□劉召勝
從礦山自動(dòng)化到數(shù)字礦山，再到如今的智慧礦山，數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，有關(guān)未來礦山建設(shè)與實(shí)現(xiàn)方式的概念不斷被刷新。伴隨疫情而來的“新基建”熱潮，也更加確定了礦業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要途徑是大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用。智能勘探、智慧礦山、礦業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)正引領(lǐng)傳統(tǒng)礦業(yè)加速向綠色、安全、智能、高效方向發(fā)展。
作為冶金采選領(lǐng)域設(shè)計(jì)與研發(fā)的“排頭兵”，中冶北方也乘勢而上，將智慧礦山整體架構(gòu)與核心技術(shù)攻關(guān)作為科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的重點(diǎn)，緊密結(jié)合采礦設(shè)計(jì)和現(xiàn)場實(shí)際需求，從總體方案設(shè)計(jì)到礦山虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、從基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集到大數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用、從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目管理的科研業(yè)務(wù)建設(shè)到智慧礦山數(shù)據(jù)服務(wù)與展現(xiàn)的核心產(chǎn)品開發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域展開了深入研究，取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品與核心技術(shù)。
全流程再造為礦山賦能
智慧礦山在我國的發(fā)展還處于起步階段，在具體的實(shí)踐中還沒有真正意義上的成功案例可供借鑒，也沒有建立具體的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。只有把礦山作為一個(gè)有機(jī)整體，從宏觀上對(duì)生產(chǎn)全流程進(jìn)行再造，打通礦山從源頭到終端各個(gè)環(huán)節(jié)，使其發(fā)揮出最大效能，才能打破發(fā)展瓶頸，使礦山企業(yè)平穩(wěn)度過轉(zhuǎn)型升級(jí)“陣痛期”。這也是建設(shè)智慧礦山的初衷和目標(biāo)。
中冶北方建設(shè)智慧礦山的優(yōu)勢在于60余年來在采礦領(lǐng)域積累的先進(jìn)生產(chǎn)工藝及礦山設(shè)計(jì)規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，對(duì)礦山企業(yè)提供的不間斷技術(shù)支持和服務(wù)也讓中冶北方充分了解礦山企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中的問題與訴求。這使得中冶北方在工藝技術(shù)水平、整體規(guī)劃設(shè)計(jì)能力、落地實(shí)施能力及業(yè)務(wù)場景解決能力上都走在行業(yè)前列，是整合各方優(yōu)勢資源，牽頭實(shí)施智慧礦山建設(shè)的“最佳人選”。
在不斷的探索與實(shí)踐中，中冶北方對(duì)智慧礦山概念的理解也在持續(xù)加深。為此，中冶北方提出了獨(dú)有的智慧礦山建設(shè)理念，即以工藝優(yōu)化、生產(chǎn)管控為核心，通過全流程再造為礦山賦能。全流程覆蓋了生產(chǎn)過程中的點(diǎn)、線、面，“點(diǎn)”是對(duì)關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的智能化改造升級(jí)、對(duì)礦山生產(chǎn)過程重要信息點(diǎn)的智慧化信息采集以及對(duì)核心業(yè)務(wù)單元工藝及管理的智慧化建模；“線”是對(duì)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程的科學(xué)梳理、優(yōu)化；“面”是建立大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，在礦山三維空間模型和虛擬化集成管控平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生產(chǎn)的全流程生產(chǎn)管控和過程數(shù)據(jù)融合，最終實(shí)現(xiàn)為礦山設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、安全等提供優(yōu)化管理和決策支持。
利用信息化這張看不見的“網(wǎng)”，智慧礦山方案將大數(shù)據(jù)、VR、AR、AI等新型技術(shù)與采礦、選礦、燒結(jié)、球團(tuán)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)、工藝技術(shù)深度融合，使礦山企業(yè)的效能得到充分釋放、提升，進(jìn)而全面提高礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、管理效益、安全效益。
“最強(qiáng)大腦”指揮高效生產(chǎn)
智慧礦山之所以智慧，是因?yàn)槠涫且粋€(gè)有機(jī)整體，通過對(duì)大數(shù)據(jù)的分析讓礦山生產(chǎn)系統(tǒng)了有了類似于人腦的分析決策功能。而讓“大腦”運(yùn)轉(zhuǎn)的第一步，就是從頂層設(shè)計(jì)角度繪制建設(shè)藍(lán)圖，建立完整的智慧礦山規(guī)劃設(shè)計(jì)體系。
在規(guī)劃設(shè)計(jì)體系的框架內(nèi)，結(jié)合目前國內(nèi)礦山生產(chǎn)遇到的共性問題，中冶北方研發(fā)出了包含“1個(gè)平臺(tái)7個(gè)子系統(tǒng)”的智慧礦山“最強(qiáng)大腦”：“1個(gè)平臺(tái)”指的是智慧礦山管控平臺(tái)，是智慧礦山各子系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的使用用戶、各級(jí)用戶的審批權(quán)限、各業(yè)務(wù)的審批流程等基礎(chǔ)信息都在該系統(tǒng)中統(tǒng)一配置，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、協(xié)同化管理；“7個(gè)子系統(tǒng)”指的是包括智慧礦山移動(dòng)APP 、井下礦地測采生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、井下礦生產(chǎn)智慧管控系統(tǒng)、井下礦生產(chǎn)3D管控系統(tǒng)、選礦生產(chǎn)管控系統(tǒng)、球團(tuán)生產(chǎn)管控系統(tǒng)以及露天礦生產(chǎn)管控系統(tǒng)。
“智慧礦山移動(dòng)APP”是智慧礦山管控平臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)用，利用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)部分基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的移動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、查看，辦公流程的協(xié)同，生產(chǎn)實(shí)況的一覽和生產(chǎn)報(bào)表的移動(dòng)管理。
“井下礦地測采生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)”是一套以輔助地質(zhì)測量、資源估計(jì)、儲(chǔ)量計(jì)算、采礦設(shè)計(jì)和采掘進(jìn)度計(jì)劃編制的工具插件系統(tǒng)，通過與“井下礦生產(chǎn)智慧管控系統(tǒng)”和“井下礦生產(chǎn)3D管控系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)共享和交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的智慧管控，使地質(zhì)工程師、測量工程師、采礦工程師等礦山技術(shù)人員的業(yè)務(wù)操作和管理更加便捷化、高效化和智能化。
“井下礦生產(chǎn)智慧管控系統(tǒng)”是國內(nèi)首個(gè)涵蓋井下礦開采全業(yè)務(wù)流程的智慧管控系統(tǒng)，涵蓋了井下礦開采從計(jì)劃編制、過程管控，到驗(yàn)收、績效反饋的全業(yè)務(wù)流程管控，為井下礦生產(chǎn)搭建了一條一體化聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)管理路徑,為礦山生產(chǎn)的精準(zhǔn)化決策、精細(xì)化管理、透明化生產(chǎn)提供有力的支撐，推動(dòng)井下礦生產(chǎn)管控能力的持續(xù)改進(jìn)，提高生產(chǎn)效益。
“井下礦生產(chǎn)3D管控系統(tǒng)”以井下礦生產(chǎn)的三維、全景、可視化管控為目標(biāo)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)井下生產(chǎn)狀態(tài)，解決井下礦生產(chǎn)的“黑盒子”問題，實(shí)現(xiàn)井下礦的生產(chǎn)信息在同一時(shí)空內(nèi)虛擬環(huán)境下的仿真展示、直觀可視化管控，輔助生產(chǎn)的決策和指揮。
“選礦及球團(tuán)生產(chǎn)管控系統(tǒng)”主要是通過OPC或API對(duì)選廠相關(guān)基礎(chǔ)控制系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、WEB發(fā)布，實(shí)現(xiàn)對(duì)選礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)，監(jiān)控，并通過業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)管控功能。
“露天礦生產(chǎn)管控系統(tǒng)”是基于GPS定位和行為分析的露天礦生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，可應(yīng)用于智能調(diào)度及虛擬采礦，同時(shí)為礦山建設(shè)提供生產(chǎn)報(bào)表、安全在線監(jiān)測、企業(yè)微信等系統(tǒng)。
“智慧礦山系統(tǒng)”通過新建一套高水平的智慧管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全業(yè)務(wù)流程再造，從而大大提升了礦山的本質(zhì)化安全，為企業(yè)帶來了效率、效益和安全的數(shù)量級(jí)提升。
智慧礦山整體規(guī)劃框圖
在提升經(jīng)濟(jì)效益方面，智慧礦山系統(tǒng)建成后，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)車有軌運(yùn)輸無人化以及多個(gè)車間無人值守，減少現(xiàn)場作業(yè)人員約30%，提高全員勞動(dòng)生產(chǎn)率約9%；實(shí)現(xiàn)智能通風(fēng)、環(huán)水系統(tǒng)平衡優(yōu)化，可以有效降低能耗約3%；通過全業(yè)務(wù)流程的精細(xì)化管理，礦石回采率可提高至87%，廢石混入率可降低至13%，直接提升礦石采出品位約0.5%，年新增精礦產(chǎn)量達(dá)10％。綜合計(jì)算后，礦山企業(yè)可實(shí)現(xiàn)年增凈利潤在12％以上。
在提升安全效益方面，智慧礦山系統(tǒng)可大大提升礦山的本質(zhì)化安全，主要體現(xiàn)在自動(dòng)化減人、危險(xiǎn)品全過程在線監(jiān)管、井下環(huán)境在線監(jiān)測、井下機(jī)械設(shè)備實(shí)時(shí)管控及井下生產(chǎn)各個(gè)工序、流程的有效合理銜接等。智慧管控結(jié)合大數(shù)據(jù)分析可提高事故發(fā)生時(shí)的快速疏散效率及應(yīng)對(duì)能力，提升風(fēng)險(xiǎn)源的分級(jí)能力，提升隱患排查能力。
在提升管理效益方面，依托三維智慧管控系統(tǒng)核心優(yōu)勢，可為礦山在管理方面帶來質(zhì)變提升，包括優(yōu)化地質(zhì)、測量及采礦工序的工作流程，降低其工作強(qiáng)度，提高工作效率；提升礦山管理人員對(duì)井下生產(chǎn)全貌的實(shí)時(shí)把控能力；提升井巷施工驗(yàn)收的精細(xì)度，做到精準(zhǔn)驗(yàn)收；工作管理便捷化、流程化、規(guī)范化；減少生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)錄入時(shí)間；增強(qiáng)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)記錄的完整性、真實(shí)性和時(shí)效性；減少各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工作量；降低因書面作業(yè)失誤造成的損失；生產(chǎn)過程中的所有設(shè)計(jì)、計(jì)劃和數(shù)據(jù)都可以實(shí)時(shí)共享和展示；各工序?qū)徟鞒倘客ㄟ^計(jì)算機(jī)在線實(shí)現(xiàn)，并且支持手機(jī)APP審批，簡單快捷。
采礦業(yè)一直以來被認(rèn)為是安全風(fēng)險(xiǎn)高、工作環(huán)境差的行業(yè)。國內(nèi)礦山企業(yè)，特別是一些遠(yuǎn)離城市、地處偏僻的礦山企業(yè)，常常面臨“招人難、留人更難”的局面。智慧礦山建成后，可大大改善員工的工作環(huán)境，提升員工幸福指數(shù)，提高員工對(duì)企業(yè)的歸屬感，更有利于企業(yè)培養(yǎng)人才、留住人才，對(duì)建設(shè)“和諧企業(yè)、綠色企業(yè)”有著很好地推動(dòng)作用。
（作者系中冶北方工程技術(shù)有限公司副總經(jīng)理）
《中國冶金報(bào)》（2020年08月06日 04版四版）
