数据共享平台在中色非洲矿业数字化矿山建设中的应用

张金钟 张小瑞 朱欣月

摘要：中色非洲矿业有限公司致力于将谦比希铜矿建设为非洲一流的标杆矿山，使其成为数字化矿山建设的典范。通过与各企业合作逐步建立数据共享平台，实现数据融合，减少企业在人力物力方面投资成本的同时也提高了生产效率，且能够利用Optimine系统、Dimine软件等信息化系统精准指导矿山生产计划实施和采矿方法设计，最终实现矿山各类数据的协同共享。

关键词：数据共享平台;数字化矿山;信息化系统;深度互联;协同共享

中图分类号：TD67文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）12-0049-04doi：10.11792/hj20211211

引 言

如何建设数字化矿山成为近年来采矿行业最热门的话题，虽然目前部分学者、专家对数字化矿山的概念、组成、使用技术、目标等内容存在不同的认识[1-3]，数字化矿山建设当前也没有模板可供借鉴[4]，但通过对数字化矿山现有研究成果与实际应用情况进行分析不难发现，对矿山各类数据信息的收集与应用是数字化矿山建设必不可少的一环。

矿山各类数据是数字化矿山建设的基础，例如：矿产资源数据、采矿设计数据、计划数据、生产指令下达数据、执行结果反馈数据、生产经营数据、企业管理数据等。数据的高效利用是数字化矿山建设的关键[5]，为了保证数据能够被高效利用，保证数字化矿山系统的灵活性和可拓展性，数据共享平台的建设尤为重要。

中色非洲矿业有限公司（下称“中色非洲矿业”）谦比希铜矿东南矿体位于非洲中南部的赞比亚铜带省谦比希镇，该地区矿产资源丰富，但基础设施不健全、物资匮乏、生产效率低。东南矿体井下目前分为南、北2个采区，共有4个生产中段，采用竖井开拓，双层进路充填采矿法及上向中深孔分条充填采矿法，设计采选规模为10 000 t/d。

中色非洲矿业致力于将谦比希铜矿建设成为非洲一流的标杆和典范矿山，实现安全、高效、低成本、绿色环保开采，实现生产运营的稳定，并获得较高的经济效益。中色非洲矿业团队经过多方考察和研究认为，传统的开采模式已经不能适应当前生产需求，必须利用先进的数字化和信息化手段，才能满足生产要求。

1 数字化矿山建设现状

中色非洲矿业与Sandvik、Metso、中国恩菲工程技术有限公司、长沙迪迈数码科技股份有限公司等国内外知名企业合作，旨在将谦比希铜矿建设成为从采选工艺流程到生产管理全范围覆盖的数字化矿山。目前，在谦比希铜矿东南矿体建设和规划的数字化矿山系统主要有Optimine系统、生产计划智能编制系统、按需通风系统、恩菲融合系统、企业资源计划系统（Enterprise Resource Planning，ERP）、矿区一卡通系统、物资出入矿区管理系统和质检化验管理系统。Optimine系统由监测监控、定位跟踪、任务计划和任务管理4大模塊组成[6]，是一款数据管理集成系统，能够提供准确的实时生产信息、设备信息，实现生产过程管理的可视化，提高生产管理能力。

生产计划智能编制系统在综合考虑矿山计划产量、矿体模型、回采工艺、生产能力、设备能力等实际条件的基础上，能够自动制定出各类中长期计划，编制的计划还可以根据实际需求导出三维模型、Excel表格、甘特图等。按需通风系统根据井下实际情况，分地点分作业工序地按需风要求提供风量，节能减排。恩菲融合系统实现供水、供电、排水、提升、运输等辅助系统的自动化控制，为生产提供保障。ERP系统为财务和供应管理系统。矿区一卡通系统实现对矿区内的门禁、考勤、通道、巡更、访客等各子系统的综合管理。物资出入矿区管理系统对出入东南矿体的物资进行线上审批，提高工作效率。质检化验管理系统对样品编码采用明码+密码形式，提高化验结果在线审核和下发效率，保障了化验结果的真实性、可靠性。

2 数据共享平台建设

2.1 平台结构

数据共享平台体系分为6个层次，分别为展示层、应用层、共享交换平台层、信息资源中心层、网络基础设施层、安全保障和标准管理制度体系层，各层次及其包含内容如图1所示。

1）展示层。展示层为共享平台的系统界面，是使用人员的应用工具。

2021年第12期/第42卷  机电与自动控制机电与自动控制  黄 金

2）应用层。应用层为数据最终层面，各类用户享受数据共享平台的成果，在平台中开展各项业务，例如：在生产层面实现对生产数据的实时掌控;在技术层面实现资源管理、技术管理，材料出入库统一登记管理等。

3）共享交换平台层。共享交换平台层能够对系统中的数据、组件及服务等内容进行管理，使应用层中的应用与数据联通起来，为各类应用运行提供数据支撑，同时共享交换平台还包含资源目录管理系统，用户可以利用此系统实现对各类目录和信息的整理与管理。

4）信息资源中心层。信息资源中心层属于信息化技术支撑层，通过定义数据模型，实现数据组织、存储和管理，并且能够随着矿山对各类应用使用的不断深入及生产过程中各类信息量的增加建设共享信息库及数据中心。

5）网络基础设施层。网络基础设施层包括整个系统运行所必需的各类软硬件设备，如网络通信设备、主机、系统软件等。

6）安全保障和标准管理制度体系层。安全保障和标准管理制度体系层主要是通过建立与保障数据安全相关的各种体系、法规及标准，使系统运行得到安全保障。标准规范建设是实现平台中各类数据与信息互联共享，系统安全可靠运行的前提条件。

谦比希铜矿东南矿体未来可能还会应用AMPLA系统、综合培训系统、选矿自动化系统，会出现不同企业和服务商建立的多系统林立局面。不同系统、不同建设方数据结构不同、数据标准不同，容易形成信息孤岛，导致信息流通不畅，信息化系统不能发挥最大作用，是数字化矿山建设过程中的最大弊端和难题。东南矿体各个系统正在完善和建设中，建立数据共享平台是解决上述问题、并将所有系统整合的最好方法。

2.2 平台建设蓝图

数据共享平台建设蓝图如图2所示。数据共享平台在不改变原系统数据结构的前提下将各系统数据结果采用统一信息模型、数据规范存储在同一平台中，各专业、各部门实现深度共享、协调合作。

2.3 数据共享平台功能

1）实现数据融合。数据共享的目的是消除部门数据沟通障碍，提高数据应用效率。主要体现在2个方面：一是实现数据跨系统、跨平台、跨数据结构在矿山内部纵向、横向部门间流转;二是利用大数据，减少数据获取、处理、分析的时间，提高工作效率，降低企业开支。

2）提高矿山安全生产水平，增强矿山各级人员科学决策能力，提升矿山管理水平[7]。数据共享平台使矿山各级人员能够及时、准确掌握井下生产过程中遇到的各种情况，大大提高了决策的科学性与准确性，使矿山在灾害预警及应急响应等方面的能力得到了较大程度的提升。

3）能够安全可靠地存储矿山生产过程中产生的各类信息资源。通过建立信息资源中心，实现对矿山各部门数据的统一管理与应用，同时从包含软硬件设备、应用系统、数据库等在内的多个方面出发保证数据的安全性，并能够根据使用者的实际需求提供个性化的安全设计。

4）提供一个高效的应用服务平台。通过对各类信息与资源的汇总与管理，提高谦比希铜矿东南矿体数据共享交换的能力与水平，为各部门间的信息资源提供交换共享平台，增强各部门间的信息沟通能力，消除各部门间存在的信息孤岛现象，减少部门间的数据冗余，降低信息资源使用成本。

5）为数字化矿山建设保驾护航。数字化矿山建设的基础是数据，数据共享平台能够适应多系统的融合，并增强系统的拓展性和兼容性。

3 数据共享平台应用及效果

3.1 减少投资成本

谦比希铜矿东南矿体正在建设或正在规划中的系统目前已有12套，如果没有数据共享平台，每套系统需要1套服务器，为了保障数据的安全性，一般服务器都是双机热备份，整套服务器包括2台服务器主机、1台磁盘阵列。1套服务器硬件建设成本约10万元，12套系统仅服务器建设成本约120万元。系统的其他建设成本（机房建设、UPS后备电源等）、维护成本、管理成本、人力成本将成倍增加，而且谦比希铜矿东南矿体预计需建设的系统不止12套，每增加1套系统均要增加1套系统的成本。

数据共享平台只需要建设1套高配置的服务器，所有系统共用1套服务器，减少的成本主要有以下几方面：

1）1台高配置的服务器价格在15万～20万元，根据目前的系统建设规划，服务器建设成本可以节省100万元，后期再增加系统也不需要增加服务器建设成本。

2）通过减少服务器数量、网络设备数量、存储容量、UPS等，节省机房、机柜空间，可以减少建设成本2/3以上。

3）服务器管理只需要中方与赞方各提供1名管理维护人员，如采用12套服务器需要中方与赞方各提供3名管理维护人员。

4）服务器利用率更高，可以达到70 %～90 %，分建12套服务器单套服务器的利用率为10 %～20 %。

5）减少网络端口和设备总量，减少了单点故障率，降低了维护成本。

3.2 精准指导采掘作业

生产计划是矿山重要的技术工作，矿山的所有生产都围绕生产计划开展。谦比希铜矿东南矿体井下现有3家生产单位：铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司（下称“铜冠矿建”）谦比希铜矿东南矿体项目部、金诚信矿业管理股份有限公司（下称“金诚信”）谦比希铜矿东南矿体项目部及谦比希铜矿东南矿体采矿部。其中，铜冠矿建谦比希铜矿东南矿体项目部和金诚信谦比希铜矿东南矿体项目部负责开拓、采准和残矿回收，谦比希铜矿东南矿体采矿部负责采矿工作。为了保证采掘平衡，保证矿山服务年限，生產计划编制变得尤为重要。

谦比希铜矿东南矿体长期计划、年计划、季度计划、月计划、周计划由生产运营中心技术人员在生产计划智能编制系统中完成。班组计划由采矿部技术人员在Optimine系统中完成，并下发到班组和具体设备处，生产执行情况再反馈到Optimine系统中。

应用数据共享平台生产计划编制系统的计划结果直接存入数据共享平台中，Optimine系统从数据共享平台中读取数据，编制班组计划;Optimine系统生产执行结果数据直接存入共享平台中，生产计划编制系统根据生产执行结果数据重新调整计划，能够保证生产计划精准指导采掘作业，为矿山采掘平衡提供了有效保障，其逻辑关系如图3所示。

3.3 采矿设计与生产的有机结合

谦比希铜矿东南矿体南采区采矿方法为双层进路充填采矿法，北采区采矿方法为上向中深孔分条充填采矿法，由于东南矿体的矿体产状变化较大，矿体形态复杂，为了降低采矿损失率和矿石贫化率，每个盘区每个采场都需要单独设计，对设计要求高，工作量大，设计者必须实时掌握现场实际情况。

Dimine软件已经成为谦比希铜矿东南矿体地、测、采等技术人员应用的日常软件，生产运营中心的采矿技术员完成采场单体设计或巷道设计后，由采矿部技术人员用iSure完成爆破设计，再由车载三维扫描仪自动扫描完成测量。Dimine的设计数据、iSure的设计数据、三维扫描仪的实测数据均存储到数据共享平台中，形成采掘设计、爆破设计、实测图、设计调整的闭路循环，生产和设计高效结合，其逻辑关系如图4所示。

4 结 语

从信息化技术方面来说，数据共享平台的建立能够实现矿山各类数据的协同共享，提高系统的稳定性和安全性，降低建设成本。从矿山管理和采矿技术角度分析，能够打破部门界限，使矿山数据成为开放性数据，从建设层面、应用层面为企业带来经济效益。数据共享平台在谦比希铜矿东南矿体的实际应用中，在精确指导采掘作业及实现采矿设计与生产的有机结合方面均取得了令人满意的效果。

[參 考 文 献]

[1] 张爱民，杨建伟，徐聪，等.矿山数字化探讨[J].矿山测量，2011（5）：23-24.

[2] 丁震.浅谈数字化矿山建设[J].神华科技，2011，9（6）：23-25.

[3] 刘华艳，鲁卫红.刍议建设数字化信息化矿山[J].矿业工程，2008（4）：3-5.

[4] 邓永胜.数字矿山特征及未来数字遥控采矿系统模型[J].昆明冶金高等专科学校学报，2006，22（1）：59-63.

[5] 谢伟华.数字化矿山工程施工关键技术研究与应用[J].中国金属通报，2017（12）：49，48.

[6] 张金钟.中色非矿东南矿体数字化矿山建设[J].中国金属通报，2017（12）：101-103.

[7] 刘景勇，张建强，王伟.基于云服务的矿业集团监控联网系统设计与实践[J].能源与环保，2020，42（9）：147-152.

Application of shared data platform to the digital mine construction

of NFC Africa Mining PLC

Zhang Jinzhong1，Zhang Xiaorui2，Zhu Xinyue2

（1.NFC Africa Mining PLC; 2.Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：NFC Africa Mining PLC is dedicated to building Chambishi Copper Mine into a first-grade exemplary mine in Africa，a classic of digital mine construction.Via collaboration with all kinds of companies，shared data platform is gradually set up，realizing data integration，improving production efficiency while reducing investment concerning human and material resources of companies.Besides，Informatization systems such as Optimine system and Dimine software can be used to precisely guide the implementation of mine production plan and the design of mining methods，finally realizing synergy and sharing of various data between mines.

Keywords：shared data platform;digital mine;informatization system;deep interconnection;synergy and sharing