中型数智化露天矿山怎么建？安徽给出建设方向、投入、周期路径方案

中型露天矿山数字化智能化转型典型路径方案

1.  适用范围

本项转型路径适用于安徽省内中型非煤露天开采矿山数字 化智能化建设和管理。

2.  总体框架

以中型露天矿山、选厂现状为基础，以实现矿山技术、生产、 安全、管理全作业链信息化智能化为目标，智能矿山建设基本架 构主要分五层，分别为感知执行层、网络传输层、数字平台层、 应用开发层、运营展示层。

感知执行层负责实现各子系统数据的感知与采集，同时对执 行设备下发控制指令。 网络传输层由 WiFi 网络、有线接入、 4G/5G/WiFi6/专线等系统组成，负责信息和数据的双向传送。数 字平台层向下实现各种多源异构感知数据的接入，向上为智能矿 山应用层的开发提供服务和工具。应用开发层为用户提供实际使 用到的涉及矿山生产、安全、经营管理、决策分析各环节的各类 操作软件及工具。运营展示层主要包括移动端、PC 端、综合展 示大屏等功能，方便指挥和管理人员远程操控、精准调度。

图 5    中型露天矿山数字化智能化总体架构

3.  技术要求

根据矿山不同类型及发展阶段，中型露天矿山经过 2～3 年 的技术及装备改造提升，应实现装备机械化和管理信息化、数字 化，多个子系统的智能化。

矿山应首先进行智能化矿山建设方案规划设计，然后按设计 方案进行网络信息化基础设施建设，并对各子系统进行改造升级 及相关软硬件设备设施的安装调试，预计建设周期2 年左右，总 资金投入在 970 万元左右。智能化投入根据矿山的改造项目数 量、矿山的规模以及系统情况有所差异。建设项目、建设内容、 资金投入、建设周期如下表所示。

表 2    中型露天开采矿山数字化智能化转型路径

注：由于各矿山工艺特点、生产规模、开采矿种、装备应用等存在差异性，以及 智能矿山技术更新迭代，表格中智能化资金投入及建设周期仅供参考，部分项目可同 步进行建设。

4.  技术功能特性

（1）基础设施

①基础网络

综合规划建设办公网、监控网、控制网及其他高速工业网络， 支持数据采集、信息管理、视频监控、安全监测等信息化应用， 保障数据安全可靠传输。

a.工业网

工业环网带宽：主要以矿山工业环网所承载业务及数据流量 分析为基础，地表环网为千兆。

组网方式：采用环形或双环形组网技术和环间耦合技术，以 实现传输链路或网络节点故障时，环网自动切换，对于时延要求 高的设备可独立成环。

性能要求：网络建设具有高可靠冗余性；汇聚交换机与核心 交换机实现万兆OSPF 和线路冗余，支持三层路由功能；搭建设 备监控、告警和展示平台，满足现有节点（ 网络设备），必须满 足结合物理位置展示逻辑拓扑及连接情况，提供所需的软硬件平 台，历史故障及告警信息可追溯、可查询；建设统一、高效、实 时、稳定、安全的现场生产控制网络；实现主干万兆环网冗余， 支路千兆网络带宽；冗余环网切换时间小于 20ms ，支持冗余环 间耦合。数据传输速率范围 10/ 100/ 1000/ 10000Mbps；支持 QoS 机制，可读取 IEEE802. 1p/ 1Q 第二层 QoS 标签和第三层 TOS 信 息，使重要数据能如期、持续地传输；全面支持工业网络必需的 时钟同步 SNTP（简单网络时钟协议）功能，全网时钟统一，实 时性高；支持多种级别的安全特性，实现整个网络的安全部署。 普通人员可以查看不可更改交换机配置，而管理员则可以修改交 换机的配置，避免交换机的配置被非法修改。

b.办公网

办公信息网带宽：要充分考虑业务承载能力需求，集中管理 简化运维的能力需求，要能够满足业务拓展。

组网方式：采用以数据中心机房为中心节点的扩展星型拓扑 结构网络。

网络硬件：采用核心交换模式，由三层网管型交换机承担核 心数据交换功能，并根据需要设置数台二层交换机提供全矿数据 信息的核心交换功能。

因特网（Internet）接入与应用：使用专线方式接入双因特网 线路，保证办公系统和财务、生产、管理、设备等资料信息的查 询和交流等业务。

网络运维：要集中管理简化运维，能通过网关系统提供网络 设备的统一管理，并配合相应软件模块实现网络健康监测，协助 管理人员进行故障排除。

c. 网络安全

在工控网络安全防护系统设计、实施过程中，建立等级保护  深度防御体系，对计算环境、网络边界、通信网络、用户和数据  进行全面加固。 以《网络安全技术网络安全等级保护基本要求》 （GBT22239-2019）为依据，按照《网络安全技术网络安全等级  保护安全设计技术要求》（GBT25070-2019），建设符合矿山需要  的安全计算环境、安全区域边界和安全通信网络。

②数据中心

建立与矿山规模及信息化水平相适应的安全、开放、数据易于获取与高效处理的企业数据中心，为矿山应用提供基础环境支 持。

a.机房硬件

数据中心建设标准不低于《数据中心设计规范》（GB50174） 中 C 级标准。数据中心网络安全建设应满足相应网络安全等级  保护要求。不间断电源系统应有自动和手动旁路装置，且其容量  至少为负载的 1.2 倍。数据中心安全防范系统宜采用数字式系统， 支持远程监视功能。数据中心的核心基础设施宜按容错系统配  置，在电子信息系统运行期间，基础设施应在一次意外事故后或  单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行。

b.数据采集

数据采集系统应实现生产运营基础数据的在线、 自动采集， 采集范围应包括环境、资源、生产、设备、能源、质量、安全、 运营管理等领域。数据应具备编码、时间、空间、关联、隶属等 统一规范，便于数据共享与信息融合。

数据采集系统应统一建立数据服务系统，支持实时数据、关 系数据以及非结构化数据的集中存储、管理和存取服务，并实现 容灾备份功能。

（2）地质资源管理

将原始勘探数据、生产勘探数据和炮孔岩粉样数据等进行可 视化，实现二、三维 GIS 数据同源化、联动化，直观形象显示勘 探数据，完成矿床品位分析、储量估算等。在此基础上，实现资 源储量升级、核减、三（二）级矿量圈定等资源储量的动态管理。 

主要建设要求如下：

①地质资料数字化

a.实现勘察报告、核实报告、生产勘探报告等地质资料及其 附件图表的电子化存储。

b. 电子化地质资料应实现多部门、多终端的异地实时更新、 审阅、维护、发布和应用，数据的输入和输出应具有可追踪性。

②地质管理一体化

a.各类地质数据应建立相应的数据库实现持久化存储，应采 用专业软件实现数字化管理。

b.应建立取样、制样、化验资料和数据的综合管理平台，统 一规范取样、制样、化验工作流程，实时共享爆堆和化验数据， 实现地质与生产过程一体化管理。

③资源储量估算评价与动态管理

a.利用资源量模型和储量模型进行资源量和储量的估算评 价。

b.利用资源量模型和储量模型按照不同需要输出资源量和 储量报告数据。

c. 资源量模型和储量模型应随勘探和生产数据的变动及时 更新。

d. 资源管理系统应可历史回溯矿山资源量和储量动态变化 情况，实现动态跟踪管理。

④水文地质监测

a.矿山应实现水文地质资料数字化，主要内容为地表水环境、土壤环境及地形地貌景观等。

（3）测量管理

①测量信息采集

矿山测量信息采集和传输应采用现代数字化、遥控测量技术 及设备，包括手持 RTK 、无人机航测、三维激光扫描仪等。

（4）采矿智能设计系统

①对于露天开采，实现中长期计划、短期计划、露天爆破设 计。

②根据矿体、品位模型等数据进行计划编制，支持在三维可 视化环境下根据工程类型、施工条件等对计划进行动态更新。

（5）智能穿孔系统

①穿孔设计

使用穿孔设计软件，在测量和地质数据的基础上能通过设置 参数自动完成穿孔设计（含炮孔布置、炮孔深度、孔径及炮孔倾 角等参数）。

②信息采集

实时采集、显示矿区视频信息、环境信息、穿孔设备状态参 数、作业参数、位置及姿态等信息。

③生产任务管理

应纳入智能综合管控平台管理，自动更新和储存任务执行信 息、设备运行信息， 自动生成生产报表。

（6）智能铲装系统

①铲装设备自动化改造 

在挖掘机上加装智控中心、各类传感器、通信模块等，使其 具备远程遥控功能。在此基础上，将机械臂的自动控制技术、自 动驾驶的人工智能感知技术融合到挖掘机设备的远程操控作业 中，从而提高生产效率，保障生产安全。

②智能化软件系统开发

基于 5G 网络条件，通过高清摄像头、防撞雷达、倾角仪、 陀螺仪等设备将电铲的数据信息反馈至远程控制室，还原现场画 面、声音、振动环境，让操作员在远程控制室内同样能感受到作 业现场的环境。同时配置安全保障系统，把电铲的控制部分接入 远端，以达到矿山工作面少人化的目标，实现远程操作稳定装车。

（7）智能运输系统

①卡车运输系统

a. 由调度中心控制管理装备了高精度定位能力的车辆，为每 辆车指定装载机的位置和运输路线，车辆通过接收无线指令以合 适的速度按照目标路线运行。

b.卡车由导航定位系统、调度中心控制装置无线指令和其他 导引装置来确定车辆在矿山的准确坐标并了解周围情况，使卡车 能在无人操作的情况下实现复杂装载运输、卸载循环的自动运 行。

c.装载时，由安装了导航定位系统的挖掘机或装载机来计算 并引导卡车至正确位置， 由装载机自动进行装载。

d. 卸载时，监测中心控制装置发送卸载点位置和路线信息， 卡车在相应设备引导下到达卸载点，准确进行卸载。

②带式运输系统

带式运输机应实现自动化控制，具备远程启动和停止、参数 复位、急停等功能。当皮带的跑偏开关、拉绳开关、撕裂装置、 打滑装置动作时应能实现自动停机。带式输送机驱动应采用变频 装置，带式输送机应具备过载保护功能，带式输送机的中转站应 设置防棚堵功能，带式输送机应实现就地、远程控制切换功能。 带式输送机的主要生产区域应实现无人值守。带式输送机、放矿 机、中转站应实现集中控制和远程高清影像实时监控。

（8）选矿自动化智能化系统

①破碎过程智能化操作控制

通过破碎全流程视频监测、基于矿石块度图像分析等技术实 现故障报警，实现破碎过程的智能化操作，降低破碎停车故障， 提高破碎运行效率。

②磨矿分级过程智能化操作控制

结合矿石块度图像分析、磨机负荷和分级粒度检测技术、磨 机衬板磨损在线检测技术等，建立磨矿分级专家控制系统，实现 磨矿分级的智能操作和分级粒度的闭环控制，稳定磨矿分级产品 粒度、浓度技术指标，减少波动。

③选别过程智能化操作控制

面向浮选、磁选、电选等选别生产过程，结合在线品位分析、 在线矿浆监测和机器视觉图像分析技术等，建立智能浮选机、智 能高梯度磁选机等选别全流程智能协同控制系统，实现选别流程 稳定控制和优化控制。稳定选别精矿品位，降低废次，优化提高回收率。

④浓缩脱水过程智能化操作控制

基于浓密过程智能监测技术，结合操作经验、机理变化趋势 及生产数据分析，形成浓缩脱水专家控制规则库，实现浓密机底 流排矿优化与节能控制，提高浓密机底流放矿浓度，实现浓密与 脱水过程峰平谷优化调度。

（9）智慧应急管理系统

①隐蔽致灾因素普查、灾害治理

实现对矿山基础信息、普查成果、地勘工程、生产建设工程、 灾害防治等成果资料及图纸的动态实时监测管理。

②安全监测预警系统（边坡监测、视频监控、人员定位） 系统建设内容如下：

a. 监测子系统：利用智能机器人进行边坡的自动化变形监 测，采用一台智能全站仪与监测点目标（照准棱镜）及上位控制 计算机形成变形监测系统，可实现全天候的无人值守监测，其实 质为极坐标自动测量系统。系统可自动采集、传输和处理变形点 的三维数据。利用因特网或其他局域网，可实现远程监控管理。  b. 高清视频监测：采集模式为高清数字摄像机-硬盘录像机 -PC 客户端，实现对边坡面的实时视频监控，能对监控图像进行 实时存储，具有回放、录像以及预置位功能。通过现场摄像头实 时拍摄并传输至调度室显示屏上，直观显现边坡运行情况。在边 坡面具有代表性的或重要区域设置视频监测点，对监测区域实施 视频影像监测；针对不便于线路架设的视频监控区域，采取风电互补的清洁能源供电技术与无线网桥传输技术，有效扩展视频系 统的范围。

c. 降雨量监测：通过对监测点的雨量阈值进行分析计算，确 定滑坡的临界雨量范围，降雨达到临界雨量，自动发布滑坡警报。

d.红外入侵告警系统：在采场边坡平台入口位置建设红外入 侵监测高分贝语音告警系统，当有人、车闯入未经许可入口时， 可高音警报提示，同时邻近摄像头切换到预设位实时监控，并将 报警信号回传至监控中心。

e.专家软件系统：专家软件系统是安全监测预警系统的关键 组成部分，不仅可对实时采集的数据直观查看和组织生成各种生 产报表，更可结合专家软件模型，综合处理各种数据，得到科学 的分析结果，从而指导生产，保证边坡安全运行。企业可以将下 属各个边坡信息进行统一管理发布，并可将实时数据按照县、市 等相关平台接口定义发送。最大限度保障边坡系统安全。

③双重预防信息化系统

双重预防信息化系统涉及矿山安全管理方面，涵盖风险分级 管控及隐患排查治理。主要包括前期准备、划分风险评估单元、 辨识各类危险源、风险评估、风险分级管控、安全风险公告、隐 患排查、隐患分级、隐患治理等。通过信息化手段，实现企业资 质证照智能分组、过期自动提醒，以及危险源点的实时监控预警、 自动评估、智能分析、综合判断等功能。

④矿用安全设备全生命周期监测系统

矿用安全设备全生命周期监测系统通过对矿用安全设备数 据采集、分析统计，实现设备选型、采购计划、投产使用、在线 盘点、监测分析、故障预警、巡检维修和报废再生的全生命周期 进行闭环管理，使矿山能够实时掌握每台设备在开采区、井下巷 道或库房等区域上的位置信息，为管理决策提供精准有效的数据 依据。

系统包含以下功能：设备管理、感知数据在线监测、设备故 障预警、设备全生命管理、移动APP 端。

（10）矿山生产综合管控平台

建设智能管控中心，构建多业务、多系统一体化、可视化高 度融合的智能综合管控平台，支持多种通信协议，将矿山生产、 安全等多源异构系统数据进行采集、集成，让矿山运营透明可视、 资源调度快速有序、生产安全高效协同，提升矿山运作效率和整 体产能。

5.  应用案例

安徽省牛山西方解石矿为一生产矿山，采矿权人为安徽牛山 矿山科技有限公司。该矿山距离铜陵市约 15km ，行政区划隶属 铜陵市义安区顺安镇管辖。

牛山西方解石矿目前生产工序主要包括：勘探－爆破－铲装 -运－卸－加工。通过传统的人工调度模式，实现生产计划、班 组出矿计划、铲装设备、矿卡运行、统计分析等实时生产过程调 度管理。

2023 年 9 月委托安徽铜冠智能科技有限责任公司编制了《牛山西方解石矿卡协同调度系统项目建设规划方案》，根据该方案， 结合矿山技改要求，准备新建一套“露天矿山矿卡协同调度系统 平台” ，争取实现矿山生产管理的数字化转型。“露天矿山矿卡协 同调度系统”平台建设范围为：采场装载设备、运输矿卡、无线  MNSE 网络、GIS 二维地图、GPS 导航系统、车辆精确定位系统、 运输路网等管理及以人工调度方式为主的协同管理平台软件。矿 山矿卡调度系统作业流程可简要概括为“上班开启－装载－运输 -卸载－下班停车”等。

6.  技术难点

（1）露天穿孔作业远程控制效率低。从技术层面能够实现 露天穿孔作业远程控制，但作业效率远低于人工作业，普及难度大。

（2）露天卡调运输系统作业效率及流畅性不足。 由于受现 场作业环境制约，对于中型露天矿山企业，在网络通讯、卡车运 输现场环境等方面制约了露天卡调系统的普及。

7.  措施建议

（1）开发成熟的露天穿孔作业远程控制装备，尤其是远程 识别系统上，应进行技术攻关。

（2）规范露天矿山运输作业环境及运输道路建设，提高露 天作业区域网络覆盖精准度，减少网络延迟，进一步提高露天卡 调系统的作业效率及流畅性。