礦山企業(yè)與其他生產(chǎn)企業(yè)的重要區(qū)別之一就是礦山生產(chǎn) (特別是地下開采 ) 有許多難以探測和辨識的危險(xiǎn)源 , 有諸如沖擊地壓、冒頂和塌方、突水透水和淹井、火災(zāi)、瓦斯突出和爆炸、煤塵突出和爆炸以及機(jī)電運(yùn)輸?shù)仁鹿孰[患 , 大型傷亡事故時有發(fā)生 , 嚴(yán)重威脅著人身安全。

本質(zhì)安全保障體系與本質(zhì)安全檢查體系有本質(zhì)的區(qū)別 , 保障體系是借助先進(jìn)的四維地理信息系統(tǒng) , 實(shí)現(xiàn)地面地下所有對象的透明管理 , 從而使整個礦山從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到管理都能很好地兼顧工藝的先進(jìn)性、設(shè)備的可靠性、環(huán)境的安全性 , 大幅提高抗災(zāi)能力和生產(chǎn)效率 , 在精細(xì)的管控體系下 , 以嚴(yán)格規(guī)范的管理、完善實(shí)用的方法、先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)人員無失誤、設(shè)備無故障、系統(tǒng)無缺陷、管理無漏洞的人、機(jī)、環(huán)境和管理高度融合的礦井恒久性安全目標(biāo)。其具體內(nèi)容如下。

1) 建立本質(zhì)安全的檢查、監(jiān)督和評價(jià)體系。

2) 建立重大災(zāi)害事故發(fā)生機(jī)理研究和事故仿真體系。

3) 建立危險(xiǎn)源辨識和災(zāi)害預(yù)警體系。

4) 建立隱患排查和事故預(yù)測預(yù)報(bào)體系。

5) 建立災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)決策支持體系。

6) 建立煤礦本質(zhì)安全信息化保障系統(tǒng)。

7) 建立煤礦本質(zhì)安全長效管理體系。

生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)是數(shù)字礦山的核心內(nèi)容 , 主要包括地測地理信息系統(tǒng)、采礦協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)、智能化礦井通防系統(tǒng)、輸配電地理信息系統(tǒng)、工業(yè)管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)等。

但要注意的是此生產(chǎn)技術(shù)管理不是把手工方法搬到計(jì)算機(jī)上 , 而要實(shí)現(xiàn)科學(xué)的規(guī)范管理和高智能的技術(shù)支持。例如 , 地測地理信息系統(tǒng)不是地測制圖 , 而是通過精細(xì)化的礦山測量和地質(zhì)勘探 , 達(dá)到礦床、地質(zhì)體、危險(xiǎn)源和井巷工程的精確圈定和可視化計(jì)算 , 可以自動完成各種測量改正、誤差預(yù)計(jì)、測量平差、地表沉陷預(yù)計(jì)等計(jì)算 , 并實(shí)現(xiàn)所有計(jì)算的所見即所得 , 而且可以自動生成任意比例尺的各種礦圖 , 為礦山的生產(chǎn)、安全和管理提供地質(zhì)保障; 基于三維地理信息系統(tǒng)的采礦協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以完成包括巷道布置、巖移預(yù)計(jì)、保護(hù)礦柱(煤柱 ) 計(jì)算、支護(hù)選型以及采、掘、機(jī)、運(yùn)、通、安等各類設(shè)計(jì) , 并生成相關(guān)文件等; 智能化礦井通防系統(tǒng)的主要目的就是保證正常生產(chǎn)時期和災(zāi)變時期的實(shí)時按需供風(fēng); 輸配電地理信息系統(tǒng)的主要功能是任意復(fù)雜電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最優(yōu)選型、故障電流計(jì)算、電壓和能量損失計(jì)算、電容電流計(jì)算、動穩(wěn)定熱穩(wěn)定計(jì)算和保護(hù)裝置整定計(jì)算 , 配合供電SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙信、遙測、遙調(diào)和遙控; 其他系統(tǒng)依次類推。這些都是模仿人工方法所不能完成的。

礦山 ERP系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理的信息保障系統(tǒng) , 主要包括人力資源管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、50盧新明等: 數(shù)字礦山的定義、內(nèi)涵與進(jìn)展 2010年第 1期物資管理系統(tǒng)、運(yùn)銷管理系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、預(yù)算與成本管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)等。其特點(diǎn)是必須和其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫集成 , 例如人力資源管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、物資需求、預(yù)算與成本管理必須以設(shè)計(jì)成果、生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ) , 設(shè)備管理、物資管理、運(yùn)銷管理必須借助于地理信息系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理和最優(yōu)配送 , 其他子系統(tǒng)也是類似的 , 要么是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于其他系統(tǒng) , 要么為其他系統(tǒng)服務(wù) , 它們均可通過數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行無縫集成 , 否則就變成了信息孤島。

數(shù)字礦山的綜合指揮調(diào)度系統(tǒng)并不是把監(jiān)測監(jiān)控、工業(yè)自動化、人員定位和通信系統(tǒng)進(jìn)行一些簡單集成 , 外加一些諸如生產(chǎn)調(diào)度日志和報(bào)表。而是基于三維可視化平臺 , 實(shí)現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控、通信和人員定位系統(tǒng) , 以及生產(chǎn)技術(shù)管理、安全管理和礦山ERP的強(qiáng)集成 , 主要實(shí)現(xiàn)下列功能。

1) 正常生產(chǎn)時期: 可以通過一個調(diào)度界面看到當(dāng)天和累計(jì)的安全信息、產(chǎn)量信息、成本信息、儲量信息、設(shè)備信息、煤質(zhì) (礦石品質(zhì) ) 信息、銷售信息和三維礦山模型中的地質(zhì)模型、井巷工程、采場或工作面、生產(chǎn)設(shè)備、人員分析和各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) , 如果需要可以鉆取任何部位、任何時間的詳細(xì)數(shù)據(jù) , 并自動生成所需要的統(tǒng)計(jì)圖表。

2) 決策分析時期: 只要輸入業(yè)務(wù)需求 , 系統(tǒng)就可以利用數(shù)據(jù)挖掘工具自動調(diào)出所需要的數(shù)據(jù)、文檔、圖形、多媒體和三維模型供決策團(tuán)隊(duì)進(jìn)行疊置、剖切、變換、計(jì)算和模擬等分析 , 必要時可以調(diào)用相關(guān)的方法庫進(jìn)行輔助決策。

3) 救災(zāi)指揮時期: 一旦發(fā)生了災(zāi)變 , 除了進(jìn)行決策分析、故障診斷之外 , 可以充分利用該系統(tǒng)的時空管理能力和快速反應(yīng)功能 , 實(shí)現(xiàn)調(diào)度優(yōu)化和可視化應(yīng)急指揮軟件 , 把損失降到最低。

要按照數(shù)字礦山的定義建立起一座真正的數(shù)字礦山必須有一套完整的建設(shè)規(guī)范 , 以期形成地方、行業(yè)甚至國家標(biāo)準(zhǔn) , 使其對數(shù)字礦山有一個統(tǒng)一的度量。其規(guī)范應(yīng)包括下列內(nèi)容。

1) 數(shù)字礦山技術(shù)規(guī)范總則 , 包括原則以及組網(wǎng)、軟件、數(shù)據(jù)采集、通信、控制等通用技術(shù)。

2) 礦山信息分類編碼規(guī)范。

3) 礦山數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)規(guī)范 , 包括基本構(gòu)架、數(shù)據(jù)類型、主題層、元數(shù)據(jù)格式、索引格式、數(shù)據(jù)立方體結(jié)構(gòu)等。

4) 監(jiān)測監(jiān)控通信接口技術(shù)規(guī)范 : 采集 - 儲存(實(shí)時數(shù)據(jù)庫 ) - 控制等通信協(xié)議、觸發(fā)機(jī)制和時限性控制等。

5) 礦山安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 , 包括各種監(jiān)測內(nèi)容以及空間布局、時間布局、技術(shù)指標(biāo)等。

6) 礦山工業(yè)自動化子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 , 可靠、自動、智能、閉環(huán)、聯(lián)動、易集成和減人為標(biāo)準(zhǔn)。

7) 礦山四維地理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 , 包括地質(zhì)、儲量、測量、水文、設(shè)施等動態(tài)空間信息管理。

8) 礦山生產(chǎn)技術(shù)管理子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 , 除地測之外的所有生產(chǎn)系統(tǒng)。

9) 礦山本質(zhì)安全保障體系以及軟件系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范。

10) 礦山 ERP系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范。

11) 礦山信息集成方式與集成平臺技術(shù)規(guī)范 ,包括聯(lián)動規(guī)則等。

12) 礦山綜合指揮調(diào)規(guī)范度系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和眾多硬件廠商的努力 , 數(shù)字礦山的網(wǎng)絡(luò)平臺和有關(guān)硬件的研究已經(jīng)取得了長足進(jìn)展 , 無論是技術(shù)還是應(yīng)用都已經(jīng)基本成熟。眾所周知 , 數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是先進(jìn)的理念、科學(xué)的模型和快速的計(jì)算機(jī)算法 , 通過眾多學(xué)者的研究 , 已經(jīng)突破了包括三維精細(xì)化快速建模 , 礦體圈定和精細(xì)儲量評價(jià) , 各種礦圖的自動生成 , 礦山四維地理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范建設(shè) , 礦山災(zāi)害仿真、預(yù)警和事故預(yù)測預(yù)報(bào) , 專業(yè)系統(tǒng)分析等一系列理論難題 , 例如 , 關(guān)于礦井通風(fēng)系統(tǒng)及各種非線性流體網(wǎng)絡(luò)的模型和算法文獻(xiàn) [ 18 - 20 ]就給出完整的研究成果 , 解決了其中的關(guān)鍵難題;該項(xiàng)目組基于完全自主版權(quán)的 CAD /GIS平臺成功地開發(fā)了 《地理信息系統(tǒng)平臺》《地測地理信息系統(tǒng) 》《采礦協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng) 》《智能化礦井通防系統(tǒng) 》《輸配電地理信息系統(tǒng) 》《設(shè)備管理系統(tǒng) 》《人力資源管理系統(tǒng) 》《物資管理系統(tǒng) 》《成本控制系統(tǒng) 》《安全管理系統(tǒng) 》《調(diào)度管理系統(tǒng) 》和 《虛擬礦山系統(tǒng) 》等一些軟件產(chǎn)品 , 實(shí)現(xiàn)了數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù)的本質(zhì)突破。

1) 兗礦集團(tuán)地理信息系統(tǒng)建設(shè)。兗礦集團(tuán)的信息化建設(shè)一直走在我國采礦行業(yè)的前列 , 為了提高安全管理和生產(chǎn)管理的科學(xué)性和規(guī)范性 , 兗礦集團(tuán)開創(chuàng)性地建立了我國首個集團(tuán)公司級的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng) , 該系統(tǒng)的用戶可以根據(jù)自己的權(quán)限通過集團(tuán)公司服務(wù)器和 Web瀏覽器查詢到任何一個礦的采礦、地質(zhì)、儲量、測量、通風(fēng)、機(jī)電、排水以及生產(chǎn)調(diào)度等專業(yè)的所有圖件和完整的屬性信息 ,并且可以完成各種地理信息統(tǒng)計(jì)分析和專業(yè)計(jì)算 ,為安全生產(chǎn)管理提供完整的信息支持 , 也為實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2) 山東臨沂礦業(yè)集團(tuán)王樓煤礦的數(shù)字礦山建設(shè)。經(jīng)過 2 a的努力 , 從制定數(shù)字礦山建設(shè)方案和數(shù)字礦山管理規(guī)范 , 到工業(yè)自動化建設(shè)和管理信息化建設(shè) , 王樓煤礦率先建成了我國第一個真正意義上的數(shù)字礦山。不僅有比較完善的工業(yè)自動化系統(tǒng) , 而且建立了包括地理信息系統(tǒng)平臺、地測地理信息系統(tǒng)、采礦協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)、智能化礦井通防系統(tǒng)、輸配電地理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、成本控制系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)和虛擬礦山系統(tǒng)等比較完善的軟件系統(tǒng) , 較徹底地實(shí)現(xiàn)了 “兩化 ”融合。

另外 , 例如 , 平煤天安十二礦、淮北礦業(yè)集團(tuán)青東煤礦、神華寧煤集團(tuán)棗泉煤礦、山東招金集團(tuán)的夏甸金礦和尹格莊金礦等都在進(jìn)行真正的數(shù)字礦山建設(shè)。

概括性地描述了數(shù)字礦山的新理念、主要內(nèi)容、建設(shè)規(guī)范、研究進(jìn)展和應(yīng)用情況 , 限于篇幅 ,有關(guān)數(shù)字礦山中的關(guān)鍵技術(shù) , 如真三維地質(zhì)建模、精細(xì)儲量評價(jià)、專業(yè)建模和專業(yè)分析、采礦協(xié)同設(shè)計(jì)與可視化、事故仿真和災(zāi)害預(yù)警、生產(chǎn)計(jì)劃自動編制、虛擬礦山與實(shí)時三維調(diào)度等核心內(nèi)容將陸續(xù)在其他文獻(xiàn)中敘述。

[ 1 ] 吳立新 , 殷作如 , 鄧智毅 , 等 1論 21世紀(jì)的礦山: 數(shù)字礦山 [J ]. 煤炭學(xué)報(bào) , 2000 , 25 (4) : 337 - 342.

[ 2 ] 吳立新 1數(shù)字地球、數(shù)字中國與數(shù)字礦區(qū) [J ]. 礦山測量 ,2000 (1) : 6 - 9.

[ 3 ] 吳立新 , 殷作如 , 鐘亞平 1再論數(shù)字礦山: 特征、框架與關(guān)鍵技術(shù) [J ]. 煤炭學(xué)報(bào) , 2003, 28 (1) : 1 - 7.

[ 4 ] 王 青 , 吳惠城 , 牛京考 1數(shù)字礦山的功能內(nèi)涵及系統(tǒng)構(gòu)成 [J ]. 中國礦業(yè) , 2004, 13 (1) : 7 - 10.

[ 5 ] 畢思文 , 殷作如 , 何曉群 , 等 1數(shù)字礦山的概念、框架、內(nèi)涵及應(yīng)用示范 [J ]. 科技導(dǎo)報(bào) , 2004, 22 (6) : 39 - 41.

[ 6 ] 汪云甲 1數(shù)字礦山與礦區(qū)資源綠色開發(fā) [ J ]. 科技導(dǎo)報(bào) ,2004, 22 (6) : 42 - 44.

[ 7 ] 吳立新 , 朱旺喜 , 張瑞新 1數(shù)字礦山與我國礦山未來發(fā)展[J ]. 科技導(dǎo)報(bào) , 2004, 22 (7) : 29 - 31.

[ 8 ] 曹代勇 , 余志偉 , 趙 揚(yáng) , 等 1數(shù)字礦山及其關(guān)鍵技術(shù)探討 [J ]. 銅業(yè)工程 , 2005, 21 (1) : 10 - 12.

[ 9 ] 左仁廣 1淺析數(shù)字礦山的幾個核心技術(shù) [J ]. 中國礦山工程 , 2005, 34 (2) : 31 - 34.

[ 10 ] 秦德先 , 陳愛兵 , 燕永鋒 , 等 1礦山數(shù)字化信息系統(tǒng)及其應(yīng)用研究 [J ]. 中國工程科學(xué) , 2005, 7 ( 4 ) : 47 - 53,63.

[ 11 ] 僧德文 , 李仲學(xué) , 張順堂 , 等 1數(shù)字礦山系統(tǒng)框架與關(guān)鍵技術(shù)研究 [J ]. 金屬礦山 , 2005 (12) : 47 - 501

[ 12 ] 王李管 , 曾慶田 , 賈明濤 1數(shù)字礦山整體實(shí)施方案及其關(guān)鍵技術(shù) [J ]. 采礦技術(shù) , 2006, 6 (3) : 493 - 498.

[ 13 ] 鄭彬彬 , 張俊文 1現(xiàn)代化礦山: 數(shù)字礦山的概念及其基本結(jié)構(gòu) [J ]. 煤炭技術(shù) , 2007, 26 (7) : 2 - 4.

[ 14 ] 張 申 , 丁恩杰 , 趙小虎 , 等 1數(shù)字礦山及其兩大基礎(chǔ)平臺建設(shè) [J ]. 煤炭學(xué)報(bào) , 2007, 32 (9) : 997 - 1001.

[ 15 ] 吳立新 1中國數(shù)字礦山進(jìn)展 [ J ]. 地理信息世界 , 2008(5) : 6 - 13.

[ 16 ] 刁鑫鵬 , 賈朋風(fēng) 1“數(shù)字礦山 ”基本框架及其構(gòu)建技術(shù)的研究 [J ]. 企業(yè)導(dǎo)報(bào) , 2009 (4) : 115 - 117.

[ 17 ] 駱 力 1數(shù)字礦山特征及建設(shè)探析 [ J ]. 金屬礦山 ,2009, 44 (5) : 36 - 39, 59.

[ 18 ] 孟耀偉 , 田勝利 , 王山東 1數(shù)字礦山框架及演進(jìn)過程研究[J ]. 現(xiàn)代礦業(yè) , 2009 (6) : 64 - 66.

[ 19 ] 盧新明 1礦井通風(fēng)系統(tǒng)最優(yōu)調(diào)節(jié)問題的研究 [J ]. 煤炭學(xué)報(bào) , 1985, 10 (1) : 56 - 64.

[ 20 ] 盧新明 1非線性管道網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題及解法 [ J ].應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報(bào) , 1989, 12 (3) : 281 - 291.

[ 21 ] 盧新明 1一類非線性動力網(wǎng)絡(luò)方程組的性質(zhì)與解法及其應(yīng)用 [J ]. 系統(tǒng)工程學(xué)報(bào) , 1991, 6 (2) : 99 - 107.

作者簡介: 盧新明 (1961 - ) , 男 , 河南濟(jì)源人 , 教授 , 博士生導(dǎo)師 , 從事數(shù)字礦山方面的教學(xué)與研發(fā)工作。 Tel: 0538 -8503766, E - mail: lionkingsoft@2631net