智慧矿山资源技术系统构建的关键技术

曾祥峰

(五矿矿业控股有限公司，安徽 合肥 230091)

0 引言

在“自动化、数字化、智能化”深度融合的大形势下，工业领域正迎来产业发展的巨大变革。劳动力成本在逐步上升，资源环境承载能力达到了瓶颈，旧的生产函数组合方式已经难以持续，科学技术的重要性全面上升[1]。为有效降低运营成本，减少矿山生产过程中各环节间不必要的损耗，实现资源技术的业务协同管理、流程规范化、数据标准化，智慧矿山建设已成为矿山发展新潮流。

智慧矿山概念是由IBM提出的“智慧地球”理念衍生而来。智慧矿山相较于自动化矿山、数字化矿山、信息化矿山，是一个技术更为先进的矿山发展阶段，是未来矿山企业发展的一个新方向[2]。矿山生产经营的主要对象是矿产资源，而围绕矿产资源设计、开采、管理、核销等技术管理工作则是矿山企业生产经营的重要板块之一,所以构建资源技术系统是智慧矿山建设不可或缺的组成部分。

1 资源技术系统构建的背景和实现

目标

矿山资源技术管理是矿山的重要业务之一。矿山资源技术管理业务涉及采矿、地质、测量、计量、质量等核心管理业务，涵盖矿山生产勘探、采矿设计、生产计划、资源储量管理与核销、生产准备矿量核定、产品产量核定、科研管理等重要内容，各环节由不同专业或不同单位(部门)负责完成，既相互独立，又相互穿插、衔接和制约[3]。矿山资源技术业务过程中包涵大量数据、报表、台帐、图纸、报告等为矿山生产服务的产品与成果，对矿山生产经营发挥着至关重要的作用，其工作质量与工作效率将直接影响到矿山的投入、成本和效益，通过资源技术业务的数字化和智能化，提升协同作业能力，提高工作质量与效率，将不断的提升矿山企业在矿业行业的竞争能力和管理水平。

2 传统矿山资源技术工作分析

矿山传统资源技术工作，围绕矿山生产，按照专业和工序划分不同部门和单位，各自开展工作，其产生的数据、报告和图表，通过固定的工作流程流转和使用，维持矿山生产经营的正常开展。但其经常存在如下问题：

一是业务流程流转繁琐，并相互穿插和制约，运转效率不高。矿山资源技术工作各业务环节产生的数据和成果靠人工逐级上报和汇总，流水线长，没有高效的流转渠道，管理、决策部门不能及时掌握资源技术业务开展情况，不能实现及时有效的监管，出现问题追溯困难。

二是缺少专业间的数据标准，业务数据的唯一性不能得以保证。矿山生产过程中产生的各类数据，根据不同的业务性质、工艺环节、工作阶段，会产生不同的数据，各数据并因为其产生的过程和计算方法不同，会出现数据不一致、甚至相互矛盾的情况，表现在各专业、各环节统一性和协调性差，影响和制约矿山生产的综合性数据往往需要大量的二次整理和编辑。同时，受数据采集、统计渠道和口径的影响，输出的资源量、品位、生产数据、工程施工等业务数据在各级管理过程中存在多个数据的再次产生，干扰着管理决策，影响着技术管理工作的科学合理与精准性，不利于各级生产经营计划的无偏差执行和预算的精准确定。

三是与矿山先进技术、设备和软件衔接程度不高。传统矿山资源技术工作，主要依托人工盘库、计量、二维制图等手段开展工作。随着科学技术的不断进步，国内矿山多引入先进技术、设备和软件，辅助矿山生产，对矿山生产起到积极的推动作用。如三维数字矿山软件在矿山的推广应用，其工作成果也在国家规范标准的层面上得以认可，但在矿山中多数停滞在三维建模上，矿山设计仍采用二维设计方式。另外，无人机航测、三维激光扫描仪等新进设备以及自动盘存、自动称重、矿山生产调度等先进系统，自成体系，各自运行，其成果人为调取和使用。这种工作方式不仅限制了其应用的深度和广度，还因其未形成统一协作的工作模式和应用环境，不利于矿山资源及矿山技术工作水平的效率提升和可视化管理。

3 资源技术系统构建的关键技术

3.1 基于矿山开采全周期管理，构建资源技术系统架构

资源技术管理内容应涵盖矿山地测采全生命周期的技术工作内容，包括矿山测量、井巷工程验收、地质建模、勘探设计、储量管理、采矿设计、采掘计划、计划执行(技术)、采场闭采等，实现矿山地测采全生命周期的流程全覆盖，实现流程透明、数据共享，从而实现矿山各专业的互联互通和资源技术工作的高效运转。

在此基础上，以业务板块划分和业务流程为主线，形成系统管理工作链条，确定工作关键环节，统筹考虑系统运行，构建矿山资源技术系统的整体构架(见图1)。

图1 矿山资源技术管理系统整体构架[3]

3.2 规范业务管理流程， 统一业务数据标准

资源技术管理系统要结合矿山的组织结构、岗位职责，理清业务工作内容，梳理业务工作流程，以国家政策法规和行业规范标准为依据，以业务信息化为基础进行工作流程再造，明确定义每一个工作流程的发起、流转、审批和归档环节，并且进一步规范流程各环节的输入数据、输出数据和操作步骤，形成固化到信息管理系统中的工作流程规范。

统一数据标准是矿山资源技术管理的基础和关键。矿山各专业、各环节形成的业务数据，必须根据各专业能够相互读取和利用的原则，按照统一的数据标准集中存储于数据中心，并且提供安全、共享、权限的访问机制。集中管理工作环境，对设计参数、约束条件、技术指标等环境参数进行集中、统一、分级管理，并集中管控工作流程，使矿山资源技术管理工作流程化、规范化和标准化，支持工作流程的追溯和考核。

3.3 建设空间数据中心

空间数据中心由空间数据库和文件服务器组成。根据资源技术系统实现特点不同于普通企业级应用系统平台，其关键作用是实现平台内的协同设计，三维建模、三维设计等是矿山资源技术管理的主要方向，为了适应后期三维建模设计等工作，以及提高设计人员协同设计的效率和访问速率，大量的三维地质模型数据统一存储是核心，采用适合地质专业数据的数据库是必要的，建议利用PostGIS(空间数据引擎)，通过PostgreSQL创建空间数据库存储地质数据模型、测量数据、及采矿设计，同时需要有文件服务器存储专业图档资料(如图2)。

图2 空间数据库构建模型

3.4 数据增量存储、存储消重技术的应用

在矿山正常生产经营过程中，各专业、各环节产生大量的生产数据和信息，对于每个技术成果资料而言，都是经过反复修订和完善，这也将产生大量的中间数据。加之矿山从基建开始，累计产生的生产数据和信息更是一个天文数字。这对数据存储中心来说，将是一个极大的挑战。所以，在矿山资源技术系统构建时，应用数据增量存储、存储消重技术是必须必要的。

文档的全生命周期管理是信息管理系统的重要基础。增量存储、存储消重是数据存储中心存储一个文件从创建、到修改过程、到资料归档的全生命周期内的所有版本，并可以实现文档的随时回退，彻底解决文件版本问题。以实现文件的增量版本存储，并可通过先进的存储技术，在存储很多文件版本的情况下仍不会占用太多的磁盘空间，并且通过创新的存储索引技术，采用先进的底层存储技术，确保有极高的访问效率，从而为文档的全生命周期管理提供了前提条件。

3.5 技术业务工作的(半)自动化功能

矿山技术业务工作中，形成大量的数据和资料，这些数据和资料成果往往成为下一工序环节工作的基础和依据。在资源技术系统构建时，主要依托智慧矿山平台建设，形成相关数据的自动生成和调用，如矿山生产计划的自动编制、生产勘探数据的自动调用、资源量和生产准备矿量的自动管理、井巷工程质量自动化验收和评定、矿石核产的自动运行等，消除人为因素影响，确保数据真实可靠，为矿山决策管理提供更为详实的数据和支撑。

3.6 与矿山其他专业设备和系统软件的相互对接

由于高新科技进步的日新月异，不少矿山引入了三维数字矿山软件、矿山生产计划编制软件等行业先进软件，引进三维激光扫描仪扫描采空区，手持式激光扫描仪实测井巷工程，无人机航测技术测量大型采空区和地表地形等行业先进设备，改造、开发矿石自动化盘存、自动化称重等系统，这些新技术、新设备均在矿山发挥着积极的作用，有效提升了工作效率。所以，在矿山资源技术系统开发时，要考虑其与各专业设备的对接，与各系统及工程技术软件的无缝衔接，保证在同一平台上各专业、各环节、各系统间的协同处理，实现资源技术系统与其他系统和工程技术软件的集成。

4 预期目标

4.1 业务流程优化带来人员结构优化

采用信息化手段，构建资源技术信息系统，势必带来流程标准化管理，同时缩减不必要申报、审批环节，以及设计图纸、报表、分析总结等从系统共享数据库查询、流转、打印等，缩减了线下流转的环节及时间，达到地质资源设计流程透明化、业务管理流程配置优化，重复性的手工作业人员岗大幅减少，同时工作效率大幅提高的目标。

4.2 物料成本的直接降低

系统基于三维设计软件，同时设计数据来源于统一的空间数据库，这样有效避免了设计人员由于修改更新不及时导致施工偏差的问题，基于系统内工程设计三维模型数据，能更加科学合理编排、快速调整工程计划，同时及时反映到现场作业施工，调整速度大幅提高，避免出现施工材料浪费，直接降低企业物料成本。

4.3 潜在价值和后续应用价值的挖掘

该系统后续可扩展至多矿山、集团化企业集中调用，在设计专业人员数量上不需要成倍增加，以少而精的人才队伍降低人力成本。并且通过本系统的实施，必然也会带来地质、测量、设计、计划等专业技术人员技术的提升，为矿山打造一支具备“采矿设计+信息化”现代化的复合性的人才队伍提供平台。

4.4 形成知识库的建设，企业永久的宝贵资产

系统提供的知识库建设，能够快速搜索不同版本和设计成果，同时可提供历史资料，是矿山企业的地质、采矿生产的档案资料库，知识的共享、经验的积累，形成矿山企业宝贵的数字资产。

随着矿山产能增加、扩展，资源的潜力会越来越明显，业务数据统一、标准化和流程的规范对管理的提升，会带来越来越多的价值。

5 结语

矿产资源是矿山生产经营的主要对象,矿山资源技术系统是智慧矿山的重要组成部分之一。构建矿山资源技术系统时，要基于矿山开采全周期构建资源技术系统架构，规范业务管理流程，统一业务数据标准，应用数据增量存储、存储消重技术，实现技术业务工作的(半)自动化功能，考虑与矿山其他专业设备和系统软件的衔接。抓住了这些关键技术点，能够保证矿山资源技术系统的完整构建和高效运行。