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【摘 要】 目前，随着信息技术的发展，大量与矿山有关的信息都需要依托GIS技术对矿山数据进行搜集、整理、处理、分析。GIS作为目前迅速发展的高新技术之一，将其应用在矿山，可以大大的推动矿山生产经营管理的现代化进程。因此引进数字化矿山势在必行。本文从什么是数字化矿山说起，详细阐述了数字化矿山建设内容，并对数字化矿山系统功能规划进行了介绍。
【关键词】 数字化；矿山；自动化；GIS技术
1、概述
“数字化矿山”（Digital Mine）是随着计算机技术、微电子技术、信息技术和网络技术的迅速发展近几年提出来的新概念。“数字化矿山”是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是一个能够真实反映矿山本体、矿山开发与运行过程的“虚拟矿山”。数字矿山是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理精细化和决策科学化的目的。数字矿山的特点为基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化。
数字化矿山的基本特征是以高速企业网为“路网”、以采矿CAD（MCAD）、虚拟现实（VR）、仿真（CR）、科学计算（SC）与可视化（VS）为“车辆”、以矿业数据和矿业应用模型为“货物”、以真三维地学模型拟（3DGM）和数据挖掘为“包装”、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山GIS（MGIS）为“调度”。数字化矿山的最终表现为矿山的高度信息化、自动化、智能化与高效安全开采，直至遥控采矿和无人采矿模式。
2、数字化矿山的建设内容
数字矿山建设主要包括以六个方面，即企业协同办公系统（OA）；矿山三维辅助系统（GIS）；企业资源管理计划（ERP）；生产执行管理系统（MES）；井下地表通讯系统；过程控制管理系统（PCS）：
2.1协同办公管理（OA）
协同办公是定位于企业单位信息化建设的核心软件平台，通过协同软件建立“工作流、信息流、物流、资金流”四流合一的信息化应用框架。加强知识文档、系统数据、公共信息、个人消息等方面的沟通能力。
2.2数字矿山三维辅助决策（GIS）
作为数字矿山建设的核心基础平台，通过三维建模和仿真虚拟技术，重现采掘生产环境，集成管理矿山采掘生产辅助决策系统、生产计划调度系统、安全生产调度指挥系统和生产经营管理决策系统等，实时进行矿山安全生产与经营管理的可视化调度、监控与分析决策，为矿山安全生产管理、计划调度以及应急救援指挥提供技术支撑。
2.3企业资源计划（ERP）
矿山ERP主要是针对矿山企业以计划为龙头的粗放型管理特点来确定其功能和流程的，由此确定十三个功能模块：（1）系统管理；（2）储量管理；（3）计划管理；（4）生产管理；（5）安全管理；（6）设备能源；（7）运输管理；（8）采购管理；（9）仓库管理；（10）选冶管理；（11）人力薪资管理；（12）销售管理；（13）财务管理。
2.4生产执行系统（MES）
MES（Manufacturing Execution System）是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、提高产品的质量和提高服务质量。MES关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。为企业生产管理人员进行过程监控与管理、保证生产正常运行，控制产品质量和生产成本提供了灵活有力的工具。
2.5井下地表通讯管理
系统以光缆、泄露电缆为基本的信息传输媒介，采用TCP/IP协议，构建井下局域网络，并实现与井上矿山内部网和Internet的连接。井下部分为实现不同目标，分解为语音通讯模块，满足监测和设备、交通监控目的需要的数据传输模块；井下移动人员与设备的定位、跟踪和调度模块；视频监视模块等。采用这样的模块化结构，可以根据自己的需要和针对不同的目标，在不同阶段，分期、分步实施。
2.6过程控制系统（PCS）
过程控制（PCS）主要指的是底层自动控制，如视频监控、运作控制。矿山过程控制主要有视频监控、人机定位、通风排水控制、提升运输控制、尾矿库监测、选冶自动控制等方面的管理。
3、数字化矿山系统功能规划
矿山企业生产经营的目的是以最小的投入，安全地从地下生产出合格的矿产品。因此，根据系统指导思想和总体目标，从地质资源、生产过程、经营管理三个方面对系统功能进行规划。
3.1矿床可视化、数字化
矿产资源是矿山企业的加工对象，是矿山一切工作的基础。矿山只有全面掌握加工对象的形态、数量、质量等信息，才能安全、高效的组织生产。因此，建立数字化矿山，必须首先实现矿床的数字化、可视化。根据矿山的实际情况，利用国际上流行、已通过国土资源部认证的矿业软件，建立地质信息数据库和测量控制数据库与矿床地质模型，实现矿山地形地物、开拓及采掘工程系统、矿体、岩体、构造等地质体及地质现象的三维动态显示，实现矿石储量品位按不同矿石自然类型、不同品级、不同空间分割块段的自动化计算，逐步实现矿山地质、测量工作及矿石资源的计算机动态实时管理。并在矿业软件平台上进行矿山生产技术管理和采矿生产设计，为矿山建设数字矿山奠定基础。
3.2生产过程自动化、数字化
矿山企业生产过程的自动化、数字化不同于一般的制造企业，特别是分布于不同中段的采掘生产，由于作业地点分散、作业过程不连续、作业条件恶劣等原因，完全实现自动化、数字化难度较大。因此，需要借鉴冶金、有色、煤炭等国内外矿山的经验系统规划。生产过程的自动化、数字化主要内容包括：提升系统自动化、充填系统自动化、选矿系统自动化、运转系统自动化（通风系统自动化、排水自动化、配电自动化、供风自动化）、数字视频监控系统、安全监管自动化（井下人员跟踪定位、井下移动通讯系统、机车信集闭系统、溜井检测自动化）等六个方面的内容。
3.3生产经营网络化、数字化
生产经营数字化的基本功能以成本分析与控制为核心以安全管理和提高管理效率为基本目标进行规划。主要包括全面预算管理、材料消耗管理、人力资源管理、全员目标管理、成本分析控制以及化验管理、能源计量信息管理、安全信息管理、协同办公等几个方面的内容。
4、数字矿山建设的目标
4.1应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和矿山生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。
4.2通过应用软件，实现经营管理科学化，生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化。
4.3保证矿山生产安全，提高产量和质量，提高企業经济效益和竞争能力。
4.4促进矿山标准化、规范化、示范化目标的实现。
数字化山最终表现为矿山的高度信息化、自动化、高效率、高安全和高效益。
参考文献：
1.张瑞新，梅晓仁，胡彪，等。数字矿山关键技术与实施方案[J]。东北大学学报：自然科学版，2004
2.朱平.浅谈数字化矿山中的局域网基础改造[J]。有色冶金设计与研究，2011
3.王李管，曾庆田，贾明涛。数字矿山整体实施方案及其关键技术[D]。长沙：中南大学
4.吴立新，朱旺喜，张瑞新。数字矿山与我们未来矿山发展【J】。科学导报，2004
【关键词】 数字化；矿山；自动化；GIS技术
1、概述
“数字化矿山”（Digital Mine）是随着计算机技术、微电子技术、信息技术和网络技术的迅速发展近几年提出来的新概念。“数字化矿山”是对真实矿山整体及其相关现象的统一认识与数字化再现，是一个能够真实反映矿山本体、矿山开发与运行过程的“虚拟矿山”。数字矿山是以计算机及其网络为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表述和深加工，应用于各个生产环节与管理和决策之中，以达到生产方案优化、管理精细化和决策科学化的目的。数字矿山的特点为基础信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化。
数字化矿山的基本特征是以高速企业网为“路网”、以采矿CAD（MCAD）、虚拟现实（VR）、仿真（CR）、科学计算（SC）与可视化（VS）为“车辆”、以矿业数据和矿业应用模型为“货物”、以真三维地学模型拟（3DGM）和数据挖掘为“包装”、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山GIS（MGIS）为“调度”。数字化矿山的最终表现为矿山的高度信息化、自动化、智能化与高效安全开采，直至遥控采矿和无人采矿模式。
2、数字化矿山的建设内容
数字矿山建设主要包括以六个方面，即企业协同办公系统（OA）；矿山三维辅助系统（GIS）；企业资源管理计划（ERP）；生产执行管理系统（MES）；井下地表通讯系统；过程控制管理系统（PCS）：
2.1协同办公管理（OA）
协同办公是定位于企业单位信息化建设的核心软件平台，通过协同软件建立“工作流、信息流、物流、资金流”四流合一的信息化应用框架。加强知识文档、系统数据、公共信息、个人消息等方面的沟通能力。
2.2数字矿山三维辅助决策（GIS）
作为数字矿山建设的核心基础平台，通过三维建模和仿真虚拟技术，重现采掘生产环境，集成管理矿山采掘生产辅助决策系统、生产计划调度系统、安全生产调度指挥系统和生产经营管理决策系统等，实时进行矿山安全生产与经营管理的可视化调度、监控与分析决策，为矿山安全生产管理、计划调度以及应急救援指挥提供技术支撑。
2.3企业资源计划（ERP）
矿山ERP主要是针对矿山企业以计划为龙头的粗放型管理特点来确定其功能和流程的，由此确定十三个功能模块：（1）系统管理；（2）储量管理；（3）计划管理；（4）生产管理；（5）安全管理；（6）设备能源；（7）运输管理；（8）采购管理；（9）仓库管理；（10）选冶管理；（11）人力薪资管理；（12）销售管理；（13）财务管理。
2.4生产执行系统（MES）
MES（Manufacturing Execution System）是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、提高产品的质量和提高服务质量。MES关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。为企业生产管理人员进行过程监控与管理、保证生产正常运行，控制产品质量和生产成本提供了灵活有力的工具。
2.5井下地表通讯管理
系统以光缆、泄露电缆为基本的信息传输媒介，采用TCP/IP协议，构建井下局域网络，并实现与井上矿山内部网和Internet的连接。井下部分为实现不同目标，分解为语音通讯模块，满足监测和设备、交通监控目的需要的数据传输模块；井下移动人员与设备的定位、跟踪和调度模块；视频监视模块等。采用这样的模块化结构，可以根据自己的需要和针对不同的目标，在不同阶段，分期、分步实施。
2.6过程控制系统（PCS）
过程控制（PCS）主要指的是底层自动控制，如视频监控、运作控制。矿山过程控制主要有视频监控、人机定位、通风排水控制、提升运输控制、尾矿库监测、选冶自动控制等方面的管理。
3、数字化矿山系统功能规划
矿山企业生产经营的目的是以最小的投入，安全地从地下生产出合格的矿产品。因此，根据系统指导思想和总体目标，从地质资源、生产过程、经营管理三个方面对系统功能进行规划。
3.1矿床可视化、数字化
矿产资源是矿山企业的加工对象，是矿山一切工作的基础。矿山只有全面掌握加工对象的形态、数量、质量等信息，才能安全、高效的组织生产。因此，建立数字化矿山，必须首先实现矿床的数字化、可视化。根据矿山的实际情况，利用国际上流行、已通过国土资源部认证的矿业软件，建立地质信息数据库和测量控制数据库与矿床地质模型，实现矿山地形地物、开拓及采掘工程系统、矿体、岩体、构造等地质体及地质现象的三维动态显示，实现矿石储量品位按不同矿石自然类型、不同品级、不同空间分割块段的自动化计算，逐步实现矿山地质、测量工作及矿石资源的计算机动态实时管理。并在矿业软件平台上进行矿山生产技术管理和采矿生产设计，为矿山建设数字矿山奠定基础。
3.2生产过程自动化、数字化
矿山企业生产过程的自动化、数字化不同于一般的制造企业，特别是分布于不同中段的采掘生产，由于作业地点分散、作业过程不连续、作业条件恶劣等原因，完全实现自动化、数字化难度较大。因此，需要借鉴冶金、有色、煤炭等国内外矿山的经验系统规划。生产过程的自动化、数字化主要内容包括：提升系统自动化、充填系统自动化、选矿系统自动化、运转系统自动化（通风系统自动化、排水自动化、配电自动化、供风自动化）、数字视频监控系统、安全监管自动化（井下人员跟踪定位、井下移动通讯系统、机车信集闭系统、溜井检测自动化）等六个方面的内容。
3.3生产经营网络化、数字化
生产经营数字化的基本功能以成本分析与控制为核心以安全管理和提高管理效率为基本目标进行规划。主要包括全面预算管理、材料消耗管理、人力资源管理、全员目标管理、成本分析控制以及化验管理、能源计量信息管理、安全信息管理、协同办公等几个方面的内容。
4、数字矿山建设的目标
4.1应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和矿山生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。
4.2通过应用软件，实现经营管理科学化，生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化。
4.3保证矿山生产安全，提高产量和质量，提高企業经济效益和竞争能力。
4.4促进矿山标准化、规范化、示范化目标的实现。
数字化山最终表现为矿山的高度信息化、自动化、高效率、高安全和高效益。
参考文献：
1.张瑞新，梅晓仁，胡彪，等。数字矿山关键技术与实施方案[J]。东北大学学报：自然科学版，2004
2.朱平.浅谈数字化矿山中的局域网基础改造[J]。有色冶金设计与研究，2011
3.王李管，曾庆田，贾明涛。数字矿山整体实施方案及其关键技术[D]。长沙：中南大学
4.吴立新，朱旺喜，张瑞新。数字矿山与我们未来矿山发展【J】。科学导报，2004