基于3DMine的露天采矿设计

2022-03-27费聿鹏

家园·建筑与设计 2022年1期

费聿鹏

摘要：文章主要是分析了基于3DMine的露天采矿设计的重要性露，在此基础上讲解了其中存在的一些问题，最后探讨了开拓系统的综合应用情况，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键字：露天矿山;开拓系统;无人机航测

1、前言

露天采矿工程本质上是一项大规模的地面剥离施工，工作空间开阔，基础设施建设成本低，易于实现高带宽、高质量、高精度定位技术的通信传输技术。露天矿具有无可比拟的优势。分析了智能外包矿山的发展趋势，明确了未来的发展方向，总结了当前规划中存在的核心问题，并提出了建设性的解决方案，对我国露天矿山科技的发展和进步起到了重要的促进作用。

2、我国露天煤矿智能化发展中面临的机遇与挑战

2.1中国露天煤矿规模概述

近年来，露天煤炭产量保持了较好的增长，全国煤炭总产量稳步上升。2003年全国露天煤炭产量仅为8亿吨，随着采矿技术和设备的发展，2016年全国露天煤炭产量已达72亿吨，占全国煤炭产量的比例达到21.4%。截至2018年，全国439座露天煤矿年总产能约92.2亿吨，60%以上的露天煤矿产能来自40多座高效、绿色、安全、环保的大型特大露天煤矿。目前，我国煤炭开采的露天开采水平不断提高，而且生产规模和数量已经非常庞大，远远超过澳大利亚的世界先进国家（如美国和中国2017年的开源煤炭产量约为45亿吨[2]，澳大利亚2016年的开源煤炭产量约为42亿吨[3-4]）。

2.2中国露天煤矿智能化发展现状

自1999年第一届国际数字地球大会提出“数字矿山”概念以来，大型露天煤矿以安全生产、降低成本和提高效率两条主线，逐步扩大了数字矿山电脑化建设活动，代表性的信息建设计划示例是hannoh itoshi openmine，它是一个大型矿山，如Jinka quasi-Noh集团（黑田沟，Halu）和Chuko hiraku集团（安妮塔屏障，yasuya ridge，东东洋矿）。该矿的建设工作基于基础通信网络平台、矿石模型和辅助优化设计系统、生产调度和监控系统（如GPS车辆智能调度管理系统）的建设。逐步形成了矿山MIS（信息管理）/ERP（企业资源计划）系统等一系列数字矿山建设。数字化设计工具的普及程度、重要工序的数字化控制率、矿山生产管理的自动化程度都有所提高。

3、中国以外地区智能外包产业的发展与现状和趋势相结合。

3.1矿山设备智能化系统目前正在成熟应用相对独立的系统模块，如远程智能监控边坡、卡车碰撞控制和超速报警，尽管钻孔自动导航钻孔机已成功应用于金坎石，目前广泛使用的轨道调度系统尚未实现真正意义上的智能调度功能。在该领域，电铲位置可视化和生产统计报告系统有许多应用。从武当矿建设的“数字化、自动化、可懂化”宏观三个阶段来看，目前露天矿安装系统的自動化只在部分阶段实现，整体仍处于一级数字化建设阶段。未来关键研究的具体方向是：智能钻井过程（钻井状态自动检测、钻井自动导航和控制、平流层识别），爆炸阶段智能控制智能采样系统（电铲远程监控功能、在线动态数字称重、辅助/自钻和装载）智能运输阶段智能垃圾控制系统地面生产系统智能控制（破碎站无人值守、胶带输送机集中控制、胶带破碎机器人、自动堆料机、现场库存监控）和智能检测（设备故障诊断、报警）。

3.2中国智能矿山的发展主要体现在矿山管理和安全生产的信息挖掘上，强调信息采集、网络化、自动化操作、可视化、集成化等矿业内容。例如，汉诺伊库塞煤炭公司的露天煤矿是一个卡车自动化调度系统、一个MIS管理系统、一个生产决策支持系统、一个生产调度监控系统、一个管理信息系统，和稀疏干燥控制系统我们建立了基于光纤的高速企业网络。从2000年初开始，金卡俊科开发了一个计算机化的施工系统，并已经有了一个监控系统——生产管理系统（ERP、OA）等。然而，现有系统仍处于独立运行状态，存在一个问题，即由于数据共享仅在MIS系统中实现，系统的整体性能没有得到充分展示。因此，面向信息的数据链整合和数据共享是未来发展的重要方向。考虑到几何倍数信息量的快速增长，随着露天矿数字化的加速，大型专家知识库和数据仓库技术将是支持智能矿山建设的关键。矿山生产智能化设计主要包括地质数据的准确性和设计方法的细化。在地质调查中，激光扫描仪和无人机倾斜等表面建模方法已经应用于中国的一个大型露天矿，例如Chuko hiraku已经为一个无人机矿构建了导航系统，这是对人工调查的一个重大补充。在设计软件和方法方面，矿石地质模型和辅助优化设计系统（如3DMine、Surpac、Vulcan等）基本上很流行。采矿设计相关系统（三维辅助设计系统、地球辅助设计CAD系统、采矿规划系统等）基本上是基于矿山模型的演算量，考虑设备的实际工作特性和生产中存在的随机情况相对较少。这一延迟比中国境外当前采矿设计计划的初步模拟方法要大。它是未来矿山设计和生产管理的核心计划，也是未来矿山设计和生产管理的核心计划。从企业宏观生产计划到现场设备安装阶段，数字化采矿集中控制系统尚未形成。生产数据的生产和分析需要更多的兴趣和发展。与近年来发达国家相比，我国煤炭开采在露天开采中的地位不断上升，但我国露天开采起步相对缓慢，生产技术进步缓慢，采矿成本和劳动生产率的差异非常显著。体重的增加取决于生产要素的生产。特别是在智能化发展的新形势下，全国科技水平滞后，数字化矿山建设工作仍处于起步阶段，设备自动化、设计和管理水平等都不能满足智能化开采的要求。产业智能化改革浪潮没有动力，转型升级、快速发展的任务紧迫而艰巨。为此，我们要面对电脑化与工业化深度融合过程中不断出现的新技术、新理念，探索新形势下露天开采的方向，为制定和实施未来规划的政策方案提供依据。矿山生产智能化设计主要包括地质数据的细化和设计方法的细化。在地质调查中，激光扫描仪和无人机倾斜等表面建模方法已经应用于中国的一个大型露天矿，例如Chuko hiraku已经为一个无人机矿构建了导航系统，这是对人工调查的一个重大补充。在设计软件和方法方面，矿石地质模型和辅助优化设计系统（如3DMine、Surpac、Vulcan等）基本上很流行。采矿设计相关系统（三维辅助设计系统、地球辅助设计CAD系统、采矿规划系统等）基本上是基于矿石模型的演算量，考虑设备的实际工作特性和生产中存在的随机情况相对较少。这一延迟比中国境外当前采矿设计计划的初步模拟方法要大。它是未来矿山设计和生产管理的核心计划，也是未来矿山设计和生产管理的核心计划。从企业宏观生产计划到现场设备安装阶段，数字化采矿集中控制系统尚未形成。生产数据的生产和分析需要更多的兴趣和发展。与近年来发达国家相比，我国煤炭开采在露天开采中的地位不断上升，但我国露天开采起步相对缓慢，生产技术进步缓慢，采矿成本和劳动生产率的差异非常显著。体重的增加取决于生产要素的生产。特别是在智能化发展的新形势下，全国科技水平滞后，数字化矿山建设工作仍处于起步阶段，设备自动化、设计和管理水平等都不能满足智能化开采的要求。

4、世界范围内露天开采技术的智能化发展趋势

20世纪90年代以来，美国、加拿大、芬兰、澳大利亚等世界先进国家不断加大露天矿开采自动化和信息技术的研发力度，经过30年的研发，制定了“智能矿山”和“无人矿山”的发展规划。露天矿生产中已经预期的建设目标首次实现。根据美国能源信息管理部发布的数据，2010年美国露天煤矿为28709座，平均单次开采效率为9.46 T/h（6-7）。2017年，美国露天煤矿数量下降了25.08%，至201509座，平均单采效率上升至10.92 T/h，宽度增加了15.43%，[8]。在过去的两到两年里，海外露天煤炭行业进入了一个重要阶段。2018年8月，力拓宣布在西澳大利亚的kooodaideri矿场建设世界上第一个“纯智能矿山”项目。采矿改组计划于2021完成，科达达德雷矿的生产系统由机器人、无人驾驶车、无人驾驶卡车、无人钻机和无人货运列车等智能设施网络组成，真正意义上是无人智能露天矿。结合智能技术的特点和露天矿生产的实际需求，中国智能露天矿的发展状况可以概括为以下内容。

4.1外包矿山自动化、智能设备和广泛应用

人和设备是露天采矿工作的核心要素，露天采矿科学技术的发展过程总体上呈现出“机械化互换、自动化减人、智能化无人”的趋势。在生产过程中，系统“机械化、自动化、可理解性”的升级，逐渐减少了人对系统重复、操作机器能力的限制，以及作为核心要素的简单逻辑判断，可以促进劳动生产率的持续提高。

发达国家已经展示了自己研发設备和系统的优势，自1990年以来，大量研发活动被投入到自动化采矿、智能设备和系统中。它主要体现在露天矿工作环境的动态传感、“打孔”的自动化操作，以及整个工艺系统的数据采集和分析。

4.2构建开放式知识图谱

露天矿的智能化应用虽然意义不大，但智能化应用场景之间的相互关系非常复杂，由于后续的规划决策工作具有定性和定量的科学依据，每个计划的内容和技术要素都是明确的，目的是明确描述实施路线和业务部门之间的关系。必须构建露天矿智能规划的知识谱。主要内容包括：

4.2.1 工作流的知识流。解释了露天矿大系统的运行逻辑结构，解释了露天矿生产过程中工作过程的重要组成部分，以及各操作步骤之间的操作规则。

4.2.2 信息流知识谱。本文阐明了信息流规则，例如跨系统、跨系统，以及通过系统传递到每个业务单元的层次结构。

4.2.3 技术路线流程知识地图。按照“分析和分析决策执行”的四个步骤，解释了具体业务场景的核心元素，并明确说明了智能手段的实现方式和实现方法。

5、结束语

在过去的20年里，中国露天煤矿的开采量一直在稳步增长，但仅限于相对薄弱的基础，目前正处于相对首次的计算机化建设阶段，采矿成本和劳动生产率存在显著差异，而产量的增长主要依赖于生产要素的投入，模式转换、升级和快速发展的任务艰巨而艰巨。

参考文献

[1] 张玉海. 关于露天煤矿边坡稳定性分析及治理设计[J]. 2021（2012-6）：40-40.