CN104929687A - 矿山数字化生产管控系统和方法 - Google Patents

Abstract

矿山数字化生产管控系统和方法。本发明提供了一种矿山数字管控系统和应用于该系统的数字管控方法，该管控系统包括地质资源分析子系统、配矿子系统和管控子系统，地质资源分析子系统根据采集到的地质样本，生成地质资源模型；配矿子系统自动生成配矿方案，管控子系统根据上述地质模型和配矿方案，对矿山作业进行实时监控、调整和管理；该方法根据采集到的地质样本，分析，模拟，预测后生成地质资源模型；根据地质资源模型自动生成配矿方案，根据上述地质模型和上述配矿方案，对矿山作业进行实时监控、调整和管理。本系统和方法从地质基础数据入手，对采矿生产进行管控、使得配矿结果更加准确，提高采矿作用精度和效率，降低了采矿损失贫化率，实现高效作业管理。

Description

矿山数字化生产管控系统和方法

技术领域

本发明涉及数字管控领域，具体而言，涉及一种矿山数字管控方法和系统。

背景技术

对于大型露天矿床，年采矿采剥量大，日出矿量大，铲装设备、运输设备多，作业场所点多、面广，难于管理，对于地质工作、采矿设计及现场管理工作提出了极高要求。

现有地质模型比较简单，难以满足采剥计划和采矿设计要求的准确地质条件；生产现场管理手段简单且零散，采矿生产管理一直采取人为监管为主的管理方式，管理难度大；年生产计划、年、月采剥施工计划及矿块开采设计管理业务运行前后衔接不畅，相关采矿业务及现场管理只能靠人为经验统筹规划和强化监管来完成；设计工作量大且工具为简单的采矿软件及制图软件Cad，存在人为干扰因素且工作效率低；生产文件及数据分散、不集中。

由于采坑作业点多面广、作业设备及人员多，使管理人员对于采矿作业技术及安全的监管程度有限，不能实时监控采场整体生产及单台铲装设备铲装情况，从而影响贫化率、损失率管理以及造成供矿品位波动。

这些问题的解决需要采用更加系统、先进的手段及工具，以精确了解矿床，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿山数字化管控系统和方法，建立地质基础数据，搭建采矿数字化管理的系统架构，实现从地质到采矿、从生产计划到采剥施工计划、计划的执行，从自动配矿到现场作业管理管理等一系列生产作业的自动化管控。

第一方面，本发明实施例提供了一种矿山数字管控系统，包括地质资源分析子系统、配矿子系统和数字管控子系统，地质资源分析子系统根据采集到的地质样本，生成地质资源模型；配矿子系统根据地质资源模型自动生成配矿方案，数字管控子系统根据上述地质模型和配矿方案，对矿山作业进行实时监控、并实时调整矿山作业方案。

上述地质资源分析子系统包括数据采集设备，样本化验分析设备，数据传输设备，存储设备和地质资源处理装置，其中，上述地质资源处理装置包括矿块品味分析设备，地质资源分析设备和地质资源显示设备；

矿块品味分析设备根据采集的矿床样本，生成矿块品味模型；

地质资源分析设备，根据上述矿块品味模型，通过三维模拟，结构分析、矿床品味组合，预测、生成、更新矿床的地质模型；

地质资源显示设备用于显示矿床的地质模型。

地质资源分析子系统建立了三维矿床模型、地层模型和构造模型，通过从粗略地质模型到精细的品位数据的综合显示，形成动态的可视化矿床模型，对矿体空间展布和矿体与勘探工程的空间关系有了清晰的了解，为后期采矿生产作业打下了基础。

上述配矿子系统包括配矿信息处理装置和配矿监控设备，其中配矿监控设备包括定位终端和监控设备；

上述配矿信息处理装置根据上述矿块品位模型，执行优化计算和品味估值运算，生成每日的配矿方案；

监控设备实时监控出矿作业，出现异常时，触发报警。

上述自动配矿子系统，降低了工作过程中的人为失误，而且配矿时间由原来的2个多小时变为现在的15分钟，更重要的是实现矿石化验数据不落地，减少人为因素的干涉，保证了数据精确性，极大的降低了矿山生产各环节的成本，提高了企业的经济效益，节省了作业时间。同时保证了各项工作按照计划进行。使选矿厂回收率和精矿品位保持稳定，规范了整体生产技术管理。

其中管控子系统包括穿孔爆破设计设备，钻机自动布控终端，数据管理设备，采剥管理设备和现场执行管理设备等。其中穿孔爆破设计设备包括穿孔设计部件和爆破设计部件，穿孔设计部件生成穿孔作业指导书，爆破设计部件生成爆破报告，数据管理设备包括穿孔管理部件，所述现场执行管理设备向矿山作业设备发送采矿作业指令，所述矿山作业设备包括采掘机、铲装设备和卡车。

上述矿块品味分析设备根据提取的地质数据，建立三维模型或者多边形模型，将目标地理对象单元块尺寸设定为2m×2m×15m，利用距离幂次反比法进行品位估值，根据估值结果对每个单元块赋予不同的属性，这些属性与爆区矿量、年度探采对比以及损失贫化率密切相关，并将这些属性与该矿块的三维模型相关联；

上述地质资源分析设备，根据上述矿块品味分析设备的分析数据和上述矿块品位模型，从数据库中获取地质编录数据，该地址编录数据包括上层矿岩界线、品位，地质编录数据，推断采样矿块向下多个地质台阶的地质情况，形成包括采样矿块在内的矿床地质模型。

上述数字化管控系统，实时模拟作业现场状况，例如采场、排土场台阶现状，采集、监控运输道路、设备、采剥计划、穿孔等所有生产信息，在三维立体的调度基础上对月采剥计划、采矿设计、供配矿的现场执行管理。由原来单一的人工对采剥计划、供配矿方案、采矿设计和二维卡调系统的分散管理手段，转变为将采剥计划开采位置、出矿方案信息、穿孔设计、实际孔位、品位控制系统地质信息实时模拟和呈现，实现各个生产模块的集中管理，数据的无缝对接。

结合第一方面，本发明实施例提供了所述的矿山数字管控系统中的执行的数字管控方法，包括：

根据采集到的地质样本，分析，模拟，预测后生成地质资源模型；

根据地质资源模型自动生成配矿方案，

根据上述地质模型和上述配矿方案，对矿山作业进行实时监控、对作业方案进行实时调整。

上述根据采集到的地质样本，分析，模拟，预测后生成地质资源模型的步骤包括：

收集矿山样本、矿山地质勘探数据、生产勘探数据、钻孔及岩粉资料数据、地质编录数据，矿山地形现状测量数据以及运输道路数据等多种记录数据；

矿体的赋存形态及断层分布将矿体分为多个子矿体；上述子矿体包括多个矿块，对各子矿体的样本进行化验分析；

利用距离幂次反比法进行矿块品位估值，生成矿块品味模型；

统计矿块品味数据的分布，矿体生成分布规律图；

生成矿床地质数据库和矿区平面图，辨识子矿体勘探线，形成勘探线剖面，对矿块进行地质解译，根据已知资源储量估算可用采矿的各项指标，并结合矿石类型、产状、蚀变、矿化特征进行，预测相邻矿块的地质特性，形成各矿块剖面的地质解译图，将相邻剖面的地质解译图进行整合，形成子矿体实体模型；

使用球状模型的理论曲线进行拟合，生成每个矿体在多个方向上的变异函数，以表征矿体的地质变化特征；

根据变异函数，整合子矿体实体模型建立矿床地质模型并进行三维显示。

上述生成配矿方案的步骤，包括：

根据上述矿块品位模型，划分多个爆堆，获取包括爆堆区域轮廓多边形数据和矿块品位数据在内的数据信息，确定采掘宽度、矿带名称和采矿台阶高度，选择采矿主推进方向，选择爆堆区域轮廓，确定相对于主推进方向的掘进方向和掘进宽度，对爆堆进行划分网格，估算网格内各矿块的品位分布；

通过距离幂反比法对每个矿块进行品位估值运算，选取矿块铲装位置、开采方向、出矿量等配矿方案数据；

实时监控矿块铲装设备的作业位置，当矿块铲装设备的作业位置超出配矿方案中给出的计划位置时，触发报警；

计算出矿综合品位值，在品位值超过允许误差范围时，触发报警；

显示配矿方案，以不同颜色实时显示变化爆堆状态。

上述对矿山作业进行实时监控、调整和管理的步骤，包括：

根据采剥计划和矿块品味数据，进行穿孔爆破设计，生成爆破报告；

根据上述爆破报告，自动显示钻孔参数和钻孔位置，执行钻孔和爆破作业；

根据矿块品味数据，结合生产现状参数、计划采矿量、计划剥离量等数据，绘制开采范围采掘带，计算各个开采区域的采剥工程量等信息，显示开采范围与开采类型；

采集现场采矿作业数据，将采剥完成情况与计划采矿量进行对比分析，实时调整作业方案；向矿山作业设备发送采矿作业指令，所述矿山作业设备包括采掘机、铲装设备和卡车。

显示采剥计划，作业调整指令，调整效果，以及工作矿区的具体工作场景。

其特征在于，上述进行穿孔爆破设计，生成爆破报告的步骤，包括：根据采剥计划设定爆破区域，根据矿岩分界进一步细化爆破分区，利用矿岩分界边界控制手自动布孔、并出图；生成穿孔作业指导书，作业指导书中包括编号、爆区、孔口x、孔口y、孔口z、孔径、孔深、倾角等参数；将穿孔作业指导书中的孔位坐标、孔深等数据转换成自动布孔终端可以识别的地图模式，将地图发送至钻机自动布孔终端；

进行爆破模拟以及起爆时间分析，设置起爆点和爆破连线规则，测试起爆时间，生成爆破报告，爆破报告中包括装药指导书、装药结构图、爆破连线图、起爆时间。上述数字管控方法，利用三维可视化技术，采用露天坑内配矿，无需设立配矿堆场，进行二次倒运，通过过车辆调度直接将矿石送入旋回破碎流程，为对所有生产炮孔化验数据利用距离幂反比法进行估值后配矿，形成多点出矿位置、矿量、品位的信息，并将多点出矿信息导入到调度系统，实时管控，出现异常状况时进行预警。

上述方法还对所有开采生产炮孔取样化验数据、地质勘探数据、生产勘探数据和地质断层构造等四方面数据进行合并估值，集成建立了地质品位数据模型，并作为后续采剥计划、采矿设计、配矿等业务使用提供准确地质基础数据，对提高采剥计划执行率，控制采矿损失贫化和减少配矿品位波动起到重要基础作用。

上述方法还对采剥进度有效管控，提高采剥计划执行率10％以上；有效掌握了月采剥计划与实际穿孔量对比、穿孔设计和实际穿孔对比，大大降低了对计划、穿孔、爆破、铲装的综合组织难度，加之视频监控功能，更加便于掌握计划、设备作业、矿岩界限情况，及时反馈调整现场生产，降低采矿损失率。

上述数字管控系统和管控方法将各业务模块相互关联，设备之间协调工作，无需人工参与。从地质基础数据到采矿生产管控、从生产计划到采剥施工计划、从地质配矿到现场执行监控、从采矿设计到现场穿、爆、铲、运、排管理的四大业务进行了数字化系统架构搭建，对生产现场施工、生产统计信息、生产地测采文件分别进行统一管控，形成了完善的、相互融合的数字化生产管控系统整体。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种矿山数字化生产管控系统；

图2示出了本发明实施例所提供的地质资源分析子系统；

图3示出了本发明实施例所提供的地质资源分析设备；

图4示出了本发明实施例所提供的配矿子系统；

图5示出了本发明实施例所提供的数字管控子系统；

图6示出了本发明实施例所提供的一种矿山数字管控方法；

图7示出了本发明实施例所提供的生成地质资源模型的方法；

图8示出了本发明实施例所提供的自动配矿方法；

图9示出了本发明实施例所提供的作业实时管控方法；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示出了本发明实施例所提供的一种矿山数字化生产管控系统；该系统包括地质资源分析子系统1、配矿子系统2和数字管控子系统3，地质资源分析子系统1根据采集到的地质样本，生成地质资源模型；配矿子系统2根据地质资源模型自动生成配矿方案，数字管控子系统3根据上述地质模型和配矿方案，对矿山作业进行实时监控、调整和管理。

更具体地，图2示出了地质资源分析子系统1，该子系统包括数据采集设备101，样本化验分析设备102，数据传输设备103，存储有地质资料数据库的存储设备104，地质资源处理装置105。

其中地质资源处理装置中包括矿块品味分析设备1051，地质资源分析设备1052和地质资源显示设备1053。

数据采集设备101收集矿山地质勘探数据、生产勘探数据、钻孔及岩粉资料数据、地质编录数据，矿山地形现状测量数据以及运输道路数据等多种记录数据。

数据采集设备101优选的为安装在钻机上的取样设备，上述钻机可以是轮钻机、爬山虎钻机或者阿特拉斯反循环钻机，根据预先设定的钻孔采样布置方案，例如，孔排间距分别为8m×7m，6m×4.5m，深度为15m，取样长度15m，钻机队采样对象矿块进行钻孔，数据采集设备通过隔孔取样的方式完成矿岩边界加密取样，分层取样来获取矿块样本。

钻机还根据预先设定的矿床边缘采样方案进行钻孔，即钻机的勘探间距为50m×50m，深度为30m，取样长度被设置为3m，此时数据采集设备采集矿床边缘样本。

钻机还根据预先设定的矿床整体成矿采样方案进行钻孔，即钻机的勘探网度为100m×100m，最大深度1300m，取样长度被设置为2-6m，此时数据采集设备采集矿床整体成矿样本。

数据采集设备101还可以被安全在各项矿山生产设备上，例如采矿车，在实际的生产过程中，根据部署或命令来采集矿体样本。

数据采集设备101对所采集到的各类矿山样本进行编号并记录各样本所对应的采样位置的地理数据，上述地理数据可以是经纬度或者其他的地理位置信息。

样本化验分析设备102对数据采集设备所采集的样本进行化验，得到各样本的各项地质数据。上述样本化验分析设备102包括称重部件，溶样部件，谱分析仪等组成部件，通过称重、溶样及ICP原子发射光谱仪等分析步骤，得到所采集的样本的各项地质数据。

样本化验分析设备102所化验分析得到的各项数据以及样本采集设备所记录的各项样本编号和对应的地理数据，经过数据传输系统，被送入地质资料数据库中，上述数据中包括但不限于地质勘探数据、生产勘探数据、岩粉数据等等。

对地质资料数据库所接收的数据进行分类、存储，优选的，将数据分为勘探数据、生产数据、岩粉数据等几大类。

地质资源处理装置105根据所采集和分析的数据，生成地质模型。

优选的，矿块品味分析设备1051从地质资料数据库中读取需要的数据，对矿位品味进行分析。优选的，矿块品味分析设备根据提取的地质数据，建立三维模型或者多边形模型，将目标地理对象单元块尺寸设定为2m×2m×15m，利用距离幂次反比法进行品位估值，根据估值结果对每个单元块赋予不同的属性，这些属性与爆区矿量、年度探采对比以及损失贫化率密切相关，并将这些属性与该矿块的三维模型相关联。

矿块品味分析设备1051还对于所提取的数据进行矿岩类型分类对于不同的矿岩类型设置不同的颜色，而颜色设定的影响因素包括矿岩的品味数据，矿石类型等数据，例如，矿块品味分析设备可以通过如下映射关系设定矿岩类型对应的颜色,将不同矿块的地理三维模型与对应的颜色相关联。

表1矿石类型对应颜色表

矿块品味分析设备1051的分析结果可以实时传输给地质资源分析设备1052和地质资源显示设备1053，在地质资源显示设备上，根据矿块品味分析设备所输出的矿块三维模型和对应的颜色将不同的矿块显示为不同的颜色。

地质资源分析设备1052，在矿块品味分析设备1051的分析结果和初步建立的矿块品位模型的基础上，从地质资料数据库中获取地质编录数据，根据上层矿岩界线、品位，地质编录等信息，推断采样矿块向下2个台阶的地质情况，形成包括采样矿块在内的更深矿床的地质模型，为采剥施工计划。矿岩分穿分爆设计提供更加精准的基础地质数据，同时，地质资源分析设备1052的分析结果还可用于定期对地质资源模型的更新。

优选的，地质资源分析设备1052还包括三维实体模型建立部件1052e、统计分析部件1052a、组合品味部件1052b、特高品味处理部件1052c、结构分析部件1052d和矿床模型分析部件1052f等组成部件。

其中，上述三维实体模型建立部件1052e根据矿块品位模型应用的地质数据库，生成矿区钻孔平面图。勘探线，形成勘探线剖面，对单个矿块进行地质解译，根据已知资源储量估算可用采矿的各项指标，并结合矿石类型、产状、蚀变、矿化特征进行，预测相邻矿区的地质特性，形成各矿区剖面的地质解译图，将相邻剖面的地质解译图进行整合，形成矿体实体模型。

统计分析部件1052a，根据矿体的赋存形态及断层分布将矿体分解为多个子矿体，优选的，首先将分析目标矿体选择为4m×6m×15m尺寸的矿体，对于铜钼矿体，将矿体细分为五个分矿体,细分之后，对矿体的各项地质数据，属性数据进行样统计分析，得到矿体品位数据的分布规律。

组合品位部件1052b，将采样得到的样品根据样本数据段按品位进行组合，优选的是对工程过程中的采样样品进行组合，在组合时，最小可采厚度12m和夹石剔除厚度12m，从第一个样品开始，搜索符合条件的样品段，并将这些样品段组合成一个新的样品段。

特高品位处理部件1052c，采用统计学的方法，根据品味分布数据，生成品味累计分布曲线，用上述品位累计分布曲线中97.5％分位数所对应的值替代特高品位。

结构分析部件1052d，计算变异函数，确定搜索椭球体及结构参数，最后利用交叉验证方法确定最佳的矿体结构参数。优选地，对于铜钼矿床，进行铜钼品位试验变异函数及理论曲线的拟合：利用铜品位的组合样文件计算矿体的试验变异函数，并用球状模型的理论曲线进行拟合。按照估值搜索椭球体的概念，对每个矿体，给出主轴、次轴和最小轴三个方向的变异函数。

在计算变异函数和品位估算之前需要对特高品位进行处理，如不进行处理会造成变异函数跳动较大，影响拟合效果。

地质资源分析设备中的数据和分析结果可以定期或实时更新，为短期计划、月度采剥计划提供数据支持，为采矿分穿设计提供地质依据；为生产管控的提供矿量、品位、金属量数据支持，为地质资源分析设备定期更新提供最新最准确的基础数据；

地质资源分析设备1052中的矿床模型分析部件1052f还能够获得原始地质矿床模型和品味控制设备中的分析数据和分析结果，预计整个矿床矿体的地质属性。优选地，地质资源分析设备对采样化验数据、地质勘探数据、生产勘探数据和地质断层构造等数据进行合并估值和集成，建立整个矿床地质模型，为矿山的最终境界的确定、中长期计划、年度采剥计划提供地质数据支持，同时也为月度采剥计划提供开展位置。

上述矿床地质资源模型，能够作为后续采剥计划、采矿设计、配矿等业务使用提供准确地质基础数据，对提高采剥计划执行率，控制采矿损失贫化和减少配矿品位波动起到重要基础作用。

地质资源显示设备1053，对于地质资料数据库中存储的数据，矿块品味分析设备、地质资源分析设备1053的分析结果，例如矿床地质资源模型，进行显示。

如图3示出了自动配矿子系统2，该子系统包括配矿信息处理装置201，显示设备202，配矿监控设备203，其中优选地，配矿监控设备203包括定位终端2031，定位监控设备和视频监控设备，定位监控设备和视频监控设备可集成为一个大型监控设备2032，也可以分离设置为不同的监控设备。

配矿信息处理装置201，根据矿块品位模型进行自动配矿，在多个爆堆之间进行优化计算，得出最优的配矿方案。通过距离幂反比法对每个矿块进行品位估值运算选取矿块铲装位置、开采方向、出矿量、品位等配矿方案数据。将每日的配矿方案中的矿块出矿位置、矿量、品位等数据统一管理。

显示设备202优选为三维可视化显示设备，该三维可视化显示设备实时呈现采场当月台阶现状、设备作业信息，直观展现配矿方案中出矿矿块信息和小时出矿量。

监控设备2032用于监控具体的配矿方案执行情况。

定位终端2031，例如可以是电铲Gps高精度终端，在出矿计划内配矿，超出范围报警保证现场配矿位置准确。

配矿信息处理装置201中设置报警器，报警器加权计算多台供矿设备每小时出矿综合品位，在品位超过允许误差范围时，触发自动报警。

配矿信息处理装置201从地质资源数据库中获取包括爆堆区域轮廓多边形数据和矿块品位数据在内的数据信息，根据实际生产需求，设置动态参数，确定采掘宽度、矿带名称和采矿台阶高度等相应参数，并选择采矿主推进方向，选择爆堆区域轮廓，确定相对于主推进方向的掘进方向和掘进宽度，选择相应的矿块品位模型，对爆堆进行划分网格，估算品位分布，估算品位分布的具体方式可以是有块体模型估值和炮孔数据估值两种方法；设置供矿量和供矿品位等相关参数，并选择参与配矿的爆堆，之后根据约束条件自动生成日配矿方案。

上述自动生成的配矿方案包括出矿位置、矿量、品位等数据的表格和三维矿块条带参数，配矿方案可以看出参与配矿爆堆的供矿品位和矿量以及各选矿厂的加权平均供矿品位和总供矿量，矿块条带可以直观看到参与配矿爆堆的供矿位置范围以及矿量和品位。将配矿方案送入三维显示设备中。

采矿开始后，配矿信息处理装置实时收集处理采矿数据，根据供矿计划要求品位对供矿给予调控，如发现异常状况时，例如发现品位波动较大时，或供矿车辆未在指定地点卸矿时，触发报警器报警。

定位终端2031可以被安装在采矿电铲铲斗位置上，可以是高精度安装了GPS终端或其他类型的定位终端，终端定位误差为±2cm，在采矿过程中，当铲斗超过设定范围时，定位终端能够自动报警，同时实现了电铲、钻机和卡车等设备24小时定位监控，准确掌握设备作业位置及运行情况。

显示设备202，根据矿山平行系统三维实景，显示配矿方案，同时，能够以不同颜色实时显示变化爆堆状态，开采条带的供矿及剥离予以区分显示，黄色为剥离，红色为供矿。

除了定位终端2031之外，在运输车辆，装卸设备，钻机等设备上设置定位监控设备和摄像头、摄像头将采集的实时图像信息通过视频监控设备传输给控数字管控子系统和显示设备上，从而在显示设备上展示铲、装、运设备及钻机的位置、显示供矿数据以及实时生产数据。

配矿子系统2通过数据同步更新和自动处理，使得原先人工点样、化验、CAD手动配矿、人工报表等工作量大大降低，提高了工作效率，并且降低了工作过程中的人为失误，大大缩短配矿时间，由原来的2个多小时变为现在的15分钟，更重要的是实现矿石化验数据不落地，减少人为因素的干涉，保证了数据精确性，极大的降低了矿山生产各环节的成本，提高了企业的经济效益，节省了作业时间。同时保证了各项工作按照计划进行。使选矿厂回收率和精矿品位保持稳定，规范了整体生产技术管理。

如图4示出了数字管控子系统3，该子系统以矿块品味控制设备中分析得到的地质数据为基础，对矿岩交界进行穿孔设计，利用无线传输技术将穿孔设计数据发送至钻机自动布孔终端，钻机自动查找穿孔孔位，穿孔后将实际数据反馈至中央生产管控系统集中管理，在显示设备上，设定不同图层，分别显示月计划范围内的穿孔设计与实际穿孔数据对比，以便于掌握实际孔位误差、现场穿孔进度，为穿孔质量管理和采剥计划管理提供基础依据。

上述数字管控子系统2包括穿孔爆破设计设备301，钻机自动布控终端302，数据管理设备303，采剥管理设备304和现场执行管理设备305等。其中穿孔爆破设计设备301包括穿孔设计部件和爆破设计部件，数据管理设备包括穿孔管理部件。

穿孔爆破设计设备301，根据月度采剥计划及品位控制数据，进行穿孔爆破设计。特别是矿岩分界区域的穿孔爆破设计，确定炮孔后冲线位置，划分出矿石炮区与岩石爆区，并自动计算出损失率和贫化率。

更具体地，穿孔设计部件，根据月度采剥计划设定爆破区域，然后根据现状参数约束后的品位控制数据，对根据矿块品味控制设备中的数据和分析结果生成的品位控制模型，依据矿岩属性进行颜色设定，然后根据矿岩分界进一步细化爆破分区，划定区域后利用矿岩分界边界控制手段最终确定爆破区域，实现矿岩分穿分爆，实现自动布孔、并出图，同时自动生成穿孔作业指导书，作业指导书中包括编号、爆区、孔口x、孔口y、孔口z、孔径、孔深、倾角等参数，然后将爆破穿孔作业指导书中的孔位坐标、孔深等数据转换成自动布孔终端可以识别的地图模式，然后利用无线传输技术将地图发送至钻机自动布孔终端。

穿孔爆破设备301可通过多种手段来完成上述穿孔爆破设计过程，优选的，可以通过程序设计等软件方式来完成整个设计过程。

钻机自动布控终端302包括有钻头，定位设备，数据采集和收发部件，和显示部件。在钻杆对准孔位时开钻，开钻后定位设备根据钻头进行孔深测定，具体的测定方式可以是GPS方式，等到钻孔深度达到设计要求时停止钻孔，在钻孔结束后将数据自动利用无线传输技术上传，同时在钻机自动布控终端302上显示下一个钻孔的位置以及与该炮孔的距离。

钻孔后上传的数据包括实际孔位坐标、孔深等信息，这些数据包可供下载，对照原穿孔设计查看误差，超过运行误差则记录入考核信息数据库，在误差内的数据则被导入爆破设计设备进行爆破设计。

爆破设计部件进行自动起爆网络连线、爆破模拟以及起爆时间分析等工作，通过自动起爆网络连线设置起爆点和爆破连线规则，自动完成网络连线，并模拟爆破过程，发现爆破中存在的问题，对起爆时间，尤其是进行分析以最大限度的控制爆破震动，特别是在靠近边帮的爆破作业中作用尤为明显。

爆破设计部件还生成爆破报告，爆破报告中包括设计报告书、装药指导书、装药结构图、爆破连线图、起爆时间和技术经济信息等。

爆破设计部件可通过多种手段来完成上述穿孔爆破设计过程，优选的，可以通过程序设计等软件方式来完成整个设计过程，通过采用软件辅助实现穿孔爆破设计半自动化，极大地提高了设计效率，以往的穿孔设计主要时间集中在炮孔的布置以及损失率和贫化率的计算上，通过软件编程的方式，在极短的时间内就可以完成炮孔布置以及损失率和贫化率的计算，而且根据品位控制模型计，以三维设计代替以往的二维设计，使设计更加形象化，通过三维剖面更加真实的了解矿体形态，实测数据的导入使得爆破设计更加接近实际情况。

穿孔管理部件用来控制穿孔孔位和孔深误差，同时控制穿孔进度，通过已穿完炮孔的数据与炮孔设计数据进行对比，对比孔位及孔深误差是否在控制范围内，针对矿岩分界位置的孔位要求尤为严格。针对个别炮孔误差超出控制范围的情况，对炮孔进行处理，保证符合爆破要求，实现对穿孔质量管理；通过已穿完炮孔与数据月采剥计划进行对比，计算穿孔进度是否满足月采剥计划完成进度，根据月采剥计划调整穿孔进度。

通过过月采剥计划与实际穿孔量对比、穿孔设计和实际穿孔对比，大大降低了对计划、穿孔、爆破、铲装的综合组织难度，加之视频监控功能，更加便于掌握计划、设备作业、矿岩界限情况，及时反馈调整现场生产，降低采矿损失率。

采剥管理设备304根据公司生产计划，在年度采剥计划范围内，进行月采剥计划的制定，计算生成月计划开采范围，集中管理，通过当月现状呈现计划采剥条带，显示每一条带采剥量，结合配矿条带数据、穿孔范围以及生产统计的供矿、穿孔产量数据，发现计划进度滞后及时采取设备作业调配等有效组织措施调整，实现对采剥计划进行综合集中管控。

采剥管理设备304接收矿块品味控制设备中的数据和分析结果，导入上月末的生产现状参数，形成现状三维模型，在此基础上根据月计划的采矿量、剥离量、供矿品位等主要指标绘制开采范围采掘带，运用采掘带功能直接运算出各个开采区域的采剥工程量、品位等信息，将各个开采条带用不同颜色代表不同开采类型，从而能够直观的看出各个开采范围与开采类型。

现场执行管理设备305包括数据处理部件3051，视频监控设备3052，调度设备3053。

该数据处理部件3051接收月采剥计划，判断电铲、钻机是否在月计划范围内进行作业，如果超出了当月的开采范围，指令电铲、钻机进行调整。也可以指令采剥计划制定部件对采剥计划进行调整。

该数据处理部件3051还能够通过采剥生产数据统计分析，对月采剥计划的施工进度和采剥完成情况与计划量进行对比分析，控制月采剥计划。

视频监控设备包括摄像头，实时监控部件，报警部件，显示部件。

摄像头为多个，优选为高清摄像头，设置在工作矿区的多个区域，摄像头采集的数据送入视频监控设备中的显示设备。

在显示设备上显示采剥计划，调整指令，调整效果，以及工作矿区的具体工作场景，并且上述摄像头所采集的图像可以在显示设备上进行预览。

实时监控部件可对现场穿、爆、采、运、排作业与油库、检修场等场所绝大部分安全隐患实时调用查看。

当出现异常状况时，例如车辆超速，报警部件产生报警提示信息，触发报警。利用车辆超速报警提示功能可以查询任何时间内现场车辆超速情况，从而有效提高对运输安全的监管。

调度设备3053包括数据收发装置和卡车定位监控装置，其中车辆定位监控装置被安装在车辆上，能够实时测量车辆的运行状态信息，例如车辆所在的地理位置，车速等，将上述状态信息传输给数据收发装置，数据收发装置将车辆的状态信息传输给数据处理部件，经过分析处理后在显示设备上实时显示车辆的运行状况。

本发明实施例提供了一种矿山数字管控方法，可方法被应用在上述数字管控系统中，如图6所示，该管控方法包括：根据采集到的地质样本，分析，模拟，预测后生成地质资源模型01；根据地质资源模型自动生成配矿方案02，根据上述地质模型和上述配矿方案，对矿山作业进行实时监控、调整和管理03。

更具体地，图7示出了本发明生成地质资源模型的方法，该方法包括：收集矿山样本011、矿山地质勘探数据、生产勘探数据、钻孔及岩粉资料数据、地质编录数据，矿山地形现状测量数据以及运输道路数据等多种记录数据；矿体的赋存形态及断层分布将矿体分为多个子矿体；上述子矿体包括多个矿块，对各子矿体的样本进行化验分析012；利用距离幂次反比法进行矿块品位估值，生成矿块品味模型；统计矿块品味数据的分布，矿体生成分布规律图013；生成矿床地质数据库和矿区平面图014，辨识子矿体勘探线，形成勘探线剖面，对矿块进行地质解译，根据已知资源储量估算可用采矿的各项指标，并结合矿石类型、产状、蚀变、矿化特征进行，预测相邻矿块的地质特性，形成各矿块剖面的地质解译图，将相邻剖面的地质解译图进行整合，形成子矿体实体模型；使用球状模型的理论曲线进行拟合，生成每个矿体在多个方向上的变异函数015，以表征矿体的地质变化特征；根据变异函数，整合子矿体实体模型建立矿床地质模型并进行三维显示016。

图8示出了本发明实施例所提供的自动配矿方法，该方法包括：根据矿块品位模型，划分多个爆堆，获取包括爆堆区域轮廓多边形数据和矿块品位数据在内的数据信息，确定采掘宽度、矿带名称和采矿台阶高度，选择采矿主推进方向，选择爆堆区域轮廓，确定相对于主推进方向的掘进方向和掘进宽度021，对爆堆进行划分网格，估算网格内各矿块的品位分布；通过距离幂反比法对每个矿块进行品位估值运算022，选取矿块铲装位置、开采方向、出矿量等配矿方案数据；实时监控矿块铲装设备的作业位置023，当矿块铲装设备的作业位置超出配矿方案中给出的计划位置时，触发报警；计算出矿综合品位值，在品位值超过允许误差范围时，触发报警；显示配矿方案024，以不同颜色实时显示变化爆堆状态。

图9示出了本发明实施例所提供的作业实时管控方法；该方法包括：根据采剥计划设定爆破区域，根据矿岩分界进一步细化爆破分区，利用矿岩分界边界控制手自动布孔、并出图；生成穿孔作业指导书031，作业指导书中包括编号、爆区、孔口x、孔口y、孔口z、孔径、孔深、倾角等参数；将穿孔作业指导书中的孔位坐标、孔深等数据转换成自动布孔终端可以识别的地图模式，将地图发送至钻机自动布孔终端；进行爆破模拟以及起爆时间分析，设置起爆点和爆破连线规则，测试起爆时间，生成爆破报告032，爆破报告中包括装药指导书、装药结构图、爆破连线图、起爆时间。自动显示钻孔参数和钻孔位置，执行钻孔和爆破作业033；根据矿块品味数据，结合生产现状参数、计划采矿量、计划剥离量等数据，绘制开采范围采掘带034，计算各个开采区域的采剥工程量等信息，显示开采范围与开采类型；采集现场采矿作业数据，将采剥完成情况与计划采矿量进行对比分析，实时调整035；显示采剥计划，作业调整指令，调整效果，以及工作矿区的具体工作场景036。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备或部件，或某个设备所执行的功能也可由其他设备代为执行，或一些特征可以忽略，或不执行，或者上述子系统，设备或部件可以由硬件、软件、固件或者他们之间的组合来完成，上述各子系统组成单元的划分，仅仅为一种示例性划分方式，实际实现时可以有另外的组合方式。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述系统和方法中描述的方法步骤或设备所执行的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数字化生产管控系统，其特征在于，包括地质资源分析子系统、配矿子系统和数字管控子系统；

所述地质资源分析子系统，用于根据采集到的地质样本，生成地质资源模型；

所述配矿子系统，用于根据地质资源模型自动生成配矿方案；

所述数字管控子系统，用于根据所述地质模型和配矿方案，调整矿山作业方案，向矿山作业设备发送采矿作业指令，对矿山作业进行实时监控。

2.根据权利要求1所述数字化生产管控系统，其特征在于，所述地质资源分析子系统包括数据采集设备，样本化验分析设备，数据传输设备，存储设备和地质资源处理装置；

所述地质资源处理装置包括矿块品味分析设备，地质资源分析设备和地质资源显示设备；

所述矿块品味分析设备，用于根据采集的矿床样本，生成矿块品味模型；

所述地质资源分析设备，用于根据上述矿块品味模型，通过三维模拟、结构分析和矿床品味组合，以预测、生成和更新矿床的地质模型；

所述地质资源显示设备用于显示矿床的地质模型。

3.根据权利要求2所述数字化生产管控系统，其特征在于，

所述配矿子系统包括配矿信息处理装置和配矿监控设备，其中，所述配矿监控设备包括定位终端和监控设备；

所述配矿信息处理装置，用于根据所述矿块品位模型，执行优化计算和品味估值运算，以生成每日的配矿方案；

所述监控设备，用于实时监控出矿作业，并在出矿作业出现异常时触发报警。

4.根据权利要求3所述数字化生产管控系统其特征在于，

所述数字管控子系统包括穿孔爆破设计设备，钻机自动布控终端，数据管理设备，采剥管理设备和现场执行管理设备；

其中，所述穿孔爆破设计设备包括穿孔设计部件和爆破设计部件；所述数据管理设备包括穿孔管理部件；

所述穿孔设计部件用于生成穿孔作业指导书，所诉爆破设计部件用于生成爆破报告；

所述现场执行管理设备向矿山作业设备发送采矿作业指令，所述矿山作业设备包括采掘机、铲装设备和卡车。

5.根据权利要求2所述的数字化生产管控系统，其特征在于：

所述矿块品味分析设备，用于根据提取的地质数据，建立三维模型或者多边形模型，将目标地理对象单元块尺寸设定在预设尺寸范围；利用距离幂次反比法进行品位估值，根据估值结果对每个所述单元块赋予不同的属性值，并将所述属性值与所述矿块的三维模型相关联；

其中，所述在预设尺寸范围包括：2m×2m×15m；所述属性值与爆区矿量、年度探采对比以及损失贫化率相关；

所述地质资源分析设备，用于根据所述矿块品味分析设备的分析数据和所述矿块品位模型，从数据库中获取地质编录数据，以推断采样矿块向下多个地质台阶的地质情况，形成矿床地质模型；

其中，所述矿床地质模型包括采样矿块在内的，所述地址编录数据包括上层矿岩界线、品位，地质编录数据。

6.一种数字管控方法，应用于权利要求1所述的数字化生产管控系统中，其特征在于，包括：

根据采集到的地质样本，分析，模拟，预测后生成地质资源模型；

根据地质资源模型自动生成配矿方案，

根据上述地质模型和上述配矿方案，对矿山作业方案进行实时调整，对矿山作业进行实时监控。

7.如权利要求6所述的数字管控方法，其特征在于，上述根据采集到的地质样本，分析，模拟，预测后生成地质资源模型的步骤包括：

收集矿山样本、矿山地质勘探数据、生产勘探数据、钻孔及岩粉资料数据、地质编录数据，矿山地形现状测量数据以及运输道路数据等多种记录数据；

矿体的赋存形态及断层分布将矿体分为多个子矿体；上述子矿体包括多个矿块，对各子矿体的样本进行化验分析；

利用距离幂次反比法进行矿块品位估值，生成矿块品味模型；

统计矿块品味数据的分布，矿体生成分布规律图；

生成矿床地质数据库和矿区平面图，辨识子矿体勘探线，形成勘探线剖面，对矿块进行地质解译，根据已知资源储量估算可用采矿的各项指标，并结合矿石类型、产状、蚀变、矿化特征进行，预测相邻矿块的地质特性，形成各矿块剖面的地质解译图，将相邻剖面的地质解译图进行整合，形成子矿体实体模型；

使用球状模型的理论曲线进行拟合，生成每个子矿体在多个方向上的变异函数，以表征子矿体的地质变化特征；

根据变异函数，整合子矿体实体模型建立矿床地质模型并进行三维显示。

8.如权利要求7所述的数字管控方法，其特征在于，上述生成配矿方案的步骤，包括：

根据上述矿块品位模型，划分多个爆堆，获取包括爆堆区域轮廓多边形数据和矿块品位数据在内的数据信息，确定采掘宽度、矿带名称和采矿台阶高度，选择采矿主推进方向，选择爆堆区域轮廓，确定相对于主推进方向的掘进方向和掘进宽度，对爆堆进行划分网格，估算网格内各矿块的品位分布；

通过距离幂反比法对每个矿块进行品位估值运算，选取矿块铲装位置、开采方向、出矿量等配矿方案数据；

实时监控矿块铲装设备的作业位置，当矿块铲装设备的作业位置超出配矿方案中给出的计划位置时，触发报警；

计算出矿综合品位值，在品位值超过允许误差范围时，触发报警；

显示配矿方案，以不同颜色实时显示变化爆堆状态。

9.如权利要求8所述的数字管控方法，其特征在于，上述对矿山作业方案进行实时调整，对矿山作业进行实时监控的步骤，包括：

根据采剥计划和矿块品味数据，进行穿孔爆破设计，生成爆破报告；

根据上述爆破报告，自动显示钻孔参数和钻孔位置，执行钻孔和爆破作业；

根据矿块品味数据，结合生产现状参数、计划采矿量、计划剥离量等数据，绘制开采范围采掘带，计算各个开采区域的采剥工程量等信息，显示开采范围与开采类型；

采集现场采矿作业数据，将采剥完成情况与计划采矿量进行对比分析，实时调整作业方案，向矿山作业设备发送采矿作业指令，所述矿山作业设备包括采掘机、铲装设备和卡车；

显示采剥计划，作业指令，调整效果，以及工作矿区的具体工作场景。

10.如权利要求9所述的数字管控方法，其特征在于，上述进行穿孔爆破设计，生成爆破报告的步骤，包括：

根据采剥计划设定爆破区域，根据矿岩分界进一步细化爆破分区，利用矿岩分界边界控制手自动布孔、并出图；

生成穿孔作业指导书，作业指导书中包括编号、爆区、孔口x、孔口y、孔口z、孔径、孔深、倾角等参数；

将穿孔作业指导书中的孔位坐标、孔深等数据转换成自动布孔终端可以识别的地图模式，将地图发送至钻机自动布孔终端；

进行爆破模拟以及起爆时间分析，设置起爆点和爆破连线规则，测试起爆时间，生成爆破报告，爆破报告中包括装药指导书、装药结构图、爆破连线图、起爆时间参数。