摘要：数字化智能矿山系统的新兴，正是针对未来矿业生产需求的全新体现。在面对如今日益复杂的露天矿山采矿形势时，数字化智能矿山系统的推广对于提升产量及实现采矿过程的有效监控具备重要的意义。该研究对数字化智能矿山系统关键系数做了深入研究，详细介绍了系统的数字采矿构成，并着重介绍了其中的生产执行系统、矿车定位与识别等核心功能。同时，本文从数据中心组成以及业务流程设计两个角度入手，分析了数字化智能矿山系统的核心功能模块。最后，全面阐述了数字化智能矿山系统的未来发展方向，展现了其对于全面提升矿山露天采矿能力所提供的支持。

　　关键词：智能矿山系统；露天采矿；数字化；数据中心

　　我国矿业企业长期以来一直采用着粗放一体的管理模式进行矿山露天开采，导致生产活动中不可避免地出现了严重的环境污染和资源浪费等问题，这与可持续发展的要求不相符。但是，随着信息技术的飞速发展，利用数字化技术和物联网技术来构建矿山智能化管理系统已成为解决上述问题的有效方案。借助矿山智能化系统，工作人员能够优化生产工艺，使其更加具有智能化和升级化特征，这是顺应未来矿业行业发展趋势的必然选择，值得高度关注。

　　1数字化智能矿山系统技术分析
　　1.1数字采矿系统

　　(1)技术路线。基于数字化智能矿山系统的露天矿山采矿软件是利用双5G通信网络技术实现的。借助于引入和建设5GF、5G网络，在矿山生产过程中承载用配套的低时延和高带宽技术，矿山生产数据能够实现快速传输。

　　本文所述的数字采矿系统主要包含六大功能模块，在5G通信模式的基础上运行。所有的功能模块都在矿山数据中心进行统一管理，工作人员可以通过远程方式调控矿山生产，以满足不同工况的需求。这六个功能模块为：①生产执行模块。主要用于管理矿山生产设备、质量控制和物资管理等任务，并可连接工作人员的移动终端设备。②数字采矿软件平台。支持地质信息建模、矿产资源估算、生产计划制定以及工程出图等功能。③三维可视化管控平台。用于现场生产虚拟仿真和矿山模型库的建立等操作。④卡调系统平台。该系统可采集卡车运行的工作质量，并能获取关于露天矿山生产现场的资料，以及识别运行轨迹路线等。⑤质量控制系统平台。通过了解实时控制系统，并借助实时质量数据来判断矿山采矿数据。⑥视频监控系统平台。与现场信息收集模块相关联，支持综合大屏或历史回放等操作。

　　(2)建设目标。该数字采矿系统建设的核心目标是应用数字化建模等现代技术来优化传统的生产工艺，以达到提高生产效率和实现安全生产目标的目的。

　　(3)三维模型数字化。数字建模技术的应用已成为矿山生产模型构建过程中不可或缺的一部分。其中，三维模型数字化技术可通过以下步骤实现：首先，整理矿山现场收集的地质信息，建立地质数据库模型；其次，通过地质数据库判断矿体分界线，确定矿区找矿前景等；接着，采用矿岩界限建立岩体和矿体的三维模型；最后，通过地质统计学等方法，根据矿区最终分布图预测矿藏资源的品位，绘制矿藏品位模型。

　　整个数字化过程的实现路径包括以下几个步骤：首先，建立三维勘探数据库；其次，解译三维地质界线，形成初始的三维地质模型；接着，录入露天矿山地块参数，选择合适的矿藏资源估值方法，估算资源量；最后，形成品位模型，以进一步优化矿山生产模型的设计。

　　(4)生产计划编制。生产计划编制是该系统的主要功能之一，该功能主要基于DIMINE软件实现。该系统依据最新的矿体模型和露天矿山生产模型等信息，采用“一键生成”的方式制定短期和中期的生产计划。此外，该系统还可以基于设定的矿藏品位、企业产量指标等关键资料编制年度生产计划。当然，在生产计划的编制过程中，工作人员仍然可以进行人工干预，根据本企业生产要求对生产计划进行修订，以使计划更符合实际需要。

　　本次生产计划编制应具有以下功能：①记录矿床关键数据，尤其是矿山规模变化以及企业优质矿藏的空间分布等；②进行现场模拟，模拟任意时间段的露天矿山开采情况，识别产量的风险因素，包括技术因素、设备因素、气候因素和人为因素等；③根据现场演练结果优化露天矿山生产流程，例如在生产计划中明确不同时期矿山生产所需的作业人员和设备等。值得注意的是，系统提供数字化记录功能，能够用于记录矿床关键数据。

　　(5)爆破流程化。爆破流程的优化源于三维模型和生产技术基础。技术人员在确定露天矿山爆破位置后，通过软件系统发送爆破规范，系统自动分析工况并设定爆破参数，将其输送到钻机卡调系统终端上。钻机终端依据系统设计参数进行钻孔，钻孔成功后反馈爆破孔数据至生产执行系统与数据中心。数据中心工人根据实地信息指派取样人员并将样品分装至不同袋中(每个袋上有二维码)。

　　样本送至实验室，据二维码与化验数据系统对应，并反馈至生产执行系统，据此进行爆破。具体的流程包括：建立地表模型，系统自动进行爆破设计，反馈至生产执行系统，钻机就位并运行，建立爆堆名，孔位上传至生产执行系统，分组编号，根据编号取样并上传化验结果，系统自动生成炮孔数据，生产爆堆，配矿，发送指令，完成爆破。

　　(6)地表品位更新。经过爆破操作，露天矿山的生产资料得到了系统自动更新，以确保系统数据与现场数据一致。在本次设计中，通过使用DIMINE软件提供的“地表更新功能”，可以轻松实现一键更新，避免了传统技术下需要进行反复现场勘察的问题。对于品位属性的更新，需要基于资源量估算结果形成的品位模型来进行操作。根据炮孔样资料的信息，可以对品位模型进行更新，以确保其准确性。

　　(7)自动配矿。自动调度系统可以依据矿山实测的矿藏元素指标和铲车产能等相关数据，将信息发送至卡调系统中。由卡调系统完成车辆的智能自动调度。例如某露天矿山的日产量为3000吨，平板车的运量约为20吨，因此每日需要现场准备150次运输。当气候因素导致矿山日产量下降时，系统能够根据气象预测及时减少装车次数，例如当矿山日产量下降至1500吨时，可通过配矿系统减少车次达75次。这种类似直接修整现场生产数据的方法，有助于保障设备的运行效率，提升矿山的经济效益。

　　1.2智能卡调系统分析

　　智能卡调系统包含车载终端、通讯及差分系统以及调度中心三个部分。利用GPS技术和现代通信技术构建面向露天矿山采矿现场的监控管理机制。数字化系统中的智能卡调系统是实现全自动实时调度的关键所在，该系统通过GPS系统随时定位生产机械、车辆和物料的情况，指挥调度中心随时掌握现场生产相关资料。此外，智能卡调系统还可以根据生产数据为作业人员下发操作指令。例如，当出现机械施工意外时，需要救护车入场，智能卡调系统可以暂缓全体设备工作，并第一时间为救护车开辟绿色通道或者针对现场出现的车辆与设备碰撞等风险事件及时指派最近技术人员抵达现场处理等。

　　在智能卡调系统的支持下可以保障露天矿山生产的稳定进行。整个系统采用可视化、数字化配矿方法解决了传统模式下存在的指挥难、联动效果差等问题，保障了规范化管理目标的实现。

　　1.3品位分析系统分析

　　在矿业领域中，品位分析系统是一个通过跨带分析仪实现的检测系统。该系统能够直接与远程指挥调度中心联系，因此，生产员工可以实时了解到现场矿藏品位的变化状况。该系统所依赖的跨带分析仪采用中子活化瞬发伽马分析技术，可以无接触地对矿藏、物料等进行检测，并在短时间内计算出矿藏资源的多项数据。基于该装置采集的数据，系统不仅可以自行完成自动配矿和爆破流程化，还能够提供数据支持，从而帮助智能调整生产工艺和实现质量控制。

　　1.4生产执行系统分析

　　生产执行系统(MES)是一种在生产计划基础上建立的管理系统。该系统通过整合露天矿山生产过程中的生产计划、安全环保以及生产管理信息，输出统计报表，方便工作人员随时修正、调整生产执行命令，最终实现资源整合的目的。

　　在具体实施阶段，MES采用折线图的方法记录现场的日产量、月产量以及年产量等。如果当日产量未达到预期值，MES可远程调动其他班组参与生产，以保障生产产量达到预期标准。

　　1.5三维管控系统分析

　　三维管控系统是物联网技术的组成部分，也是其应用领域中非常关键的一项技术。该系统的主要功能包括生产信息数据、现场监测技术、矿山实体数据以及矿山实景模型等数据的实时更新。据了解，该平台上的所有数据均由现场DOS模块完成采集。

　　该系统可以广泛集成露天矿山生产过程中不同环节的数据，其主要功能集中在以下两个方面：①实现了所有生产过程的可视化，支持远程监控和干预功能，同时还能根据现场生产数据生成完整的报表和统计图表；②能够全程记录和呈现生产过程的过程信息，并支持回放、回忆以及识别异常的功能。例如，在露天矿山现场，如果出现地表塌陷等严重风险，三维管控系统将记录此类事件，并在系统对应的时间节点标记该事件。这样工作人员在需要查看相关情况时，只需选定该时间节点的视频即可观察地表塌陷现状及相关数据信息。

　　1.6矿车定位与状态识别系统分析

　　矿车定位与状态识别系统在GPS系统的基础上开发而成。其利用车载GPS系统，可通过GSM短信将矿车信息发送至后台服务器，工作人员通过Internet系统访问后台服务器后，可随时观察车辆的行驶轨迹和行车情况。

　　该系统支持车辆跟踪功能，利用GPS卫星，系统能够任意检查每一车辆的行驶轨迹并存储定位信息。因此，该系统可完美记录每个车辆的位置，并在地图上标记车辆的行走路线等。此外，该系统还支持多个车辆同时监控，并可实现特殊车辆、重点车辆的跟踪等功能。同时，该系统可与声光提示系统互联，使其更为智能化。

　　1.7数据信息获取及分析系统分析

　　在数字化矿山建设中，数据获取和分析是至关重要的。而在传统信息技术的应用中，也面临了一些弊端，因此在本次系统建设中，需要对规范的安全管理进行全新的数据获取和分析系统设计。

　　为了更好地说明这个问题，以露天采矿场边坡监控系统为例。在系统建设中，采用了适应性强的边坡雷达在线监测系统。

　　这个系统可以对边坡的重点区域进行安全性评价，并提取数据的精准度小于等于0.1mm，达到了较高的数据精准度。通过远程监控，可以全天候、全天时地进行对被检测边坡的监控。同时，也可以通过控制监控的频次，掌握现场地形变化，并警惕安全事故的发生。因此，在数字化矿山的建设过程中，更加科学的数据获取和分析系统，可以提供更多可靠的数据，更好地确保采矿过程的安全性和有效性。

　　2数字化智能矿山系统运行设计

　　本文所述的智能数字化矿山系统的数据中心主要被分为两个方面，分别是即时数据中心和云数据中心。

　　(1)即时信息控制中心依托多种软件系统模块实现，包括语音对讲系统、控制台、音响系统以及三维可视化平台。在5G通信网络的支持下，调度中心工作人员可以远程查看露天矿山的采矿信息，并根据探测模块提交的数据来调整生产计划。例如，通过语音对讲系统，工作人员可以与现场作业人员建立无缝交流机制，并协调生产过程中发生的机械故障、安全问题等状况。视频监控系统通过在车辆或现场安装摄像头实现，并可以智能识别驾驶员的状态，若发现车速过快或者驾驶员抽烟、打电话等不安全情况，可及时发出警报信息。此外，即时信息控制中心还可以增加智能辨别地磅、卡调提交的违规或错误信息，实现声光电联合报警，从更有效的监管生产过程，减少违规操作行为。

　　(2)数据云服务中心则被部署在云服务器上，通过构建“云服务+本地”的数据存储方式，依靠双5G技术的支持，可以提升数据安全性，确保即使一方数据丢失或者被破坏，也能保证各种信息资料可以得到有效利用。同即时信息控制中心一样，数据云服务中心的功能也是相当的强大和完备，但因为被部署在云服务器上，可以更加方便和快速地为用户提供各种需要的服务。

　　2.2业务流程

　　该系统主要涉及以下业务流程：

　　(1)资料搜集。通过现场探测装置，获得与露天采矿相关的关键资料，主要数据包括：①现场采矿数据，包括矿藏分布和采矿区域划分等；②钻孔数据，包括钻孔开孔位置、测斜和样品分析等；③地表测量数据，利用三维地质模型确定排土场、井口和现场边界等。

　　(2)矿区资料的数字化。数字化地形图、勘探结果和钻孔信息或者利用三维数据模型数字化实测数据，方便进行信息交换。

　　(3)数据导入。将矿山所有资料导入数据库进行分类集中管理，导入的数据主要分为以下几个方面：①钻探及生产勘察数据导入；②地质剖面图导入；③现状图导入。

　　(4)建模。采用三维数字建模，可以分别针对矿体、地质构造和地表等关键信息进行模型构造，借助地质统计学和模拟结果进行估量和变化判断。

　　根据系统执行显示，露天矿山采矿可以利用5G技术实现远程操控和网络支持。该技术可以高清回传移动终端图像，视频高保真、不卡帧。采矿设备现场运行资料可以回传至远程调度操作中心和信息中心大屏幕，以实现设备现场作业画面的实时查看。信息系统低延时的方法可以确保顺利执行各类操控指令。

　　3数字化智能矿山系统的发展

　　3.1费用投资方面

　　为实现数字化矿山系统的各项功能，项目推进初期必须高度考虑相应费用投入问题。数字化矿山管理系统的运行离不开信息系统的支持，尤其需要满足矿山现场的复杂性和运行设备的硬件性能，否则系统功能将直接受到影响。因此，在投资费用管理中需适当增加机械设备和系统软件结构上的投入，以确保系统硬件性能能够符合数字化设置要求。值得特别注意的是，数字化云端控制系统的实际运行需要高性能服务器的支持，这是投资费用管理中不可忽视的关键因素。

　　3.2信号接收方面

　　本文研究的是信号接收方面的技术，在5G技术的基础上进行了信息传递。为了实现远程遥控功能，借助5G信息技术和视频信号处理、自动化等功能模块，收集现场资料并经过优化处理，通过高带宽和低延迟的5G/WLAN网络连接现场装置，实现了与车辆或者工作人员终端的连接。这不仅可以快速识别现场视频资料，而且可以进行远程设备操控，从而达到了节省人力资源的目的。

　　该远程无线遥控系统包含了遥控控制平台、车载控制单元和通信传输系统等功能模块。其中，遥控控制平台是信号接收的核心功能软件，负责将接收到的控制信号转换成控制命令，并将它们发送至车载控制单元和通信传输系统。这些控制命令将为实现露天矿山的人力减少和无人化发展奠定基础。本文采用建立国家标准机房和数据中心，利用F5G网络传输进行数据交换的方式进行研究。

　　4结语

　　数字化智能矿山系统的推出符合矿山行业未来的发展趋势。作为一种智能化的控制功能软件，它能够利用生产执行系统提高工作模式的灵活性，并充分发挥各种机械设备的效能，从而更加合理地分配和利用资源，具有重要意义。同时，据本文所述的研究结果，开展数字化智能矿山系统建设后可有效预防风险，为实现采矿、生产和调度的智能化提供积极推动。本文所介绍的系统建设方案充分整合了物联网、数字化和云计算等信息系统的优势，对其他单位具有示范和借鉴价值。