某石灰石矿采选数字化建设规划

洪国敏

（包钢集团矿山研究院（有限责任公司））

随着数字矿山的建设及发展，智能矿山建设将成为矿业行业发展的趋势。现代化的数字化技术、自动化控制技术、通信技术、信息化技术、大数据技术及其他先进技术，越来越多地被用于智能矿山建设，实现对矿山开采、采剥工艺、破碎筛分、配矿运输等各环节的协调。降低各环节成本，减少或避免各种影响，提高矿岩采剥、分选加工、运输及销售等全流程的运行效率。乌海包钢矿业公司为了进一步提高产能，降本增效，实现可持续发展，圆满完成公司“四降两提”目标要求和安全、环保高质量绿色发展，响应国家对于两化融合的建设要求，同时能够更好地应对日益严峻的市场形势，将数字矿山建设提上日程是势在必行的，以数字化为基础，打造“安全、高效、绿色、智能”矿山。

在矿业领域，无论是为了提高资源利用率，建设资源节约型、环境友好型矿区，还是为了安全生产、预防地质灾害和进行管理，都需要科学、详实、完整的信息系统作为决策支撑。本文结合矿山自身需求，规划矿山采选数字化系统架构，将有效推进数字矿山建设进程，对于前期探索矿山智能建设具有重要意义。

该石灰石矿年采矿石量约200 万t，其生产工艺主要分为采剥工艺、破碎筛分、运输等环节，矿山采矿系统均采取外包形式。矿山经历了60 多年的建设，现已建成以生产石灰石、白灰石为主的国有现代化大型非金属矿山，是辅助原料石灰石、白灰石的主要生产基地。由于建矿时间较长，新技术、新工艺、新设备引进相对滞后，导致矿山数字化、智能化程度远低于其他先进矿山。

纵观国内外石灰石水泥矿山数字矿山、智能矿山建设的情况，露天矿数字矿山智能管控系统是一套体系，从资源、排产、配矿、调度、管理、监控到三维管控，涵盖了矿山生产整个寿命周期［1-2］。同时要求全员参与系统的建设和使用，从而协助矿山实现精细化管理目标。结合矿山情况，整理矿山的智能管控系统建设的需求如下：

（1）矿山资源合理化开采、生产计划科学、矿石质量控制均衡稳定。当前矿山前期已完成资源模型的建立，实现了矿山资源的数字化呈现，可从资源可视化的角度更好地掌握资源的分布情况。但仍然存在资源模型没有能够很好地服务生产的问题，需要通过一些技术手段、系统功能实现对这些资源模型的合理化应用；
建设生产计划编制系统，实现在资源模型的基础上进行生产计划的编制，从多个维度达到生产计划科学、资源开采合理［1］；
建设自动配矿系统，实现从资源的角度对石灰石的品质进行控制，通过资源离散化，实现满足多重约束条件下，最优化配矿计划的生成。

（2）车辆调度智能化，优化派车线路，实现车铲高效配合、降本增效。需要建立卡车智能调度系统，针对现有车辆情况，采用合理的智能调度方式，执行配矿计划，建立矿车运输科学、合理、智能化调度，提高生产效率。

（3）矿山生产管理缺乏信息化手段。现有的生产管理在流程化、信息化、共享性方面都存在不足；
在数字矿山建设中，通过建立生产执行系统进而改善现有生产管理不足；
改变现有生产管理流程繁琐的问题；
与汽车衡称重系统对接，实现数据的互联互通和共享，完成矿车矿量计量工作的精细化、数字化。

（4）矿山数据集中管理，消除数据孤岛，保证各系统互联互通。数字矿山、智能矿山系统是一个统一、共享、协同作业的整体系统。因此，底层的数据互联互通至关重要，整套系统需要建立一套满足矿山生产需求的数据中心管理系统，消除数据孤岛，最终达到矿山数据集中管理。

（5）矿山资源、现场卡车调度管理、监测监控未实现在一个平台统一管理。利用三维GIS、虚拟现实等技术手段，通过三维可视化管控平台将露天矿台阶、爆堆、运输道路等开采环境对象及生产工艺过程进行三维数字化建模，实现实时三维展示，形成三维可视一体化集成管控系统，支撑企业生产调度和生产运营管控。

（6）对边坡和采矿环境进行在线监控，做好安环管理工作。当前矿山开采已经形成了永久边坡，存在边坡灾害的风险。因此，矿山需要建立完善的边坡监测系统，对已经形成的境界边坡进行实时的在线监测，保证矿山生产安全。

为提升智能矿山建设水平，成为国内一流石灰石示范矿山，打造智能型绿色矿山，全面实现矿山技术、生产、安全、管理全作业链智能化，根据项目整体建设目标和原则，结合矿山生产实际情况，提出一期项目“1 个中心+1 个平台+3 个系统”，以及配套信息化基础建设；
二期项目卡车智能调度系统（适用于自采）。由于整套系统要覆盖2个矿山，因此，二期的卡调系统需要在2 个矿山布设专属网络，部署2 套卡车调度系统，实现车辆的调度。

一期具体建设内容如下：

（1）矿山数据中心含数据采集、数据组织、数据应用3 个功能模块，需要增加5 台机柜。机房主要设备有流媒体服务器、视频存储设备、视频解码器、交换机、网闸设备、点超融合虚拟化平台、自动化控制服务器、投影融合器和液晶拼接控制器柜等设备。

（2）三维可视化管控平台含矿山三维虚拟仿真、矿山装备模型库与材质库、生产作业过程管控、视频监控数据接入、车辆定位数据接入。

（3）露天矿智能配矿系统含基础平台、地质建模、储量计算、测量验收、采剥计划编制、智能配矿。

（4）生产管理系统含基础平台、矿山生产管理、质量管理、移动端APP。

（5）安全监测监控系统含边坡在线监控系统、环境监测系统、调度指挥中心。

二期建设主要是卡车智能调度系统，含车载终端、调度系统软件、网络通信系统（专网）。

4.1 建设原则

基于建设目标，通过对现有资料调研，参考国内智能矿山建设方面的经验，遵循如下原则：

（1）以资源综合利用、品质控制为原则。围绕质量控制进行系统建设，摸清资源情况，矿山合理开采、生产配矿、配矿调度监控等子系统的建设为实现控制供矿质量在稳定需求范围。

（2）坚持以技术可行、经济合理、安全可靠为原则开展项目建设工作，保证项目最终能够满足设计需求、矿山需求。整个项目建设始终遵循技术切实可行可落地，解决实际问题；
经济合理少投资，缓解前期资金压力；
安全可靠有成效，保障矿山人、车、环境整体安全，提高整体效益。

（3）以全局统筹、合理部署、分步实施为原则。整个系统建设是一个长期的过程，必须从全局的角度进行统筹规划，将整个项目规划为不同的阶段，分步实施。

4.2 业务流程

基于矿山生产过程，对整个矿山的业务流程进行梳理，划分为5 个阶段，分别是资源开采环境数字化阶段、规划与设计阶段、采场施工阶段、破碎筛分与皮带运输阶段、堆场出矿阶段（图1）。每一阶段又进行具体环节的梳理，形成完整的矿山生产矿石流、数据流。

4.3 系统架构

设计的数字矿山智能管控系统由1个中心，即数据中心；
一1 个平台，即三维可视化管控平台；
4 个系统，即露天智能配矿系统、生产管理系统、安全监测监控系统和卡车智能调度系统组成［3-5］（图2）。整套系统以矿石品质控制为主线，从资源三维可视化、生产计划编制、生产配矿、智能卡调、在线监控、质量控制、生产管理到三维可视化集中管控形成一个闭环，覆盖露天矿山全业务流程。

4.4 部署方式

三维可视化智能管控平台、露天矿智能配矿系统采用C/S 架构部署，通过服务程序与数据库对接，单个矿山不限并发访问授权数量，可在公司项目现场进行数据访问。

生产管理系统、卡车智能调度系统、安全监测监控系统采用B/S 架构部署，各级人员通过网络访问相应系统，进行日常工作，系统部署在矿山服务器上，可以通过局域网和互联网以客户端和Web 浏览器的2种形式无线访问。

数字矿山智能管控系统建设能大大提高企业决策和管理效率，提升企业收益，增加企业竞争能力，并能实现经营成本下降。

（1）准确把握资源分布情况、估算储量，对资源消耗进行密切跟踪，科学管理生产作业环节，及时更新资源品位信息，实现出矿品位精细化控制、减少矿山排废，以类似矿山为例，此项每年可为矿山提升经济效益上千万元［6］。

（2）引入新作业平台，节约工作时间、提升工作效率。通过对比同类矿山采用数字采矿软件平台进行三维建模、设计、储量计算和验收的实践经验，使用数字采矿软件平台可综合提高技术人员工作效率20%～30%；
利用生产执行系统平台可提升管理效率40%～50%［4］。利用生产执行系统平台进行审批工作，对比线下审批，不仅可提升工作效率，还不受审批人工作地点的限制。

（3）规范化梳理数据管理及业务流程，提高全流程的管理力度。通过数据中心建设，实现数据格式规范、分类清晰、接口规范、数据共享便利的目标，由以往矿山资料及数据管理杂乱的状态转变为大量信息自动获取、数据系统管理的模式，实现数据安全监管、数据集中统一管理，为矿山智能化系统基础网络、数据存储、信息安全、生产调度提供支撑［7］。详细分解生产调度计划，紧密跟踪执行过程，对计划与执行情况进行对比分析，实现生产过程质量严格把控，及时查找生产异常情况原因，为生产过程优化提供有力参考。

（1）通过规划数字化监控集成平台，消除“信息孤岛”，实现矿山各系统信息共享和有效整合，从而为智慧型矿山建设奠定技术基础。

（2）通过规划三维管控平台，有效促进安全管理，提高生产管理的时效性、有效性以及资源优化配置水平。

（3）在建设过程中，充分考虑绿色矿山建设的要求，按照低碳生态矿山模式构建管控平台，提高资源利用效率，以低碳循环的生态模式推进矿山智能化建设。

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