金堆城数字矿山关键系统建设探讨

王 彧

(金堆城钼业股份有限公司技术中心,陕西 西安 710068)

金堆城数字矿山关键系统建设探讨

王 彧

(金堆城钼业股份有限公司技术中心,陕西 西安 710068)

结合数字矿山概念、数字矿山的基本组成,具体分析了金堆城数字矿山现状,进行了数字矿山的相应功能模块设计,提出了金堆城数字矿山建设的构想及实施方案,为金堆城数字矿山关键系统的建立指明了方向。

数字矿山;系统;调度;GIS;GPS

随着信息化技术的高速发展,国内外矿山企业逐渐认识到,仅依靠提高生产自动化水平已远远不能满足企业的发展需求,必须借助现代信息技术,建设数字矿山,通过对矿山传统生产和管理模式的改造,实现企业整体竞争力的提升。

1 数字矿山的概念

数字矿山是建立在以多时空、动态采集系统(包括矿体、地层环境与井巷工程),以矿山实时观测、网络和计算机信息处理为主体的技术系统。数字矿山是各种信息系统、计算技术和工业控制的有机整合,能够最大限度合理调配各种资源,最优化的控制与调度各种装备与设备,实现矿山管理的科学性,矿山生产的安全、高效、经济性以及矿产资源利用的最优化,最终表现为高度信息化、自动化和高效率,以至无人采矿和遥控采矿。

2 数字矿山的基本内容

结合矿山地质、矿山测量、矿山采矿整个生产工艺和管理过程,数字矿山的基本内容有:(1)矿山海量、异质、时空数据库及分析和采矿设计软件系统; (2)信息综合传输通信系统;(3)生产过程安全监控与预警系统;(4)生产过程虚拟现实系统;(5)生产信息及办公自动化管理系统。

3 数字矿山的基本组成

数字矿山具有层次结构的特征。按数据流和功能流,由外向内分别为采集系统、调度系统、功能系统、包装系统、核心系统共5部分。

(1)采集系统:负责数据采集与处理,包括测量、勘探、传感和文档4类基础数据采集子系统;

(2)调度系统:指矿山地理信息系统(MGIS),负责提供拓扑建立与维护、空间查询与分析、制图与输出等基本功能,并进行数据访问控制、开放接口和生产调度与指挥管理;

(3)功能系统:负责提供各类专业模拟与分析功能,包括采矿CAD(MCAD)、虚拟现实(VR)、仿真(CS)、科学计算(SC)与可视化(VS)等;

(4)包装系统:负责提供三维空间建模工具和多源异质矿山数据的空间融合环境和数据过滤、组合与封装机制,包括真三维地学模拟(3DG M)和数据挖掘工具;

(5)核心系统:负责统一管理数据和模型,由时空数据仓库和应用模型库2个子系统组成。

4 金堆城数字矿山发展现状

金堆城钼业集团有限公司是亚洲最大的钼金属采、选、冶、加、科、工贸一体化联合企业。近年来,金钼集团露天矿陆续开展了《shot plan逐孔起爆软件系统》、《露天矿测绘数据处理自动化研究及应用》、《露天矿汽车运输监控系统建立》、《露天矿采剥进度计划及动态地质模型系统的建立研究》、《非接触边坡数字监测技术应用研究》等科研项目,有力地推动了矿山的数字化进程。

但是,这些软件系统存在互相独立、功能单一、不能相互移植或链接,其应用的广度和深度还处于初级阶段,主要表现在以下几个方面:

(1)数字矿山系统缺乏整体规划,各子系统功能单一,难以实现信息资源共享和科学决策。

(2)利用CAD开发的二维平面软件因没有地理信息系统作基础,不能实现网络化、实时化,智能化;在矿体圈定、矿量计算及生产计划等与矿山生产直接相关领域,软件系统主要模仿手工作业过程,达不到实时指导生产作用;三维模拟的展现还处于初级的观赏阶段;软件应用处在以生产统计台账、综合统计报表和图纸生成等为主的初级阶段。

(3)缺乏全方位的实时监控系统,包括生产过程的监视与控制,如生产调度指挥系统;采场和排土场边坡的微震监测,以及相应的稳定性分析软件。穿孔、铲运作业仅凭工人经验,没有系统的软件或可视化信息作指导。

(2) 深入开展CFRP基础性研究。轨道车辆对材料的力学性能、环保性能、防火性能、抗冲击性能、耐极端环境性能、耐老化性能、隔音隔热性能、减振阻尼性能、电磁兼容性、生命周期环境友好性以及安全可靠性等都有特殊要求，开展满足轨道车辆应用的材料性能研究，解决目前复合材料存在的防火、隔声隔热、抗冲击性能局限性，可大大提高复合材料的应用广度。

5 金堆城数字关键系统的实施构想

5.1 金堆城数字矿山整体框架

结合数字矿山建设目标与金堆城现状,提出以下金堆城数字矿山整体框架(见图1)。

图1 数字矿山整体框架

5.2 数字矿山建设的关键系统

(1)露天矿数字矿床与地、测、采管理系统,实现资源开采方案优化以及生产设计与开采环境的数字化、模型化、可视化;(2)基于GPS的露天矿卡车调度系统,通过建立网络通讯,形成语音视频与数据同网传输的网络体系,实现矿山数据的分布式共享、生产人员与移动设备的跟踪与定位以及生产过程智能化调度与控制;(3)露天矿安全综合监测系统,实现生产过程设备安全与开采环境监控等数据的自动采集智能分析与可视化处理。

6 金堆城数字矿山关键系统的实施

6.1 建立露天矿数字矿床与地、测、采管理系统

首先,引进基于地理信息系统(GIS)的三维实时可视化矿山工程软件,将露天矿地质数据库(包括北露天、矿床南部补充勘探成果以及南大扩境界)的所有信息添加到新引进的矿山工程软件中,利用专业模块自动圈定矿体,形成露天矿完整的资源三维可视化模型与采场环境三维动态模型。

其次,在地质建模的基础上,地质技术员利用便携式矿物分析仪获取生产现场钻孔品位,实时修改矿床品位,确定矿岩界限;测量技术员将现场的测量数据实时导入,形成精确的矿区坐标;采矿技术员进行采剥计划、爆破、配矿、运输、排岩等优化设计,设计信息将通过通讯网络实时传给生产调度人员和电铲、牙轮钻终端,指导生产。

总之,系统的建立能够实现露天开采方案与设计的优化及可视化,实现智能化采矿与采掘计划的编制,极大地改进了技术人员和高级管理人员之间的技术信息交流,极大地提高技术人员的工作效率,使矿山生产的各个环节处在高效的管理控制之下,从而获取最大的经济效益。

6.2.1 露天矿机关及基层计算机网络系统、调度室建设

在公司现有以太网的基础上,建立露天矿机关局域网、露天矿基层单位局域网。露天矿基层单位局域网以露天矿机关局域网中心交换机为核心,为确保安全生产,露天矿基层单位局域网中心交换机通过防火墙接入露天矿机关局域网。露天矿基层单位局域网通过网桥与采矿场、排废场无线局域网进行连接,采矿场、排废场无线局域网和生产设备进行通信。该系统主要将矿山技术信息和矿山资料在所有技术和生产的相关单位进行高速实时传输,以保证信息资源的实现共享。

在露天矿调度室设置监控中心,在养路队、采区、车队设立监视中心。

图2 GPS卡车调度系统通讯网络图

6.2.2 采矿场、排废场无线局域网

采矿场、排废场无线局域网采用WLAN无线组网方式,采用802.11a/b/g通信协议,选用若干组无线基站形成作为采矿场、排废场无线局域网(如图3所示)。

矿区移动基站由UPS电源、无线网桥、3～5个AP、6口HUB,机箱、天线和电源线组成,可以实现移动组网,移动基站无线网桥实现与生产中心交换机相连的无线网桥进行通信连接,最远距离可达40 km;AP实现无线接入,负责与车载通信设备进行通信,一个移动基站可以实现600 m同心圆的无线局域网。该系统主要完成将设备上的车载计算机收集到各种设备的状态、位置、参数以及边坡的微震监测参数、矿山GPS的测量与监测参数等实时地传输露天矿机关局域网。

6.2.3 低精度GPS车载系统

图3 矿区无线通讯网络图

低精度GPS车载设备,采用成熟工业方案,包括ARK3381工控机,触摸显示屏单元,GPS卡和无线卡,天线,电源,线缆和安装架六部分;安装在运矿卡车、排土场的推土机、养路队的装载机。主要功能是:①采集设备的位置、状态、车况等信息并发送给调度中心,并能发出求救信号;②接受调度中心发送的作业指令。

6.2.4 高精度GPS凿岩、铲装设备控制与跟踪系统

高精度GPS牙轮钻及电铲自动定位系统,该系统用于提供高精度的GPS技术,并能通过无线局域网接收到露天矿技术科用矿山工程软件设计的铲装范围及炮孔设计,电铲司机可以从机载系统看到矿岩界限,从而达到准确进行铲装作业;牙轮钻机司机可以从机载系统看到炮孔设计坐标,从而达到自动定位并实施穿孔,并能将钻孔的数目及位置实时反馈给露天矿技术科,爆破技术员就可以据此进行爆破设计。

6.2.5 监控软件

监控软件由4个部分组成:①信息采集与指令发送子系统,调度信息采集方式分为2种,一是由调度室主动发送轮询指令来采集,二是由车载终端主动竞争向调度室发送;调度中心轮询指令发送是定时发送,而人工实时调度和应答指令是随机发送的。②铲车状态分析子系统,自动进行铲车的状态识别与转换。③动态图形显示子系统,显示所有设备的位置及状态,同时能快速调用已存储的数据库。④调度优化子系统,它是基于GPS的露天矿卡车调度系统的核心。

该系统能够解决铲装、自动配矿、运输车辆等的最佳优化及设备中途出现故障后的动态重组问题,提高设备的运行效率,实现采矿作业的优化。

6.3建立露天矿安全综合监测系统

在已有的非接触数字化监测系统基础上,完成数字化物理探测边坡研究,引进微震监测系统,建立一个立体式全方位综合监测系统。实现准确预警灾害地点,精确描述灾害部位的内部特征,提供危害治理的科学依据;并与三维可视化建模软件接轨,智能化指导矿山开采活动。

7 结 论

(1)立足矿山发展战略,重视数字矿山建设,是现代矿山企业的持续发展需求。因此企业领导人要创造有利环境,引导技术人员积极投身于企业的数字矿山建设中。

(2)数字矿山建设是一项复杂的系统工程,应从企业的长远发展和整体出发,统一规划,分步实施,保证数字矿山建设各个系统的兼容性和扩展性。

(3)进行详细需求分析,利用国内外先进经验,保证数字矿山建设质量。从信息采集、传输、远程自动控制、可视化等方面大力展开研究工作,真正将数字矿山的内容贯穿于矿山的生产、经营、管理、安全等全过程。

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[3] 王李管,何昌盛,贾明涛.三维地质体实体建模技术及其在工程中的应用[J].金属矿山,2006,2:58-62.

[4] 王李管,曾庆田,贾明涛.数字矿山整体实施方案及其关键技术[J].采矿技术,2006,3.

D ISCUSSI ON ON CRITI CAL SYSTEM S CONSTRUCTI ON OF JDC D IGITAL M INE

WANG Yu
(Technical Center,JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

Combined with the concept and the fundamental componentsof digitalmine,the present state ofJDC digitalmine was analyzed,the corresponding function modules were designed,conception and treatment regimen of JDC digitalmine construction were provided to point out the direction of key systems construction for JDC digital mine.

dinitalmine;system;dispatch;GIS;GPS

TD672

A

1006-2602(2010)03-0024-04

2010-03-31

王 彧(1976-),男,采矿工程师。主要从事矿冶技术研发工作。