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摘 要：数字矿山是一项系统工程,露天煤矿数字矿山建设对于矿区的发展具有重要的促进作用.本文对数字矿山的概念及建设的意义进行了简要论述,并分析了国内露天煤矿的发展现状及存在的主要问题,提出了数字露天煤矿的建设目标和具体实施内容,以期促进露天煤矿数字矿山建设进程.
关 键 词：露天煤矿数字矿山建设
中图分类号：TD216文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0051-01
随着时代的不断进步和发展,科学技术日新月异,矿产资源的需求量不断增加,开采加工难度不断增大,给采矿业带来了巨大的冲击,机遇和挑战并存,这就要求采矿业不断走向数字化和智能化,以提高开采质量.1998年,美国前副总统戈尔在“数字地球―展望21世纪我们这颗行星”的演讲中提出了“数字地球”（DigitalEarth）的概念,1999年召开的首届“国际数字地球”大会上又提出了“数字矿山”（DigitalMine）的概念.“数字矿山”的提出,为矿业发展指明了方向.为进一步促进露天煤矿的可持续发展,其必须结合自身实际,加强数字矿山建设,以促进经济效益和社会效益的提高.
1数字矿山的内涵及研究意义
目前,对于“数字矿山”的定义国内外尚未完全统一.通俗地讲,数字矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标信息及其相互关系为基础而组成的信息框架,并在该框架内嵌入我们所获得的信息的总称.对于数字矿山建设,概括起来目前主要有以下五种观点,即数字地球观点、地质模型观点、信息管理观点、监控系统观点和工程应用模式观点.对于数字矿山的功能内涵,必须从对矿山数据的存储、传输和表述向更深层次延展,并不断拓宽各个层次的应用,应涵盖数据的获取、存储、传输和表述,矿山生产与经营决策优化,各种设计、计划工作和生产指挥的计算机化,生产工艺流程和设备的自动控制等多个方面.数字矿山建设,具有重要的现实意义,第一,数字矿山能以数字化的形式全面反映矿区的地质信息、力学信息、露天煤矿矿产资源的储量和开采情况,有利于根据这些数据信息做出合理的开采规划,在保证矿产资源稳定供应的同时,促进资源的合理利用和环境保护工作,以促进经济社会的可持续发展.第二,数字矿山能适应日益增多的深井开采条件,并结合自动化开采技术,使矿工远离高温和岩爆威胁等恶劣环境,减少和避免矿山安全事故.第三,对矿山开采引起的各类生态破坏和环境污染问题进行数字化分析,以为矿山的生态重建方案、灾害评价与预测预报体系等提供参考依据.
2露天煤矿数字矿山建设存在的问题
近年来,我国露天矿紧跟时代步伐,大力致力于数字矿山建设,取得了一定的成效,但数字矿山的建设总体上仍处于起步阶段.部分露天煤矿仍处于劳动密集型的机械化初级水平,管理粗放,煤炭开采技术、装备水平、矿山地质测量信息管理手段相对落后,缺乏三维可视化手段；煤矿开采设计和计划缺乏统一规划,大多以经验为主,缺乏科学性；过程控制程度低,生产效率不高.另外我国部分矿山企业对进行数字矿山建设的重要性认识不足,建设积极性不高,缺少长远规划和发展目标,影响数字矿山建设的进程.同时矿床开采涉及的领域较为广泛,需要多种技术的综合支撑,存在一定的技术阻碍.对于露天煤矿的数字矿山建设不可能一蹴而就,还需要较长时期的不懈努力.
3数字露天矿建设的主要内容
数字露天矿的建设应综合考虑本矿区的生产管理需求及具体实际,设定合理的数字矿山建设的长期目标和内容：实现资源与开采环境的数字可视化、安全化和环保化,技术装备智能化与生产过程控制自动化,信息传输网络化与资源高度共享化,管理与决策科学化.具体而言,其主要可侧重于以下几个方面的研究和实践.
3.1虚拟条件下矿山模拟开采技术研究
为促进矿山开采的科学性,数字矿山建设倡导对虚拟条件下矿山模拟开采技术研究,以期为矿山开采提供参考依据.其主要是综合考虑矿区的地质情况、矿床模型等,构造虚拟矿山,进行数字模拟开采,合理编制露天煤矿的开采计划、采矿方法、边坡工程设计、灾变应变预案等,此项技术的重点在于以优化开采为目标,有利于提高矿山开采的效益.
3.2矿山数字地质、矿床模型研究与开发
矿山数字地质、矿床模型研究与开发,有利于实现对矿区地理信息的全面把握.可采用矿山地理信息系统建立统一的时空框架,全面整合矿山各类系统中的大量异质信息,建立数据仓库及模型库,实现数据共享.具体而言,应注重对空间和矿物属性的矿山实体数字地质、矿床模型、采场和排土场模型,地理信息系统和虚拟现实模型等的建立,实现对矿床中矿、岩的空间分布的全面了解,其主要利用RS、GPS、GIS、常规测量、地质写实、取样化验等各种实时在线采集系统与技术手段获取.根据钻探或遥感、遥测信息建立矿床地质构造模型,根据钻孔、探槽和炮孔取样建立有关矿、岩属性的空间数字模型.
3.3实现生产过程管理和控制一体化
矿山生产过程管控一体化是指应用可视化技术,实现生产过程、工艺、设备、仪器的自动监测与控制.其主要包括：（1）生产调度监控系统,其是运用计算机、GPS、无线通讯及设备监测监控技术实现对生产过程及生产设备的真三维显示,加强对开采设备生产作业参数及状态的监测和故障的诊断,并根据实际情况,对采场运输进行合理的优化调度.（2）生产决策支持系统,将矿山中的固有信息如地面地形、煤田地质、开采方案等数字化,按三维坐标构建数字矿山,并进行矿山三维地学仿真显示、开采过程模拟分析等工作.（3）管理信息系统（MIS）,其将计划管理、设备管理、财务管理、材料管理等相关信息嵌入到数字矿山三维框架内,对多维数字矿山进行构建.（4）矿山安全监测与预警系统,其以实体数字地质模型为基础,综合各类数据信息,对矿床开采进行安全监测与预警,以促进矿区环境保护,预防地质灾害的发生.
3.4开发矿山应用软件及人工智能技术研究
为促进数字矿山建设,必须配置相应的矿山应用软件,如采矿CAD、虚拟矿山、采矿仿真、工程计算、人工智能和科学可视化等软件工具.另外应将电子与机械技术相结合,实现遥控机器人采矿,提高露天煤矿生产效率.同时为实现矿山的智能化,应加强人工技能技术的研究,实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能.
综上所述,数字矿山是矿业发展的必然趋势,数字矿山建设是露天煤矿一项庞大的系统工程,应综合考虑我国矿山现阶段的技术、装备、管理水平,分阶段实施,逐步系统完成,促进矿山真正安全、高效、经济开采,构建生态矿业工程,并最终实现资源、环境与经济三者的和谐统一,达到可持续发展的目标.