数字矿山关键技术研究与实施_王澜

第30卷第6期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2011年12月 V ol.30 No.6 Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Dec. 2011收稿日期：2011-11-30 网络出版日期：2011-12-11 网络出版地址：/kcms/detail/21.1379.N.20111211.1820.021.html 基金项目：中国煤炭工业协会科学技术研究指导性计划项目（MTKJ2009-242）； 文章编号：1008-0562(2011)06-0830-04 DOI ：CNKI:21-1379/N.20111211.1820.021数字矿山关键技术研究与实施王 澜（神华神东煤炭集团有限责任公司，陕西省 榆林市 719315）摘 要：为了解决掠夺式开采会给传统采矿业带来的资源枯竭问题。

采用建设数字矿山的方式来有效改造和提升矿山的竞争力和生命力。

通过数字化矿山的功能、范围和使用者的定义，界定了数字矿山的基本概念；比较了几种数字化矿山中的代表性关键技术；提出了有效的数字矿山战略实施对策。

该战略对策能够有效促进我国数字矿山研究与建设的健康发展。

关键词：数字化矿山；策略；矿山企业；资源耗竭；功能；定义；概念；竞争力 中图分类号：TD2；TD7；TP3 文献标志码：AStudy and implementation of key technologies for digital mineWANG Lan(Shenhua Shendong Coal Group Co. Ltd, Yulin 719315, China)Abstract: In order to deal with resource exhaustion from traditional mining practice, a digital mine was proposed to improve the competitiveness and vitality of a coal mine. Digital mine is defined through it’s function, scope and users. Some typical key technologies of various digital mines were compared. Countermeasures for the implementation of digital mine strategies are proposed. The countermeasures can promote the development and construction of digital mines in China.Key words: digital mine; strategy; mining industry; resource exhaustion; function; definition; conception; competition0 引 言数字化矿山是一种新的矿山建设理论和想法[1-8]，与传统的矿山建设理论相比有如下优势[9]： （1）采用数字化管理模式实现了各种不同类型矿山之间的信息资源共享。

（2）通过虚拟现实技术，实现矿山内部结构的可视化，通过计算机再现矿山的挖掘过程。

（3）使用计算机仿真矿山的开采对地质构造的影响，较为准确地预测矿山的危机。

（4）采用数据挖掘的方法对矿山的资源进行分析，更加智能化地确定合适的开采参数。

（5）能够及时地启动矿山预警方案。

近年来数字化矿山正在逐步取代传统矿山的建设方式，成为当今矿山建设的热点课题。

1 数字矿山的概念 1.1 功能界定矿山并不是单纯以一个静态的地理、地质等空间形态存在，更是以正在运行的矿山企业形式存在。

一方面，矿山企业从事着人、财、物、产、供、销等经营管理活动，服从于管理逻辑。

另一方面，在进行上述经营管理活动的同时，工作面的推进、设备的运转、能源动力的消耗等，又需要进行过程监测和控制，相应产生实时数据，服从于过程逻辑，全面把握作为一个生产企业的矿山，不但要有空间视图，还要有过程视图和管理视图。

因此数字矿山不仅拥有展示、模拟和辅助设计等静态功能，还应直接应用于矿山生产、经营、管理、运作和控制。

如果将以三维技术和地理信息系统为核心技术和主要内容的应用称之为面向认知的数字矿山；将把围绕控制和实时数据技术的应用称之为面向控制的数字矿山；把围绕人、财、物、产、供、销管理和非实时数据的应用称之为面向管理的数字矿山。

这样构架数字矿山，取其广义概念，从应用角度和功能角度就非常丰富了，图1~图4表征的是一个关于数字矿山的全景视图模型及空间、过程及管理视图系统的组成。

第6期 王 澜，等：数字矿山关键技术研究与实施831图1 数字矿山模型 图2 面向认知的数字矿山系统组成 Fig.1 model of digital mine Fig.2 recognition-oriented digital mine system图3 面向控制的数字矿山系统组成Fig.4 management-oriented digital mine system辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第30卷8321.2 范围界定一个矿业公司或煤炭公司拥有若干个煤矿，是从事采掘、洗选、装车、外运的专业公司；而如果又涉及了发电、化工等其他多元化业务，则往往在矿业公司之上成立集团公司。

而煤矿则是矿业公司承担生产业务的主体，煤矿依然既是煤炭开发生产的对象，也是上述活动的场所。

因此，在一个煤矿范围内，需要比较完整地掌握空间信息，完整地控制生产过程，完整地整合经营管理各个环节，是真正意义的业务单元。

从这个意义讲，数字矿山应该与生产矿井这一企业边界完全吻合。

1.3 数字矿山的使用者面向认知的数字矿山首先是帮助全体接触矿山的人更清晰、直观、准确、全面地认知特定的矿山，而过程和业务逻辑就显得不十分重要。

面向认知的数字矿山涉及以下使用者：（1）高层决策者他们需要借助数字矿山平台，把握矿山企业的总体状况，并据此作出决策。

显然，这种信息数据更重要的是全面、准确和系统，对数据的实时性要求不高。

（2）设计者由于煤矿生产和工程相伴相生的特点，工作面的布置、巷道的开拓、设备的配套安装等都需要掌握矿山资源、地质、结构、设备等空间信息及相关的基础数据，特别是模拟仿真设计，更是设计者工作和沟通的良好工具。

（3）初学者和社会大众通过数字矿山更直观地了解、掌握矿山企业知识和技能，起到培训、宣传的作用。

面向控制的数字矿山，具有反映矿山中的各种设备、工作站、控制中心所涉及的所有分散控制、集中控制活动和相关实时数据，是矿井监视、控制系统，它的使用者是生产操作人员。

面向管理的数字矿山，具有反映矿井经营管理各环节之间的业务逻辑和包括计划、组织、控制、协调等职能在内的关键数据，是矿井的综合管理系统，它的使用者是各级经营管理者。

总之，数字矿山是运用当代信息技术，使矿井内外部相关者直观地、系统地、有效地认知、管理和控制矿山的一系列完整应用。

2 数字矿山的关键技术2.1 虚拟现实技术发展与生产需求的一致性GIS（地理信息系统）是一个基于数据库管理系统和管理空间对象，具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能的技术。

由于井下空间的特殊性，三维展示无疑具有特别重要的意义。

因此，矿业信息研究开发人员在信息展示方面强调GIS与三维技术是一件顺理成章的事情。

但应该看到，GIS与三维技术由于面向空间信息，对处理实时数据方面是力不从心的。

而现场生产管理中，更为强调的是过程关系而非空间关系，三维展示意义不大甚至可能增加管理的难度。

如何处理煤矿开采空间的特殊性与生产管理对过程关系优于空间关系二者之间对三维展示需求的不同，应根据不同的使用者，在一个统一的数据关系下，对生产过程的实时数据与空间关系数据的融合，实现二、三维及虚拟现实等不同界面[10]的无缝连接技术尤为重要。

2.2 感知技术对连续控制设备及相关系统数据以外的，包括对离散物体（离散设备、部件等）、人员和环境的感知及煤岩识别等准确识别与定位的要求，使感知技术的提升成为面向控制的数字矿山智能化的前提及发展方向。

2.3 面向服务架构及其相关技术数字矿山一个重要的技术方向是管理信息系统的集成。

支持人、财、物、供、产、销的大量关系数据和业务逻辑，通过集成才能发挥更大的效能。

煤炭企业的管理信息系统往往是随着应用需求分散搭建，这样就形成了大量信息孤岛。

比较多见的解决方法是在2个以上的系统进行关联和集成，这种集成一方面造成接口几何指数增长，系统不堪重负；另一方面，由于没有整体设计，有些关联特别是业务关联实际上根本无法完成。

另一种集成的方式是推倒重来，以一个综合系统取代原有分散系统（ERP就是其中一种典型做法）。

但当业务需求发生变化，这种系统很难做到随需而动和重用。

图4完整地表达了数字矿山一个重要的技术方向是管理信息系统的集成。

无论是系统的关联与集成，还是重新搭建系统，SOA（面向服务架构）的组件化（解决重用性问题）、松耦合（连通方便）、消息传导机制（不要求即时回复和调用，尽量少的内存占用）等[11]，这种技术暗含了矿山企业项目化的生产组织方式，未来应成为矿山管理信息系统集第6期王澜，等：数字矿山关键技术研究与实施833成的主流技术。

3 数字矿山的实施策略数字矿山，作为矿山企业信息化整体构想，需要企业、研究咨询机构、软件商共同努力。

就企业而言，重要的是研究好数字矿山的实施策略，避免实施的结果背离企业初衷。

3.1 有整体规划数字矿山涉及面广，架构复杂，需要通盘考虑，有计划、有步骤实施。

一般来说，通过规划可以对业务与管理需求进行全面梳理，设计出科学的技术架构和应用架构，排定信息化、自动化项目的先后顺序。

这样，企业对于未来三到五年如何采购、开发和布署就可以做到胸中有数。

3.2 关注集成信息天然存在共享性的特点，集成度越高，功能就越强大。

而数字矿山，其概念本身就含有整体、综合、全面的内涵。

因此，系统集成及其相关技术就显得更加重要。

在规划实施中，要特别关注四类集成：一是过程控制的集成，不断实现集中控制；二是管理系统集成，逐步替代、取消孤立应用；三是管理系统和控制系统的集成，逐步实现管控一体化；四是数字矿山总体门户集成。

3.3 鉴别提供商的服务功能与数字矿山相关的技术、软件林林总总，而各种技术和软件实际上术业有专攻，并不存在包打天下的系统。

特别需要注意的是面向认知的数字矿山、面向控制的数字矿山、面向管理的数字矿山实际上涉及三类技术，难以相互取代。