關(guān)于北衙露天金礦數(shù)字礦山建設(shè)的思考

董志富 翟會超 季現(xiàn)偉 楊 勇 胡巍巍 孫長坤

(云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，昆明 650200)

近年來，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國礦山企業(yè)信息化建設(shè)速度明顯加快，各礦山企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)改造、提升生產(chǎn)設(shè)備的智能化和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的同時，也不斷利用信息化技術(shù)對企業(yè)管理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化與制度化建設(shè)[1-4]。北衙露天金礦早在10年前就著手開始礦山數(shù)字化方面的工作，并且在膠帶運(yùn)輸、計(jì)量、選礦設(shè)備在線監(jiān)測、邊坡在線監(jiān)測、尾礦庫在線監(jiān)測、安全環(huán)保管理等方面開展信息化建設(shè)，提升了企業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)管控水平。但是，對比國內(nèi)外礦山信息化發(fā)展趨勢，還存在較大的差距，成效不明顯，并且在前期礦山各板塊信息化建設(shè)中整體性較差，各板塊獨(dú)立運(yùn)行，各類生產(chǎn)信息未能進(jìn)行及時有效的共享和相關(guān)性分析，信息孤島現(xiàn)象日益凸顯，所以融合礦山各板塊進(jìn)行全面數(shù)字礦山建設(shè)是礦山實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)效益最大化的關(guān)鍵一步。

1 數(shù)字礦山建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

立足礦山現(xiàn)狀，以礦山資源綜合利用為原則，以品位控制為核心，貫穿礦山地質(zhì)-測量-采礦-選礦領(lǐng)域，開展企業(yè)數(shù)據(jù)中心、生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、采礦生產(chǎn)技術(shù)平臺、露天卡車調(diào)度系統(tǒng)、選礦自動化、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和三維可視化管控平臺建設(shè)工作。通過網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及數(shù)據(jù)采集平臺搭建，將各個子系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和共享，形成企業(yè)數(shù)據(jù)中心，為礦山技術(shù)管理、生產(chǎn)管控、企業(yè)經(jīng)營決策提供數(shù)據(jù)來源，通過礦山生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析與提煉，形成礦山生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，利用虛擬仿真技術(shù)，集成礦山各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，真實(shí)展現(xiàn)礦山的實(shí)時生產(chǎn)狀態(tài)、監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)礦山各子系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、數(shù)據(jù)共享和統(tǒng)一管控。數(shù)字礦山建設(shè)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 數(shù)字礦山總體架構(gòu)Fig.1 Digital mine overall architecture

1.2 建設(shè)內(nèi)容

1)企業(yè)數(shù)據(jù)中心

通過企業(yè)數(shù)據(jù)中心的建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山建設(shè)的各系統(tǒng)間、各業(yè)務(wù)模塊間數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)授權(quán)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)維護(hù)以及數(shù)據(jù)使用，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及可維護(hù)性。

將技術(shù)平臺數(shù)據(jù)、自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)、安全生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過不同的采集方式進(jìn)行采集。同時開發(fā)與原建設(shè)的各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口，各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)匯總于企業(yè)數(shù)據(jù)中心，為后期各項(xiàng)數(shù)據(jù)的相互調(diào)用與共享提供充足的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。有效解決各系統(tǒng)之間因數(shù)據(jù)獨(dú)立、冗余等造成的信息孤島現(xiàn)象。數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)集成如圖2。

圖2 數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)采集Fig.2 Data collection in the data center

2)生產(chǎn)技術(shù)平臺

礦山于2013年引進(jìn)了SURPAC數(shù)字采礦軟件，構(gòu)建了礦山三維礦體模型、地表模型和塊段模型等并定期更新，模型成果應(yīng)用于三維地質(zhì)建模和管理、測量驗(yàn)收等業(yè)務(wù)。

本次建設(shè)運(yùn)用DIMINE三維軟件在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行完善和修復(fù)地質(zhì)勘探模型；結(jié)合地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)建立采礦生產(chǎn)模型；利用數(shù)字采礦軟件平臺，通過生產(chǎn)探勘和炮孔取樣數(shù)據(jù)的更新建立品位模型，新的地質(zhì)模型體系的建立為后期的生產(chǎn)計(jì)劃、配礦計(jì)劃等系統(tǒng)的建設(shè)積累堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)(地質(zhì)模型體系如圖3所示)。

通過采礦生產(chǎn)技術(shù)平臺的建設(shè)，形成貫穿露天開采全流程的品位控制執(zhí)行技術(shù)、方法和手段，并對各個環(huán)節(jié)完善相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以保證在執(zhí)行層面上降低礦山貧化與損失，提高資源利用率。從地質(zhì)和采礦兩大業(yè)務(wù)體系出發(fā)，將資源、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、爆破、生產(chǎn)管理、過程管控等關(guān)鍵環(huán)節(jié)融為一體，形成露天開采品位控制體系，如圖4所示。

圖3 地質(zhì)模型體系Fig.3 Geological model system

圖4 品位控制體系Fig.4 Grade control system

3)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)

北衙露天金礦從生產(chǎn)計(jì)劃到執(zhí)行過程，工作流程上還處于紙質(zhì)文件傳遞階段，源頭上是因?yàn)樯a(chǎn)計(jì)劃編制需要大量時間，配礦計(jì)劃下達(dá)過程主要通過早會的形式，造成生產(chǎn)效率相對較低，生產(chǎn)執(zhí)行過程主要依靠個人的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的局面。本次針對北衙露天金礦實(shí)際特點(diǎn)采用定制開發(fā)方式，在Dimine軟件中增加短期計(jì)劃一鍵報(bào)量功能，系統(tǒng)自動輸出礦巖量等相關(guān)信息，再通過價值模型構(gòu)建進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的編制，編制完成后在MES平臺進(jìn)行審批及下達(dá)生產(chǎn)指令，日常配礦工作通過軟件及開發(fā)手機(jī)調(diào)度APP進(jìn)行聯(lián)動工作下發(fā)至調(diào)度人員進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)度(如圖5所示)。同步為提高各基礎(chǔ)配礦單元的準(zhǔn)確性，開發(fā)定制炮孔取樣APP自動匹配爆堆屬性，更新爆堆品位信息，提高每日配礦工作準(zhǔn)確性(如圖6所示)。進(jìn)一步提高生產(chǎn)力和勞動生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，增強(qiáng)指標(biāo)控制能力。

圖5 MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)功能模塊及手機(jī)調(diào)度APPFig.5 Production planning related functional modules of MES system and mobile scheduling APP

2 數(shù)字礦山建設(shè)中遇到的問題

1)北衙金礦長期以來的各系統(tǒng)的獨(dú)立建設(shè)形成了各自封閉的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)配置標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)數(shù)據(jù)中心建立后，數(shù)據(jù)中心的各項(xiàng)數(shù)據(jù)被相互共享、相互利用效果不佳，數(shù)據(jù)收集重復(fù)，以及一些重要數(shù)據(jù)的冗余問題仍然突出[5-6]。

2)地質(zhì)模型體系建立后，地質(zhì)資源模型對應(yīng)中長期計(jì)劃、年計(jì)劃，采礦生產(chǎn)模型對應(yīng)月計(jì)劃，品位模型對應(yīng)配礦計(jì)劃，各級模型數(shù)據(jù)更為精確[7]。品位模型需要長時間足夠多的炮孔數(shù)據(jù)作為支撐，以及采礦生產(chǎn)模型的建立需要不斷加強(qiáng)生產(chǎn)勘探和地質(zhì)勘探的融合，需要更為專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行更新處理，礦山現(xiàn)階段相關(guān)的人才儲備較為欠缺[8]。

3)首先，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)建立后將礦山各類原本的紙質(zhì)數(shù)據(jù)全部數(shù)據(jù)庫化，數(shù)據(jù)資源有了深度發(fā)掘的空間，但是缺乏相關(guān)的專業(yè)人才對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和綜合利用，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫的利用率較低；其次，由于相關(guān)的管理及監(jiān)督制度不完善，前端的錄入及采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和不規(guī)范也造成數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確利用。

4)數(shù)字礦山根據(jù)炮孔取樣數(shù)據(jù)建立的配礦模型可直接進(jìn)行智能配礦，使得配礦方案更為科學(xué)合理，減少了人為的干預(yù)。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于管理制度不完善，使得取樣數(shù)據(jù)的收集不合理或較少，建成的配礦模型仍然和預(yù)期有著較大差距，而且礦山數(shù)量龐大的礦堆也極大地干擾了智能配礦的準(zhǔn)確性。

圖6 軟件定制開發(fā)模塊及炮孔取樣APPFig.6 Software customized development module and blast hole sampling APP

3 數(shù)字礦山建設(shè)思考[9-10]

1)數(shù)字礦山建設(shè)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涵蓋礦山生產(chǎn)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為保證整個系統(tǒng)的高效、統(tǒng)一的運(yùn)行，礦山整體的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是很有必要的。數(shù)據(jù)前端的收集與錄入、過程中的處理和調(diào)用以及未來形成龐大企業(yè)數(shù)據(jù)庫的分析均需要依賴各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)作為基礎(chǔ)。針對礦山的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)需要梳理各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的相互聯(lián)系，統(tǒng)一優(yōu)化各環(huán)節(jié)之間的銜接關(guān)系，需要礦山有針對性地對管理、技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行整合構(gòu)建，進(jìn)一步促使標(biāo)準(zhǔn)化的形成。

2)地質(zhì)模型體系的構(gòu)建過程中對逐級地質(zhì)資源數(shù)據(jù)更為精確和系統(tǒng)化，這對相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員提出了更為全面的要求，也對現(xiàn)有的資源模型進(jìn)行了更為細(xì)化的分級，為達(dá)成模型體系的構(gòu)建，礦山需要進(jìn)行相關(guān)技術(shù)人才的儲備，加強(qiáng)與相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的合作[6]。

3)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的建立進(jìn)一步為企業(yè)數(shù)據(jù)庫的形成奠定了基礎(chǔ)，企業(yè)數(shù)據(jù)庫作為礦山生產(chǎn)經(jīng)營各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)的匯集，長期的數(shù)據(jù)收集為礦山應(yīng)對風(fēng)險、優(yōu)化決策、擴(kuò)大效益提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。因此現(xiàn)階段礦山需要進(jìn)行相關(guān)方面的人才培養(yǎng)、引進(jìn)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析和綜合利用，充分發(fā)揮企業(yè)數(shù)據(jù)庫的作用。

4)加快推進(jìn)配礦體系的完善，進(jìn)一步削弱礦石供應(yīng)源頭上的人為主觀因素，在關(guān)鍵指標(biāo)下達(dá)后準(zhǔn)確、合理地規(guī)劃配礦單元。加大對龐大儲備礦堆的探查力度，進(jìn)一步完善配礦模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；配套的管理、技術(shù)制度也需盡快完成建設(shè)。

4 結(jié)論

北衙露天金礦的數(shù)字礦山建設(shè)進(jìn)一步優(yōu)化了現(xiàn)有的生產(chǎn)管理方式，通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的建設(shè)有效鏈接原有的各子系統(tǒng)，并通過企業(yè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整合，為礦山在管理、設(shè)計(jì)、施工、安全、監(jiān)控監(jiān)測等方面提供了更為有利的決策依據(jù)。數(shù)字礦山建設(shè)加強(qiáng)了礦山標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，可以對礦山進(jìn)行精細(xì)化管理，大大提高礦山資源利用率及生產(chǎn)效率。充分利用軟件系統(tǒng)中各平臺收集及挖掘的數(shù)據(jù)資源，充分運(yùn)用于精細(xì)化生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃制定和現(xiàn)場調(diào)度中，降低了一系列過程成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。