浅议计算机技术在采矿工程中的应用

《工业控制计算机｝２０１４年第２７卷第４期　１６１　浅议计算机技术在采矿工程中的应用　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　赵永安　（潼关中金黄金矿业有限责任公司，陕西潼关７１４３０３）　摘　要　目前我国矿山企业信息化改造的薄弱环节是生产技术的改造，有必要将信息技术直接嵌入到采矿生产工艺与过程中　去。在论述计算机在采矿工程中应用现状的基础上，还将讨论计算机技术在采矿方面未来的实际应用及发展方向。最后。　作为一个计算机技术在采矿工程安全生产方面的应用案例，着重论述了潼关中金黄金矿业有限责任公司的矿山井下人员　定位、通讯联络、环境监测监控等系统。　关键词：采矿工程，计算机技术，数字化，避险系统，安全生产　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉ—　ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｓｐｅｃｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｆ　Ｔｏｎｇｇｕａｎ　Ｚｈｏｎｇｊｉｎ　Ｇｏｌｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｅｏｐｌｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｗｅｌｌｓ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ　ｃｏｎｔａｃｔ　ａｎｄ　ｅｎ—　ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｅｔｃ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ。ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｋｅｅｐｉｎｇ　ａｗａｙ　ｆｒｏｍ　ｄａｎｇｅｒ．ｓａｆｅｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　

在采矿工业中计算机应用范围包括：信息数据处理、矿山开采　优化设计、矿床模型建立、矿山生产动态管理系统等。毫无疑问，计　算机在采矿工业中的应用几乎涉及到了采矿工程的各个方面。　１　计算机技术在当前矿山生产中应用　上世纪九十年代后，随着国家信息化的快速发展，矿山企业因　市场环境的变化使得矿山生产计算机信息化的建设步伐加快，主　要在如何提高矿山生产效率与管理效率、降低开采成本、提高矿山　开采的技术水平和生产能力等方面进行了大量的应用，大致有：　１．１数据库管理信息系统　数据库管理信息系统是在采矿工业中应用最早也是最成熟　的计算机技术，如今它已被广泛应用于地质勘探、矿山设计、生产　管理等日常生产活动。目前新开发的数据库管理信息系统是智能　数据库系统，这种数据库系统在新的数据加入原数据库后，原数　据库可以自动对整个数据进行重新组织或安排，以保证对数据查　询和处理的有效性和快速性。例如：国内目前已有软件程序员使　用ＶＢ编程语言编写了《储量计算自动化程序》，数据库用的是微　软的办公系统数据库。储量计算方法完全按照有关地质勘探规范　规定，使用时只需将矿床储量计算有关原始数据按程序表格样式　输入电脑，再输人工业指标后，即可完成工程中矿体圈定与厚度、　平均品位和各类型、各级别储量的合计等。使用电脑进行储量计　算厩可提高精度与地质工作水平，又能提高工作效率。　１．２计算机辅助设计　在采矿工业中，最常用的计算机辅助设计开发软件是Ａｕｔｏ－　ＣＡＤ。另外目前尚有一些ＣＡＤ开发软件是专为采矿工业研制的，　这些软件包括：矿业管理软件、地下采掘计划等软件。安徽铜都铜　业股份公司的狮子山铜矿引进的就是Ｄ　ｒＡ　ＭＩＮＥ软件，以使矿　山企业投资效益最佳。目前，我国的许多矿山和大学科研机构合　作在ＡｕｔｏＣＡＤ平台上开发出多种实用的矿山辅助设计软件。　１．３矿山生产调度和生产控制　国内的一些矿山企业已积极采用新工艺、新技术、新设备开　展创新改造工作，使得企业的生产过程自动化、设备智能化的水　平有了较大的提高，尤其是计算机技术在矿山生产调度和生产　控制的广泛采用，例如德兴露天铜矿早在１９９８年就开始采用美　国模块公司的ＤＩＳＮＴＣＨ系统，据统计，设备使用率提高了７％　以上，年采矿成本减低１５００万元。　２国外本领域的发展趋势　以远程遥控和自动化采矿、人工智能技术应用为特点的矿　山计算机数字信息化，将成为未来采矿业的大势所趋。　国际上一些采矿业发达国家已纷纷利用计算机数字信息技　术来改造和提升其采矿业，例如加拿大在２０５０年的远景规划中　计划在其北部边界实现机械自动破碎和自动切割采矿。瑞典也　制定了向矿山自动化进军计划，不仅变革了传统矿业沿袭百年　的生产工艺和组织管理模式，而且极大地提高了矿山企业的生　产效率和安全水平。　采矿对人工智能的研究仍属起步阶段，但是，这些问题也只　是暂时的，随着人工智能技术的迅猛发展，不久的将来，把人工　智能技术应用于采矿业也是必定无疑的。　３国内矿山企业计算机数宇信息化发展方向、主要目标　３．１发展方向　计算机的应用可以将矿山各种数据、信息综合起来，实现科　学分析、虚拟现实、模拟生产等，为矿产资源评估、矿山规划、开　拓设计、生产安全和决策管理提供直观有效和科学的依据，因此　矿山生产程序的模拟、自动开采和智能化也将是今后国内矿山　企业计算机数字信息化发展的主方向。　３．２主要目标　国家安全监管总局的安监总管一［２０１　１］１０８号文件中就明确　指出：大力推进金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”（以下简　称“六大系统”）建设工作，切实提高地下矿山企业安全保障能力，　以力争２０１　３年６月底前全面完成“六大系统”建设任务。这“六大　系统”中，其中就有计算机信息技术的应用，可大致实现以下功能：　１）建立以光纤、电缆或无线通讯为主体的通讯网络，形成语　音、视频与数据同网传输的网络体系，实现矿山生产人员与移动　设备的跟踪、定位；　２）采用工业以太网及视频监视系统，实现对矿井生产系统　１６２　浅议计算机技术在采矿工程中的应用　及设备的智能化监控以及对开采环境，如温度、风速、地压监控　等数据的自动采集、智能分析、处理等。　下一步将会采用成熟的计算机软件系统，实现矿山开采环　境的数字化、模型化与自动化。　４计算机技术应用实例：潼关矿业公司矿山井下人员定位、通　讯联络、环境监测监控系统　随着计算机技术的不断发展和普及，矿山信息化已成为每　个矿山的重要组成部分，矿山井下通风设施、环境设备（供配电、　通风、消防等）必须时时刻刻提供正常的运行环境。为了保证矿　山生产系统安全可靠工作，对矿山井下的人员、动力、环境、设备　等进行轨迹定位监控和有机管理是极其必要的。　中金黄金集团公司在其旗下的子公司大力推行井下安全避　险“六大系统”，比如：笔者所在的潼关中金黄金矿业公司（以下　简称潼关矿业公司）已分别在一分矿６４０、三分矿１Ｏ１６、八公里　分矿１２７２等坑口建设该系统，目前已建成井下安全避险“六大　系统”并已投人生产运营，并于２０１３年１２月初通过了集团公　司的验收。而“六大系统”中的“井下通讯联络、环境监测监控、人　员定位”等系统，正是计算机技术在矿山安全生产中的典型应　用。主要由系统承载网、人员定位系统、视频监控系统、环境监测　系统、调度通信、数字广播等功能部分组成。其功能及井下布设　状况现分述如下：　１）系统承载网。其作为各个系统的传输平台，传输介质采用　光纤传输，光缆选用扬州艾美克的工业级８芯单模、矿用阻燃　型。服务器为４台ＤＥＬＬ的ＰｏｗｅｒＥｄｇｅ型，地面核心交换机采　用迈普ＭＰ２８０４一ＡＣ工业级交换机，井下使用的交换机为６台　迈普ＳＭ３１００—２６ＴＣ—ＡＣ型，分别安装在调度中心、６４０坑口值　班室、２号斜井上、２号斜井下、４００中段空压机房、６４０中段南　西巷口。１２７２坑口有同型号交换机３台，分别安装在坑口值班　室、井下十字交叉口和西沿脉斜井平台。　２）人员定位系统。公司的人员定位系统采用深圳翌日生产　的ＫＪ２７２一Ｆ基站，６４０坑口共有５３个，１２７２坑口共有１２个，　根据现场实际情况安装，并给下井人员配备有ＫＪ１５２一Ｋ型人员　识别卡。通信线缆均采用天津产的ＭＨＹＶ２　２　７／０．２８型。光缆　为国产的８芯铠装。计算机服务器采用浪潮ＮＰ３０２０Ｍ２型，定位　系统软件为ＫＪ２７２型。该系统使矿山管理人员能够随时掌握巷　道中人员的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于更加合理　的进行生产调度管理。在地面或者网络上实时监控当天下井的　每个中段、每个层面工作人员详细情况，在计算机显示终端支持　实时轨迹和历史轨迹回放，人员如果在井下遇到紧急情况，可以　使用人员识别卡向地面发出紧急求救信号，地面控制中心人员　根据系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，　及时采取相应的救援措施，大大提高了应急救援工作的效率。　３）视频监控系统。视频监控系统由两部分组成：大屏系统、终　端摄像机。矿部监控指挥中心的电视墙由９块４６寸工程液晶拼接　屏和１６个２２寸工业级监视器组成。以方便对视频信号、网络信号　进行显示和切换。可以将井下视频信号、人员定位信息、环境监测　信息等方便、准确的显示在大屏或者监视器上。终端网络摄录设备　系采用捷威的ＪＣ一１　１３ＡＨＪ—Ｌ型ＩＰ网络摄像机，可以提供高清视　频信号。整个系统有摄像机１５个，根据实际情况分别安装在坑口、　斜井上下平台、车场等重要场所。该系统还采用ＤＥＬＬ的网络存储　服务器与北京研华Ｐ６１０监控服务器各２台，监控平台软件系深圳　的ＩｍａｇｉｎｅＷｏｒｌｄＳｔａｔｉｏｎ—Ｚ软件，可提供摄像机视频图像管理、回　放、存贮等功能，存储介质为希捷的２ＴＢ容量的硬盘共２块。　４）环境监测系统。该系统由深圳翌日的ＫＪ１５２一Ｆ传感主基　站１台、同型号的传感分基站６台、ＫＧＦ２型风速传感器１２台、　ＧＦＤ６型风机开停传感器、开关传感器、通信电缆、江西飞尚的　土压力盒压力传感器５个、１套弦震采集器、两套深圳翌日　ＫＪ２７２型环境数据采集分析系统软件、一台ＮＰ３０２０Ｍ２型浪潮　分析服务器等部分组成。可对井下有毒有害气体浓度、风速、风　机运行工况、地压等环境实时监测，以上各方面的数据可即时地　显示在监控中心的大屏上或坑口值班室的计算机终端显示器　上。如果有害气体浓度超出所设置的安全值，系统可自动进行报　警。其中风速、风机开停为在线式监测，地压监测主要是对井下　采空区、地质条件复杂、有严重地压活动的采场的岩石压力进行　在线式监测，在这些地方均安装有土压力盒地压监测仪，以实现　对采空区稳定性、顶板压力、位移变化等动态监控。　５）调度通信系统。为方便操作，配备数字触摸屏一台。调度　通信系统由１台工控机、１台触摸屏、４台友讯的Ｄ—Ｌｉｎｋ视频　监控中心交换机、１Ｏ台语音网关、２５个朗驰的单路视频解码器　等组成。采用纯软件控制，达到强插、强拆、监听等调度功能。　６）井下数字广播系统。采用接入视频监控网络的疗式实现　井下广播，由１Ｏ台国产永泰ＹＴ１５０型功放、３０台ＹＴＳ０２定向　号角、１０台山特Ｃ６ＫＳ／２Ｈ型ＵＰＳ电源、２台舒雅６０７型麦克　风、２台监听音箱以及提供系统网络广播功能的Ｉｍａｇ—　ｉｎｅＷｏｒｌｄＳｔａｔｉｏｎ—Ｇ数字网络广播系统软件等部分组成，可在调　度室对井下实现喊话、广播等功能，以及时发布相关信息。　公司在地面设调度系统监控中心站，可通过对巷道远距离　移动目标进行非接触式信息采集、处理，并及时、准确地将矿山　巷道中各个区域人员的动态情况反映到地面计算机管理系统，　实时监控、准确掌握井下人员动态分布情况和采掘工作面人员　数量；建立具有监控井下各作业区域人员的ＧＰＳ动态坐标分布　及作业环境变化（地压、风速、有毒物质浓度）监测和超标报警、　实时通话、下井人员考勤与实时统计、个体信息收录等功能的管　理系统。总之，这些安全生产避险系统的有效运转都要依靠强大　的计算机系统作为保障。　５结束语　目前，我国矿山企业信息化改造的薄弱环节和难点是生产　技术的改造。采矿生产中的检测、控制、调度、监视、报警等方面　都可引入计算机信息技术，进行实时处理。计算机技术作为一种　辅助支持手段，将逐渐与采矿生产实践与采矿安全紧密结合，使　过去认为难以解决的采矿工程问题得以解决，这些技术的发展　和应用必定大大推动矿山安全生产与管理的计算机化，将人们　从Ｅｌ常繁重的劳动中解放出来，提高矿山企业从业人员人身的　安全性及生产效率。