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摘 要 ：针对矿山开采精准度有待提升的问题，开展基于大数据的矿山智能精准开采技术研究。设计智能精准开采操作平台， 从高速宽带网络支撑体系、三维模型数据库和应用模型、数据挖掘、中间层处理、三维基础数据及业务环境技术基础上建立数 据层、业务层、业务管理层。能够整合矿山各个平台之间的信息资源，以提高管理平台的效能。经实验验证，设计的智能精准开 采技术的响应时间缩短了2 秒， 为矿山智能化建设提供一种解决方案。
关键词 ：智能化 ；数字化 ；精准开采 ；矿山
“互联网 +”、人工智能、大数据等颠覆性技术的发展，拉开 了第四次工业革命的序幕，加快了传统产业的转型。德国提出了 工业4.0，美国提出了智慧地球，中国提出了“中国制造2025”战 略，以发展智能制造、智能装备、智能生产为主要内容。智能采 矿符合国家战略，是采矿工业发展的必然选择。计算机网络及其 实际应用受到人们的重视。建立和运行国家安全生产监督管理 机构网络，与国家计委、经贸委、部委共享信息。省级矿山安全 监督局和部分省级矿务局 ,矿业领域逐渐建立了大量的大型和小 型计算机网络和局域网 , 为了实现信息的开放和交流 , 实现更高 层次的发展。管理信息平台应用于各个领域。例如，安全管理信 息平台、矿山计划管理信息平台、人事管理信息平台、财务管理 信息平台、地勘管理信息平台、ERP等都取得了较高的平台性发 展，大大提高了矿山开采效率和管理手段。保护监控、皮带检测、 工业视频、管理信息平台的网络化集成，大大增加了制造和管理 工具 [1]。如何在不破坏生态环境的基础上实现可持续发展，最大 限度地提高资源的开发利用效率，从而保证人类社会的经济效 益 ?近年来的矿山事故推动了数字矿山的发展和发展。经过多年 的信息化建设， 矿山已经建立并运行了一些相关的安全管理体系 和监控体系，但现有的多个体系存在治理独立、数据信息分散、 利用效率低等问题 [2]。因此，迫切需要建立一个数字矿山平台， 整合矿山平台之间的信息资源， 从而提高管理平台的效率。
1 基于大数据的矿山智能精准开采技术研究
1.1 矿山智能精准开采流程
从资源评价与决策、矿山规划与设计到矿山生产与安全管 理，始终将现代科技成果贯彻落实并融入矿山精准开采的全过 程，真正实现现代化矿山开采。精密采矿从下到上依次为基础数 据层、模型层、仿真优化层、设计层、执行控制层和管理层，如下图所示。
结合矿产资源开发现状和长期需求，精准开采分两步实施 ： 第一步是实现与地面和地下相结合的远程控制精确采矿，即作 业人员在监控中心远程干预远程控制设置和操作，采矿工作面 无人作业 ; 第二步是实现智能 (无人)精准采矿，即采矿机、液压 支架等设备的自动智能操作和惯性导航。精准采矿将最终实现 对地面的智能化、自动化、信息化和可视化远程控制，实现采矿 量大 (无人)、精准、智能感知和智能监测、预警和灾害预防。
1.2 智能精准开采的大数据处理设计
数字矿山基础信息平台所需要的接口规范是采集各个矿山 业务平台的空间信息、属性等基础信息，需要进行标准化、集成 化管理。整个生产平台的实现过程包括隧道设备平台、通风设备 平台、供电设备平台、皮带监控设备平台 ; 开采对象包括井巷、 地质体、机械设施、原件、资源等要素。基础数据是以地质、测 绘、测孔、测试和管理等详细信息数据为基础的。
在基础数据分层划分、对象挖掘和生产平台的基础上，对基 础数据和信息进行全面、深入的管理和操作，寻求对象管理中的 各种分析算法。整个过程实现后，即可实现矿山数据库的数字 化。二维、三维空间模型的研究与开发离不开该数据库和 3DGIS 可视化平台的应用。利用 3DGIS平台支持深化矿山引擎可视化， 建立基于软件服务和软件结构等主流技术的计算机软件平台二 次开发API，通过以上可以完成数字矿山应用开发结构。根据这 种结构融合的实际要求来开展高安全性、高效率的生产等应用平 台。将采矿空间数据中心应用于基于三维坐标的矿区范围，实现 井与矿之间的基本地理空间信息共享。它涵盖了矿层、地层、地 质构造与地质类型、巷道与机械设施、采矿原料与零件、井或巷 道或地面的采矿、运输与通信生产平台的空间位置与拓扑关系。
根据矿山安全生产数据的规定，安全监测数据必须与 GIS 信息相结合。数字矿山采用虚拟现实技术，创建三维模型数据库。在三维矿山三维源库中， 采用关联和拓扑的形式对相互关联 的源进行连接和组合。主要包括拓扑、挖掘数据信息的收集和利用和处理解决问题 , 或预测未来等。
数据挖掘主要利用工程技术和人工智能技术，在拥有大量信息的数据库中，根据用户需求查询相关数据并获取管理决策 和执行信息，创建各种物理工程、采矿、生产、应用模型的管理 和运行。数字矿山的海量信息可以方便没有经验和培训的客户 使用和共享。数字化矿山基础信息平台必须与矿山基础信息的 关系数据库管理保持一致。平台的基本硬件结构如下图所示。
三 维 基 础 数 据 及 业 务 环 境 其 中 包 括 VR( 虚 拟 现 实)、 3DGM(三维地球科学模型) 和虚拟仪器、MGIS(矿山 GIS)。根据 不同的应用， 矿企创建了多个用户层次， 拥有多功能的矿山开采 实用软件和控制内容，因而拥有大量的数据和模型。同时，利用 三维地球科学仿真构建数据和虚拟模型。在三维地质模型的基 础上，综合收集地理位置信息和采矿设计数据，设计了矿山、矿 体和回采巷道。采用采矿矢量门集成真三维模型库， 通过虚拟数 字化实现矿山海量数据信息、拓扑信息和特征数据信息。利用 VR(虚拟现实) 和计算机网络技术，嵌入式虚拟仪器，各种专业 实用模型，开采沉陷计算，开采沉陷预测，顶板冒落计算，围岩 移动模型，库容测量，通风网络预算，瓦斯组织模型，涌水测量 等。工作视图环境和业务操作流程可以反映整个 OA 和 CDS 的 集成。高安全性能体现了整个应用软件平台的安全体系。整个 平台的安全运行包括 : 一是硬件平台，即三维空间网络 QoS，提 高实用性和协调性 ; 二是软件平台，包括身份一致认证、管理、 秘密保护、审计和监控等部分。数据层、业务层和业务管理是应 用程序处理过程的三个主要层次。整个平台采用多层结构， 每一 层结构承载不同的服务和内容，甚至每一层按照一定的规则相 互协调、交替影响。这三个层次贯穿着四级网络平台。通过各业 务管理层次之间的平衡和协调，形成了三个具有不同绩效和特 点的平台。业务管理层覆盖网络数据层， 对数据中心的信息进行 查看和复查。矿务局二级网络将专家支持和决策调整组成的信 息传递到网络数据层。
2 测试
2.1 传统采集方法测试
应用传统开矿采集方式， 2018半年矿石回采率指标、矿石贫 化率和矿石采出总品位统计见下表。
应用传统开矿采集方式， 2019半年矿石回采率指标、矿石贫 化率和矿石采出总品位统计见下表。
依据上表可知，应用传统矿石开采方式，矿石回采率指标、 矿石采出总品位的半年平均值都为达到考核值。矿石贫化率虽 在标准以下但是数值偏高。
2.2 智能精准开采方法测试
应用传统开矿采集方式， 2020半年矿石回采率指标、矿石贫 化率和矿石采出总品位统计见下表。
依据上表可知，应用精准开采矿石方式，矿石回采率指标比 传统开采方式高出 3 个百分点，并且超过考核值。矿石采出总品 位虽未达到考核标准， 但是比传统开采方式高出一个百分点。矿 石贫化率方面比传统开采方式低了两个百分点。所以， 应用数字 化精准开采能够有效提高矿山的开采效率。
3 结语
经过近几年的发展，我国能源开采的信息化建设取得了初 步成效。六套安全规避系统、高速通信网络、数字矿山关键技术 研究与示范等基础设施基本建成。但仍存在缺乏整体产业规划、 缺乏大数据分析和利用、统一监控与监控集成平台、自动控制等 关键技术薄弱等问题。某矿是以三维综合管理平台、安全生产控 制平台和三维可视化远程监控平台为框架， 以信息数字化、生产 过程虚拟化、管控集成、决策集成为基础的示范项目。这对于促 进我国数字矿山的发展具有一定的意义。随着技术的进步和管 理理念的创新，在已有成果的基础上，有必要对大数据私有云、 大型矿山设备健康诊断技术、矿山仿真系统、高性能矿山设备等 基础支撑技术进行进一步研究。数字矿山以识别矿山安全隐患 判断感知矿山，并将少采矿或无人采矿的智能化矿山向前推进， 真正实现建设安全、高效、绿色、低耗、可持续发展的生态矿山 的目标， 提升我国数字矿山建设水平。
参考文献
[1] 张平安 . 井下采矿技术和井下采矿的发展形势 [J]. 当代化工研究 ,2019(04):5-6.
[2] 张 国 川 . 大 采 高 高 突 工作面 智 能化 开 采 平台研 究 与应 用 [J]. 中 国 煤 炭 工 业 ,2020(06):50-52.
[3] 杨健健 , 张强 , 吴淼等 . 巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究进展 [J]. 煤炭学报 ,2020,45(06):2045-2055.
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