大红山铜矿数字矿山总体规划研究及应用

季现伟　罗代祺　魏仁旭

（玉溪矿业有限公司，云南玉溪653100）

信息技术高速发展以及工业化和信息化深度融合，矿山安全与环保约束日益加剧，新的生产方式及管控模式应运而生，促使矿山企业数字矿山建设进程也随之加速。矿山数字化建设不仅可以革新矿山现状，带动各项工作创新，提升企业的核心竞争力，同时也是矿山可持续发展的必然选择和重要突破口[1-5]。数字矿山是一种理念，是未来矿山的发展蓝图，是一个庞大的系统工程，是数字化、信息化、自动化与智能化的高度融合。在此基础上，使其深度互联、协同共享以及智能分析处理，同时提供一个开放的数字矿山系统，实现技术、生产与企业管理等多系统的集成融合。因此，数字矿山建设正朝着共享、协同、智能应用的方向发展[6-9]，对其进行总体规划，并按规划解决建设过程中存在的突出问题是很有必要的。

1　数字矿山建设现状及存在问题

1.1　数字矿山建设现状

大红山铜矿位于云南省玉溪市新平彝族、傣族自治县戛洒镇境内，是玉溪矿业有限公司的主力矿山，也是中国铜业的标杆矿山，实际生产能力15 000 t/d[10]。自2002年便开展了数字矿山建设的探索和应用，积极、持续推进各子系统建设工作，重点是DIMINE三维数字采矿软件系统应用及井下通信系统建设，已取得一定的成效[11]。目前，已建设多个信息化子系统。在企业管理方面，已建立企业管理网、视频会议系统、OA系统、财务管理系统等；在生产管理方面，引进并推广应用三维矿业软件，建立生产管理系统、矿产资源储量动态管理系统、汽车衡计量信息系统、风机、水泵、供电、压风远程集控系统等；在安环监测监控方面，已建立尾矿库安全在线监测系统、尾矿库污染源在线监测系统、安全避险系统等。在相关子系统建设及应用方面积累了一定的经验，为进一步推进数字矿山建设奠定了坚实的基础。

1.2　数字矿山建设存在问题

围绕大红山铜矿目前数字矿山建设成果及应用实际，主要存在以下问题：

（1）在资源储量管理和资源利用程度的掌控力度方面有待改善和提高，三维矿业软件没有得到深入应用；

（2）在矿山生产过程的安全监控、调度和自动化系统方面，进行过系列的开发和建设，但各子系统相对独立，没有统一的管控平台，各自为政，不能协同工作，导致各子系统数据无法实现集成和共享；

（3）各子系统数据不能在企业内部实现高效运转，不能全面、快捷、准确、自动的获得资源、生产过程、经营等数据，直接影响企业内部的资源合理调配、经营策略和发展战略的快速调整。

2　数字矿山建设思路和总体规划

2.1　数字矿山建设思路

数字矿山是一个巨系统工程，绝不是各个子系统的简单拼凑。根据大红山铜矿目前数字矿山建设主要存在的问题，基于矿山自身发展需求和整体部署，必须要统一规划、科学研究和合理布局，将每个子系统预先置于整个数字矿山系统中进行分析研究，根据各系统平台相互之间逻辑关系，对相应模块分阶段逐步具体研究和建设，将其进行高度集成融合，才能使数字矿山发挥出最大的整体效能。

大红山铜矿主要利用数字矿山技术，在“生产管理、安全环保、技术管理、集中管控、决策支持”等方面，开展具有“自动化、数字化、可视化、模型化、集成化”等“五化”特征的数字矿山建设。按照“总体规划、分步实施、试点运行、全面推广”的建设思路以及体现“先进性、系统性、实用性、前瞻性、标准化”的建设原则，逐步建设完善。

2.2　数字矿山建设总体规划

数字矿山建设涉及矿山几乎全部业务内容，不同业务内容需要不同的业务系统支撑，根据大红山铜矿数字矿山建设现状，分析在建和在用的每个子系统建设内容及应用情况，其数字矿山建设分为3种情况，已建立并在正常使用的子系统（黄色区域）；已建立后期需要升级改造的子系统（粉色区域）；需要重新搭建的子系统（蓝色区域）。通过认真分析研究并咨询矿业领域数字矿山方面的专家、学者，出谋划策，最终大红山铜矿数字矿山建设主要从协同办公、技术管理、生产管理、集中管控、决策支持5个方面进行规划建设，实现高度集成融合，如图1所示。

3　数字矿山建设内容

通过对大红山铜矿数字矿山建设进行科学合理布局和规划，对相关子系统进行归集融合，使整个数字矿山建设内容清晰明了、严谨有序。因此，大红山铜矿数字矿山建设的主要内容包括：矿山数据中心建设、矿山技术管理系统建设、矿山生产管理系统建设、矿山集控管控系统建设、矿山决策支持系统建设。

3.1　矿山数据中心建设

矿山数据中心建设[12]的目的：一是实现数据标准化、流程规范化，建立多个专业、多个岗位数据集中管理以及高度共享；二是实现与“外部系统”对接，应用三维可视化管控平台在同一时空框架下对全矿信息集成，从而实现矿山三维可视化集中管控，同时可以为矿山决策支持系统直接提供技术与生产管理数据；三是实现矿山技术、生产数据集中管理，信息及时准确和共享，提高技术管理的工作效率，减少过程数据的冗余和错误，实现生产作业三维可视化集成，使生产过程和安全监管工作更加有效，同时实现各业务流程数据流转通畅、信息共享、权限管理等，使矿山降本增效。

利用数据中心的数据进行储量动态管理、开采设计、计划编制、测量验收与安全生产管理等日常工作时，需要利用矿山生产辅助软件工具集子平台来实现，具体包括矿山技术管理系统、矿山生产管理系统、矿山集中管控系统。各个系统的业务成果数据分为5类：①人工录入数据；②数据库调出数据；③自动化接入数据；④数据库存入数据；⑤临时过程操作数据；⑥外部提交数据。各类数据通过数据中心进行流转，形成数据闭环，各个系统根据业务需要在数据中心及时提取或存入，实现数据高度共享。

3.2　矿山技术管理系统建设

大红山铜矿技术管理主要包括：地质、测量、采矿、选矿、机械、电气等。DIMINE三维数字采矿软件系统包含地、测、采专业的矿山技术应用功能，矿山技术管理平台沿用DIMINE系统软件。根据数据中心建设需求，需将DIMINE三维数字采矿软件系统进行二次开发，将模块按业务归类，简化操作流程，并在此基础上进行深入应用。

矿山技术管理系统产生的各个专业设计和管理数据传输到数据中心，为矿山生产管理、集中管控和决策支持系统提供重要的数据来源。因此，其功能模块主要包括：资源勘探建模与评价、测量验收、采矿设计、生产计划、通风解算等，如图2所示。

通过矿山技术管理系统建设与应用，实现了矿山地、测、采专业相关业务操作简单化、设计精细化以及规划最优化的应用目标，其部分应用效果如图3所示。

3.3　矿山生产管理系统建设

结合大红山铜矿目前生产管理及系统应用现状，从数字矿山建设和矿山各个部门需求方面统计分析，矿山生产管理系统需在现有系统基础上进行功能模块的扩展和二次开发，其功能模块主要包括：资源管理、生产计划管理、生产数据采集与统计分析、生产验收管理、生产设备管理、质检化验管理、物资管理、能源消耗管理、安全管理、工程项目管理、土地管理、生产档案资料管理等，以实现矿山企业全方位管理。

通过矿山生产管理系统的建设，实现了矿山生产全方位、精细化管理，提升管理质量和效率。

3.4　矿山集中管控系统建设[13]

大红山铜矿集中管控系统需在现有管控平台基础上进一步扩展和开发，主要包括资源与开采环境可视化、安全控制系统接入、“三大”系统接入、生产自化系统接入、安全生产管控数据接入等，从而实现真正意义的设计阶段的生产仿真与模拟、生产阶段的监测与管控、技改阶段的生产回放与过程分析、灾变发生时的可视化应急指挥等矿山关键业务过程支持，为矿山生产管理与决策支持提供重要的过程数据。其系统功能结构如图4所示。

矿山集中管控系统将各个安全生产子系统实时数据统一存储、智能管理、实时分析、集中监控和发布、统一管控和调度，从而实现矿山开采与运行的科学预测、规划、控制和决策指挥，部分应用效果如图5所示。

3.5　矿山决策支持系统建设

矿山决策支持系统辅助矿山决策者通过数据中心、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策，它是管理信息系统向更高一级发展而产生的先进信息管理系统。可为矿山决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。矿山决策支持系统主要包括：资源问题决策支持、安全事故处理决策支持、应急指挥决策支持、财务分析决策支持、生产经营决策支持等。其系统功能结构如图6所示。

4　结论

为实现大红山铜矿安全、高效、经济开采，分析了其已具有多个信息化子系统的数字矿山建设的现状，总结了其存在三维矿业软件应用不够深入、各子系统的数据无法集成与共享以及数据在企业内无法高效运转等问题，从而提出了矿山数据中心、技术管理、生产管理、集中管控以及决策支持等5大系统规划设计与建设。其成功建设与应用的具体作用有：

（1）与大红山铜矿原有子系统有效对接，从而减少不必要投入；

（2）首次利用协同思想开发办公平台，通过建立岗位流程规范，将专业技术和生产管理统一集中到协同平台，实现各专业业务处理流程化与标准化，提高工作效率；

（3）减少了数据冗余与出错，消除信息孤岛，保证了矿山数据实时共享及安全，实现了对数据的权限管理；

（4）使各系统高度集成与融合，提高了生产与技术管理工作效率，从而节约了生产与管理成本。