数字矿山在露天矿的应用研究.pdf

6 O 露大米．Il厂 玟不 2 0 0 7 年第 1 期 数字矿山在露天矿的应用研究 杨志勇， 佟德君 煤炭科学研究总院抚顺分院，辽宁 抚顺 1 1 3 1 2 2 摘要j 结合我国矿 山生产 实际和信息技术在矿 山企业的应 用现状 ， 借鉴发达 国家的实践 ， 对数 字矿 山 的概念、 应具备的功能内涵、 系统层次和构成进行简要论述。 并针对国内露天煤矿的发展现状， 提出了数字露 天煤矿的建设原则， 设计 了数字露天煤矿 总体构架， 进行 了数字化矿 山建设 方案分析 。 关键字 露天煤矿 ； 数字矿山； 数字地球； 数据仓库 中圈分类号 T I 6 7 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 19 8 1 6 2 0 0 7 0 1一o 0 6 o一0 3 随着计算机网络技术、 图形技术、 自动化技术、 数字通讯技术、 3 s 技术的飞速发展，以计算机和网 络通讯为核心的信息技术将人类带入了信息时代。 信息技术和产品渗透到社会的各个领域，从政府的 战略决策到企业的经营管理和生产工艺。再到人们 的日常生活， 无不受到信息技术的影响。 各行各业和 各级政府，在不同程度地享受着这一技术革命带来 的果实的同时， 也感到了它所带来的压力。 矿山生产 已经从上个世纪 8 0 年代的机械化、 自动化时代步入 今天的信息化、 数字化时代。 1 9 9 8年 ， 美国副总统戈尔在题 为 数字地球 展 望 2 1 世纪我们这颗行星 的演讲中， 首先提出了“ 数 字地球” 【 I 】 。近几年相继出现了“ 数字城市” 、 “ 数字土 地” 、 “ 数字矿山” 、 等等。简言之， “ 数字 ” 是将对象 的空间与属性数据实现数字化表述和应用。 这里的 数据是各种类型和形式的“ 广义数据” 如定量、 定性 数据 ； 数字、 文字、 图片数据等 。“ 数字化 ” 则是把对 某一对象的表述转化为计算机能够识别、 存储、 传输 和加工处理的格式， 再以计算机为核心手段把对象进 行各种方式的再表述 如 电子地 图、 三维模型 、 电子 表格 、 等等 。 实现数字化的最终 目的是在更快 、 更广 、 更深、 更直观的信息基础上实现科学决策 如政府部 门的宏观战略策略、 企业的营销决策、 工程技术人员 的方案决策、 等等 ， 获得更高的社会、 经济效益。 2 数字矿山的定义及功能分析 收稿 日期 2 0 0 6 0 9 2 7 作者简介 杨志勇 1 9 7 8 一 ， 男， 辽宁锦州人 ， 2 0 0 2年 毕业于辽宁工程技术大学矿务资源工程专业，现从事矿山 专业计算机软件研发工作。 什么是数字矿 山【 ] 有人把数字矿山看成是建 立一批数据库，有人则把它看成是一个矿山地理信 息系统， 也有人认为数字矿山 D i g it a l M i n e 就是 3 s 技术在矿山的应用。 这些说法都没错， 但只给出了数 字矿山的一个或几个局部 。而且主要是有关数据获 取、 存储和表述的局部。 所谓数字矿山就是指在矿山 范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿山信息构 建成一个矿山信息模型， 描述矿山中每一点的全部 信息， 按三维坐标组织、 存储起来， 并提供有效、 方便 和直观的检索手段和显示手段 ，使有关人员都可以 快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的 信息。 从这个意义上说 ， 数字矿山就是一个矿山范围 内的以三维坐标信息及其相互关系为基础而组成的 信息框架，并在该框架内嵌入我们所获得的信息的 总称。 数字矿山的功能内涵必须从对矿山数据的存 储、 传输和表述向更深层次延展， 包括各个层次的更 实质性 的应用 ， 特别是作用于生产过程的直接应用。 只有这样 ， 我们才能从数字矿 山得到可观的回报 。 纵 观矿业发达 国家的实践 ，数字矿山的主要功能可以 归纳为以下几点 1 数据的获取、 存储、 传输和表述。 利用现代技 术 如 R S 、 G P S等 获取更具时效性 、 更 准确 的有关 数据， 对矿区的空间、 属性和管理数据实现全方位的 存储、 管理和限定的传输， 并能够根据数据的性质和 需要提供各种必要 的表述形式。 2 矿山生产与经营决策优化。 数字矿l 应该使 分析、 预测和优化方法走出书本， 在矿山生产方案确 定、 参数选取与经营决策中发挥尽可能大的作用。 发 达国家的实践表明，生产优化与科学决策能够创造 巨大的经济效益 ， 尽管这样 的效益大都是隐形的。 维普资讯 嚣 大 米 敢 不 2 0 0 7年第 1 期 6 l 3 各种设计、 计划工作和生产指挥的计算机 化。 所有生产中的设计和计划工作 包括把方案优化 解转化为可执行方案 在计算机上完成； 实现主要生 产设备运营的计算机调度等。 4 生产工艺流程和设备的自 动控制。 选矿厂工 艺流程自动控制； 设备远程操作或全 自动驾驶； 全自 动机器人化验室等。 3 我国数字矿山建设 的技术支持 煤炭科学研究总院抚顺分院露天所多年来在露 天矿实现企业现代化管理方面做了大量的工作 ， 先 后建立了露天矿卡车 电铲优化调度系统 、疏干集控 系统、 供电保护监控系统、 测量验收系统、 电铲工作 参数监测系统、 管理信息系统、 生产计划制作及地质 模型的建立以及矿 山网站等。这些 系统为露天矿生 产管理提供了先进的手段， 取得了良好的效益。 为数 字矿山的建设打下了坚实的基础。 4 数字露天矿的建立 数字露天矿 简称 ， D M 总体结构设计采用先 进 的数据矿山构架技术并主要考虑了露天矿生产管理 需求及当前具体条件 ，既要实现生产管理中各类不 同系统的数据交换与共享 ，又将各类系统中大量异 质信息存储到核心系统的数据仓库中，实现信息的 综合管理 、 分析和利用。 针对国内露天煤矿的特点及信息化建设中存在 的问题【 ， 结合数字矿山技术的最新进展 ， 确定数字 露天煤矿的建设原则 如下 1 根据露天矿具体条件及发展需要， 结合国内 外技术的最新进展情况 ，分层次建立开放式数字露 天矿总体框架，对各层次的系统范围和内容可进行 扩充 ， 也可扩充更多层次 ； 2 系统建设应与露天矿主要业务信息化管理 相适应 ， 既保证各业务系统的独立运行 ， 又实现各业 务系统的有效集成和整合 ； 3 系统建设要充分考虑到技术的先进性、 成熟 性、 实用性、 规范性和可扩展性 ， 使各组成部分易于 开发和实施 ，并可方便地纳入到数字矿区、数字行 业、 数字中国中。 数字矿山总体构架 见图 1 几乎包括 了当前多 数露天矿生产、 管理等全部业务工作。 采用数字矿山 构架技术将这些分散系统有机合理地联系起来 ， 使 各分系统信息的一致性 、 实时性 、 共享性大为加强 ， 并形成统一完整的露天矿生产管理系统。 图 1 D M总体构架 4 ． 1 D M 核 心 系统 D M核心系统由数据仓库 包括数据采集软件、 生产决策数据库 、 MI S系统数据库 、 调度监控系统数 据库、 数据提取软件 、 模型库 矿床模型库、 地形模 型库、 边坡分析模型库、 工程地质模型库、 水文地质 模型库 、 三维地学仿真模型库、 生产过程模拟分析模 型库 、 应用软件 M G I S 系统、 综合数据查询统计及 报表制作系统、 综合分析系统、 动态图显示系统、 三 维地学仿真系统、 生产过程模拟分析系统 3 部分组 成。采用矿山地理信息系统 M G I S 建立统一的时空 框架， 科学合理地组织各类矿山信息， 将矿山各类系 统中的大量异质信息资源进行全面、 高效、 有序的管 理和整合 ， 建立数据仓库及模型库 ， 主要实现如下功 能 建立 D M数据仓库和模型库； 依据数据仓库及模 型库 ， 建立各类数据分析、 矿山三维地学仿真显示、 开采过程模拟分析等组合式软件；实现生产决策支 持系统中各分系统数据综合管理与交换，实现各类 系统数据共享 。 4 2生产决策支持 系统 生产决策支持系统一 方面实现露天矿地质 、 测 量、 生产计划等的自动化， 另一方面又将矿山中的固 有信息 与空间位置直接有关的相对固定信息， 如地 面地形、 煤田地质、 开采方案等 数字化， 按三维坐标 组织成一个数字矿山，全面、详尽地刻画矿山及矿 体， 在此基础上可进行矿山三维地学仿真显示、 开采 过程模拟分析等工作。生产决策系统主要包括以下 子系统 矿床地质模型系统、 生产计划编制系统、 测 量验收系统、 边坡安全管理系统 、 工程地质与水文地 质系统。 4 ． 3生产调度监控 系统 生产调度监控系统实现生产过程自动化调度和 监控 ，并在生产决策系统提供的三维数字矿山的基 础上， 将生产调度监控系统中的位置、 状态等信息按 三维坐标嵌入到数字矿山上 ， 实现生产过程及生产 下转第 7 3页 维普资讯 E 蚕 蓬 量 蓥 圈 露 天 采 矿 技 术 2 0 0 7 -r -g 期 7 3 业建筑， 1 9 9 2 ， 3 ． [ 8 ] 卢亦众． 钢纤维碾压混凝土材料及其应用[ J ] ． 混凝土与 水泥制品。 1 9 9 3 。 4 ． [ 9 ] 刘善国． 钢纤维碾压混凝土原材料选择分析[ J ] ． 兰州工 业高等专科学校学报． 2 0 0 1 ， 3 ， 3 6 3 9 ． [ 1 0 ] 张振． 大掺量粉煤灰混凝土断裂研究[ D] ． 大连理工 大学 2 0 0 1 ， 5 2 0 ． [ 1 1 ] 刘建忠， 黄煜镔． 粉煤灰对钢纤维混凝土性能的影响[ J ] I 粉煤灰综合利用， 2 0 0 2 ， 1 4 4 4 5 ． [ 1 2 ] 陈莹 ， 曾志兴． 钢纤维轻骨料混凝土的强度和变形性 能[ J ] ． 华侨大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 3 ． [ 1 3 ] 陈启泰， 宋小川 ， 陆维跃， 等． 混凝土防缩抗裂的控制技 术[ J ] ． 中国市政工程 ， 2 0 0 4， 1 0 7 1 4 - 6 ． [ 1 4 ] 汪汲凯， 代英春 ， 王洪岭． 钢纤维混凝土在薄板 、 薄壁领 域里的应用及应注意的问题 [ J ] ．工程建设与设计 2 0 0 5 ， 3 ． [ 1 5 ] 夏燕， 江波． 粉煤灰混凝土耐久性及其评价[ J ] ． 混 凝土， 2 0 0 0， 1 3 2 1 O 4 5 4 7 ． [ 1 6 ] 杨元霞， 刘志坚． 粉煤灰掺量对钢纤维砂浆流动性及强 度的影响[ J ] ． 粉煤灰综合利用， 2 0 0 4 ． [ 1 7 ] 施惠生， 方泽锋． 粉煤灰对水泥浆体早期水化和孔结构 的影P J E J ] ． 硅酸盐学报， 2 0 04 ， 3 2 1 9 5 9 8 ． [ 1 8 ] X u A， S a r k a i S L ， N i l s s o n L0， E ff e c t o f f l y a s h O n t i l e mi e r o s t n t c t u r e o f c e me n t m o r t a r l J J ．C o n c r e t e I n t e ,a a a t i o n a ] ， 1 9 9 5 ． 1 7 4 2 5 2 9 ． [ 1 9 ] Y a n H a n d o n g ， S u n We i ， C h e n H u i s u ， T h e e ff e c t o f s i l i c a fi m l e a n d s t e e l fi b e r o n t h e n a mi t p e r f o r ma n c e o f h i g h- s t r e n t h c o n c r e t e [ J J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 2 9 3 4 2 3 4 2 6 ． 上接第 6 1页 设备的真三维显示。生产调度监控系统主要包括以 下内容 卡车电铲优化调度系统 、 疏干排水 系统 、 供 电保护与电铲参数监控系统 、 3 ． 5万伏移动变电站运 动系统 、 在线监控系统 。 4 ． 4管理信息 系统 MI S 图2 数字矿山的系统构成 管理信息系统 M I S 实现其它信息管理 与生 产决策、 生产监控等空间位置间接相关的信息管理， 如计划管理、 设备管理、 财务管理、 材料管理等 ， 并 将这些相关信息嵌入到数字矿山三维框架内，从而 形成意义更加广泛的多维数字矿山。原 MI S系统功 能及网络结构不变， M I S 服务器与数据仓库之间进 行数据交换。管理信息系统主要实现以下业务信息 化管理 安全管理、 调度管理、 计划管理、 设备管理、 供电管理 、 采矿管理、 水文地质管理 、 质量标准化管 理、 文档管理 、 财务管理、 材料管理。 数字矿山的系统构成如图 2所示 5 结语 国内露天煤矿信息化建设起点高 、 基础条件好 ， 但在应用发展过程 中也存在并遇到了许多新 问题 ， 必须采用新的理念和技术才能解决。 目前 ， 周内许多 露天煤矿已开始认识到这一问题并着手对信息化系 统进行技术改造和完善。如安家岭露天矿 已开始进 行高效安全信息系统实施工作；准格尔黑岱沟矿准 备实施综合生产调度系统 ；伊敏煤电公司露天矿已 进行数字露天矿设计等等。 数字矿山是以计算机及其网络为核心手段 ， 实 现矿⋯信息的获取、 存储、 传输、 表述、 深加工及其在 各个生产环节和管理与决策中的应用，它是一个由 多个相互关联 的软 、 硬件分 子 系统组成的庞大系 统。 数字矿山的建设不可能一蹴而就 ， 需要较长时期 的不懈努力和相当高的投入，更需要矿t l j 企业的决 策者们屏弃短期行为， 具有战略眼光， 针对本企业的 现状 ， 分阶段实施 ， 逐步系统完成。 参考文献 [ 1 ] 吴立新， 殷作如． 论 2 1 世纪的矿山 数字矿 i 1 ．1 [ J ] ． 煤炭 学报， 2 0 0 0 ， 2 5 4 3 3 7 3 4 2 ． [ 2 ] 吴立新， 数字地球 、 数字中国与数字矿区[ J ] ． 矿山测量， 2 0 0 0 ， 3 1 ． [ 3 ] 孙效玉， 宋守志． 数字矿山建设足解决露天煤矿信息化 应用深层次问题的有效途径[ J ] ， 科技导报 ， 2 0 0 4 ， 6 ． 维普资讯