1、数字化矿山核资源工程学院 一 前言进入 21世纪以来 ,信息技术迅速发展 ,给采矿业带来了巨大的冲击。随着科技进步、矿产资源消费的急剧增长和开采加工难度的日益增大 ,促使采矿逐渐走向数字化和智能化。早在1998年 ,美国前副总统戈尔就提出了 /数字地球(Digital Earth)的概念 ,之后 1999年召开的首届国际数字地球大会上又提出了数字矿山(Digital Mine)的概念 ,数字矿山作为信息时代的必然产物在矿业中发挥出越来越大的作用 ,是矿业发展的目标和方向二 数字矿山的内涵 1.著名的矿山工程设计专家、中国工程院院士于润沧认为 :根据矿业发达国家对矿山信息化建设的不同战略设想和不
2、同学者对数字矿山概念的表达 ,对数字矿山的概念可以表述为由初级到高级的三个层次 :矿山数字化信息系统、反映真实矿山整体及相关现象的虚拟矿山、无人矿井的远程遥控操作和自动化采矿。 2.东北大学吴立新教授采用五化来描述数字矿山的发展目标 ,即数字化的集成管理和共享利用各类矿山数据与信息资源 ,可视化的三维模拟和虚拟再现矿山 地质采矿环境、过程及其相关现象 ,仿真化 地模拟分析矿山采掘活动、采动影响与灾变过程 ,智能化地分析提取采动影响规律及环境与工艺参数 ,自动化地预警矿山灾害和启动安全预案。三 数字矿山的意义 (1)数字矿山在资源可持续发展方面发挥出巨大的作用。数字矿山可以将矿产资源的储量和开采
3、情况数字化地表现出来 ,根据这些信息判断需要优先开发哪些资源 ,做到矿产资源的稳定供应、合理利用和低环境破坏 ,以保证国民经济可持续发展 ,解决资源供应紧张与不断增长的资源消耗之间的矛盾。 (2)数字矿山可以减少和避免矿山安全事故。实施数字矿山建设能将地质信息、力学信息、以及其他与开采有关的信息综合地表现出来 ,为决策提供全方位的信息 ,避免投入的盲目性 ,提高决策的科学性。数字矿山能适应日益增多的深井开采条件 ,使矿工远离高温和岩爆威胁等恶劣环境 ,彻底改善矿工的安全和健康状况。矿山的基础上运用自动化开采技术 ,实现无人开采和遥控开采 ,减少灾害和人员伤亡事故。（ 3）数字矿山可以实现矿产资
4、源开发与环境协调发展。对矿山开采引起的地表形态破坏、植被破坏、土地退化、水土流失、粉尘污染、水体污染、采场滑坡、尾矿库溃坝等进行数字化 ,在此基础上通过对相关信息的科学分析 ,制定出矿山的生态重建方案、灾害评价与预测预报体系和现代管理体系 ,实现矿产资源开发与环境协调发展。四 国内数字化矿山的发展 1.国内发展 二十世纪 80 年代，一些矿山企业与科研院所、大专院校开始合作探索计算机技术在矿山设计和生产中的应用，并开发了一些应用系统软件，如：矿山资源储量计算软件、矿井通 风系统软件等等，为推动我国矿山信息化建设起到了积极的作用。九十年代后，随着国家信息化的快速发展和市场环境的变化，矿山信息化进
5、入快速发展阶段，围绕着如何提高矿山生产效率和管理效率、降低开采成本、提高矿山开采的技术水平和生产能力等开展了大量的研究 ， 并取得了丰硕的成果。 主要成果概述如下： （ 1）矿山可视化建模和储量得到推广 （ 2）计算机辅助矿山规划与设计大幅度提高 （ 3）矿山生产调度和生产控制广泛采用微电子与计算机技术 （ 4）矿山 MIS/ERP 软件及网络硬件环境得到改善和提高 （ 5）电子信息技术应用与信息资源的开发成绩显著五 数字矿山的研究现状 1.国外数字矿山的研究现状 美国 、加拿大、澳大利亚等矿业发达国家在数字矿山方面的研究起步较 早。目前 ,矿业发达国家建设数字矿山的重点是实现远程遥控和自动化
6、采矿 。 20世纪 90年代初 ,加拿大国际镍公司 (Inco)开始研究遥控采矿技术 ,目标是实现整个采矿过程的遥控操作。美国已成功开发出一个大范围的采矿调度系统 ,采用计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统 (GPS)技术 进行露天矿生产的计算机实时控制与管理 ,并成功应用于工业中 ,已使露天矿近乎实现了无人采矿。 加拿大已制订出一项拟在 2050年实现的远景规划 ,加即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山 ,通过卫星操控矿山的所有设备 ,实现机械破碎和自动采矿。 20世纪 90年代以来 ,世界上一些矿业发达国家已经开发出了许多数字矿山建设方面的软件 ,并且已经在很多矿山得到了
7、成功应用。 2.国内数字矿山研究状况 2001年以来 ,国内有关学术组织相继召开了一系列以数字矿山为题的学术会议。 2001年 ,中国矿业联合会组织召开了首届国际矿业博览会 ,其中包括一个以 /数字矿山 0为主题的主分组会。 2002年 ,以 “ 数字矿山战略及未来发展 ” 为主题的中国科协第 86次青年科学家论坛召开 , 2006年 ,煤炭工业技术委员会和煤矿信息与自动化专业委员会在新疆乌鲁木齐召开了 /数字化矿山技术研讨会 0,提出了建设安全、高效、绿色、和谐的新型现代化矿井的目标。 世纪年代国家主要科研资助机构和相关行业部门相继立项支持了一批数字矿山课题。 2000年以来 ,国内多所高等
8、院校、科研院所、企事业单位相继设立了与数字矿山有关的研究所、研究中心、实验室或工程中心。主要有 : 2000年设立于中国矿业大学 (北京 )资源与安全工程学院的 3S与沉陷工程研究所、 2005年设立于中南大学资源与安全工程学院的数字矿山实验室、 2007 年设立于东北大学资源与土木工程学院的3S与数字矿山研究所和 2007年设立于中国矿业大学 (徐州 )计算机科学与技术学院的 /矿山数字化教育部工程研究中心等。 山东新汶矿业集团泰山能源股份有限公司翟镇煤矿是我国第一座数字矿山 ,与北京大学遥感与地理信息系统研究所合作 ,在国内首开数字化矿井技术应用之先河。在数字矿山建设方面 ,煤炭行业比非煤
9、矿山投入的力度大 ,广泛应用各种先进适用的信息技术 ,有效提升了全行业的生产效率和管理水平 ,数字化建设已经取得了一些喜人的成果。如 :神华集团神东公司的综合自动化采煤系统、开滦集团的企业信息化与电子矿图系统、枣庄柴里矿的生产与安全集中监测监控系统、伊敏露天矿的 卡车调度系统等。潞安集团漳村煤矿综合自动化 与信息管理数字化在国内、甚至在国际上都处于领先地位。六 国内数字矿山存在问题（）我国部分矿山企业对进行数字矿山建设的积极性不高。部分矿山的经营者、管理者和工程技术人员 ,对数字矿山建设的重要性认识不足 ,加之进行数字矿山建设需要投入大量的人力、物力和财力 ,导致他们对用信息技术改造传统矿业的
10、积极性不高 ,没有把数字矿山建设作为矿山发展的战略任务来对待 ,缺少长远规划和发展目标 ,影响了数字矿山建设的进程。（）构建数字矿山的对象具有不确定性 ,很难进行精确的测量与控制。矿床开采是一个复杂、多变、信息隐蔽、难以预测的巨型系统 ,因此从信息采集、传输、处理、集成、显示到应用 ,涉及领域非常广泛 ,需要创新、多学科交叉和经验的积累。（） “ 信息孤岛 ” 日显突出随着矿山企业计算机技术应用的不断深入，不同类型业务系统和大量的业务数据分散 在企业内不同部门、不同系统，由于缺乏数据交换机制，数据需要重复多次输入，是数据一 致性无法保证，信息及时反馈难、共享差，产生所谓的 “ 信息孤岛 ” ，
11、造成信息资源和设备资 源的极大浪费。 （）信息系统建设出现 “ 断层 ” 现象 目前矿山企业的信息化投入和应用的分布很不均衡企业的中间层，如设计部门和财务部 门等已经初步实现了计算机管理；但企业决策部门的信息化建设依旧很薄弱，基本停留在 “ 形 象工程 ” 上，相关的报表满天飞。目前矿山信息化建设处于“ 战术层 ” 的居多，而企业的 “ 决策 层 ” 和 “决策层 ” 是相当薄弱。 （）缺乏合适矿山特点的应用软件平台 矿山企业由于所处的行业及历史背景与一般的制造企业不同，矿产资源开发是一个复杂 的巨系统，矿山管理信息系统的开发需要 “ 量身定制 ”，以工具化、构件式设计出来实现矿山 的不同需求
12、，同时考虑信息系统的集成性和开放性。但由于缺乏既成熟矿山业务有精通信息 系统开发的复合型人才，同时我国自主进行矿山应用软件开发的力度不足，导致适合矿山业 务特点的应用软件溃乏，严重阻碍了矿山信息化的发展。 七 数字矿山的展望 当前 ,矿产资源开采条件越来越恶劣 ,金属含量高的矿石越来越少 ,对采矿安全环境的要求也越来越严格 ,所以数字矿山是矿业发展的必然趋势。数字矿山的最终目标是实现矿山真正安全、高效、经济开采 ,既能满足人类对矿产资源的需求 ,也能适应生态、环境的承载力 ,达到可持续发展的目标。尽管十多年来 ,数字矿山的发展取得了骄人的成果 ,但是数字矿山的建设总体上仍处于起步阶段。数字矿山的发展前景非常广阔 ,但同时也充满了挑战。
