秦 智, 張寶金, 翟建波, 遲 強, 陳小偉, 李永生, 李少輝

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038; 2.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司眼前山分公司, 遼寧 鞍山 114000)

1 前言

隨著礦業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展,優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源逐步減少,礦石工業(yè)品位也逐步下降,過去15年中,智利銅礦石的平均工業(yè)品位下降了30%,礦山行業(yè)正在向深海、深部和高海拔地區(qū)發(fā)展,對礦山智能化和部分工序無人化提出了更高的要求。其次,全球“雙碳”目標(biāo)共識的形成也促進了礦山智慧化、精細化的升級,迫切需要礦山行業(yè)進行綠色轉(zhuǎn)型。如何構(gòu)建資源利用率高、對環(huán)境破壞小、資源能耗低的綠色礦山是目前行業(yè)內(nèi)的主要問題[1]。另外,礦山還存在工人老齡化嚴(yán)重,新招人員不足等問題,減少現(xiàn)場作業(yè)人員,優(yōu)化作業(yè)環(huán)境已經(jīng)刻不容緩。

數(shù)字孿生技術(shù)作為一項新興的技術(shù),目前已經(jīng)在智慧城市、智慧醫(yī)療、裝備制造等領(lǐng)域有了較好的發(fā)展[2],在一定程度上可以節(jié)約成本,提高作業(yè)準(zhǔn)確率和效率,并已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[3]。在礦業(yè)領(lǐng)域,煤礦因其規(guī)模大,工藝流程相對簡單等特點,在數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)面發(fā)展較快。如部分煤礦構(gòu)建五維數(shù)字孿生模型,實現(xiàn)井下廢氣動態(tài)檢測,對各類廢氣設(shè)置不同的臨界值,結(jié)合數(shù)據(jù)模型提供優(yōu)于傳統(tǒng)管理模式的告警信息,為井下安全管理提供參考數(shù)據(jù)[4]。非煤礦山因生產(chǎn)工藝的特殊性,使得數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展較為緩慢。

數(shù)字孿生礦山是礦山行業(yè)基于數(shù)字孿生體構(gòu)建的虛擬礦山,也是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個方向。通過將復(fù)雜的地質(zhì)模型、地表無人機模型、地下巷道模型、硐室模型和設(shè)備三維模型數(shù)字孿生化,可以讓作業(yè)人員在一個絕對安全、不考慮空間阻礙的情況下進入與實際情況一致的數(shù)字孿生礦山。通過真實數(shù)據(jù)模擬的數(shù)字孿生礦山,不僅可以實現(xiàn)設(shè)備遠程操控或數(shù)據(jù)可視化,也可以逐步在危險區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無人化作業(yè),并對礦山運營過程中的人員數(shù)量和崗位職責(zé)進行優(yōu)化。

2 MIM數(shù)字孿生架構(gòu)設(shè)計

MIM數(shù)字孿生平臺主要由一套礦山信息模型和五個模塊構(gòu)成。分別是一個智能管控系統(tǒng)、一個多元融合網(wǎng)絡(luò)、一個智慧管控中心、一個數(shù)據(jù)中臺和承載業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊。平臺的架構(gòu)如圖1所示。MIM數(shù)字孿生平臺以“礦石流”為主線構(gòu)建全流程的數(shù)字孿生模型,實現(xiàn)部分采礦工序的遠程操控和無人化。同時,通過智能管控系統(tǒng)實現(xiàn)多元異構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、匯總與分析,將數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)中臺中。數(shù)據(jù)中臺結(jié)合工程經(jīng)驗,將先進的自動化、信息化、數(shù)字化、智能化技術(shù)與礦山工程、管理理念、管理方式和管理手段緊密結(jié)合起來,實現(xiàn)資源、計劃、生產(chǎn)、運輸、物流、庫存全過程的信息化管理。最終,平臺通過跨平臺應(yīng)用從模型渲染、管理駕駛艙、運營管理、公輔設(shè)施管理和智能決策等多個方面為礦山智慧化運營提供支持。

圖1 MIM數(shù)字孿生總體架構(gòu)示意圖

2.1 智能管控系統(tǒng)

2.2 多元融合網(wǎng)絡(luò)

多元融合網(wǎng)絡(luò)主要解決不同來源的數(shù)據(jù)整合問題,為數(shù)字孿生礦山提供數(shù)據(jù)支持。同時,多元融合網(wǎng)絡(luò)也可以滿足嚴(yán)苛的安全管理要求,并達到不同網(wǎng)域間數(shù)據(jù)高效互通的應(yīng)用需求。綜合集控系統(tǒng)采集了礦石流過程中的控制數(shù)據(jù),是控制數(shù)據(jù)的主要來源。該部分?jǐn)?shù)據(jù)通過OPC UA傳輸給數(shù)據(jù)中臺,不僅可以大幅提高信息傳輸能力,也可以支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。此外,多元融合網(wǎng)絡(luò)可將4G/5G、WIFI 6、UWB定位、有線網(wǎng)絡(luò)等來源的數(shù)據(jù)均進行整合,建設(shè)一張融合的有線+無線的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),將礦山綜合集控、運營管理、安全環(huán)保管理、能源管理等系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互,避免出現(xiàn)“信息孤島”[5]。同時,以一體化融合技術(shù)構(gòu)建的多元融合網(wǎng)絡(luò)為核心,覆蓋整個礦山生產(chǎn)、業(yè)務(wù)、管理流程,構(gòu)建全礦信息高速公路,有效簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提高數(shù)字融合程度、降低基建投資、減少運營維護費用[6]。

2.3 智慧管控中心

智能管控中心作為數(shù)據(jù)匯總的中心,除了實現(xiàn)傳統(tǒng)的調(diào)度職能外,也匯聚了各系統(tǒng)的數(shù)據(jù),實現(xiàn)各崗位的扁平化管理。操作人員通過管控系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)管理,報表管理、信息顯示,視頻監(jiān)控及調(diào)度通訊等功能,及時掌握全礦的全方位信息并能通過管控系統(tǒng)對生產(chǎn)進行統(tǒng)一管理及調(diào)度指揮。

智慧礦山的生產(chǎn)管理核心區(qū),主要包含礦山管控大廳的生產(chǎn)操作控制區(qū)、生產(chǎn)運營管理區(qū)、安全環(huán)保管理區(qū)、決策指揮區(qū)、全信息可視化區(qū)和數(shù)據(jù)機房、云服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。生產(chǎn)操作工、生產(chǎn)技術(shù)人員、生產(chǎn)管理人員將在智慧管控中心進行協(xié)同辦公,降低溝通成本,提高運營效率。

2.4 數(shù)據(jù)中臺

數(shù)據(jù)中臺是整個礦山數(shù)據(jù)平臺的邊緣側(cè)數(shù)據(jù)采集、處理和分析的核心,工業(yè)數(shù)據(jù)由本核心進行邊緣側(cè)的采集,統(tǒng)一存儲在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)中臺中,并進行數(shù)據(jù)的處理與分析。具體內(nèi)容包括基礎(chǔ)平臺、IOT物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)平臺、數(shù)據(jù)處理與服務(wù)平臺、業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成平臺等。

眼前山項目應(yīng)用華為ROMA Connect數(shù)據(jù)集成平臺作為數(shù)據(jù)中臺,完成了數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)分發(fā)功能。其中數(shù)據(jù)集成部分可以把結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的后端數(shù)據(jù)接口進行整合并通過API進行統(tǒng)一管理和發(fā)布;此外,也可以將消息數(shù)據(jù)和設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集,并通過隊列的方式進行發(fā)布。數(shù)據(jù)通過集成和治理后,不僅可支撐駕駛艙和應(yīng)用管理系統(tǒng),還可與二級平臺實現(xiàn)無縫對接,其他系統(tǒng)也可以通過統(tǒng)一接入服務(wù)進行數(shù)據(jù)消費。

2.5 數(shù)字孿生平臺

數(shù)字孿生平臺將根據(jù)項目實際需求,整合各類模型(BIM模型、傾斜攝影模型、常規(guī)模型等)和數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)信息,對采礦全過程進行數(shù)字建模和模擬并構(gòu)建數(shù)字孿生礦山。

確定好參數(shù)范圍,對數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練可以得出多個優(yōu)秀的參數(shù)組合。本文根據(jù)準(zhǔn)確率取最高的前30個優(yōu)秀參數(shù)組合作為多重隨機森林加權(quán)大數(shù)投票算法的基分類器進行觀察。圖10為隨著基分類器個數(shù)的增加動態(tài)行為的識別準(zhǔn)確率。

平臺主要內(nèi)容包擴管理駕駛艙、資源數(shù)字化管理系統(tǒng)、生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)、安全環(huán)保管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等。其融合了生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控、生產(chǎn)管理以及生產(chǎn)運營三大類職責(zé),旨在提高協(xié)同運營管控的效率和效果,實現(xiàn)采、選、冶運營一體化。通過MIM數(shù)字孿生平臺,整合來自資源、設(shè)計、采準(zhǔn)、采礦中深孔、回采出礦、破碎、提升、運輸、通風(fēng)、供排水、供配電、壓風(fēng)、安全、環(huán)保、礦區(qū)、維護、管理等各方面可用的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù),建立數(shù)字孿生礦山,并按照行業(yè)認(rèn)可的方案模板、報告、數(shù)據(jù)看板和運營關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)進行生產(chǎn)運營的實時動態(tài)顯示和預(yù)警,讓管理層能夠?qū)崟r掌握礦山運營狀況,并做出更好的決策。

3 數(shù)字孿生平臺在眼前山鐵礦的應(yīng)用

眼前山鐵礦作為鞍鋼集團礦業(yè)有限公司所屬8座礦山的一座主要礦山,2009年露天轉(zhuǎn)地下,設(shè)計規(guī)模800萬t/a,是目前國內(nèi)最大的露天轉(zhuǎn)地下鐵礦山[7]。建設(shè)初期眼前山鐵礦面臨現(xiàn)場井下作業(yè)人員多、采掘設(shè)備自動化程度低、操作和看守性崗位多,存在人員、設(shè)備等數(shù)據(jù)無法全面感知、工作環(huán)境差、安全風(fēng)險系數(shù)高、生產(chǎn)效率低等問題。

為了有效解決上述問題,眼前山鐵礦應(yīng)用MIM數(shù)字孿生體系構(gòu)建數(shù)字孿生礦山,建立地質(zhì)資源、設(shè)計和計劃、采準(zhǔn)、采礦中深孔、出礦、有軌運輸、破碎、提升、膠帶運輸、鐵運等主要生產(chǎn)工序數(shù)字孿生體,建立水泵房、變電所、風(fēng)機等生產(chǎn)輔助工序的無人值守與遠程監(jiān)控系統(tǒng),通過全礦三維信息模型建立采礦運營一體化平臺,實現(xiàn)生產(chǎn)運營管理、安全環(huán)保管理等功能,達到降本增效、保障安全的數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo),通過遠程數(shù)據(jù)挖掘和解算,實現(xiàn)礦山智能調(diào)度和管理。項目的應(yīng)用特點主要包括以下六個方面。

3.1 多專業(yè)多格式模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一

建設(shè)數(shù)字孿生礦山涉及到多專業(yè)、多格式、多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息化模型,不同類型的模型雖然表現(xiàn)形式不同,但都是由網(wǎng)格模型和屬性信息兩部分構(gòu)成,通過解析模型數(shù)據(jù),將網(wǎng)格數(shù)據(jù)和屬性信息進行拆分和組合,即可實現(xiàn)多種模型的統(tǒng)一。

不同的模型也存在坐標(biāo)系匹配的問題,眼前山項目將外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合三維模型,共同構(gòu)建匹配實際情況的數(shù)字孿生模型,統(tǒng)一地表地下坐標(biāo)系,實現(xiàn)了各類坐標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。同時,局部模型通過定義基準(zhǔn)原點的方式與統(tǒng)一坐標(biāo)系進行匹配。通過這種方式,不僅僅關(guān)聯(lián)了所有系統(tǒng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù),同時也為子系統(tǒng)的局部空間模型設(shè)計提供了便利。

如井下巷道的設(shè)計模型為局部空間坐標(biāo)系,實際掃描的巷道點云數(shù)據(jù)為WGS84坐標(biāo)系,巷道中的人員和機具的定位數(shù)據(jù)需經(jīng)過UWB數(shù)據(jù)采集并解算來獲取相對基站的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通過定義統(tǒng)一的坐標(biāo)、角度和縮放,可以實現(xiàn)上述任意類型坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換,并實現(xiàn)各類模型數(shù)據(jù)與定位數(shù)據(jù)的互通。對比如圖3所示。

圖3 點云模型與設(shè)計模型對比

通過模型數(shù)據(jù)的整合,一方面可以統(tǒng)一全生命周期中各類模型的表達方式,減少不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)交互成本;另一方面由于數(shù)據(jù)未經(jīng)過接口的篩選,也可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)溯源。

3.2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)融合

結(jié)合礦山需要采集多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)的實際需求,眼前山構(gòu)建了多元融合網(wǎng)絡(luò),將各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、儀表實時數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)進行整合。完整的數(shù)據(jù)構(gòu)建了數(shù)據(jù)倉庫,并通過中臺進行數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計與分析。同時,也可以根據(jù)前端開發(fā)需求,定制開發(fā)各類接口,滿足數(shù)據(jù)使用需求。

眼前山項目主要通過RESTful API、MQTT和視頻流(RTSP協(xié)議)三種方式實現(xiàn)全流程多團隊協(xié)作設(shè)計。生產(chǎn)運營主數(shù)據(jù)主要通過RESTful API進行發(fā)布,經(jīng)過數(shù)據(jù)中臺治理后的數(shù)據(jù)通過多維度的接口進行發(fā)布,各前端均可按需調(diào)取;實時數(shù)據(jù)通過MQTT主題訂閱模式進行發(fā)布,應(yīng)用訂閱Topic后即可持續(xù)收到消息隊列數(shù)據(jù)并更新頁面;視頻數(shù)據(jù)通過RTSP協(xié)議播放視頻流,各前端也可以根據(jù)需要在不同的客戶端進行調(diào)用與播放。通過上述三種方式的傳輸,完成了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)和流數(shù)據(jù)的傳輸,滿足各應(yīng)用場景需求。

此外,通過建設(shè)智慧礦山邊緣節(jié)點,統(tǒng)籌計算資源,不僅提高了邊端的效率,同時也提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性;利用云計算的高彈性、高可靠性、高冗余的特點,各種業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)輕松部署、動態(tài)的調(diào)度各類資源,實現(xiàn)資源集約化建設(shè);實現(xiàn)從井上到井下多種業(yè)務(wù)相互協(xié)同、多級聯(lián)動,實現(xiàn)了生產(chǎn)運營信息化、可視化、實時化的目標(biāo),提升了生產(chǎn)運營管理效率,降低了部署成本。

3.3 現(xiàn)場作業(yè)人員實現(xiàn)崗位優(yōu)化

現(xiàn)場管控中心進行了大量優(yōu)化,實現(xiàn)了現(xiàn)場的扁平化管理。管控中心主要分為生產(chǎn)操作區(qū)和運營管理區(qū)兩部分。

其中生產(chǎn)操作區(qū)包含綜合集控區(qū)、采礦控制操作區(qū)、提升運輸控制操作區(qū)、公輔融合控制操作區(qū)及大屏控制臺。通過配置大屏幕系統(tǒng),實現(xiàn)整個“礦石流”各生產(chǎn)工序的遠程集中操作控制。綜合集控區(qū)包括各區(qū)域的集控系統(tǒng)操作臺,包含無人電機車運輸系統(tǒng)、溜破系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、地表膠帶運輸、干選、通風(fēng)、鍋爐房、排水泵房等區(qū)域。通過對固定設(shè)施的智能改造,實現(xiàn)固定設(shè)施無人值守;同時也對井下無人電機車有軌運輸中段進行改造,實現(xiàn)了無人電機車遠程操控,將過去一班組人員的工作量縮減為一人完成,并有效優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境。

運營管理區(qū)包括智能資源數(shù)字化管理區(qū)、生產(chǎn)運營管理區(qū)、能源管理區(qū)、安全環(huán)保管理區(qū)、鐵運智能化調(diào)度、人員定位/視頻調(diào)度、綜合語音調(diào)度、決策指揮區(qū)等,各區(qū)域均配置相應(yīng)的操作臺及大屏。運營管理區(qū)將相關(guān)的管理崗位進行整合,不同部門可在管控大廳進行跨專業(yè)交流,及時獲取最準(zhǔn)確、最及時、最符合需求的數(shù)據(jù)。同時,各個崗位的人員也得到精簡,如人員定位和視頻監(jiān)控崗位進行了融合,通過數(shù)字孿生模型,將地表地下的人員、車輛定位數(shù)據(jù)以及各區(qū)域視頻數(shù)據(jù)進行整合,共同構(gòu)建一個虛擬的礦山定位系統(tǒng),可在三維場景中精確定位并查詢相關(guān)關(guān)聯(lián)信息。

崗位優(yōu)化后,管控大廳集成了各個部門的管理職能,現(xiàn)場人員可快速調(diào)取各個管理模塊的數(shù)據(jù)和功能,不僅提高了各部門間的溝通效率,也為數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性提供了保障。

3.4 部分生產(chǎn)過程實現(xiàn)智能決策

數(shù)字孿生技術(shù)在礦山行業(yè)一大優(yōu)勢是可以依據(jù)數(shù)據(jù)采集、仿真技術(shù)和智能分析達到事前預(yù)測和智慧決策的目的[8]。眼前山礦山?jīng)Q策支持系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字孿生模塊和智能決策模塊不斷優(yōu)化生產(chǎn)和管理,以眼前山鐵礦的礦石流和業(yè)務(wù)流大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合地下采礦生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)管理實際,運用運籌學(xué)、系統(tǒng)工程、人工智能和機器學(xué)習(xí)等理論和算法,不斷積累生產(chǎn)和管理過程的決策信息,提升系統(tǒng)仿生決策能力,向礦山?jīng)Q策和管理人員提供及時有效的生產(chǎn)、成本、效益決策信息,實現(xiàn)生產(chǎn)和經(jīng)營雙流程自主決策,助力礦山進一步提升生產(chǎn)運營管理水平及能力[9]。

本次實施的智能決策模塊主要包括四個部分,分別是采場生產(chǎn)決策、排水智能決策、成本智能分析和設(shè)備預(yù)防性維護。采場生產(chǎn)決策劃針對眼前山鐵礦采區(qū)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的系統(tǒng)模型預(yù)測,通過建立采場生產(chǎn)決策模型從而實現(xiàn)采區(qū)科學(xué)排產(chǎn)和生產(chǎn)工序間最優(yōu)化調(diào)配銜接,智能決策界面如圖4所示。

圖4 智能決策駕駛艙界面

排水智能決策結(jié)合眼前山天氣預(yù)報降雨量數(shù)據(jù),峰谷平階段電價,以及泵池液位,排水泵數(shù)量與排水功率等參數(shù),構(gòu)建一套模型算法,由系統(tǒng)給出未來7天排水計劃方案;成本智能分析功能是對眼前山鐵礦直接生產(chǎn)成本的預(yù)測分析,通過對各生產(chǎn)工序數(shù)量統(tǒng)計為基礎(chǔ)(如電量,柴油用量,材料量、備品數(shù)量等)再根據(jù)單價估算參數(shù),構(gòu)建一套預(yù)測模型,預(yù)測各工序環(huán)節(jié)、設(shè)備機臺、單班次的直接生產(chǎn)成本,讓決策人員及時掌控主要生產(chǎn)工序(礦石流)或核心設(shè)備機臺(公輔工序)的生產(chǎn)成本信息,輔助生產(chǎn)決策;設(shè)備預(yù)防性維護結(jié)合采礦各工序設(shè)備的歷史維護信息,對設(shè)備及易損部件給出預(yù)判,在系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障前,主動對設(shè)備進行故障診斷。同時,結(jié)合采購周期信息,對重點生產(chǎn)設(shè)備易損耗部件,給出庫存不足預(yù)警提示。

實施智能決策模塊后,可將過往大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行匯總,將以往“憑經(jīng)驗做決策”過渡到“憑數(shù)據(jù)做決策”,不僅規(guī)范了管理手段,也使得項目決策更加準(zhǔn)確和及時。

3.5 虛擬仿真技術(shù)得到應(yīng)用

數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR、AR和混合現(xiàn)實(MR)等技術(shù)融合是未來的發(fā)展趨勢[10]。眼前山項目基于全礦數(shù)字孿生模型,現(xiàn)場構(gòu)建了包括實景沙盤模型、三維流程動畫、裸眼全息大屏和VR虛擬實訓(xùn)系統(tǒng),充分利用虛擬的數(shù)字孿生模型,用不同的表現(xiàn)形式對全礦生產(chǎn)流程進行仿真和模擬。通過虛擬仿真技術(shù),不僅可以直觀了解全礦石流的走向,也可以對一些危險區(qū)域進行虛擬探索,同時還可以在虛擬的環(huán)境下進行高仿真的虛擬實訓(xùn),不僅降低了訓(xùn)練成本,也提高了培訓(xùn)效率。

3.6 智能設(shè)備實現(xiàn)遠程操控

隨著數(shù)字媒體技術(shù)的發(fā)展,高精度的虛擬場景配合準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集,可以通過虛擬場景真實還原礦山場景[11]。眼前山項目通過提高采準(zhǔn)信息傳遞、作業(yè)調(diào)度與統(tǒng)計效率,提高設(shè)備故障及時處理能力,實現(xiàn)采準(zhǔn)系統(tǒng)“鑿巖—裝藥—爆破—出礦—支護”生產(chǎn)流程所有單體設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控和定位數(shù)據(jù)采集。同時也促進了采準(zhǔn)作業(yè)與資源數(shù)字化管理系統(tǒng)、生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)的有效聯(lián)動,并可及時獲取布孔、爆破等采準(zhǔn)設(shè)計工藝指導(dǎo)信息,提高采準(zhǔn)作業(yè)精度與地質(zhì)精細化管理能力。

以鏟運機為例,眼前山通過研究智能鏟運機自動裝卸技術(shù),在井下構(gòu)建了用于接受和傳輸信號的巷道通信系統(tǒng)、承載了傳感器、攝像頭以及智能控制器的車載控制系統(tǒng)以及保障安全的安全門禁系統(tǒng)。地表在管控中心構(gòu)建包括操控臺、PLC控制站、工控主機、工業(yè)顯示屏在內(nèi)的操作平臺,即可實現(xiàn)對井下鏟運車的遠程遙控和無人駕駛作業(yè)調(diào)度,并可實現(xiàn)一人控制多臺鏟運機同時自主作業(yè)。

4 結(jié)論

數(shù)字孿生礦山的應(yīng)用是智慧礦山發(fā)展的重要方向。眼前山鐵礦應(yīng)用MIM數(shù)字孿生體系構(gòu)建了完整的數(shù)字孿生礦山,通過優(yōu)化現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、網(wǎng)絡(luò)融合、智慧化應(yīng)用等基礎(chǔ)建設(shè),有效提升了生產(chǎn)效率,優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境。

此外,數(shù)字孿生礦山模型提供的模型和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)還存在更多的發(fā)展?jié)摿?。目前眼前山鐵礦通過應(yīng)用遠程智能設(shè)備,已經(jīng)實現(xiàn)了部分崗位優(yōu)化與智能決策。后續(xù)還可以不斷拓展應(yīng)用范圍,如經(jīng)過不斷的真實數(shù)據(jù)積累,可構(gòu)建采礦機理模型,為采掘計劃制定提供參考,并進一步優(yōu)化設(shè)計;同時,可將設(shè)備參數(shù)信息、運行狀態(tài)、維護數(shù)據(jù)等設(shè)備信息共同構(gòu)建大模型,模擬設(shè)備運轉(zhuǎn)過程,提高設(shè)備預(yù)維護準(zhǔn)確性;此外,也可以結(jié)合不同專業(yè)需求,將孿生模型、工程經(jīng)驗、監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整合,構(gòu)建更多的智能決策場景,并進一步提高現(xiàn)場的智慧化管理水平。