摘要：针对传统建材矿山存在的开采粗放、生产过程能耗高、生态环境扰动大等问题，湖北鄂东银河材料有限公司结合自身实际，分别从智能矿山建设思路、总体架构、建设内容等方面进行了智能矿山总体设计和实施。以安全、高效、绿色、智能为目标，先后建设了基础通信网络、数据中心、一体化管控平台等系统；从采场视频监控、卡车智能调度、溜井料位监测以及双重预防机制等方面进行了应用研究。为建材行业矿山提供实际建设经验和案例。

关键词：智慧矿山；通信网络；卡车调度；私有云

0.引言

在国家政策引领以及行业发展的驱动下，我国矿产资源开发正从粗放式开采向绿色、集约、高效、智能的可持续发展模式转型，智能化建设是我国当前矿业发展的重要方向[1，2]。2020 年 03 月，工信部发布《建材工业智能制造数字转型三年行动计划（2020-2022）》提出要大力培育智能工厂和数字矿山，要求建材矿山运用三维仿真、智能采矿、自动配矿、无人驾驶和灾害监控等手段，打造一批安全、高效、绿色的数字矿山。2023 年 06 月，黄石市应急管理局制定了《黄石市安全智慧矿山建设工作方案》，指导矿山企业推进智慧矿山建设进程，全面提升非煤矿山本质安全水平，实现非煤矿山行业安全、高效、绿色、高质量发展。2024 年 4 月，国家矿山安监局、应急管理部等 7 部门联合印发《关于深入推进矿山智能化建设促进矿山安全发展的指导意见》，提出，到 2026 年，建立完整的矿山智能化标准体系，推进矿山数据融合互通，实现环境智能感知、系统智能联动、重大灾害风险智能预警[3]。国家政策推动了智能矿山建设的蓬勃发展。

智能矿山建设是基于大数据与人工智能等技术，通过实时数据采集、传输和分析，实现对矿山生产全过程的监控与智能决策，提升矿山的生产效率、安全水平和可持续发展能力。[4，5]随着人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术的快速发展，智能矿山的概念逐步从理论走向实践，并在多个国家和地区得到了广泛应用[6-8]。湖北鄂东银河材料有限公司（以下简称鄂东银河矿）作为黄石市重点绿色建材矿山，以建设国家级绿色矿山为目标，以打造鄂东领先、行业一流、全国知名的建筑石料用石灰岩绿色矿山品牌为远景，积极投入绿色矿山、智能矿山建设，为国家生态文明建设和高质量发展奉献力量。

从鄂东银河矿智慧化建设实际出发，从总体架构、通信网络、数据平台、一体化管控等方面的规划和建设，介绍了智能化矿山建设发展的应用效果，为鄂东地区乃至长江流域建材矿山提供实际建设经验和案例。

1.智能矿山建设总体思路

1.1.总体设计思路

按照“科学合理、整体规划、分步实施、重点突破”的思路指导建设，并稳步推进落地实施。

（1）整体规划、分步实施

根据国家和黄石市智慧矿山发展战略，在整体规划下，充分考鄂东银河矿区的实际特点，逐步实现矿区智能矿山建设。

（2）统一平台、统一标准、互联互通

统一建设标准，统一组织方案设计，明确业务流程，梳理信息流程，统一技术平台，统一工厂模型，统一数据源。通过智能网络，实现人与人、人与机器、机器与机器、以及服务与服务之间互联互通，以及横向、纵向和端到端的高度集成。

（3）效益优先、持续优化

以解决生产经营和企业管理的实际问题为出发点，实现关键控制技术的升级、突破；运用大数据技术，对现有数据深度开发应用，实现工厂的管理水平、生产能效和劳动生产率的明显提高。并在生产运行中不断完善，持续提升公司智能制造水平。

根据鄂东银河矿当前信息化建设现状基础和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点。聚焦矿山采选和运营管理层面，通过对实时生产数据的全面感知、实时分析、科学决策和精准执行，实现面向“矿山规划-地质建模-采掘计划-采矿设计- （采矿-出矿-运输 ）-选矿（破碎-水洗-筛分）-表土堆排”全流程的、以“矿石流”为主线的生产过程优化；通过对质量、能源、成本等数据的分析，实现管理决策优化。如图 1 所示。

1.2.总体架构

图1 鄂东银河矿生产全流程示意图

结合矿山信息化、自动化现状，鄂东银河矿智能矿山建设共分为四大层次，包括智能感知、生产执行、智能管控、运营决策层级，如图 2 所示，由大数据服务平台通过矿区高速网络传输，实现各个层级的应用系统融合和协同优化工作。矿山工业数据中心建设分为二级结构，一级为矿数据中心，为全矿统一的数据集散中心，设置于矿山集控中心大楼，以数据采集和汇集为主；二级位于采选生产单位控制中心或现场调度办公室，负责关键子系统的运行控制。在今后的改造工作中，逐步缩减各二级单位的数据存储服务，最终形成以矿数据中心为主、二级单位缓存的信息网络结构。

鄂东银河矿智能矿山建设以生产执行系统和智能采选专项管理应用系统为核心，全面融合企业现有的资源计划系统和办公管理系统等通用信息管理系统，建设全流程的矿山智能管控平台，最终统筹规划矿山生产运营决策顶层设计，构建融合新一代信息通信技术的智能矿山总体框架，实现各个层级的应用系统协同优化管控。围绕物联网、云计算、大数据、人工智能、5G 等新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，在矿山的感知层面、管控层面、决策层面实现新的运营管控模式，推进矿山企业转型升级，实现高质量发展。

2.建设内容

根据鄂东银河矿生产现状，对照国内外先进矿山智能化建设的标杆，鄂东银河矿在基础通信网络、企业数据中心、智能采选系统及装备、矿山智能管控平台等方面进行了智能化建设探索。

2.1.基础通信网络建设

核心骨干网是主要网络建设部分，该部分网络包括调度核心机房，四个汇聚以及相应的接入层网络部分，整个网络采用典型的三层架构：

（1）核心层

核心层实现高速的流量运送，该层面的网络设备需要完成大规模数据包交换，核心节点位于调度核心机房，在这个层面部署两台高端交换机，核心交换机之间采用万兆链路互联提供高速的传输通道，在核心交换机上配置万兆接口板提供同各个汇聚层节点的高速互联，并且配置千兆光口提供主办公大楼内的各个楼层交换机的接入。在核心交换机上部署了防火墙业务板卡和网络流量分析板卡。

（2）汇聚层

汇聚层作为局部区域的逻辑中心，连接接入层交换机和核心层交换机，其主要功能是负责汇聚区域内分散的接入点，进行区域数据交换，并提供流量控制和用户管理等功能。共建设有四个汇聚节点，每个节点都对应一个生产工艺区域，因此每个汇聚节点都相当于所在工厂的核心层，在每个汇聚节点都放置了两台汇聚交换机，汇聚交换机之间采用双千兆链路互联，汇聚交换机同核心交换机之间采用万兆链路为主，千兆链路备份的方式进行全互联，在每台汇聚层交换机都配置一块网络流量分析业务板。

（3）接入层

接入层处在网络末端，进行终端的接入与业务的接入，提供对不同用户的安全保护和访问控制，也可作为权限认证的接入控制端。本方案从网络性能出发，所有接入层都采用千兆到桌面设计，提供 10/100/1000M 自适应的网络接口，并且所有接入层交换机都配置两块光模块同汇聚交换机实现双链路相连。

2.2.数据中心建设

采用企业私有云建设方案，建设统一数据中心。在满足矿山业务需求的基础上，实现 IT 资源的统一化和动态化分配与管理，节省硬件投入成本，提高管理效率。鄂东银河工业数据中心采用基于国际标准的开源云计算框架进行二次开发的主要技术路线，构建矿山企业私有云平台系统和企业私有云数据中心。

企业私有云平台提供由标准 X86 服务器搭建的计算/存储融合的分布式集群的功能。集群中的每一个标准 X86 服务器既可以承载运算所需的虚拟机计算资源，同时，其本地硬盘也可以成为集群中分布式存储的存储资源。

项目建设充分借鉴和参考了行业内外数据中心建设的经验，进行技术可行性分析和实施方案详细设计，其总体实施原则为：

（1）充分利用各方资源，在业务和技术两条线开展富有针对性的管理培训、咨询交流，充分认识和理解本次工程实施的意义、愿景、技术框架、分步骤实现策略以及实现难点，共同促进工程的顺利进行；

（2）在管理咨询的实施过程中，同时进行非正式的、框架性的调研，获取对数据中心建设工程的概念性需求，在此基础上，针对重点部门、重点生产单位开展引导性（框架方案）的重点调研，采集业务需求和技术需求；

（3）针对调研结果，联合合作伙伴和矿山，制定整体建设方案以及相关的子任务方案。在方案编制过程中，认真研究、充分吸取好的想法和理念；方案本身不仅要注重整体性、可扩展性和先进性，同时也要考虑鄂东银河的实际，考虑分步骤的可实现性和可操作性。

图3 数据中心解决方案

2.4.一体化管控平台建设

基于“业务驱动”理念，利用工业自动化、云计算、物联网、传感网络、虚拟现实与仿真、精确定位与导航、高带宽有线/无线通信、数据挖掘、人工智能等技术，建立具有工艺流程优化、动态排产、能耗管理等功能的智能生产系统，构建面向“矿山规划—地质建模—采掘计划—采矿设计—采矿作业（采矿—出矿—运输） -y^∗ 石加工（破碎—筛分）”全流程的、以“矿石流”为主线的高度集成化、智能化、扁平化的矿山生产经营管理模式，实现企业生产的绿色、安全和高质高效，如图 4 所示。

通过对鄂东银河矿数字矿山建设需求的分析及矿山信息化建设现状的分析，本着建设一流数字矿山的目标，在智能采矿方面建设以露天矿山卡车智能调度为核心，数字采矿软件为基础，大型装备智能化为依托的新型生产管理平台，构建矿山基本技术管理及业务处理平台，实现矿石质量智能化控制，为矿山安全高效生产提供信息化技术手段。

2.5.生产辅助子系统建设

（1）视频监控系统

建设覆盖全矿区域的智能视频监控系统，在全厂主干网环境下均可访问厂内监控资源，并可根据实际使用需求，统一规划管理账户权限，合理地为相应用户进行授权，大幅度提高视频资源的利用效率。

鄂东银河管控中心作为各厂部视频资源的汇聚点，可对接各厂部的监控设备，接收与管理设备信息及环境信息，满足管控中心工作人员对资源共享、实时监控、录像回放、告警处理功能实现的需求。

视频监控系统功能包括：监控区域管理、编码设备管理、监控点管理、监控点权限管理、监控点预案管理、实时视频预览、历史视频回放等

实时视频与工业实时数据实现了联动功能，基于特定的联动规则配置，实现实时数据发生报警时，可自动切换至对应的监控点实时视频画面、并对监控点进行自动抓拍等。

（2）卡车调度系统

建设了一套包括整个采区的生产调度车载终端、调度监控等在内的车辆智能调度管理系统。实现采运作业的远程生产指挥，实现采矿场生产数据实时在网、在线。利用技术手段对挖机、自卸汽车、推土车等设备进行实时调度、定位、管理和监控。

图5 卡车调度系统架构图

（3）溜井料位监测系统

鄂东银河矿主采区（西采区）采用公路—平硐溜井联合开拓方案，建设有深度150m 的溜井，且兼做储矿作用，在实际生产过程中，溜井料位深度直接关系到生产组织调度工作，溜井料位一旦处于低位运行将产生溜井堵塞、溜井井壁垮塌等不良后果，影响正常的生产作业，且溜井一旦出现放空情况，巨大的落矿高差则会冲击溜井底部结构和设备，对设备和人员安全造成威胁。

基于以上安全问题，鄂东银河矿建设有溜井料位管理系统，主要建设内容为：在经过实地勘测后，选取合适设备，对溜井进行料位监测；同时在被监测溜井下方给料系统和初破系统增加远程控制、视频监控的功能的线控箱，与溜井料位监测系统形成联控系统；部署溜井料位管理系统平台，对放矿现场的溜井料位情况，作业放矿计划，计划执行情况，放矿机运行情况进行监控管理，实现远程控制放矿。

图 6 溜井料位监测系统

（4）双重预防机制信息管理系统

建设安全双重预防机制信息管理系统，对风险进行分级管控，同时，对隐患排查进行信息化管理，构建“风险分级与隐患排查”目的是针对安全领域“认不清、想不到”的突出问题，强调安全生产的关口前移，从隐患排查治理前移到安全风险管控。强化风险意识，分析事故发生的全链条，抓住关键环节采取预防措施，防范安全风险管控不到位变成事故隐患、隐患未及时被发现和治理演变成事故。

系统包括四项业务功能：教育培训+风险管控+隐患排查+安全分析+移动应用一个平台管理：组织机构管理 + 工作流管理+ 角色权限管理 + 配置管理 + 日志信息两个平台应用：领导视图（风险四色图、重点风险检查、隐患整改统计、重点隐患统计） + 移动应用一个个人工作台：工作提醒、检查通知、处罚通知、培训通知、待办信息、系统提示、系统提示。

3.建设效果

3.1.经济效益分析

鄂东银河矿智能矿山建设将极大地提高矿山的生产效率，降低生产成本，从而带来显著的经济效益。具体分析如下：首先，在提高生产效率方面，通过引入智能化设备和系统，实现自动化、数字化、网络化生产，减少人力成本，提高生产速度和精度。例如，利用溜井料位监测系统进行溜井料位实时检测，比人工测量更快速、准确；利用智能化开采设备，提高矿山开采效率。

其次，在降低生产成本方面，建设智能化管控平台有助于优化资源配置，减少资源浪费。通过对矿山生产过程的实时监控和分析，可以及时发现并解决生产中的问题，降低设备故障率，延长设备使用寿命。此外，智能矿山建设还有助于降低能源消耗，实现绿色生产。

再次，在提高产品质量方面，智能矿山建设通过对生产过程的精细化管理，确保产品质量稳定。利用大数据分析技术，可以对产品质量进行预测和优化，提高产品附加值。

最后，在市场竞争力方面，智能矿山建设有助于提高企业整体竞争力，扩大市场份额。通过提高生产效率、降低成本、提升产品质量，企业在激烈的市场竞争中更具优势。

3.2.社会效益分析

鄂东银河矿智能矿山建设的社会效益同样显著，具体表现在以下几个方面：

（1）提高矿山安全生产水平。智能化管控平台可以对矿山生产过程进行实时监控，提前发现安全隐患，防止事故发生。此外，通过数据分析，可以优化安全生产措施，提高矿山安全生产水平。

（2）优化资源配置。智能矿山建设有助于提高资源利用率，减少资源浪费，实现资源优化配置，有利于我国矿产资源可持续发展。

（3）推动产业升级。矿山智能化是矿山行业转型升级的典型代表，有助于推动整个行业的技术创新和产业升级。

（4）提升企业形象。项目实施过程中，企业积极履行社会责任，关注安全生产、环境保护等方面，有助于提升企业形象，增强企业品牌影响力。

4.结语

本文基于湖北鄂东银河材料有限公司阳新县大嶂山矿区智慧矿山建设实践，深入阐述了建材行业矿山在智能矿山建设方面的总体思路和架构，给建材行业矿山智能化建设提供实际建设经验和案例。

建材矿山的智能化建设是一个多维度、多层次的系统工程。在不同规模的企业以及在企业建设发展的不同阶段，在智能矿山建设时可能有不同的要求。从企业实际出发，结合企业本身发展进程和国内国际技术发展状态，制定出适合企业智能矿山建设的实施规划。遵循“总体规划，分步实施，突出重点”的基本原则，以矿山生产业务需要为基础，处理好眼前与长远的关系，分步实施，循序渐进，才能使得智能矿山建设规划切实落地，最终实现智能开采的目标。

参考文献

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