21世紀是信息的世界，現在信息化已經深入到人們生活的方方面面當中，「數字化」已成為知識經濟的標誌。在傳統的採礦工業中，也受到了來自計算機、信息、定位、通訊和自動化技術的飛速發展，而產生的影響和改變。

數字信息技術不僅改變了傳統礦業的生產工藝和組織管理模式，而且極大地提高了礦山企業的生產效率和安全水平。

目前發達國家使用數字信息技術來改造採礦業已經相對來說比較成熟，加拿大、美國、澳大利亞等採礦發達國家已經成功實現遙控採礦、無人工作面甚至無人礦井等。

近年來，隨著社會經濟的發展和國家宏觀調控的實施，我國礦山企業的經濟形式和運行狀態正在發生顯著的變化，信息化建設逐漸提高，礦山機械設備、自動監控設備、通訊器材以及各專業應用的行業軟體等也得到了長足發展，這些為礦山數字化的研究提供了基本條件。但我國採礦業總體信息化水平還不夠高，目前我國礦山數字化程度還很低，礦山數字化建設處於試驗和探索階段。

一、數字礦山的建設內容

數字礦山是以礦山系統為原型，以地理坐標為參考系，以礦山科學技術、信息科學、人工智慧和計算科學為理論基礎，以高新礦山觀測和網路技術為支撐，在礦山企業生產活動的三維尺度範圍內，對礦山生產、經營與管理的各個環節與生產要素實現網路化、數字化、模型化、可視化、集成化和科學化管理，使礦山企業生產呈現安全、高效、低耗的局面。

數字礦山應包括3個方面的內容：

①地質建模技術和開採技術數字化，如礦體賦存狀態、井巷工程、開拓設計、回採設計等信息的數字化，即將這些信息與其三維空間坐標一一對應，並建立各種三維立體模型，更加直觀形象的顯示礦體和佈置工程情況；

②礦山各種生產作業系統，比如地壓監測系統、通風系統監測、車輛調度系統、人員定位等系統的數字化、自動化、智能化管理；

③各職能部門的信息化管理，比如機電設備管理、勞資管理、生產管理以及決策支持等系統的數字化實現及智能化管理。通過這三方面的信息化、自動化、數字化，將礦山建設成一個信息數字化、管理智能化、設備自動化、涵蓋時空的多維綜合信息系統，實現礦山管理的科學性和生產的安全、高效、經濟，促進礦山企業的可持續發展。

二、數字礦山實施關鍵技術

數字礦山的關鍵技術必須圍繞礦牀開採這一中心問題進行，對開採環境和開採過程的可視化、數字化進行研究。

（一）礦山地質、礦牀建模可視化技術

開採對象的數字化、可視化就是對礦牀形狀相對準確的描述。地質建模可視化技術以地質、測量專業技術為基礎，通過鑽孔、探槽、取樣等地質勘探手段獲得描述礦體數量、質量和賦存形態的數據，採用三維地學建模技術、先進的計算機圖形處理技術建立三維礦牀模型，實現對礦體的可視化，為進行技術經濟分析、優化礦山開採設計方案以及合理組織生產，提供了現代化科技手段。

（二）礦牀開採可視化技術

以地質及礦牀模型為基礎，結合生產實際情況，完成巷道標準斷面設計、支護設計、開拓設計、採準設計、爆破回採設計、開採計劃的編製、通風網路設計、災變應變預案等工作。

（三）生產調度與過程式控制制技術

生產調度與過程式控制制是建立在綜合通訊系統平臺上，以實現對人員設備跟蹤定位、設備運行狀態控制以及視頻監視系統和虛擬現實系統，這是數字礦山建設的高級階段。只有建立了功能完善的生產調度與過程式控制制系統，纔可能實現危險作業場所遙控採礦和無人採礦。

各種數據使用不同類型的感測器進行採集，採用工業乙太網、PLC智能控制及視頻監視系統，實現對礦井提升、運輸、通風、排水、礦物加工過程等及設備的智能化集中監控。

（四）礦山安全監測預警系統

礦山井下生產過程中，主要的危害有圍巖塌落、冒頂、片幫、巖爆、突水、火災、大面積採空區垮塌等。因此必須建立有效的安全監測預警系統。

隨著科技的不斷進步，事故徵兆預測開始逐步由經驗法向科學預測方法轉變，如探地雷達、應力監測儀、火災預警系統、射頻發送跟蹤系統、3D動態空區激光監測系統、微震監測系統、GIS系統等在礦山預警預報中都得到了較好的應用。

（五）綜合通訊技術

採用綜合通訊技術，全面、快速、準確、實時地採集與傳輸礦山井下各類環境指標、設備工況、人員信息、作業參數與調度指令等數據，並以多媒體的形式進行地面-井下雙向無線傳輸，實現井下人員調度、生產和安全管理等工作。

三、數字礦山建設的難點與對策

由於礦牀埋藏在地下，其產狀及賦存條件複雜，現有的勘探技術很難精確地測定其產狀及複雜的內部組成，而且勘探手段費用較高，使礦山數據的獲取成為數字礦山的瓶頸。

另外，礦牀開採是一個複雜、多變、信息隱蔽、難以預測的系統，礦牀的地質數據一直處於動態變化之中。隨著開採的進行，一方面基礎地質資料信息發生變化，如幾何形態的變化，應力狀態變化，同時，開採過程也是一個資料獲取的過程，隨著開採的進行，需要及時更新礦體形態、數量、質量描述的地質數據。鑒於目前的技術水平無法滿足數字化礦山對數據的採集、更新、傳輸、處理及利用等方面提出的要求，因此很難做到在開採的動態變化過程中對地質體的準確描述。

礦山數字化建設是一項複雜、系統而艱巨的工作，不只是技術問題，同時還會受到人員素質、資金以及其他因素的制約，以煤礦為例：

（1）目前煤礦企業雖然裝備了數字化礦山平臺，但由於領導重視度不夠，沒有對平臺的業務應用進行責任劃分，同時由於系統本身比較複雜、龐大，查找信息不方便，導致平臺只是一個門面，無法真正應用，各業務部門還是按照自己原來的模式進行作業，專業技術人員還是通過原有的單機監控平臺來進行實時監測和遠程控制，沒有充分發揮平臺應有作用。

（2）由於井下作業現場感測器本身智能化程度不高、抗幹擾能力低下，在變頻設備大量應用於煤礦井下的情況下，數據經常出現異常，同時執行器和保護裝置的不可靠導致調度人員對遠程控制不放心，遠程控制只是在試驗時使用，正常生產時生產現場還需要有人值守。目前從事礦井數字化建設的廠家很多，由於專業領域不同，缺乏對數字化礦山目標的整體把握，因此，建設的數字化礦山平臺側重點不同，同時由於煤礦井下環境複雜，不確定因素較多，生產工藝複雜，沒有廠家能夠對礦井各生產環節的銜接工藝進行全面深入研究，因此，所有的控制還是通過工程師站來進行單環節操作或現場就地操作，沒有實現流程優化控制。

（3）由於所有廠家在做數字化礦山建設時首先考慮的是實現數據集成與展示，而根本沒有考慮如何利用數據以及如何發揮這些數據對煤礦精細化管理的作用，同時也沒有深入研究煤礦的管理業務，在數字化與安全生產業務管理方面融合度不高，無法為管理人員提供決策支持，導致平臺對煤礦管理人員來說用途不明顯。

（4）目前雖然實現了數據的集成，但與礦井安全相關的信息還是比較分散，需要人工查找且報警方式簡單單一。另外，由於完整的安全預警模型需要比較全面的數據參數作支撐，而作為基礎數據提供者，目前大部分安全生產子系統只是配備了主要的監測設備，而相當部分參數還需要人工進行錄入，這就間接導致安全預警預測結果不能真實反映實際情況。同時由於井下環境惡劣，傳統的通信方式無法延伸到信息採集末端，部分需要採集的數據和視頻無法傳輸，很難做到人本安全。

受技術條件、人員素質、資金以及其他因素的制約，因此提出以下對策。

（一）企業領導重視數字化平臺的推廣應用，能夠切實對業務應用進行責任劃分，推動各部門使用數字化礦山平臺。組織人員培訓，加強理論學習。應加大宣傳力度，儘快更新觀念，組織各類人員培訓，加強數字化理論學習和實際操作能力的培養，培養一批具有創新意識的高科技專業技術人才，使他們都積極參與或協同配合數字礦山建設。

（二）加大研究經費的投入，加強科技創新。政府、企業應高度重視礦山數字化建設，指定專門人員進行礦山數字化建設，加大研究經費的投入，通過設立專項創新基金，鼓勵更多人員參與數字礦山創新研究。

（三）加強技術合作與交流。有關高校、院所和礦山企業之間、不同高校和學科之間，應加強數字礦山建設所涉及的多學科、交叉學科之間的技術交流，共同研究和探討數字礦山建設中存在的重點、難點問題。

（四）開發適用於礦山的各種應用軟體。針對不同的應用和礦山工程需求，研究院、科研院所應研究開發適合不同用戶、不同功能的礦山應用軟體。對於已有的礦山軟體，要不斷升級，完善其功能，盡量滿足客戶需求，並在此基礎上使之更加通俗易懂，易於操作。

四、結語

分析了目前我國數字化礦山建設的現狀，數字化是實現企業信息化的基礎，是信息化的具體表現形式，只有通過數字化技術，纔可以實現可視化、智能化、網路化和集成化，從而最終實現該礦的全面信息化管理以及安全、高效、綠色與可持續發展。

推薦閱讀：

相關文章