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1、智慧露天矿山建设基本构想3.1 智慧化系统之一：露天矿基础支撑智慧化系统露天矿基础支撑智慧化系统（如图4所示）是智慧露天矿建设的重要基石，主要有网络环境、硬件环境和软件环境建设，包括支撑智慧露天矿建设和运行的大数据信息网络平台、综合数据库系统、通信感知设施、网络传输、数据仓库、应用支撑、高性能计算、海量存储、信息安全以及各类智能终端系统等基础保障系统。其中网络环境建设主要包括数据通信和网络安全；硬件环境建设主要包括数据中心、管控指挥中心和办公环境建设；软件环境建设主要包括专家知识库、大数据基础及分析平台。露天矿基础支撑智慧化系统为后期各业务系统的建设提供全方位服务，保证数据可靠的采集、传输、存
2、储、应用等。并随着智慧矿山业务单元的建设，保持一定的先进性，从而为整个智慧露天煤矿的建设保驾护航66-681o智慧化之一-露天矿基础支撑智慧化系统示意图3.2 智慧化系统之二：露天矿时空演化智慧化系统露天矿全生命周期可以概括为开发前、中、后各个阶段，露天矿设计、生产、管理等一切行为无外乎是露天矿三维时空的动态发展变化，因此，智慧化建设首先就是构建露天矿三维时空演化的可视化、数字化动态模型，动态记录和查询、展示露天矿在任何时段资源开发和环境的三维空间形态、设备和工艺系统布局及运行状态、生产计戈h施工及管理等经济技术状况等。露天矿时空演化智慧化系统（如图5所示）实现所有地质、测量、安全、生产等相关
3、数据的集合与展现，露天矿的所有信息都可以通过时空演化模型进行查询并得到直观的体现，如进行露天矿历史生产状况回溯以及模拟开采、检验生产计划方案的优劣、核验工程实施与生产计划的出入等操作，形成机电设备管理、生产计划与工程管理等系统进行可视化分析和智慧化应用的基础69-73o图5智慧化之二：露天矿时空演化智慧化系统3.3 智慧化系统之三：露天矿设备及工艺智慧化系统露天矿设备及工艺智慧化系统对钻机、混装炸药车、电铲、自卸卡车、排土机以及原煤地面生产系统（含破碎站、胶带输送机、堆取料机、装车站）等进行智慧化规划，主要实现设备作业过程的数字化、自动化，作业环节的远程控制及智慧作业，实现减少现场人员重复性简
4、单工作，减少现场作业人员的目标。通过物联网采集设备运行工况，进行设备间相互关联性、计量等分析，并实现识别、比对、分析、传输、接收指令等智能化功能74-801o主要包括：1）采掘设备智能化。如图6所示，通过矿用传感器、人工智能和3s（GISxGPS、RS)等技术来实现电铲的智能化、精准化作业，在作业过程中确定电铲正确的合理位置、铲斗的合理挖掘方式；准确识别岩石块度和煤岩混合台阶，并把地质数据实时传输到生产技术中心，为工作面下一次推进作出合理的计划；装车时可准确识别卡车位置以及车斗内物料的堆积形状，为铲斗悬停位置提供引导，保证卡车的满载率。2)运输设备智能化。如图7所示，通过3S(GISvGPSs
5、RS)、传感器等技术实现大型运输卡车的定位、作业位置分配、最优运输线路的规划、排土作业自动停靠等功能，并在简单路况下实现卡车无人驾驶；采用智能化胶带运输机实现煤样的自动检测并分装分流、自动检测物料粒度、调整破碎机转速；研究大倾角运输机（胶带或链板）在露天煤矿的应用，降低运输成本。图7运输设备智能化3）排土设备智能化。如图8所示，研究无线遥控推土机在露天矿排土作业中的应用，实现全液压推土机在远程操控模式下无人驾驶运行。利用全球定位系统（GPS）和安装在工程机械上的传感器实时掌握推土机自身的位置、挖掘地面的铲刀和机械臂的状态以及地面情况等数据，将作业指示数据传送到工程机械配备的控制盒后，可以一边利
6、用测量系统确认情况一边施工。8排十的名智能化4）穿孔爆破作业智能化。如图9所示，利用地理信息系统、虚拟现实、地质统计学等方法，并结合岩石爆破理论和爆破技术，开发露天矿山爆破工程智能化三维设计系统，实现爆破参数设计、爆破过程模拟和爆破效果预测分析；应用基于GPS、捷联式惯导系统等技术实现钻孔设备的精准定位，并实时进行钻孔位置和深度的校验，实现钻机的智能化精确作业。9穿孔爆破作业智能化5）破碎机（站）智能化。如图10所示，利用物料块度图像识别、破碎过程震动传感、电器自动化控制调节等技术，通过实时图像处理，判断物料形状、块度大小，构建分级标准对物料进行分配并统计分析不同块度所占比例。基于物料块度及破
7、碎过程震动频率、幅度实时监控与判断，通过块度分析反馈爆破效果，另一方面通过智能调节给料速度、破碎根转向及转速，达到高效作业。Tue1.92e10破碎机（站）智能化6）设备故障实时智能诊断智能化。如图11所示，研究参数信号高速同步采集与长距离传输技术；研究基于嵌入式技术对海量数据实时分析，实现机电设备故障本地实时分析；探讨设备微弱故障特征提取与定量智能诊断技术，克服设备故障诊断对专业人员的过分依赖；探讨机电设备远程集中监测诊断技术，实现信息共享与多点访问。图11设备故障实时智能诊断智能化3.4 智慧化系统之四：露天矿生产计划与工程管理智慧化系统露天矿生产计划与工程管理智慧化系统在生产与施工一体化
8、逻辑关系规划基础上，主要实现穿爆、采装、运输和排弃环节等的智能化设计，局部作业过程的推演和分析，作业环节关键点进行细化和量化，规范施工标准，生产成本的自动核算以及绩效的自动考核，矿山施工质量的智能管控，实现开采过程的动态仿真，开采设计和施工的交互分析和优化，生产目标最优下各工艺环节自动决策和施工，最终达到智能决策的目的。在设备智能化基础上，结合综合调度优化实现生产目标最优下各工艺环节最优化的自动决策，同时实现辅助生产环节的智能化，即建设一个生产工艺系统综合智能化监管决策平台（或称为露天矿全系统（人机环境管理）智能决策平台），按照即时、阶段确定的生产目标（优化目标如成本最低、总体产能最大等），应
9、用物联网+对单台设备的即时空间位置、运行轨迹、作业状态、完好情况、以及各种经济技术指标的测算等，综合调度优化，实现整体最优目标下的穿孔、爆破、采装、运输、排弃主要工艺系统的分目标优化运行；各个设备之间的准确定位、入换、最优匹配；随时完成主要信息推送（重点设备效能、故障、效能考核等排行榜）；逐步延伸到辅助生产环节的智能化：后期覆盖疏干排水、道路维护、供电维护等辅助作业设备。露天矿生产计划、工作面延深工程、推进工程、开拓运输道路施工等矿山工程的智能化。重点在生产组织与施工作业工程的智能化：按照现有工艺设备和设计及中短期计划，确定最佳穿孔、爆破、土煤岩各个工作面采装、运输、排弃、道路维护、复垦等工程
10、或生产作业的施工设计/计划方案、最优技术参数、设备系统布局及调度、人员及物资保障、辅助工程等；实际作业位置、运行状态、数量质量指标等信息通过互联网/物联网/大数据采集/共享其位置、运行工况或相互间关联性、计量等，并实现识别、比对、分析、传输、接收指令等实现作业过程及其管理的智能化81-83。3.5 智慧化系统之五：露天矿综合管理智慧化系统露天矿综合管理智慧化系统是基于时空演化模型采集的数据、机电设备的智慧化产生的数据和生产计划与工程管理产生的数据，采用大数据分析、专家评价、专家系统等先进的技术手段，研究绿色、安全、高效生产的智慧管理方法，如实现生产效能的全自动化分析、生产成本的实时管控、绩效考
11、核的无处不在，最大化程度降低露天矿的生产成本；实现生产设备智慧指挥、矿山工程智慧管理以及工艺系统智慧优化，进一步实现少人作业，减少甚至杜绝露天矿本身的安全隐患，实现露天矿的本质安全；提高生态复垦的质量、降低生态复垦的成本,实现生态恢复的价值,实现露天开采的本质绿色,最终实现建设和谐、美丽、可持续发展的露天矿。如图12所示，露天矿综合管理智慧化系统实现露天矿山所有智慧化系统的综合集中管控，包括矿山人员、财务、物资、安全以及外包工程等管理的智能化；生态保护、节能等辅助环节管理的智能化。实现基于网络的跨时空联网查询、管理、运行、调度、保障、服务等。露天矿边坡安全、网络安全、安全培训、防碰撞技术与装备、粉尘控制、有毒有害物质治理、疏干水合理利用、清洁能源利用、大型专家知识库和数据仓库、可视化智慧决策平台、基于大数据的智能决策平台、数据通信、办公自动化、办公环境智能化84-89。图12智慧化之五：露天矿综合管理智慧化系统
