一、背景
????????? 近年來礦山自動化是礦山企業(yè)發(fā)展的熱門話題，隨著信息技術在礦山生產過程中的應用，礦山系統開始向自動化、系統化、多元化發(fā)展，礦山系統是一個復雜的、動態(tài)的、開放的巨大的系統，各個組成部分之間相互影響、相互制約。對于這樣的系統要想最大化的發(fā)揮其能力和效益的話，就需要我們快速、準確地了解其各個系統運行情況及特點，并從科學的角度做出準確的決策，將系統配套、統一起來，而礦山自動化系統很好的解決了這一問題。
????????? 自20世紀下半葉起，德、英、美、澳等采煤技術先進國家，大力推廣自動化、信息化技術，在井上、井下生產、安全等各環(huán)節(jié)，對主要設備均實現了子系統自動化生產控制和監(jiān)測，并采用計算機網絡技術，將所有子系統通過聯網，實現全礦井生產和安全系統的綜合控制、監(jiān)測和監(jiān)視，使生產效率大大提高，安全狀況徹底改善，獲得了巨大的效果。國內煤礦數字化的發(fā)展過程與國外采煤發(fā)達國家相似，走先單機自動化、單個環(huán)節(jié)的生產過程自動化，再完成全礦井的數字化的發(fā)展路線。
????????? 國際上隨著實時礦山測量、GPS實時導航與遙控、GIS管理與輔助決策和3DGM的應用，一些大型露天礦山（包括我國的平朔、霍林河礦區(qū)）已可在辦公室生成礦床模型、礦山采掘計劃，并與采場設備相聯系，形成動態(tài)管理與遙控指揮系統。此外，專家系統、神經網絡、模糊邏輯、自適應模式識別、遺傳算法等人工智能技術、GPS技術、并行計算技術、射頻識別技術以及面向巖石力學問題的全局優(yōu)化方法、遙感技術等已在智能礦山地質勘探調查與測量、智能礦山設計、智能礦山開采、計劃與控制、礦山災害遙感預報等研究領域得到應用。
????????? 在國內自建國以來，中國礦業(yè)經過半個世紀的快速發(fā)展，已建成國有礦山近萬座，集體礦山和其他非國有礦山20多萬座，年開采礦石量超過50億t，從業(yè)人員2100萬，帶動了300座以采礦和礦產品加工為支柱產業(yè)的礦業(yè)城市的興起（其中煤炭城市54座）。鄉(xiāng)及鄉(xiāng)以上的礦產采選業(yè)產值占GDP的6.27%(1997年)；全國固體礦產產值占世界產值的16.5%(1996年)，居世界第二位，能源礦產產值占世界的9.1%（1996年），居世界第三位。中國已由一個礦業(yè)弱國躍入世界礦業(yè)大國的行列。中國礦山行業(yè)的信息化建設雖然有了較大發(fā)展，但總體狀況仍然很不樂觀。中國礦山在礦山勘察、規(guī)劃、設計、生產、管理、全過程監(jiān)控等信息化"軟"領域，與發(fā)達采礦國家的差距越來越大。
????????? 礦山企業(yè)作為資源開發(fā)的主體，其信息化是礦業(yè)信息化的重要組成部分之一。礦山信息化即是挖掘先進的管理理念，應用先進的信息技術去整合礦山現有的生產、經營、設計、管理，及時地為礦業(yè)"三層決策"系統提供準確而有效的數據信息，以便對市場需求做出迅速反應，進而提升礦業(yè)管理、組織結構、業(yè)務流程的變革和延伸。
????????? 二、礦山企業(yè)的基本特征
????????? 數字礦山研究的前提，是要首先掌握礦山企業(yè)的基本特征，針對數字礦山的基本特征來設計數字化礦山總體解決方案。礦山企業(yè)一般具有以下特征。
???????? (1)礦山是以自然資源為對象的生產企業(yè)。礦產資源的存儲與地質環(huán)境的復雜性密切相關，而且其空間位置、形態(tài)、元素品位分布等均極富變化。由于資源分布的復雜性、不確定性，局限性了勘探工程控制程度，人們對資源的認知程度就會隨著開采的不斷進行而漸漸變化。同時，隨著市場價格和開采技術條件的變化，礦體的邊界和形態(tài)也會隨之變化，并需要及時變更和修正。
???????? (2)礦山生產環(huán)境惡劣、作業(yè)空間狹小。對地下礦山而言，由于通道狹長、電磁屏蔽性強、噪音大，正常通訊難以實現，導致生產過程控制十分困難。
????????? (3)在礦山企業(yè)中，不僅生產系統內部存在大量的多源、異質信息流動，而且系統內部與外部環(huán)境之間也存在著信息的交換和流動。與其它工業(yè)企業(yè)相比，礦山企業(yè)的信息化、智能化、可視化、可控化工作更難實現。
????????? 礦山企業(yè)的這些特征，使其決策、設計、生產計劃、生產調度與過程控制、安全生產等各個方面均非常復雜。因此，數字礦山的建設必須從系統的角度出發(fā)，以企業(yè)的信息流為主線，以對生產要素和生產過程控制為目標，最終實現礦山企業(yè)效益最大化。
????????? 數字礦山建設涵蓋了礦山企業(yè)生產經營過程中，全面實現信息化、可視化、智能化、自動化和決策與管理科學化的全部內容(見圖1)
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??????? 圖1
????????? 三、數字礦山建設目標
????????? 隨著計算機技術在采礦業(yè)的不斷應用，采礦業(yè)正由經驗型、傳統型向科學型、定量分析與處理、自動化方向發(fā)展。我們礦山生產的實際情況，將下一步數字化礦山建設目標定位于：以計算機及其網絡技術為手段，把礦山的所有空間和有用屬性數據實現數字化存儲、傳輸、表達和深加工，并應用于各個生產環(huán)節(jié)的管理和決策之中，以實現礦山生產的系統優(yōu)化，達到提高資源的綜合利用率、降低生產成本、實現利潤最大化的目的。高效快速的推進礦山網絡化、數字化、信息化、綜合自動化在我礦的整體應用。
????????? 目前，我國數字礦山建設的具體目標是：
????????? （1）應用計算機技術、網絡技術、信息技術、控制技術、智能技術和煤礦生產工藝技術，實現企業(yè)的經營、生產決策、安全生產管理和設備控制等信息的有機集成。
????????? （2）通過應用軟件，實現經營管理科學化，生產計劃、生產安全調度、生產過程控制最優(yōu)化。
????????? （3）保證煤礦生產安全，提高產量和質量，提高企業(yè)經濟效益和競爭能力。
????????? （4）提高對客戶多種要求的響應能力。
????????? "數字化礦井"最終表現為礦井的高度信息化、自動化、高效率、高安全和高效益。
????????? 四、數字礦山建設的基本項目及內容
????????? 礦山系統是一個復雜的、動態(tài)的、開放的巨型系統，各部分之間互相影響、互相制約。對于這樣的系統，只有快速、準確地了解各個系統的運行情況，并使各個子系統配套、一致，再在此基礎上予以優(yōu)化，才能實時、科學地做出決策，發(fā)揮數字礦山系統的最大能力和最佳效益。圍繞數字礦山建設的具體目標，數字礦山建設的基本內容有：安全監(jiān)測監(jiān)控系統、井下皮帶監(jiān)控系統、主付井提升監(jiān)控系統、采區(qū)變電所監(jiān)控系統、工業(yè)電視監(jiān)視系統、主要扇風機房監(jiān)測系統、井下人員定位和管理系統、系統集成平臺建設、礦壓觀測與分析系統、水文監(jiān)測與分析系統、礦井火災束管監(jiān)測系統、地測地理信息系統、采礦協同設計系統、輸配電地理信息系統、智能化礦井通防系統、給排水地理信息系統、綜合管線管理系統、安全管理系統、資產管理系統、礦山生產成本管理系統、礦山綜合管理系統等；
????????? 總體概括數字礦山技術主要實現功能和作用為幾個方面：
????????? (1)礦山海量、異質、時空數據庫及分析和采礦設計功能；
????????? (2)信息綜合傳輸通訊功能；
????????? (3)生產過程控制與調度功能；