1、數(shù)字礦山河南理工大學(xué)計算機學(xué)院河南省高校礦山信息化重點實驗室數(shù)字地球 數(shù)字礦山概念 數(shù)字礦山功能內(nèi)涵 數(shù)字礦山的層次結(jié)構(gòu) 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 井下數(shù)字礦山建設(shè)內(nèi)容數(shù)字化礦山建設(shè)的三個層次內(nèi)容提要數(shù)字地球(The Digital Earth: DE) 1998年1月31日，在美國加利福尼亞，科學(xué)中心美國副總統(tǒng)戈爾(AL Gore)發(fā)表的題為“數(shù)字地球： 二十一世紀認識地球的方式(The Digital Earth: Understanding our planet in the 21st Century)”的演講中正式提出。 1998年6月11日，江澤民，中國科學(xué)院第九次院士大會和中國工程院第四次

2、院士大會的講話中再次提及數(shù)字地球，提出了構(gòu)建數(shù)字中國（Digital China，DC）的戰(zhàn)略構(gòu)想。 數(shù)字地球涉及的大部分理論、技術(shù)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用都與現(xiàn)有的直接相關(guān)，只是從更高的層次、系統(tǒng)論和一體化的角度來組合和應(yīng)用已有和正在發(fā)展的理論、技術(shù)、數(shù)據(jù)和能力。數(shù)字礦山的提出 地理信息科學(xué)(Geographical Information Science: GISci)是在計算機技術(shù)和通信技術(shù)的支持下，以航天遙感技術(shù)(Remote Sensing: RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System: GIS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning sy

3、stem: GPS) 為主、以GIS為核心的一門學(xué)科.數(shù)字地球產(chǎn)生的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)：地理信息科學(xué) 數(shù)字地球的意義我國的戰(zhàn)略目標是“趕超型”的，數(shù)字地球?qū)ξ覈谝韵聨追矫嬗绕渚哂兄卮蟮囊饬x： 充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)和信息資源的最佳途徑，并為信息高速公路提供必需的信息資源。 科技領(lǐng)域在國際上占有一席之地的歷史性機遇。 實施SD戰(zhàn)略的重要手段、信息資源的主體核心、知識經(jīng)濟時代的制高點。 由于數(shù)字地球?qū)⒃贕C、SD、高效農(nóng)業(yè)、環(huán)境、資源、人口、災(zāi)害、科研教育、商貿(mào)等幾十個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，因此在中國、美國和世界其他國家都引起了高度重視。 數(shù)字礦山的提出 信息獲取、處理和應(yīng)用是數(shù)字地球的三個重要組成部分。 數(shù)字

4、地球的核心思想是用數(shù)字化手段統(tǒng)一性地處理地球問題、最大限度地利用信息資源。 數(shù)字地球主要是由空間數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、基于INTERNET的操作平臺和應(yīng)用模型組成。 數(shù)字礦山的概念 數(shù)字礦山的特征與數(shù)字地球是一致的，只是尺度和范圍上不同。 數(shù)字礦山就是指在礦山范圍內(nèi)建立一個以三維坐標為主線，建成一個礦山信息模型，描述礦山中每一點的全部信息，并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段，使有關(guān)人員都可以快速準確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息。 數(shù)字礦山就是一個礦山范圍內(nèi)的以三維坐標信息及其相互關(guān)系為基礎(chǔ)而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌入我們所獲得的信息的總稱。 數(shù)字礦山的特征 數(shù)字礦山應(yīng)該具有

5、6項基本特征:以高速企業(yè)網(wǎng)為“路網(wǎng)”；以采礦CAD（MCAD）、虛擬現(xiàn)實（VR）仿真（CS）、科學(xué)計算（SC）與可視化（VS）為“車輛”；以礦業(yè)數(shù)據(jù)和礦業(yè)應(yīng)用模型為“貨物”；以真三維地學(xué)模擬3DGM和數(shù)據(jù)挖掘為“包裝”；以多源異質(zhì)礦業(yè)數(shù)據(jù)采集與更新系統(tǒng)為“保障”；以MGIS為“調(diào)度”。DM的最終表現(xiàn)為礦山的高度信息化、自動化和高效率，以至無人采礦和遙控采礦。11 1) 以高速企業(yè)網(wǎng)為“路網(wǎng)” DM的建設(shè)與礦山業(yè)務(wù)運行是以高速企業(yè)網(wǎng)為基礎(chǔ)，逐漸建立寬帶、高速和雙向的通訊網(wǎng)絡(luò)，確保海量礦山數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部、省內(nèi)與省際礦業(yè)網(wǎng)絡(luò)快速傳遞。同時，還必須與NII（National Information I

6、nfrastructure）與DC（Digital Control）建設(shè)相協(xié)調(diào)，以利于礦山產(chǎn)品、經(jīng)營等社會化信息在Internet上的快速傳遞，便于礦山信息的公眾共享和產(chǎn)品市場的實時運作。因此，高速企業(yè)網(wǎng)技術(shù)是關(guān)鍵之一。數(shù)字礦山的特征122）以MCAD、VM、MS、SC、AI與SV為“車輛” 為滿足不斷擴展的礦山需求，必須開發(fā)適合不同用戶層次、具有不同功能的礦山應(yīng)用系統(tǒng)和軟件模塊，即需要制造多品種、多型號的“車輛”：如采礦CAD、采礦仿真技術(shù)、各類科學(xué)計算工具（如有限元、離散元、邊界元和有限差分模型等）和3D可視化工具等。隨計算機性能的不斷提高和并行計算技術(shù)的采用，礦山業(yè)主和技術(shù)人員不僅可以對

7、采礦活動造成的地層環(huán)境影響進行大規(guī)模模擬與虛擬分析，而且可對礦工進行虛擬崗前培訓(xùn)，提高礦工的安全意識、防災(zāi)減災(zāi)能力和作業(yè)工作效率。數(shù)字礦山的特征14 4）以3DGM和數(shù)據(jù)挖掘為“包裝” 為滿足不同用戶和不同目的的需要，必須對“數(shù)據(jù)與模型倉庫”中的海量數(shù)據(jù)與模型進行相應(yīng)“包裝”處理，即進行數(shù)據(jù)與模型的過濾和重組。三維地學(xué)模擬（3DGM）是DM的技術(shù)核心之一。它是基于鉆孔資料、地震資料、開挖設(shè)計數(shù)據(jù)及各類物探、化探資料，來建立礦山井田、礦體與采區(qū)巷道及開挖空間矢柵整合的真3D模型。在此基礎(chǔ)上進行礦床地質(zhì)條件評估、地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測、精細地學(xué)參量半定量分析、深部成礦定位預(yù)測、礦產(chǎn)資儲量管理、經(jīng)濟可采性評估

8、、開拓設(shè)計、支護設(shè)計和風險評估等，從而輔助礦山?jīng)Q策，確保礦山工程的科學(xué)、可靠與安全。數(shù)字礦山的特征15數(shù)據(jù)挖掘是利用基于知識的工程（KBE）技術(shù)和人工智能，從DM中的海量礦山數(shù)據(jù)中為用戶挖掘有用數(shù)據(jù)、獲取決策信息，以及建立求解各類具體工程、生產(chǎn)、管理與經(jīng)營等問題的應(yīng)用模型，是DM的實用化工具。只有當DM能夠方便、快速地從其數(shù)據(jù)倉庫中提取用戶所需的顯式數(shù)據(jù)與模型，智能、快速地從其數(shù)據(jù)倉庫中重新組織并產(chǎn)生用戶所需的隱式數(shù)據(jù)與模型的能力時，DM的海量礦山信息才能被未經(jīng)過特別培訓(xùn)的用戶和各業(yè)務(wù)部門所共享。數(shù)字礦山的特征17 只有實現(xiàn)了礦業(yè)綜合數(shù)據(jù)的動態(tài)采集與快速更新，才能為動態(tài)時效的3DGM與MGIS

9、提供數(shù)據(jù)糧食，為遙控采礦或無人采礦提供信息保障。此外，還要在3DGM的基礎(chǔ)上，基于統(tǒng)一的時空參照、元數(shù)據(jù)和編碼，根據(jù)需要將上述多源異質(zhì)數(shù)據(jù)進行有選擇的融合和分類，形成無縫無斥的數(shù)據(jù)組織。數(shù)字礦山的特征186)以MGIS為“調(diào)度”DM是以MGIS作為礦山整體信息與辦公決策的公共載體和總“調(diào)度”。在統(tǒng)一的時空間參照下進行采礦動態(tài)組織與管理，并調(diào)度和控制各類“車輛”與設(shè)備的使用和運行、“貨物”的制造、管理與包裝等系統(tǒng)功能。面向21世紀DM的MGIS系統(tǒng)應(yīng)該是一個能為采礦業(yè)提供基于4D時空信息的動態(tài)模擬、可視化、分析與決策支持的復(fù)雜巨系統(tǒng)。 數(shù)字礦山的特征19它允許在2D或3D TIN表面上疊加影像、

10、圖片、測量數(shù)據(jù)、地震資料、紋理及其它數(shù)據(jù)。它應(yīng)具有3DGM整合、3D空間網(wǎng)絡(luò)分析、多目標決策分析、飛行模擬等基本功能，并實現(xiàn)以下應(yīng)用功能：輔助勘探、交互式采礦設(shè)計與規(guī)劃、實時開采模擬、作業(yè)安排與監(jiān)測、資源動態(tài)管理、地質(zhì)統(tǒng)計、地下水模擬、開采沉陷動態(tài)模擬、地表數(shù)據(jù)整合、支持復(fù)墾規(guī)劃、生態(tài)恢復(fù)和礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展多目標決策等。數(shù)字礦山的特征數(shù)字礦山建設(shè)層次 在建設(shè)初期，首先是要開發(fā)礦業(yè)地理信息系統(tǒng)(Mining Geographical Information System，MGIS)，并圍繞礦山的重大技術(shù)需求和關(guān)鍵問題進行專業(yè)模塊開發(fā)和應(yīng)用。 第一層次：“無路無車”。 第二層次：“有路無車”。注重了

11、硬件投資，忽視了應(yīng)用軟件和信息資源的開發(fā)、應(yīng)用和管理，導(dǎo)致沒有形成符合本企業(yè)實際的軟件體系。 第三層次：“車貨不一”。缺少全局性統(tǒng)籌規(guī)劃，各礦在軟件選型和數(shù)據(jù)格式方面各自為戰(zhàn)。各個礦山之間，甚至礦務(wù)局內(nèi)部之間數(shù)據(jù)格式不一，無法共享信息。 第四層次“車貨統(tǒng)一”；在各礦、局、省、全國按4種模式來組織礦業(yè)信息化建設(shè)，并且要按照DE和DC的要求和規(guī)則逐步建立DM。數(shù)字礦山功能內(nèi)涵 實現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)存儲、傳輸和表述。對礦區(qū)地貌和環(huán)境、總圖布置、礦山地質(zhì)、開采、加工和經(jīng)營管理等數(shù)據(jù)(包括圖、文、數(shù)字數(shù)據(jù))，實現(xiàn)全方位的存儲、管理和必要的傳輸，并能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)和需要提供各種必要的表述形式，如查詢、制表，

12、形成地圖和二維、三維模型，等等。 優(yōu)化方法在礦山生產(chǎn)經(jīng)營與決策中發(fā)揮作用。例如，露天開采最終境界的優(yōu)化、基于配礦和成本的采剝(掘)計劃的優(yōu)化(也叫開采順序的優(yōu)化)、最佳工業(yè)品位的確定、礦量品位計算、自動化調(diào)度、最佳設(shè)備更新壽命的優(yōu)化等。 實現(xiàn)各種設(shè)計、計劃工作和生產(chǎn)指揮的計算機化和自動化。如基于優(yōu)化結(jié)果生成可行的設(shè)計與計劃方案，基于GPS的露天礦計算機調(diào)度系統(tǒng)。 實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的自動化。如選廠工藝流程自動控制；單臺設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理和相關(guān)控制；設(shè)備遠程操作(也稱無人駕駛)；全自動機器人礦樣化驗室等。數(shù)字化礦山的層次數(shù)字礦山系統(tǒng)的七個層次數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 2、海量數(shù)據(jù)存儲和互操作 海量數(shù)據(jù)的存儲

13、技術(shù); 空間數(shù)據(jù)，如巷道底板等高線及儲量計算圖，以及各礦山各鉆孔勘探結(jié)果、采掘工程實際揭露等資料、大比例尺的電子地圖；非空間的，如有關(guān)礦山人口、經(jīng)濟、管理、資源、發(fā)展等方面的數(shù)據(jù)。 異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享、動態(tài)調(diào)用需要互操作技術(shù)。 互操作包括兩層含義：狹義上說，它是在保持信息不丟失的前提下，從一個系統(tǒng)到另一個系統(tǒng)的信息交換能力；從廣義上講，它是指不同應(yīng)用（包括軟、硬件）之間能夠動態(tài)地相互調(diào)用，并且不同數(shù)據(jù)集之間有一個穩(wěn)定的接口。 OGC(OpenGIS Consortium)提出的OpenGIS是異構(gòu)系統(tǒng)之間進行互運算、互操作的規(guī)范。 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 3、計算機寬帶網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)在的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已基本能滿

14、足數(shù)字礦山的要求，但Internet的帶寬無法滿足“數(shù)字礦山”的需求。目前美國已開始建設(shè)10G/S字節(jié)的傳輸速率，并把千G級傳輸速率作為下一代Internet技術(shù)的關(guān)鍵。要傳輸海量數(shù)據(jù)，進行科學(xué)計算，寬帶網(wǎng)絡(luò)便成為“數(shù)字礦山”是否能走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 5、數(shù)據(jù)挖掘(DataMining, DM) 關(guān)鍵問題：怎樣從“數(shù)字礦山”的海量數(shù)據(jù)中提取人們感興趣的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，甚至是潛在的、未知的數(shù)據(jù)特征，以提供決策支持的需要。 數(shù)據(jù)挖掘?qū)⑷斯ぶ悄堋⒔y(tǒng)計、計算機及數(shù)據(jù)庫等技術(shù)緊密結(jié)合，其方法和技術(shù)可以分為六大類：1） 歸納學(xué)習(xí)方法；2） 仿生物技術(shù)；3） 公式發(fā)現(xiàn)；4） 統(tǒng)計分

15、析方法；5） 模糊數(shù)學(xué)方法；6） 可視化技術(shù)。 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) “數(shù)字礦山”中的數(shù)據(jù)大多包含空間數(shù)據(jù)，存儲在空間數(shù)據(jù)庫中，它們比一般的關(guān)系數(shù)據(jù)庫和事務(wù)數(shù)據(jù)庫具有更加豐富和復(fù)雜的語義信息?？臻g數(shù)據(jù)挖掘是指從空間數(shù)據(jù)庫中提取出用戶感興趣的空間模式與特征，空間與非空間的普遍關(guān)系及其他一些隱含在數(shù)據(jù)庫中的普遍的數(shù)據(jù)特征。利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提高“數(shù)字礦山”的智能化水平，使“數(shù)字礦山”真正成為智能化的空間咨詢和決策支持系統(tǒng)。 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 地理信息系統(tǒng)的空間信息表達和直觀表現(xiàn)能力，能幫助人們更好地建立大局觀和模擬直接感受。 GIS處理的地理對象，從本質(zhì)上說是三維連續(xù)分布的，而且這些地理對象往往具

16、有時間的屬性，實時態(tài)，所以需要3DGIS、4DGIS來精確地描述處理這些地理對象。 在技術(shù)方面，一是基于Client/Server結(jié)構(gòu)，如基于組件式軟件技術(shù)的ComGIS具有可編程和可重用的特點，推動GIS軟件的系統(tǒng)集成化和應(yīng)用大眾化；另一個是InternetGIS或WebGIS，目前實現(xiàn)WebGIS的方法主要有Java編程法、ActiveX法、公共網(wǎng)關(guān)接口(CGI)、服務(wù)器應(yīng)用程序接口法(SeverAPI)、插入法(Plugins)等。 基于寬帶網(wǎng)開放式、分布式、互操作地理信息系統(tǒng)是實現(xiàn)“數(shù)字礦山”的關(guān)鍵技術(shù)之一。 6、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System

17、, GIS) 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 7、決策支持系統(tǒng)(Decision Support System, DSS) 利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)、信息，在綜合、全面地分析后，為礦山的規(guī)劃管理和可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。 決策支持系統(tǒng)是在管理信息系統(tǒng)和運籌學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，決策支持系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫、人機交互進行多模型的有機組合，輔助決策者實現(xiàn)科學(xué)決策的綜合集成系統(tǒng)。 決策支持系統(tǒng)正在向智能決策支持系統(tǒng)、分布決策支持系統(tǒng)、群決策支持系統(tǒng)、高層決策支持系統(tǒng)、以及綜合決策支持系統(tǒng)方向發(fā)展。 數(shù)字礦山所需的是空間決策支持系統(tǒng)?？臻g決策支持系統(tǒng)是面向空間問題領(lǐng)域的決策支持系統(tǒng)，它支持復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)性較差(如半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)

18、化)的空間問題并對此進行求解。 空間決策支持系統(tǒng)是決策支持系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 8、系統(tǒng)集成(System Integration, SI) “數(shù)字礦山”的數(shù)據(jù)、計算和應(yīng)用具有分布式的特點，因此需要多數(shù)據(jù)庫、多平臺、多技術(shù)的集成。 系統(tǒng)集成是一種思想、觀念和哲理，是一種方法策略，是一種一體化的解決方案。 采用集成平臺作為“數(shù)字礦山”的框架結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點：首先集成平臺所具有的協(xié)調(diào)和反饋機制可以使整個系統(tǒng)形成一個有機的整體，完成單獨部件不能完成的功能，從而增強系統(tǒng)的整體性。其次，在統(tǒng)一的集成平臺的基礎(chǔ)上，多種信息可以共享，信息融合和深層次挖掘可以產(chǎn)生大量新的有用信息

19、。第三，減少集成的復(fù)雜度。第四，減少各子系統(tǒng)的重復(fù)部件，減少系統(tǒng)冗余，保持系統(tǒng)的一致性。第五，便于系統(tǒng)的維護和更新。 數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù) 此外，各種數(shù)據(jù)標準的建立、決策模型的管理、信息平臺的開發(fā)、礦山運行管理技術(shù)、以及“數(shù)字礦山”的信息安全保障機制等都是“數(shù)字礦山”的關(guān)鍵技術(shù)。 數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容以功能劃分的十大子系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與管理系統(tǒng) 礦床模型系統(tǒng) 地質(zhì)模型系統(tǒng) 開采方案整體優(yōu)化系統(tǒng) 計算機化設(shè)計系統(tǒng) 自動調(diào)度系統(tǒng) 礦區(qū)地理信息系統(tǒng) 選廠數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng) 管理及辦公系統(tǒng) 決策支持系統(tǒng) 數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容礦床模型系統(tǒng)數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容地質(zhì)模型系統(tǒng)數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容優(yōu)化

20、系統(tǒng)數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容設(shè)計與計劃系統(tǒng)數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容GPS智能調(diào)度系統(tǒng)數(shù)字化礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容礦區(qū)地理信息系統(tǒng)井下數(shù)字礦山建設(shè)內(nèi)容井下數(shù)字礦山需要研究開發(fā)一套高度集成化、無極可視化、實時網(wǎng)絡(luò)化和管控智能化的礦山開采、管理、決策的一體化系統(tǒng)（和平臺），系統(tǒng)應(yīng)以地下礦床資源信息、開采工程信息、礦巖力學(xué)信息等數(shù)據(jù)高度共享為核心，以真三維礦床實體模型為基礎(chǔ)，采用可視化、集成化和智能化技術(shù)以及診斷技術(shù)，實現(xiàn)地下礦山開采的無害化和科學(xué)化。該系統(tǒng)應(yīng)由以下子系統(tǒng)組成： 提升系統(tǒng)：除大型礦山用ABB公司的提升系統(tǒng)以外，應(yīng)該注重使用中小型礦山數(shù)字化全自動直流提升系統(tǒng)； 供水系統(tǒng)：利用儀器檢測各

21、供水管路水壓、流量等信息，通過網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)，實時監(jiān)控井下供水情況，及時解決出現(xiàn)的問題； 井下數(shù)字礦山建設(shè)內(nèi)容排水系統(tǒng)：完成水泵房的數(shù)字化，建立自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人職守； 壓風系統(tǒng)：數(shù)字化空壓機的性能，提高補償系數(shù)，實時控制空壓機運行情況，實現(xiàn)高效節(jié)能的目的； 通風系統(tǒng)：利用儀器檢測各通風管路風壓、流量等信息，通過網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)，實時監(jiān)控井下壓風情況，及時解決出現(xiàn)的問題； 運輸系統(tǒng)：采用計算機網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)，集中監(jiān)視和控制井下運輸水平的信號系統(tǒng)、鐵路道岔等，解決目前井下運輸自動化程度低的問題，提高礦山數(shù)字化管理水平； 調(diào)度系統(tǒng)：數(shù)字化重要崗位，實時監(jiān)控其工作狀況，采用相應(yīng)對策及相應(yīng)的措施，實

22、現(xiàn)智能化調(diào)度系統(tǒng)； 通訊系統(tǒng)：采用泄電技術(shù)和小靈通技術(shù)，實現(xiàn)井下礦山無障礙通訊和人員定位； 井下數(shù)字礦山建設(shè)內(nèi)容應(yīng)急救護系統(tǒng)：利用智能檢測技術(shù)，實現(xiàn)井下開采24小時實時連續(xù)檢測和可視化遠程網(wǎng)絡(luò)管控一體化礦山安全預(yù)警和決策支持； 工程力學(xué)系統(tǒng)：對礦山開采引起的礦巖活動，如：變形、位移和應(yīng)力變化等進行實時檢測與分析，對可能發(fā)生災(zāi)害的位置、規(guī)模及時間進行預(yù)測、預(yù)報，達到維持礦山的正常生產(chǎn)秩序并確保人員設(shè)備的安全； 質(zhì)量保證系統(tǒng)：建立高度自動化和實時的礦石自動檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)減員增效，并借助通訊和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將檢測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)單系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)向控制中心的實時傳送，為選礦生產(chǎn)的動態(tài)管理和自動控制提供

23、準確及時的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 數(shù)字化礦山涵蓋三個層次：礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng) 虛擬礦山（數(shù)字礦山） 遠程遙控和自動化采礦數(shù)字化礦山建設(shè)的三個階段1）礦區(qū)地表及礦床模型三維可視化信息系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)2)礦山工程地質(zhì) 礦區(qū)水文地質(zhì)巖石力學(xué)研究數(shù)據(jù)采集 處理 傳輸 存儲 顯示與探采工程集成系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)3）礦山規(guī)劃與開采方案決策優(yōu)化系統(tǒng) 依托軟件: Datamine Surpec Dimine Gemcom etc.礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)4）礦山主要固定安裝設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)信息及自控系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)提升自動化系統(tǒng)充填自動化系統(tǒng)通風控制系統(tǒng)排水控制系統(tǒng)

24、供風控制系統(tǒng)供配電自動化系統(tǒng)裝載系統(tǒng)視頻監(jiān)控井下漏泄通訊系統(tǒng)井下機車信、集、閉系統(tǒng)井下定位系統(tǒng)溜井監(jiān)測系統(tǒng)自控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：5)生產(chǎn)工業(yè)電視監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)6）礦山環(huán)境變化及災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)7）下井人員及移動設(shè)備定位、跟蹤安全系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)生產(chǎn)執(zhí)行層： 生產(chǎn)制造生產(chǎn)計劃 物料計劃 采購計劃 生產(chǎn)調(diào)度 生產(chǎn)控制 企業(yè)物流采購管理 庫存管理 供應(yīng)商管理 運輸管理 銷售管理 物料消耗管理 生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控 設(shè)備管理 質(zhì)檢管理 能源計量管理控制層： 人力資源管理 全員目標管理 礦山安全管理 項目管理協(xié)同辦公管理 財務(wù)運營系統(tǒng) 全面

25、預(yù)算管理決策規(guī)劃層： 礦山規(guī)劃決策系統(tǒng) 生產(chǎn)經(jīng)營指標規(guī)劃系統(tǒng) 經(jīng)營決策分析系統(tǒng)礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)8）礦山生產(chǎn)經(jīng)營管理及經(jīng)濟活動分析信息系統(tǒng) 實施效果： 決策最優(yōu)化 管理科學(xué)化 生產(chǎn)高效化 安全增強化礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng) 在礦山數(shù)字化信息管控一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加實時動態(tài)響應(yīng)和更廣泛的集成，運用多媒體、模擬、仿真、虛擬技術(shù)使真實礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象實現(xiàn)數(shù)字化再現(xiàn)，在這個人工環(huán)境中使人具有身臨其境的感覺。 通過它可以直觀地了解礦山系統(tǒng)所涉及的動態(tài)信息，以及多源信息之間的關(guān)聯(lián)，從而為生產(chǎn)經(jīng)營管理決策、開展科學(xué)研究等創(chuàng)造更有利的條件。 虛擬礦山（數(shù)字礦山）相關(guān)技術(shù) 三維建模地形、礦

26、體、巷道、采掘設(shè)備，采場等三維漫游三維實體進退、旋轉(zhuǎn)等人工仿真利用各種仿真器與虛擬場景交互軟件產(chǎn)品：PC_Mine、microLYNX、Vulcan、GoCAD、MuhiGen Creator/Vega Prime等. 1）遠程遙控和自動化采礦的概念 人們坐在距離采礦場遙遠的地面控制室內(nèi)，依靠地面、井下通信系統(tǒng)，實時自動定位、導(dǎo)航技術(shù)，操縱智能化采掘設(shè)備完成采礦作業(yè)，即采礦辦公室化.遠程遙控和自動化采礦遠程遙控和自動化采礦的理論框架地面控制中心通 訊 系 統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)數(shù) 據(jù)系 統(tǒng)自動采礦設(shè)備綜合檢測監(jiān)控系統(tǒng)遠程遙控操作自動定位導(dǎo)航2）目前的技術(shù)進展 礦業(yè)發(fā)達的國家如加拿大、瑞典、芬蘭、智利、

27、南非、印尼、澳大利亞等為此已不懈努力，奮斗了20多年，獲得了豐碩的成果。目前我國尚屬空白。 從地面遙控的自動化鑿巖（包括掘進工作面鑿巖和深孔采礦鑿巖）已經(jīng)實現(xiàn)，并且在試驗礦山生產(chǎn)中得到應(yīng)用。 可以連續(xù)自動完成掘進工作面一個循環(huán)的炮孔或深孔采礦工作面一排扇形炮孔的鑿巖。鑿巖精度得到提高，工時利用顯著增加，操作人員大幅減少。但設(shè)備移動就位和維修仍需工人下井直接干預(yù)在自動化裝藥和爆破方面，加拿大的采礦自動化計劃預(yù)定研制電子雷管和起爆系統(tǒng)與可重復(fù)泵送、可變密度、可變能量的散狀乳化炸藥系統(tǒng)，根據(jù)鑿巖時提供的巖石性質(zhì)數(shù)據(jù)，能在不同炮孔裝填不同密度、不同裝藥結(jié)構(gòu)的炸藥。 芬蘭的智能礦山計劃（Intellig

28、ent Mine Program）也有類似的設(shè)想。 撬毛和支護，但有關(guān)這些作業(yè)自動化信息的報道很少。 地下礦山無線電通信系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)完成。工業(yè)以太環(huán)網(wǎng) 以及由電視網(wǎng)絡(luò)主干、無線電傳送器和漏泄同軸電纜組成的先進的移動計算機網(wǎng)絡(luò)均已在一些試驗礦山安裝使用。 鏟運機和運輸設(shè)備自動化發(fā)展較快，應(yīng)用也較普遍。 總體說來，如果以整體礦山實現(xiàn)遠程遙控和自動化采礦為目標，目前所達到的水平仍處在嬰幼期。可以預(yù)計，在未來20多年里，這些技術(shù)必將逐步發(fā)展成熟，并將礦業(yè)帶入一個全新的領(lǐng)域。 3）最值得關(guān)注的試驗礦山 目前已有七、八個國家建立了遠程遙控和自動化采礦的示范采區(qū)，一直正常生產(chǎn)，并且積累了豐富的經(jīng)驗。世界最

29、大的地下礦山，137000t/d；自然崩落法采礦；用Sandvik的AutoMine系統(tǒng)；在Pipa Norte 采區(qū)實現(xiàn)了自動化出礦， 10000t/d；控制室設(shè)在地表距生產(chǎn)區(qū)約15Km處； 另一自動化出礦采區(qū) Diablo Regimiento 正在建設(shè)，將實現(xiàn)28000t/d。（1）智利特尼恩特（El Teniente）（2）南非芬斯（Finsch）金剛石礦自然崩落法，380萬t/a 采用Sandvik AutoMine系統(tǒng); 5.4m3 Toro 007型LHD, 50t Toro 50D型全自動卡車Sandvik在AutoMine的基礎(chǔ)上新推出用于小區(qū)域的視頻和無線電遙控系統(tǒng) AutoMine-Lite.控制系統(tǒng)安裝在一輛面包車上，它可以在礦井下靈活地移動到不同的采區(qū)或采場封閉區(qū)域附近，接通控制線路后，便可操縱智能LHD乃至卡車運作，比較方便。 （3）瑞典基魯納（Kiruna）鐵礦基魯納鐵礦采用的是無底柱分段崩落法，是應(yīng)用自動化技術(shù)最早的礦山。1970年，其主運輸水平的電機車運輸就實現(xiàn)了從坑內(nèi)控制室遙控裝載和無人駕駛自動運行與卸載。1