21世纪是信息的世界，现在信息化已经深入到人们生活的方方面面当中，「数字化」已成为知识经济的标志。在传统的采矿工业中，也受到了来自计算机、信息、定位、通讯和自动化技术的飞速发展，而产生的影响和改变。

数字信息技术不仅改变了传统矿业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。

目前发达国家使用数字信息技术来改造采矿业已经相对来说比较成熟，加拿大、美国、澳大利亚等采矿发达国家已经成功实现遥控采矿、无人工作面甚至无人矿井等。

近年来，随著社会经济的发展和国家宏观调控的实施，我国矿山企业的经济形式和运行状态正在发生显著的变化，信息化建设逐渐提高，矿山机械设备、自动监控设备、通讯器材以及各专业应用的行业软体等也得到了长足发展，这些为矿山数字化的研究提供了基本条件。但我国采矿业总体信息化水平还不够高，目前我国矿山数字化程度还很低，矿山数字化建设处于试验和探索阶段。

一、数字矿山的建设内容

数字矿山是以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智慧和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网路技术为支撑，在矿山企业生产活动的三维尺度范围内，对矿山生产、经营与管理的各个环节与生产要素实现网路化、数字化、模型化、可视化、集成化和科学化管理，使矿山企业生产呈现安全、高效、低耗的局面。

数字矿山应包括3个方面的内容：

①地质建模技术和开采技术数字化，如矿体赋存状态、井巷工程、开拓设计、回采设计等信息的数字化，即将这些信息与其三维空间坐标一一对应，并建立各种三维立体模型，更加直观形象的显示矿体和布置工程情况；

②矿山各种生产作业系统，比如地压监测系统、通风系统监测、车辆调度系统、人员定位等系统的数字化、自动化、智能化管理；

③各职能部门的信息化管理，比如机电设备管理、劳资管理、生产管理以及决策支持等系统的数字化实现及智能化管理。通过这三方面的信息化、自动化、数字化，将矿山建设成一个信息数字化、管理智能化、设备自动化、涵盖时空的多维综合信息系统，实现矿山管理的科学性和生产的安全、高效、经济，促进矿山企业的可持续发展。

二、数字矿山实施关键技术

数字矿山的关键技术必须围绕矿床开采这一中心问题进行，对开采环境和开采过程的可视化、数字化进行研究。

（一）矿山地质、矿床建模可视化技术

开采对象的数字化、可视化就是对矿床形状相对准确的描述。地质建模可视化技术以地质、测量专业技术为基础，通过钻孔、探槽、取样等地质勘探手段获得描述矿体数量、质量和赋存形态的数据，采用三维地学建模技术、先进的计算机图形处理技术建立三维矿床模型，实现对矿体的可视化，为进行技术经济分析、优化矿山开采设计方案以及合理组织生产，提供了现代化科技手段。

（二）矿床开采可视化技术

以地质及矿床模型为基础，结合生产实际情况，完成巷道标准断面设计、支护设计、开拓设计、采准设计、爆破回采设计、开采计划的编制、通风网路设计、灾变应变预案等工作。

（三）生产调度与过程式控制制技术

生产调度与过程式控制制是建立在综合通讯系统平台上，以实现对人员设备跟踪定位、设备运行状态控制以及视频监视系统和虚拟现实系统，这是数字矿山建设的高级阶段。只有建立了功能完善的生产调度与过程式控制制系统，才可能实现危险作业场所遥控采矿和无人采矿。

各种数据使用不同类型的感测器进行采集，采用工业乙太网、PLC智能控制及视频监视系统，实现对矿井提升、运输、通风、排水、矿物加工过程等及设备的智能化集中监控。

（四）矿山安全监测预警系统

矿山井下生产过程中，主要的危害有围岩塌落、冒顶、片帮、岩爆、突水、火灾、大面积采空区垮塌等。因此必须建立有效的安全监测预警系统。

随著科技的不断进步，事故征兆预测开始逐步由经验法向科学预测方法转变，如探地雷达、应力监测仪、火灾预警系统、射频发送跟踪系统、3D动态空区激光监测系统、微震监测系统、GIS系统等在矿山预警预报中都得到了较好的应用。

（五）综合通讯技术

采用综合通讯技术，全面、快速、准确、实时地采集与传输矿山井下各类环境指标、设备工况、人员信息、作业参数与调度指令等数据，并以多媒体的形式进行地面-井下双向无线传输，实现井下人员调度、生产和安全管理等工作。

三、数字矿山建设的难点与对策

由于矿床埋藏在地下，其产状及赋存条件复杂，现有的勘探技术很难精确地测定其产状及复杂的内部组成，而且勘探手段费用较高，使矿山数据的获取成为数字矿山的瓶颈。

另外，矿床开采是一个复杂、多变、信息隐蔽、难以预测的系统，矿床的地质数据一直处于动态变化之中。随著开采的进行，一方面基础地质资料信息发生变化，如几何形态的变化，应力状态变化，同时，开采过程也是一个资料获取的过程，随著开采的进行，需要及时更新矿体形态、数量、质量描述的地质数据。鉴于目前的技术水平无法满足数字化矿山对数据的采集、更新、传输、处理及利用等方面提出的要求，因此很难做到在开采的动态变化过程中对地质体的准确描述。

矿山数字化建设是一项复杂、系统而艰巨的工作，不只是技术问题，同时还会受到人员素质、资金以及其他因素的制约，以煤矿为例：

（1）目前煤矿企业虽然装备了数字化矿山平台，但由于领导重视度不够，没有对平台的业务应用进行责任划分，同时由于系统本身比较复杂、庞大，查找信息不方便，导致平台只是一个门面，无法真正应用，各业务部门还是按照自己原来的模式进行作业，专业技术人员还是通过原有的单机监控平台来进行实时监测和远程控制，没有充分发挥平台应有作用。

（2）由于井下作业现场感测器本身智能化程度不高、抗干扰能力低下，在变频设备大量应用于煤矿井下的情况下，数据经常出现异常，同时执行器和保护装置的不可靠导致调度人员对远程控制不放心，远程控制只是在试验时使用，正常生产时生产现场还需要有人值守。目前从事矿井数字化建设的厂家很多，由于专业领域不同，缺乏对数字化矿山目标的整体把握，因此，建设的数字化矿山平台侧重点不同，同时由于煤矿井下环境复杂，不确定因素较多，生产工艺复杂，没有厂家能够对矿井各生产环节的衔接工艺进行全面深入研究，因此，所有的控制还是通过工程师站来进行单环节操作或现场就地操作，没有实现流程优化控制。

（3）由于所有厂家在做数字化矿山建设时首先考虑的是实现数据集成与展示，而根本没有考虑如何利用数据以及如何发挥这些数据对煤矿精细化管理的作用，同时也没有深入研究煤矿的管理业务，在数字化与安全生产业务管理方面融合度不高，无法为管理人员提供决策支持，导致平台对煤矿管理人员来说用途不明显。

（4）目前虽然实现了数据的集成，但与矿井安全相关的信息还是比较分散，需要人工查找且报警方式简单单一。另外，由于完整的安全预警模型需要比较全面的数据参数作支撑，而作为基础数据提供者，目前大部分安全生产子系统只是配备了主要的监测设备，而相当部分参数还需要人工进行录入，这就间接导致安全预警预测结果不能真实反映实际情况。同时由于井下环境恶劣，传统的通信方式无法延伸到信息采集末端，部分需要采集的数据和视频无法传输，很难做到人本安全。

受技术条件、人员素质、资金以及其他因素的制约，因此提出以下对策。

（一）企业领导重视数字化平台的推广应用，能够切实对业务应用进行责任划分，推动各部门使用数字化矿山平台。组织人员培训，加强理论学习。应加大宣传力度，尽快更新观念，组织各类人员培训，加强数字化理论学习和实际操作能力的培养，培养一批具有创新意识的高科技专业技术人才，使他们都积极参与或协同配合数字矿山建设。

（二）加大研究经费的投入，加强科技创新。政府、企业应高度重视矿山数字化建设，指定专门人员进行矿山数字化建设，加大研究经费的投入，通过设立专项创新基金，鼓励更多人员参与数字矿山创新研究。

（三）加强技术合作与交流。有关高校、院所和矿山企业之间、不同高校和学科之间，应加强数字矿山建设所涉及的多学科、交叉学科之间的技术交流，共同研究和探讨数字矿山建设中存在的重点、难点问题。

（四）开发适用于矿山的各种应用软体。针对不同的应用和矿山工程需求，研究院、科研院所应研究开发适合不同用户、不同功能的矿山应用软体。对于已有的矿山软体，要不断升级，完善其功能，尽量满足客户需求，并在此基础上使之更加通俗易懂，易于操作。

四、结语

分析了目前我国数字化矿山建设的现状，数字化是实现企业信息化的基础，是信息化的具体表现形式，只有通过数字化技术，才可以实现可视化、智能化、网路化和集成化，从而最终实现该矿的全面信息化管理以及安全、高效、绿色与可持续发展。

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