,提出了金堆城數字礦山建設的構想及實施方案,為金堆城數字礦山關鍵系統(tǒng)的建立指明了方向。

數字礦山;系統(tǒng);調度;GIS;GPS

隨著信息化技術的高速發(fā)展,國內外礦山企業(yè)逐漸認識到,僅依靠提高生產自動化水平已遠遠不能滿足企業(yè)的發(fā)展需求,必須借助現代信息技術,建設數字礦山,通過對礦山傳統(tǒng)生產和管理模式的改造,實現企業(yè)整體競爭力的提升。

1 數字礦山的概念

數字礦山是建立在以多時空、動態(tài)采集系統(tǒng)(包括礦體、地層環(huán)境與井巷工程),以礦山實時觀測、網絡和計算機信息處理為主體的技術系統(tǒng)。數字礦山是各種信息系統(tǒng)、計算技術和工業(yè)控制的有機整合,能夠最大限度合理調配各種資源,最優(yōu)化的控制與調度各種裝備與設備,實現礦山管理的科學性,礦山生產的安全、高效、經濟性以及礦產資源利用的最優(yōu)化,最終表現為高度信息化、自動化和高效率,以至無人采礦和遙控采礦。

2 數字礦山的基本內容

結合礦山地質、礦山測量、礦山采礦整個生產工藝和管理過程,數字礦山的基本內容有:(1)礦山海量、異質、時空數據庫及分析和采礦設計軟件系統(tǒng); (2)信息綜合傳輸通信系統(tǒng);(3)生產過程安全監(jiān)控與預警系統(tǒng);(4)生產過程虛擬現實系統(tǒng);(5)生產信息及辦公自動化管理系統(tǒng)。

3 數字礦山的基本組成

數字礦山具有層次結構的特征。按數據流和功能流,由外向內分別為采集系統(tǒng)、調度系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)、核心系統(tǒng)共5部分。

(1)采集系統(tǒng):負責數據采集與處理,包括測量、勘探、傳感和文檔4類基礎數據采集子系統(tǒng);

(2)調度系統(tǒng):指礦山地理信息系統(tǒng)(MGIS),負責提供拓撲建立與維護、空間查詢與分析、制圖與輸出等基本功能,并進行數據訪問控制、開放接口和生產調度與指揮管理;

(3)功能系統(tǒng):負責提供各類專業(yè)模擬與分析功能,包括采礦CAD(MCAD)、虛擬現實(VR)、仿真(CS)、科學計算(SC)與可視化(VS)等;

(4)包裝系統(tǒng):負責提供三維空間建模工具和多源異質礦山數據的空間融合環(huán)境和數據過濾、組合與封裝機制,包括真三維地學模擬(3DG M)和數據挖掘工具;

(5)核心系統(tǒng):負責統(tǒng)一管理數據和模型,由時空數據倉庫和應用模型庫2個子系統(tǒng)組成。

4 金堆城數字礦山發(fā)展現狀

金堆城鉬業(yè)集團有限公司是亞洲最大的鉬金屬采、選、冶、加、科、工貿一體化聯合企業(yè)。近年來,金鉬集團露天礦陸續(xù)開展了《shot plan逐孔起爆軟件系統(tǒng)》、《露天礦測繪數據處理自動化研究及應用》、《露天礦汽車運輸監(jiān)控系統(tǒng)建立》、《露天礦采剝進度計劃及動態(tài)地質模型系統(tǒng)的建立研究》、《非接觸邊坡數字監(jiān)測技術應用研究》等科研項目,有力地推動了礦山的數字化進程。

但是,這些軟件系統(tǒng)存在互相獨立、功能單一、不能相互移植或鏈接,其應用的廣度和深度還處于初級階段,主要表現在以下幾個方面:

(1)數字礦山系統(tǒng)缺乏整體規(guī)劃,各子系統(tǒng)功能單一,難以實現信息資源共享和科學決策。

(2)利用CAD開發(fā)的二維平面軟件因沒有地理信息系統(tǒng)作基礎,不能實現網絡化、實時化,智能化;在礦體圈定、礦量計算及生產計劃等與礦山生產直接相關領域,軟件系統(tǒng)主要模仿手工作業(yè)過程,達不到實時指導生產作用;三維模擬的展現還處于初級的觀賞階段;軟件應用處在以生產統(tǒng)計臺賬、綜合統(tǒng)計報表和圖紙生成等為主的初級階段。

(3)缺乏全方位的實時監(jiān)控系統(tǒng),包括生產過程的監(jiān)視與控制,如生產調度指揮系統(tǒng);采場和排土場邊坡的微震監(jiān)測,以及相應的穩(wěn)定性分析軟件。穿孔、鏟運作業(yè)僅憑工人經驗,沒有系統(tǒng)的軟件或可視化信息作指導。

(2) 深入開展CFRP基礎性研究。軌道車輛對材料的力學性能、環(huán)保性能、防火性能、抗沖擊性能、耐極端環(huán)境性能、耐老化性能、隔音隔熱性能、減振阻尼性能、電磁兼容性、生命周期環(huán)境友好性以及安全可靠性等都有特殊要求，開展?jié)M足軌道車輛應用的材料性能研究，解決目前復合材料存在的防火、隔聲隔熱、抗沖擊性能局限性，可大大提高復合材料的應用廣度。

5 金堆城數字關鍵系統(tǒng)的實施構想

5.1 金堆城數字礦山整體框架

結合數字礦山建設目標與金堆城現狀,提出以下金堆城數字礦山整體框架(見圖1)。

圖1 數字礦山整體框架

5.2 數字礦山建設的關鍵系統(tǒng)

(1)露天礦數字礦床與地、測、采管理系統(tǒng),實現資源開采方案優(yōu)化以及生產設計與開采環(huán)境的數字化、模型化、可視化;(2)基于GPS的露天礦卡車調度系統(tǒng),通過建立網絡通訊,形成語音視頻與數據同網傳輸的網絡體系,實現礦山數據的分布式共享、生產人員與移動設備的跟蹤與定位以及生產過程智能化調度與控制;(3)露天礦安全綜合監(jiān)測系統(tǒng),實現生產過程設備安全與開采環(huán)境監(jiān)控等數據的自動采集智能分析與可視化處理。

6 金堆城數字礦山關鍵系統(tǒng)的實施

6.1 建立露天礦數字礦床與地、測、采管理系統(tǒng)

首先,引進基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的三維實時可視化礦山工程軟件,將露天礦地質數據庫(包括北露天、礦床南部補充勘探成果以及南大擴境界)的所有信息添加到新引進的礦山工程軟件中,利用專業(yè)模塊自動圈定礦體,形成露天礦完整的資源三維可視化模型與采場環(huán)境三維動態(tài)模型。

其次,在地質建模的基礎上,地質技術員利用便攜式礦物分析儀獲取生產現場鉆孔品位,實時修改礦床品位,確定礦巖界限;測量技術員將現場的測量數據實時導入,形成精確的礦區(qū)坐標;采礦技術員進行采剝計劃、爆破、配礦、運輸、排巖等優(yōu)化設計,設計信息將通過通訊網絡實時傳給生產調度人員和電鏟、牙輪鉆終端,指導生產。

總之,系統(tǒng)的建立能夠實現露天開采方案與設計的優(yōu)化及可視化,實現智能化采礦與采掘計劃的編制,極大地改進了技術人員和高級管理人員之間的技術信息交流,極大地提高技術人員的工作效率,使礦山生產的各個環(huán)節(jié)處在高效的管理控制之下,從而獲取最大的經濟效益。

6.2.1 露天礦機關及基層計算機網絡系統(tǒng)、調度室建設

在公司現有以太網的基礎上,建立露天礦機關局域網、露天礦基層單位局域網。露天礦基層單位局域網以露天礦機關局域網中心交換機為核心,為確保安全生產,露天礦基層單位局域網中心交換機通過防火墻接入露天礦機關局域網。露天礦基層單位局域網通過網橋與采礦場、排廢場無線局域網進行連接,采礦場、排廢場無線局域網和生產設備進行通信。該系統(tǒng)主要將礦山技術信息和礦山資料在所有技術和生產的相關單位進行高速實時傳輸,以保證信息資源的實現共享。

在露天礦調度室設置監(jiān)控中心,在養(yǎng)路隊、采區(qū)、車隊設立監(jiān)視中心。

圖2 GPS卡車調度系統(tǒng)通訊網絡圖

6.2.2 采礦場、排廢場無線局域網

采礦場、排廢場無線局域網采用WLAN無線組網方式,采用802.11a/b/g通信協議,選用若干組無線基站形成作為采礦場、排廢場無線局域網(如圖3所示)。

礦區(qū)移動基站由UPS電源、無線網橋、3～5個AP、6口HUB,機箱、天線和電源線組成,可以實現移動組網,移動基站無線網橋實現與生產中心交換機相連的無線網橋進行通信連接,最遠距離可達40 km;AP實現無線接入,負責與車載通信設備進行通信,一個移動基站可以實現600 m同心圓的無線局域網。該系統(tǒng)主要完成將設備上的車載計算機收集到各種設備的狀態(tài)、位置、參數以及邊坡的微震監(jiān)測參數、礦山GPS的測量與監(jiān)測參數等實時地傳輸露天礦機關局域網。

6.2.3 低精度GPS車載系統(tǒng)

圖3 礦區(qū)無線通訊網絡圖

低精度GPS車載設備,采用成熟工業(yè)方案,包括ARK3381工控機,觸摸顯示屏單元,GPS卡和無線卡,天線,電源,線纜和安裝架六部分;安裝在運礦卡車、排土場的推土機、養(yǎng)路隊的裝載機。主要功能是:①采集設備的位置、狀態(tài)、車況等信息并發(fā)送給調度中心,并能發(fā)出求救信號;②接受調度中心發(fā)送的作業(yè)指令。

6.2.4 高精度GPS鑿巖、鏟裝設備控制與跟蹤系統(tǒng)

高精度GPS牙輪鉆及電鏟自動定位系統(tǒng),該系統(tǒng)用于提供高精度的GPS技術,并能通過無線局域網接收到露天礦技術科用礦山工程軟件設計的鏟裝范圍及炮孔設計,電鏟司機可以從機載系統(tǒng)看到礦巖界限,從而達到準確進行鏟裝作業(yè);牙輪鉆機司機可以從機載系統(tǒng)看到炮孔設計坐標,從而達到自動定位并實施穿孔,并能將鉆孔的數目及位置實時反饋給露天礦技術科,爆破技術員就可以據此進行爆破設計。

6.2.5 監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件由4個部分組成:①信息采集與指令發(fā)送子系統(tǒng),調度信息采集方式分為2種,一是由調度室主動發(fā)送輪詢指令來采集,二是由車載終端主動競爭向調度室發(fā)送;調度中心輪詢指令發(fā)送是定時發(fā)送,而人工實時調度和應答指令是隨機發(fā)送的。②鏟車狀態(tài)分析子系統(tǒng),自動進行鏟車的狀態(tài)識別與轉換。③動態(tài)圖形顯示子系統(tǒng),顯示所有設備的位置及狀態(tài),同時能快速調用已存儲的數據庫。④調度優(yōu)化子系統(tǒng),它是基于GPS的露天礦卡車調度系統(tǒng)的核心。

該系統(tǒng)能夠解決鏟裝、自動配礦、運輸車輛等的最佳優(yōu)化及設備中途出現故障后的動態(tài)重組問題,提高設備的運行效率,實現采礦作業(yè)的優(yōu)化。

6.3建立露天礦安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)

在已有的非接觸數字化監(jiān)測系統(tǒng)基礎上,完成數字化物理探測邊坡研究,引進微震監(jiān)測系統(tǒng),建立一個立體式全方位綜合監(jiān)測系統(tǒng)。實現準確預警災害地點,精確描述災害部位的內部特征,提供危害治理的科學依據;并與三維可視化建模軟件接軌,智能化指導礦山開采活動。

7 結 論

(1)立足礦山發(fā)展戰(zhàn)略,重視數字礦山建設,是現代礦山企業(yè)的持續(xù)發(fā)展需求。因此企業(yè)領導人要創(chuàng)造有利環(huán)境,引導技術人員積極投身于企業(yè)的數字礦山建設中。

(2)數字礦山建設是一項復雜的系統(tǒng)工程,應從企業(yè)的長遠發(fā)展和整體出發(fā),統(tǒng)一規(guī)劃,分步實施,保證數字礦山建設各個系統(tǒng)的兼容性和擴展性。

(3)進行詳細需求分析,利用國內外先進經驗,保證數字礦山建設質量。從信息采集、傳輸、遠程自動控制、可視化等方面大力展開研究工作,真正將數字礦山的內容貫穿于礦山的生產、經營、管理、安全等全過程。

[1] 孫豁然,徐帥.論數字礦山[J].金屬礦山,2007(2): 1-5.

[2] 吳立新,朱旺喜,張瑞新.數字礦山與我們未來礦山發(fā)展[J].科學導報,2004,7.

[3] 王李管,何昌盛,賈明濤.三維地質體實體建模技術及其在工程中的應用[J].金屬礦山,2006,2:58-62.

[4] 王李管,曾慶田,賈明濤.數字礦山整體實施方案及其關鍵技術[J].采礦技術,2006,3.

D ISCUSSI ON ON CRITI CAL SYSTEM S CONSTRUCTI ON OF JDC D IGITAL M INE

WANG Yu
(Technical Center,JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

Combined with the concept and the fundamental componentsof digitalmine,the present state ofJDC digitalmine was analyzed,the corresponding function modules were designed,conception and treatment regimen of JDC digitalmine construction were provided to point out the direction of key systems construction for JDC digital mine.

dinitalmine;system;dispatch;GIS;GPS

TD672

A

1006-2602(2010)03-0024-04

2010-03-31

王 彧(1976-),男,采礦工程師。主要從事礦冶技術研發(fā)工作。