礦山企業(yè)與其他生產(chǎn)企業(yè)的重要區(qū)別之一就是礦山生產(chǎn) (特別是地下開采 ) 有許多難以探測和辨識的危險源 , 有諸如沖擊地壓、冒頂和塌方、突水透水和淹井、火災、瓦斯突出和爆炸、煤塵突出和爆炸以及機電運輸?shù)仁鹿孰[患 , 大型傷亡事故時有發(fā)生 , 嚴重威脅著人身安全。

本質安全保障體系與本質安全檢查體系有本質的區(qū)別 , 保障體系是借助先進的四維地理信息系統(tǒng) , 實現(xiàn)地面地下所有對象的透明管理 , 從而使整個礦山從設計、生產(chǎn)到管理都能很好地兼顧工藝的先進性、設備的可靠性、環(huán)境的安全性 , 大幅提高抗災能力和生產(chǎn)效率 , 在精細的管控體系下 , 以嚴格規(guī)范的管理、完善實用的方法、先進科學的技術真正實現(xiàn)人員無失誤、設備無故障、系統(tǒng)無缺陷、管理無漏洞的人、機、環(huán)境和管理高度融合的礦井恒久性安全目標。其具體內(nèi)容如下。

1) 建立本質安全的檢查、監(jiān)督和評價體系。

2) 建立重大災害事故發(fā)生機理研究和事故仿真體系。

3) 建立危險源辨識和災害預警體系。

4) 建立隱患排查和事故預測預報體系。

5) 建立災害防治關鍵技術決策支持體系。

6) 建立煤礦本質安全信息化保障系統(tǒng)。

7) 建立煤礦本質安全長效管理體系。

生產(chǎn)技術管理系統(tǒng)是數(shù)字礦山的核心內(nèi)容 , 主要包括地測地理信息系統(tǒng)、采礦協(xié)同設計系統(tǒng)、智能化礦井通防系統(tǒng)、輸配電地理信息系統(tǒng)、工業(yè)管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)等。

但要注意的是此生產(chǎn)技術管理不是把手工方法搬到計算機上 , 而要實現(xiàn)科學的規(guī)范管理和高智能的技術支持。例如 , 地測地理信息系統(tǒng)不是地測制圖 , 而是通過精細化的礦山測量和地質勘探 , 達到礦床、地質體、危險源和井巷工程的精確圈定和可視化計算 , 可以自動完成各種測量改正、誤差預計、測量平差、地表沉陷預計等計算 , 并實現(xiàn)所有計算的所見即所得 , 而且可以自動生成任意比例尺的各種礦圖 , 為礦山的生產(chǎn)、安全和管理提供地質保障; 基于三維地理信息系統(tǒng)的采礦協(xié)同設計系統(tǒng)可以完成包括巷道布置、巖移預計、保護礦柱(煤柱 ) 計算、支護選型以及采、掘、機、運、通、安等各類設計 , 并生成相關文件等; 智能化礦井通防系統(tǒng)的主要目的就是保證正常生產(chǎn)時期和災變時期的實時按需供風; 輸配電地理信息系統(tǒng)的主要功能是任意復雜電網(wǎng)實現(xiàn)設備的最優(yōu)選型、故障電流計算、電壓和能量損失計算、電容電流計算、動穩(wěn)定熱穩(wěn)定計算和保護裝置整定計算 , 配合供電SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)遙信、遙測、遙調和遙控; 其他系統(tǒng)依次類推。這些都是模仿人工方法所不能完成的。

礦山 ERP系統(tǒng)是實現(xiàn)精細管理的信息保障系統(tǒng) , 主要包括人力資源管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、50盧新明等: 數(shù)字礦山的定義、內(nèi)涵與進展 2010年第 1期物資管理系統(tǒng)、運銷管理系統(tǒng)、生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、預算與成本管理系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)等。其特點是必須和其他系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成 , 例如人力資源管理、生產(chǎn)計劃管理、物資需求、預算與成本管理必須以設計成果、生產(chǎn)技術為基礎 , 設備管理、物資管理、運銷管理必須借助于地理信息系統(tǒng)才能實現(xiàn)現(xiàn)場管理和最優(yōu)配送 , 其他子系統(tǒng)也是類似的 , 要么是基礎數(shù)據(jù)來源于其他系統(tǒng) , 要么為其他系統(tǒng)服務 , 它們均可通過數(shù)據(jù)倉庫進行無縫集成 , 否則就變成了信息孤島。

數(shù)字礦山的綜合指揮調度系統(tǒng)并不是把監(jiān)測監(jiān)控、工業(yè)自動化、人員定位和通信系統(tǒng)進行一些簡單集成 , 外加一些諸如生產(chǎn)調度日志和報表。而是基于三維可視化平臺 , 實現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控、通信和人員定位系統(tǒng) , 以及生產(chǎn)技術管理、安全管理和礦山ERP的強集成 , 主要實現(xiàn)下列功能。

1) 正常生產(chǎn)時期: 可以通過一個調度界面看到當天和累計的安全信息、產(chǎn)量信息、成本信息、儲量信息、設備信息、煤質 (礦石品質 ) 信息、銷售信息和三維礦山模型中的地質模型、井巷工程、采場或工作面、生產(chǎn)設備、人員分析和各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) , 如果需要可以鉆取任何部位、任何時間的詳細數(shù)據(jù) , 并自動生成所需要的統(tǒng)計圖表。

2) 決策分析時期: 只要輸入業(yè)務需求 , 系統(tǒng)就可以利用數(shù)據(jù)挖掘工具自動調出所需要的數(shù)據(jù)、文檔、圖形、多媒體和三維模型供決策團隊進行疊置、剖切、變換、計算和模擬等分析 , 必要時可以調用相關的方法庫進行輔助決策。

3) 救災指揮時期: 一旦發(fā)生了災變 , 除了進行決策分析、故障診斷之外 , 可以充分利用該系統(tǒng)的時空管理能力和快速反應功能 , 實現(xiàn)調度優(yōu)化和可視化應急指揮軟件 , 把損失降到最低。

要按照數(shù)字礦山的定義建立起一座真正的數(shù)字礦山必須有一套完整的建設規(guī)范 , 以期形成地方、行業(yè)甚至國家標準 , 使其對數(shù)字礦山有一個統(tǒng)一的度量。其規(guī)范應包括下列內(nèi)容。

1) 數(shù)字礦山技術規(guī)范總則 , 包括原則以及組網(wǎng)、軟件、數(shù)據(jù)采集、通信、控制等通用技術。

2) 礦山信息分類編碼規(guī)范。

3) 礦山數(shù)據(jù)倉庫技術規(guī)范 , 包括基本構架、數(shù)據(jù)類型、主題層、元數(shù)據(jù)格式、索引格式、數(shù)據(jù)立方體結構等。

4) 監(jiān)測監(jiān)控通信接口技術規(guī)范 : 采集 - 儲存(實時數(shù)據(jù)庫 ) - 控制等通信協(xié)議、觸發(fā)機制和時限性控制等。

5) 礦山安全監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范 , 包括各種監(jiān)測內(nèi)容以及空間布局、時間布局、技術指標等。

6) 礦山工業(yè)自動化子系統(tǒng)技術規(guī)范 , 可靠、自動、智能、閉環(huán)、聯(lián)動、易集成和減人為標準。

7) 礦山四維地理信息系統(tǒng)技術規(guī)范 , 包括地質、儲量、測量、水文、設施等動態(tài)空間信息管理。

8) 礦山生產(chǎn)技術管理子系統(tǒng)技術規(guī)范 , 除地測之外的所有生產(chǎn)系統(tǒng)。

9) 礦山本質安全保障體系以及軟件系統(tǒng)技術規(guī)范。

10) 礦山 ERP系統(tǒng)技術規(guī)范。

11) 礦山信息集成方式與集成平臺技術規(guī)范 ,包括聯(lián)動規(guī)則等。

12) 礦山綜合指揮調規(guī)范度系統(tǒng)技術規(guī)范。

隨著計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展和眾多硬件廠商的努力 , 數(shù)字礦山的網(wǎng)絡平臺和有關硬件的研究已經(jīng)取得了長足進展 , 無論是技術還是應用都已經(jīng)基本成熟。眾所周知 , 數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的技術關鍵是先進的理念、科學的模型和快速的計算機算法 , 通過眾多學者的研究 , 已經(jīng)突破了包括三維精細化快速建模 , 礦體圈定和精細儲量評價 , 各種礦圖的自動生成 , 礦山四維地理信息系統(tǒng)技術規(guī)范建設 , 礦山災害仿真、預警和事故預測預報 , 專業(yè)系統(tǒng)分析等一系列理論難題 , 例如 , 關于礦井通風系統(tǒng)及各種非線性流體網(wǎng)絡的模型和算法文獻 [ 18 - 20 ]就給出完整的研究成果 , 解決了其中的關鍵難題;該項目組基于完全自主版權的 CAD /GIS平臺成功地開發(fā)了 《地理信息系統(tǒng)平臺》《地測地理信息系統(tǒng) 》《采礦協(xié)同設計系統(tǒng) 》《智能化礦井通防系統(tǒng) 》《輸配電地理信息系統(tǒng) 》《設備管理系統(tǒng) 》《人力資源管理系統(tǒng) 》《物資管理系統(tǒng) 》《成本控制系統(tǒng) 》《安全管理系統(tǒng) 》《調度管理系統(tǒng) 》和 《虛擬礦山系統(tǒng) 》等一些軟件產(chǎn)品 , 實現(xiàn)了數(shù)字礦山關鍵技術的本質突破。

1) 兗礦集團地理信息系統(tǒng)建設。兗礦集團的信息化建設一直走在我國采礦行業(yè)的前列 , 為了提高安全管理和生產(chǎn)管理的科學性和規(guī)范性 , 兗礦集團開創(chuàng)性地建立了我國首個集團公司級的網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng) , 該系統(tǒng)的用戶可以根據(jù)自己的權限通過集團公司服務器和 Web瀏覽器查詢到任何一個礦的采礦、地質、儲量、測量、通風、機電、排水以及生產(chǎn)調度等專業(yè)的所有圖件和完整的屬性信息 ,并且可以完成各種地理信息統(tǒng)計分析和專業(yè)計算 ,為安全生產(chǎn)管理提供完整的信息支持 , 也為實現(xiàn)數(shù)字礦山奠定了堅實的基礎。

2) 山東臨沂礦業(yè)集團王樓煤礦的數(shù)字礦山建設。經(jīng)過 2 a的努力 , 從制定數(shù)字礦山建設方案和數(shù)字礦山管理規(guī)范 , 到工業(yè)自動化建設和管理信息化建設 , 王樓煤礦率先建成了我國第一個真正意義上的數(shù)字礦山。不僅有比較完善的工業(yè)自動化系統(tǒng) , 而且建立了包括地理信息系統(tǒng)平臺、地測地理信息系統(tǒng)、采礦協(xié)同設計系統(tǒng)、智能化礦井通防系統(tǒng)、輸配電地理信息系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、成本控制系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、調度管理系統(tǒng)和虛擬礦山系統(tǒng)等比較完善的軟件系統(tǒng) , 較徹底地實現(xiàn)了 “兩化 ”融合。

另外 , 例如 , 平煤天安十二礦、淮北礦業(yè)集團青東煤礦、神華寧煤集團棗泉煤礦、山東招金集團的夏甸金礦和尹格莊金礦等都在進行真正的數(shù)字礦山建設。

概括性地描述了數(shù)字礦山的新理念、主要內(nèi)容、建設規(guī)范、研究進展和應用情況 , 限于篇幅 ,有關數(shù)字礦山中的關鍵技術 , 如真三維地質建模、精細儲量評價、專業(yè)建模和專業(yè)分析、采礦協(xié)同設計與可視化、事故仿真和災害預警、生產(chǎn)計劃自動編制、虛擬礦山與實時三維調度等核心內(nèi)容將陸續(xù)在其他文獻中敘述。

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作者簡介: 盧新明 (1961 - ) , 男 , 河南濟源人 , 教授 , 博士生導師 , 從事數(shù)字礦山方面的教學與研發(fā)工作。 Tel: 0538 -8503766, E - mail: lionkingsoft@2631net