互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代數(shù)字化礦山的研究與發(fā)展

王 雷，劉培雄

（甘肅辰州礦產(chǎn)開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 甘南州 747000）

2013 年之后，我國經(jīng)濟(jì)開始呈現(xiàn)高速增長趨勢，地質(zhì)行業(yè)逐漸受到冷落；同時(shí)，也逐漸遺留下不少歷史問題。當(dāng)前，我國轉(zhuǎn)高速度發(fā)展為高質(zhì)量發(fā)展，地質(zhì)行業(yè)的工作范圍也逐漸擴(kuò)大，不再是簡單的礦產(chǎn)探索，還包括地質(zhì)資源研究等；但礦產(chǎn)仍是地質(zhì)行業(yè)中尤為重要的一環(huán)。信息化是當(dāng)下所有產(chǎn)業(yè)的趨勢，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，為其能動(dòng)性增值。礦產(chǎn)企業(yè)作為資源開發(fā)的主導(dǎo)者，也必須適應(yīng)時(shí)代要求，走發(fā)展數(shù)字化的道路；建立數(shù)字化礦山，實(shí)現(xiàn)探礦智能化，達(dá)到真正的科學(xué)采礦。將數(shù)字化概念融入每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，以期形成綠色礦山，助力整個(gè)行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。通過研究分析、發(fā)掘問題、提出發(fā)展建議，旨在揭示互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，數(shù)字化礦山的重要性。

1 數(shù)字化礦山的研究分析

1.1 現(xiàn)狀研究

1.1.1 我國礦山企業(yè)的特點(diǎn)

礦山企業(yè)是建立數(shù)字化礦山的主體，因此要科學(xué)規(guī)劃數(shù)字礦山建設(shè)，首先要厘清我國礦山企業(yè)的特點(diǎn)所在。

（1）周期長、風(fēng)險(xiǎn)高、效率低。礦山建設(shè)一項(xiàng)綜合性與復(fù)雜性的長戰(zhàn)線工作。地質(zhì)成礦規(guī)律導(dǎo)致了我國的礦產(chǎn)資源分布不均，因此大多數(shù)的建設(shè)工作都需要在不明朗的情況下，進(jìn)行探礦、選址與開發(fā)。加之我國地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，將礦山建設(shè)周期無限延長，效率也由此降低。近來年，隨著社會(huì)需求的不斷加大，對(duì)礦山建設(shè)與礦產(chǎn)資源提出了新的要求，進(jìn)一步加劇的工程當(dāng)中的風(fēng)險(xiǎn)因子。

（2）經(jīng)濟(jì)效益遞減。從開采前到完成開采，礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益呈現(xiàn)遞減趨勢。在建設(shè)初期到投入生產(chǎn)，相應(yīng)的配套設(shè)備需要不斷進(jìn)行調(diào)試，工藝流程也需要不斷核對(duì)，這一過程大致估算需要1 年～2 年。這一階段的特點(diǎn)就是耗時(shí)長且?guī)缀鯖]有經(jīng)濟(jì)效益的流入。在開采過程中，又會(huì)出現(xiàn)諸多不確定的因素，影響建設(shè)工作的進(jìn)行。在一個(gè)周期的開采起后，礦山逐漸步入衰老期，礦產(chǎn)資源開始不可逆的減少，開采的成本也開始增加，這個(gè)時(shí)候礦山的經(jīng)濟(jì)收益已經(jīng)開始出現(xiàn)“入不敷出”的情況。

（3）工作環(huán)境艱苦。礦山工作由于需要長期深入地下通道，進(jìn)行探礦、采礦工作；但通道內(nèi)大多狹長黑暗，給工作帶來了難度；在作業(yè)時(shí)，設(shè)備機(jī)械的噪音大。通道里通訊條件差，現(xiàn)代設(shè)備也難以在這樣的環(huán)境下，進(jìn)行精確的信息傳達(dá)與操作控制。礦山工作長期處于艱苦的環(huán)境中，已是常態(tài)現(xiàn)象。

1.1.2 建設(shè)數(shù)字化礦山的現(xiàn)狀

21 世紀(jì)初，我國開始致力于建設(shè)數(shù)字化礦山，相較于發(fā)達(dá)國家，我國在這一領(lǐng)域的建設(shè)起步較晚。但隨著我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，數(shù)字化礦山還是獲得了顯著的成果。

（1）尚未建設(shè)完善成熟。目前，我國尚處于數(shù)字化礦山的初期階段，關(guān)于實(shí)現(xiàn)集成信息與動(dòng)態(tài)信息傳達(dá)，仍未形成系統(tǒng)的建設(shè)體系，還在摸索之中。從數(shù)字化礦山的發(fā)展理念來看，我國尚未實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化，仍需通過不斷的地質(zhì)發(fā)現(xiàn)與礦業(yè)探究，逐步去完善成熟。

（2）由單一化轉(zhuǎn)向多元化。我國的數(shù)字化礦山雖暫不成熟，但也朝著規(guī)范化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。近幾年，數(shù)字化礦山正逐漸從單一化轉(zhuǎn)向多元化，即從原先的分散孤立個(gè)體化建設(shè)，發(fā)展為集成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，逐步向全面融合的方向努力，以期實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輔助下，數(shù)字化與行業(yè)的融合，助推科學(xué)規(guī)劃，全面管控礦業(yè)發(fā)展與礦山開采。

（3）落實(shí)安全高效的生產(chǎn)。隨著數(shù)字化理念在礦山企業(yè)中的貫徹，數(shù)字化礦山已經(jīng)成為了實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)的最佳路徑。我國國內(nèi)大多數(shù)的大型企業(yè)，都建立了綜合的管理平臺(tái)；用以進(jìn)行自動(dòng)化控制、安全監(jiān)管、探礦采礦、確定礦山地質(zhì)以及探究地質(zhì)資源等多元化的操作平臺(tái)。這不僅給行業(yè)帶來了新的機(jī)遇，給企業(yè)帶來了效益，最重要的是，保障了礦山工作者的安全與及時(shí)的信息傳達(dá)。同時(shí)，利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的溝通交流，打破了傳統(tǒng)的工作信息傳播屏障，無形之中設(shè)置了企業(yè)與員工、員工與員工之間的“互聯(lián)網(wǎng)”，促進(jìn)工作的高效完成。

（4）逐步實(shí)現(xiàn)安全管理。礦山工作者的安全問題，是國家與企業(yè)一直以來重點(diǎn)關(guān)注與頭疼的問題。數(shù)字化礦山破解了這一難題，利用數(shù)字化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的安全管理。利用AR 與數(shù)字模擬等方式，對(duì)工作流程進(jìn)行預(yù)先模擬，分析預(yù)設(shè)突發(fā)事件，進(jìn)行專業(yè)的安全培訓(xùn)，幫助工作者進(jìn)行處理。數(shù)字化礦山的建設(shè)，不僅提高了安全意識(shí)，還鍛煉了危機(jī)處理的實(shí)戰(zhàn)能力。同時(shí)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立數(shù)字化的安全管控制度，將安全因素納入員工的日常考核中。

1.2 體系結(jié)構(gòu)研究

數(shù)字化礦山是一個(gè)系統(tǒng)且復(fù)雜的體系，它涵蓋了多學(xué)科、多領(lǐng)域的相關(guān)理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。基于理論知識(shí)與前人研究，建立了數(shù)字化礦山的體系結(jié)構(gòu)。如圖1 所示。

由圖可知，數(shù)字化礦山的體系結(jié)構(gòu)大致由以下幾個(gè)部分組成。

圖1 數(shù)字化礦山的體系結(jié)構(gòu)

1.3 技術(shù)研究

1.3.1 安全與預(yù)警技術(shù)

安全與預(yù)警技術(shù)是數(shù)字化礦山的重要技術(shù)，以快速、實(shí)時(shí)定位的方式，建立穿透性的礦井可視化模型，利用信息分層，實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)外的關(guān)聯(lián)作業(yè)。保證工作者的安全，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能夠有效定位預(yù)警。同時(shí)，基于對(duì)礦山災(zāi)害事件的研究，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)機(jī)制，通過選取多類數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析；結(jié)合地質(zhì)行業(yè)與礦業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行剖析，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)制定安全監(jiān)測系統(tǒng)以及應(yīng)對(duì)危機(jī)處理對(duì)策。建立數(shù)字化礦山，研究礦井內(nèi)部裝置最大接觸距離，利用超高頻的高精度測距技術(shù)，進(jìn)行精確的測量，劃出礦井距離“紅線”，在趨近危險(xiǎn)距離時(shí)，發(fā)出警告。全方位實(shí)現(xiàn)對(duì)工作者的安全保障機(jī)制。

1.3.2 高效生產(chǎn)技術(shù)

在建立數(shù)字化礦山初期，存在諸多種類不一網(wǎng)絡(luò)通訊方式，方式繁雜且不統(tǒng)一，使用起來常前后矛盾。當(dāng)前，數(shù)字化礦山為破解這一問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，制訂了系統(tǒng)的編碼體系；實(shí)現(xiàn)了礦山之間的信息傳達(dá)與共享，加快了高效生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，利用數(shù)字化研究礦山生產(chǎn)運(yùn)作過程，提出優(yōu)化協(xié)同方案；利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)銜接好每一個(gè)工作流程。開發(fā)綜合性一體化平臺(tái)，將信息進(jìn)行分層處理，進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)錄入與存儲(chǔ)；達(dá)到整個(gè)作業(yè)流程智能化與高效化。

1.3.3 新型傳感技術(shù)

基于云數(shù)據(jù)算法，利用礦井大數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄與儲(chǔ)存；同時(shí)，研究傳感技術(shù)，設(shè)計(jì)智能傳感器，監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)流動(dòng)，防止偽數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，做好工作過程前中后期，數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)性的檢測。

2 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代數(shù)字化礦山存在的問題

目前，我國的數(shù)字化礦山建設(shè)成效良好，但由于起步較晚，相關(guān)的體系與制度尚不完善，還存在著不少亟需破解的問題。

2.1 平臺(tái)建設(shè)尚不成熟

目前，我國的數(shù)字化礦山建設(shè)平臺(tái)尚不成熟，還不能系統(tǒng)的進(jìn)行運(yùn)作，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的空間與數(shù)據(jù)集成管理。由于平臺(tái)的不完善，導(dǎo)致大多數(shù)的礦業(yè)企業(yè)與工作者的對(duì)于數(shù)字化建設(shè)存在疑惑，消極的心態(tài)因素一定程度上，阻礙了數(shù)字化礦山的建設(shè)。

2.2 專業(yè)人才匱乏

在礦井作業(yè)的工作者，大多是一些農(nóng)民工；年輕的礦工，普遍專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)薄弱，再加上開采方式基本是以人力為主，導(dǎo)致整個(gè)工作流程效率較低。而經(jīng)驗(yàn)豐富的礦工又臨近退休。因此，應(yīng)大力吸納本土或外來專業(yè)人士，同時(shí)積極開設(shè)專業(yè)培訓(xùn)課，培養(yǎng)新一代礦業(yè)工作者；多措并舉地建立專業(yè)的人才隊(duì)伍。

2.3 缺乏關(guān)鍵技術(shù)

由于相關(guān)的體系制度尚未建立齊全，理論知識(shí)支撐也相對(duì)較少。應(yīng)基于國外與我國的成功案例，優(yōu)化與補(bǔ)充數(shù)字化礦山的關(guān)鍵技術(shù)。

3 發(fā)展建議

建設(shè)數(shù)字化礦山是一個(gè)系統(tǒng)工程，也是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。需要按需出發(fā)，以礦山的實(shí)際情況，選擇最優(yōu)方案進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

3.1 構(gòu)建完善的系統(tǒng)平臺(tái)

通過構(gòu)建模型，利用云數(shù)據(jù)采集海量有效信息；基于3DGIS 技術(shù)將平臺(tái)規(guī)范化、系統(tǒng)化。利用數(shù)字編碼將信息進(jìn)行組織、融合，再整體放入平臺(tái)中進(jìn)行運(yùn)作。確保在礦山企業(yè)中流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)的被監(jiān)測。

3.2 建立人才隊(duì)伍

人是一切產(chǎn)業(yè)勞動(dòng)與發(fā)展的主體，鑒于我國礦山專業(yè)工作者的缺失，吸納與培養(yǎng)人才已迫在眉睫。要建立人才隊(duì)伍，首先要做好安全保障與福利待遇，要給礦井工作者營造安全的工作環(huán)境，提高待遇，避免人才流失。

3.3 借鑒國外先進(jìn)技術(shù)

國外在數(shù)字化礦山的建設(shè)方面較為先進(jìn)，技術(shù)與理論也較為成熟全面。因此，我國在建設(shè)數(shù)字化礦山時(shí)，可以積極借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，取其優(yōu)勢，棄其劣勢。從借鑒技術(shù)到融合技術(shù)、再到創(chuàng)新技術(shù)與發(fā)展技術(shù)，不斷在學(xué)習(xí)與創(chuàng)造中，探索出適應(yīng)我國建設(shè)數(shù)字化礦山的最佳路徑。

4 結(jié)語

我國已然邁入新時(shí)代，地質(zhì)行業(yè)的重新興起，礦業(yè)也受到了前所未有的重視?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代的全面覆蓋，給數(shù)字化礦山的建設(shè)帶來了新的機(jī)遇；將數(shù)字化融入到基層，助推礦山的發(fā)展。機(jī)會(huì)的同時(shí)也有挑戰(zhàn)，礦山企業(yè)與工作者必須意識(shí)到，數(shù)字化礦山的建設(shè)不是一蹴而就的，需有的放矢地統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)管理、培養(yǎng)人才。借鑒國外技術(shù)與理論，創(chuàng)新與發(fā)展適應(yīng)我國的新技術(shù)，助推礦山的穩(wěn)健發(fā)展。