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智慧矿山建设体系探讨

2015-10-15 16:04:18
  我国作为一个矿业大国,金属矿业的整体水平落后于矿业发达国家,还大量存在开采方式落后导致的资源浪费、环境极大破坏等问题,矿业技术水平提升缓慢,装备研发能力不强等。有效提升科技含量、集约资源开发、减少环境污染,促进人和自然和谐可持续发展,是我国矿山企业至关重要的迫切课题,是矿业智慧发展的未来方向。
 
  1 智慧矿山的发展
 
  矿山生产模式大致经历了四个阶段:一是原始阶段,即主要通过手工和简单挖掘工具进行矿产采掘活动,无规划、效率低、资源浪费极大。二是机械化阶段,即大量采用机械设备进行矿产生产活动,机械化程度较高,但仍无规划、生产较粗放、资源浪费比较严重。三是数字化矿山阶段,采用自动化生产设备进行作业生产,采用信息化系统作为经营管理的工具,实现数字化整合、数据共享和互操作,但仍面临诸多系统集成、信息融合、数据存储与分析等复杂问题,而且核心仍围绕扩大开采量,对绿色开采、人文关怀、可持续发展等方面仍不够重视。四是智慧矿山阶段,通过智能信息技术的应用,使矿山具有人类般的思考、反应和行动能力,实现物物、物人、人人的全面信息集成和响应能力,主动感知、分析、并快速做出正确处理的矿山系统,人为的因素将降低最低程度,矿山企业的人财物产销存等能协同、自动运作,实现矿山企业的集约、高效、可持续发展。新一代互联网、云计算、智能传感、通信、遥感、卫星定位、地理信息系统等各项技术的成熟与融合,实现数字化、智能化的管理与反馈机制,为智慧矿山发展提供了技术基础。在芬兰、加拿大、瑞典等发达国家已为此目标发展了20多年,我国正处于起步阶段。
 
  2 智慧矿山的特征
 
  与以前各阶段相比,智慧矿山具有如下特征。
 
  (1)可持续。前三个阶段的矿山生产模式都重在矿产生产的管理,呈现出从单一提高矿产生产效率到综合提高矿产生产与经营管理的整体效率提升的发展趋势。到了智慧矿山阶段,不仅关注矿山生产,更综合考虑了生产与经营管理的协调、企业与人的协调、资源开采与环境的协调,关注企业的稳定、可持续发展,从而使矿山具有更持久的生命周期。
 
  (2)自动。矿山生产模式的发展历程实际上是生产工具的发展过程,智慧矿山利用遥感技术、智能技术实现对矿山运作的自动、实时感知;并能将历史数据进行存储和归类处理,形成基于特定场景的响应处理,形成接收、分析、响应的闭环过程,具备了生物智能。人工参与的程度反映其智慧发展的程度,有学者称“无人”是智慧矿山的终极标志。
 
  (3)整体协同。强调各系统的开放、信息的整合、运作的协同,发挥矿山管理的整体功能。具体体现如:自动采集矿井中的特定气体指标、实时进行分析,并根据历史数据和设定阀值在超量指标时及时发出警告甚至启动紧急救生装置等;根据经营管理电子商务平台收到的订单数量、产品规格指标等,定期分析并反馈到生产部门,根据历史产销关系、产品指标与生产配方关系等数据,相应控制生产数量和生产冶炼配方等,实现产销平衡等等。
 
  (4)随时随地。原始阶段的生产地点局限于生产作业现场的单点,局限于生产作业现场的特定环境条件;机械化阶段的生产地点可扩展到生产作业面,并拟补了特定环境条件的局限性;数字化矿山则通过信息化手段实现远程操作,生产操作地点可以扩展到信息化所能达到地方;智慧矿山则通过卫星地理定位技术、遥感技术、移动互联、大数据处理等新一代信息技术实现无处不在、无时不在的随身智能融合服务。
 
  3 智慧矿山的顶层体系
 
  智慧矿山总体上体现为三大体系,就是智慧生产体系、智慧人文体系、智慧管理体系。智慧生产体系,主要基于数字化矿山,采用新型信息技术实现远程遥控、无人值守、自动机械化的采选等生产过程,降低作业成本,提高开采效率;智慧人文体系是关注矿山员工的职业健康和安全,通过信息化技术实现生产安全监测、人员定位、工作时长管理、自动化安全及健康预警响应,降低安全事故,提高员工健康保障;智慧管理体系是关注矿山生产经营管理,根据市场需求和矿山资源情况,动态平衡产供销关系,实现资源的合理开采,提高矿山的服务期限和价值。
 
  3.1 智慧生产体系
 
  智慧生产体系主要包括:矿山地质管理系统、生产实行系统、数字化的生产设备系统。
 
  (1)矿山地质管理系统主要采用矿山地测采三维系统,关注矿山地质勘探、矿石储量、矿石质量情况的掌握,并建立平顺的采剥和采掘计划,实现优化开采设计,降低开采损失贫化率,降低采矿成本。以矿山三维建模为核心的矿山测量、矿山模型、矿山资源管理、采矿设计的矿山全生命过程管理,对应着地质资源信息从产生、加工、统计分析、引导生产这一地质资源信息的生存期间内的各个环节,通过真三维模型构建矿区工程的结构、形态特征以及空间展布,使矿山工编辑可以直观、清楚地观察目标,通过平移、旋转、缩放、虚拟漫游、剖面显示、融合显示、动画显示等可视化操作,动态研究其内部细节,并与地测空间信息数据库、地质编录智能分析系统集成,支撑各类地测平面图件绘制、地矿三维建模、品位及储量计算等工作,实现地质资源信息在地测采环节间的无缝流转。
 
  (2)生产实行系统主要管理现场生产过程,覆盖矿山现场生产、质量、设备、仓库、检验、计量等多个环节,强化职能部室、矿、选厂、冶炼厂之间的信息共享和业务协同,支撑管理人员根据人财物各种资源的状况和产供销各个环节的信息,合理组织生产,协调开展生产经营活动。在生产管理方面,主要满足生产业务单元生产计划、现场调度、现场作业管理、生产数据收集的需要,通过系统的建立,强化现场生产制造的业务实行,实现自动下达生产计划,自动收集现场生产数据。在计质量管理方面,强化了全过程质量管理原则,集称重、采样、制样、化验等工作流于一体,支撑质量标准及检测规则制定、各生产阶段的质量检查、产成品的质量合格信息等质量过程,实现全企业质量信息共享及产品生产质量数据全程可追溯。在设备管理方面,支撑建立责、权、利和谐统一的设备管理体系,突出设备管理工作的制度化、规范化、标准化,实现设备信息共享。在标准管理体系上,以设备编码、人员岗位管理为主线,设备管理四大标准为核心,实现设备安装、点检、检修、报废全生命周期管理。
 
  (3)数字化的生产设备系统主要实现生产现场的数字化、自动化机械作业,一方面,要能通过数字指令实现对矿区采选冶过程的机械作业;另一方面,还要能通过数字信号与后台控制系统、生产实行系统进行信息集成,及时获知生产状况,控制生产过程。主要包括:智慧无人机械开采工作面系统、智慧充填开采工作面系统、智慧炮掘无人工作面、智慧运输系统、智慧提升系统、智慧供电系统等。
 
  3.2 智慧人文体系
 
  一是通过生产过程的自动化,大量减少矿区艰苦环境下的现场作业人员,提高生产过程的技术要素,从体力型到技术型过渡,从职业上提高职工素质,大大改善队伍结构和员工待遇水平。二是持续关注现场生产的职业健康,改变艰苦行业、高危行业的环境条件,提供健康、安全的生产环境,保障人身健康。在矿山生产企业中,职业健康与安全包含了:环境、防火、防水等多个方面,主要包含如下子系统:智慧职业健康安全环境系统、智慧环境监测系统、智慧防灭火系统、智慧爆破监控系统、智慧冲击地压监控系统、智慧人员监控系统、智慧压风系统、智慧通风系统、智慧排水系统、智慧水害监控系统、智慧视频监控系统,智慧应急救援系统,智慧污水处理系统等等。这些子系统提供安全生产的各类条件,通过各种仪器设备对各类环境指标数据进行实时的自动监测,并能对超出预警界限的指标发出自动预警,特殊情况下还能启动人身应急救援系统,从而构筑起一套完整的人文保障体系。
 
  3.3 智慧管理体系
 
  智慧管理体系是运用信息技术,有效集成矿山的资金流、物流和信息流,对人、财、物、产、供、销进行综合管理,全面整合生产经营各类信息,提供管理决策支撑。从管理运营角度有效整合矿山企业的内外部资源,协同上下游关系,优化配置内部资源,实现从资源的合理开采、节约消耗、有效销售,提高企业的经营业绩。智慧管理体系主要包括:以ERP系统所覆盖的人力、财务、供应链、设备、项目、供应商、客户关系等方面管理等,以及办公自动化、造价管理、常识管理、审计监控、科技项目等职能化管理方面,还有,基于各个方面的经营数据基础上通过经营分析模型构建的决策支撑系统,形成各层级管理人员开展经营管理的综合体系。
 
  纵观矿业发展的大趋势,我国金属矿业面临着绿色开发、深部开采、智慧采矿这三大发展主题。智慧采矿是矿业科技创新的重要方向,是矿业向常识经济过渡的产业形态,是新世纪矿业发展的前瞻性目标,还有一系列的技术难题有待解决,需要在持续探讨和应用实践中逐步创新求解。

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