譚坪煤礦數(shù)字礦山生產(chǎn)決策系統(tǒng)研究

趙文舉

（山西焦煤霍州譚坪煤電有限責(zé)任公司，山西 臨汾 042100）

1 前言

礦山數(shù)字化平臺(tái)的建設(shè)給礦山生產(chǎn)的決策提供了大量的幫助，多數(shù)礦山企業(yè)在其生產(chǎn)決策環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)了信息的采集、處理和利用的計(jì)算機(jī)化。但是在信息的深層次利用上有所欠缺，難以形成系統(tǒng)化的決策支持體系。譚坪煤礦以“數(shù)字礦山”為基礎(chǔ)，建立適合企業(yè)自身的生產(chǎn)決策，已成為礦山企業(yè)迫切需要解決的問題。

2 數(shù)字礦山系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

為了滿足礦山企業(yè)的各種需求，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)的信息共享和協(xié)同操作，可以將數(shù)字礦山系統(tǒng)分為三個(gè)主要平臺(tái)：“數(shù)字礦山”系統(tǒng)核心平臺(tái)、管理決策系統(tǒng)平臺(tái)和安全生產(chǎn)系統(tǒng)平臺(tái)，如圖1所示。

2.1 “數(shù)字礦山”系統(tǒng)核心平臺(tái)

在數(shù)字礦山總體結(jié)構(gòu)框架中，系統(tǒng)核心平臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、系統(tǒng)應(yīng)用層和WEB層等四個(gè)部分。

（1）數(shù)據(jù)采集層。礦山數(shù)據(jù)的獲取主要包括地測(cè)數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、采購(gòu)數(shù)據(jù)以及采礦工程數(shù)據(jù)等方面，礦山數(shù)據(jù)的獲取具有多源性特點(diǎn)，因此應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)施有效的組合和疊加，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量達(dá)到最優(yōu)。

（2）數(shù)據(jù)處理層。生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)過采集后一些數(shù)據(jù)通過分類、排序、綜合分析的數(shù)據(jù)挖掘過程，從海量的礦山數(shù)據(jù)中提取有價(jià)部分組成新的數(shù)據(jù)庫；一些數(shù)據(jù)通過生產(chǎn)計(jì)劃模型、采礦CAD設(shè)計(jì)、工程計(jì)算、人工智能、三維可視化、采礦仿真等系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算。

（3）系統(tǒng)應(yīng)用層。同時(shí)對(duì)企業(yè)的整體運(yùn)營(yíng)、操作起著決策、管理、控制作用，以提升業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)、發(fā)布和維護(hù)效率，實(shí)現(xiàn)開發(fā)過程中的用戶參與、快速開發(fā)、快速應(yīng)用和靈活調(diào)整。

（4） WEB層。為礦山企業(yè)用戶提供信息查詢、匯總、分類、搜索、發(fā)布等方面的及時(shí)、有效的個(gè)性化服務(wù)。

2.2 管理決策系統(tǒng)平臺(tái)

管理決策系統(tǒng)平臺(tái)為礦山的各項(xiàng)日常管理工作提供支持，保障礦山管理人員能夠快速辦公，提高辦公效率。辦公自動(dòng)化子系統(tǒng)是提高辦公效率、減少辦公管理開銷的重要手段；財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)提供了快速便捷的財(cái)務(wù)報(bào)表查詢方式，可極大地提高管理效率與管理精度；物資供應(yīng)管理系統(tǒng)通過建立規(guī)范、完善、高效的物資管理體制及其運(yùn)行機(jī)制，加強(qiáng)物資保管和管理工作，降低儲(chǔ)備資金占用和物資的倉儲(chǔ)成本；機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)提高設(shè)備管理部門的管理水平和服務(wù)質(zhì)量，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；人力資源管理系統(tǒng)可以根據(jù)員工的日常表現(xiàn)快速完成對(duì)其的定級(jí)定崗、績(jī)效考評(píng)等工作；產(chǎn)品銷售管理系統(tǒng)可以快速地根據(jù)生產(chǎn)情況制作銷售方案，完成客戶的訂單需求。

圖1 “數(shù)字礦山”邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.3 安全生產(chǎn)系統(tǒng)平臺(tái)

安全生產(chǎn)系統(tǒng)平臺(tái)為礦山的各項(xiàng)生產(chǎn)工作提供支持，保障礦山的生產(chǎn)高效和安全。礦山地理信息系統(tǒng)是采集、存儲(chǔ)、處理、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其管理的地理數(shù)據(jù)具有空間特性，適合組織、管理和表現(xiàn)大數(shù)據(jù)量、不同類型、動(dòng)態(tài)的空間數(shù)據(jù)或信息，為礦山的生產(chǎn)計(jì)劃編制以及生產(chǎn)管理提供信息平臺(tái)；與地理信息系統(tǒng)類似，礦山三維仿真系統(tǒng)將復(fù)雜、枯燥的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為三維可視化信息呈現(xiàn)給用戶，為礦山管理、監(jiān)測(cè)提供顯示平臺(tái)；計(jì)劃編制系統(tǒng)與地理信息和三維仿真等子系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)礦床地質(zhì)條件、采場(chǎng)圍巖性質(zhì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及礦山生產(chǎn)能力等因素實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的礦山采掘計(jì)劃，幫助決策者做出最佳決策；人員定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠地跟蹤和記錄人員、車輛、材料的具體位置和運(yùn)行情況，同時(shí)監(jiān)視指定區(qū)域，在事故時(shí)可以迅速指出全體人員所在的位置，提供救援依據(jù)；礦山生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)以人員定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過運(yùn)輸控制、設(shè)備監(jiān)測(cè)最大限度地縮短等待時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；生產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)礦山范圍內(nèi)各種隱患進(jìn)行檢測(cè)、預(yù)警及防控，預(yù)測(cè)與預(yù)防生產(chǎn)作業(yè)中的各種災(zāi)害的發(fā)生，維持礦山的正常生產(chǎn)秩序以及人員設(shè)備的安全。

3 生產(chǎn)決策系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建

基于“數(shù)字礦山”的礦山生產(chǎn)決策系統(tǒng)平臺(tái)可以有效地將生產(chǎn)過程中即時(shí)產(chǎn)生的地質(zhì)信息、生產(chǎn)信息、訂單信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，以便于生產(chǎn)決策者制定準(zhǔn)確、詳細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃。礦山生產(chǎn)決策系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)如圖2所示，系統(tǒng)平臺(tái)主要由信息獲取層、生產(chǎn)決策層和作業(yè)操作層部分組成。

圖2 生產(chǎn)決策系統(tǒng)平臺(tái)

（1）信息獲取層是利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將各企業(yè)部門的大量信息進(jìn)行整理和分析，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃、鉆孔信息以及前期生產(chǎn)采樣確定礦山即將開采的地質(zhì)條件、各采區(qū)的位置以及可采儲(chǔ)量等地質(zhì)信息，根據(jù)與客戶間的銷售合同和前期銷售情況對(duì)訂單信息進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合客戶發(fā)布的實(shí)際機(jī)車到達(dá)情況制定最終生產(chǎn)任務(wù)，并將生產(chǎn)任務(wù)傳遞給計(jì)劃優(yōu)化層。

（2）生產(chǎn)決策層以生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型為核心，在原始生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，通過訂單需求到達(dá)順序確定生產(chǎn)優(yōu)先級(jí)，并將多個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行分析處理。生產(chǎn)優(yōu)化模型結(jié)合生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作業(yè)周期分析、生產(chǎn)任務(wù)分析和檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反饋，對(duì)生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整后的參數(shù)傳遞給作業(yè)操作層。

（3）作業(yè)操作層根據(jù)計(jì)劃優(yōu)化層所調(diào)整的各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)通過調(diào)度對(duì)礦山生產(chǎn)過程中的采場(chǎng)流程、洗選流程以及裝車流程進(jìn)行控制，并將最新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)平臺(tái)。信息獲取層對(duì)生產(chǎn)信息獲取及分析，生產(chǎn)決策層對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的反饋結(jié)果進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行新的計(jì)劃優(yōu)化，并將結(jié)果再次反饋到作業(yè)操作層。通過對(duì)開始生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)時(shí)調(diào)整以達(dá)到礦山生產(chǎn)的最優(yōu)結(jié)果。

4 系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

譚坪煤礦煤質(zhì)優(yōu)良，從不同客戶處所獲取的訂單較多。采出的原煤通過礦車運(yùn)輸至4個(gè)不同位置的卸礦口，卸礦口和破碎站直接連通；破碎后的煤炭通過皮帶運(yùn)輸分別進(jìn)入5個(gè)儲(chǔ)煤倉儲(chǔ)藏等待裝車，兩套獨(dú)立的裝車系統(tǒng)完成裝車要求。利用數(shù)字礦山技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始數(shù)據(jù)的采集和整理，并以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)礦山生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持。企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)決策系統(tǒng)平臺(tái)中各部門的相互關(guān)系如圖3所示。部門間通過信息共享、相互決策完成煤礦的生產(chǎn)決策任務(wù)。

圖3 基于決策系統(tǒng)平臺(tái)的部門數(shù)據(jù)傳輸

5 結(jié)論

通過利用“數(shù)字礦山”技術(shù)，將原有的線性擴(kuò)展成為網(wǎng)狀傳輸，完成企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)即時(shí)數(shù)據(jù)與需求信息的有效結(jié)合，以保證企業(yè)訂單數(shù)量及質(zhì)量要求的情況下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。同時(shí)將該系統(tǒng)在譚坪煤礦進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，效果良好。企業(yè)部門間通過信息共享、相互決策完成煤礦的生產(chǎn)決策任務(wù)。