基于工业互联网的人工智能矿山管理应用
智慧矿山平台建设整体按照一张网、一个数据中心、一个平台、N个业务应用组成的“1+1+1+N”架构进行建设。建立标准统一、接口兼容、网络集成、资源共享、开放包容的智慧矿山标准体系，实现软件、硬件、平台的通用性、可移植性和扩展性，避免重复建设投资。
以智慧运营为重点，建成涵盖矿山开采运输、产品加工、汽车装运全业务流程，包括生产管理、安全管理、质量管理、环境管理、设备管理、产品供销管理等全要素的智慧管控平台，实现生产自动化、管理数字化、辅助决策智能化、生产经营集约化，以最终实现提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量、改善作业环境、实现本质安全、提升产品市场竞争的建设目标。
一、实施背景
近年来，各行各业均在推进智能建造，如智慧交通、智慧城市、智慧能源、智慧物流等等，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中关于“智慧”“智能”的关键词多达36处，其中更是明确提出“发展智能建造，推广绿色建材”。
随着“5G+工业互联网”的发展，智能制造成为制造业的必然趋势和发展方向。近年来，国家不断出台鼓励性政策支持数字化新基建和绿色智能制造，其清晰的政策导向和充分的支持力度为砂石行业转型升级、发展绿色智能制造、实现精细化管理提供了良好的机遇。5G、大数据、人工智能以及区块链等新一代信息技术在关键技术、设备、系统平台等方面已具备应用基础，深度融合成为未来趋势，科技创新发展为智慧矿山建设提供了技术与装备支撑。矿业领域危险作业岗位的自动化、智能化水平仍然较低，重大安全隐患的智能监测、预测、预警等技术相对落后，普遍存在从业人员劳动强度大、效率低、安全生产压力大等问题，智慧矿山建设将大幅减少安全作业风险。人口老龄化导致我国就业人数下降，矿业企业的从业人员数量下降速度明显快于其它行业，开展智慧矿山建设将有利于实现企业人员结构优化。智慧矿山建设已经成为产业发展的必然趋势。
二、实施目标
通过建立一种智慧管控系统实现砂石骨料智能生产，实现方式为数据可视自动报表、智能视频可视化监测及预警、设备监测健康诊断、低碳环保、智能调度数据融合。系统具体包含加工线设备工况、料仓储量布料管理、废水回用在线处理、骨料质量在线检测、智能监测抑尘、低碳环保系统。
以“用三段一闭路破碎筛分、棒磨整形制砂、洗砂机洗砂”的工艺流程为基础，以砂石生产数据为核心，结合水循环处理、物联网等技术，通过数据库建设、与现有相关系统集成，以及数字建造、智慧工地等模块的开发，从安全、环保、质量、进度等业务维度，产品加工从原料、破碎、筛分、棒磨、洗砂、储存装车到销售的全过程可视化、数字化、信息化管控。利用先进的网络信息技术、BIM技术、物联网技术、数据融合技术、区块链技术等现代数字化、智能化技术，研发骨料生产数字化管理，综合研发砂岩矿“三段一闭路”工艺安全加工生产关键技术、低碳环保加工技术、智能绿色生产技术，实现生产、设备、水处理、储存、物流等资源要素的数字化汇聚、网络化共享和系统化协同，具备在工厂层面全要素数据可视化在线监控、实时自主联动平衡和优化的能力，建成集全流程自动化产线、综合集成信息管控系统、实时协同优化的智能生产体系、精细化能效管控于一体的绿色、安全、高效的智能加工系统。
数字孪生平台
数字化管理平台
三、建设内容
在“智慧矿山”建设方面，为了保证项目安全、稳序生产的基本需求，满足提高生产效率、成品获得率、资源利用率，提升安全水平，促进节能降耗，加强环境保护，实现无人少人的目标。该项目按照集团公司统一规划，项目已经建设了以下内容：
3.1智慧平台建设
在矿山侧利用现有本地集控中心和数据机房，建立集控场景，关注整个生产过程、过程自动化、智能装备、视频监控、传感数据等；管控生产调度、生产统计、生产成本、物料平衡和能源消耗等；根据自动化生产需要对矿山设备进行自动化、智能化改造，实现少人增效，精细化生产管理；应用分类传感技术，通过数据分析与挖掘，促进节能降耗。
3.2数字孪生
在“智慧矿山”建设方面，按照集团公司统一规划，应用了BIM技术，完成了厂区主体模型创建和矿区三维建模，为后期智慧运维奠定了基础。基于虚拟仿真技术，完成了PLC系统、环网系统、监控系统、发运系统、销售系统建设，为下步项目级智慧管控平台搭建，实现砂石料开采、运输、加工、销售全过程数字化智能化管理，树立公司绿色砂石品牌形象，提供数据支撑。
3.3智能安防
3.3.1视频监控
对于整个矿区，由于生产的需要，已经针对矿区的重点部位，部署了部分的视频监控。但是随着工厂的投入运行，应用场景的增加，需要结合工厂的特点，增加相关的算法，对视频监控进行升级改造等。
3.3.2边坡监测
矿体高边坡基本全部在南部，最大高差186m，最终边坡角52°。根据《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2020）和《金属非金属露天矿山高陡边坡安全监测技术规范》(AQ/T 2063-2018）相关规定，应对露天采场边坡进行监测。边坡监测根据边坡高度、最终边坡角、
采场边坡的工程地质和水文地质条件等条件，对边坡分别采用人工监测或在线监测。目前，在采区已完成安装4个GNSS沉降监测设备、1个雨量监测设备、1个爆破振动监测设备、2个高清球机，数据均支持接入智慧矿山平台。
3.4智能加药
南靖项目在废水收集池的接入水管中设置了手动定量加药系统，同时在2#加药间设置了自动加药系统，可以对废水处理系统加药量进行自动调整与自动投放。
3.5智能装车系统
发运系统基于服务器和数据库技术、利用二维码作为信息识别的载体，将砂石骨料销售、车辆物流管理、无人化智能结算、无人值守称重计量、砂石装车仓的自动放料闭环控制，提高砂石骨料厂业务管理的自动化程度。
四、实施效果
达到矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、管理信息数字化和矿区社区和谐化，实现资源开发的经济效益、生态效益的协调统一。智慧矿山应按中国电建智慧矿山建设管理要求进行建设，达到矿山生产自动化、生产管理数字化、辅助决策智慧化、市场调度集约化，实现无人少人、优质安全、提质增效等以下目标:
4.1提高生产效率
通过实时监测矿山设备和生产环境的状态，及时发现生产问题并自动调整或采取措施，提高生产效率，减少非必要的停工；采用自动化技术领域成熟的新技术及新成果，实现对生产全过程的自动控制，对生产全生过程的可溯源；打造涵盖人机料、安质环、进度成本等全生产要素，数据全打通的管控平台，实现全过程管理线上化、流程化、智能化。
4.2提高成品获得率
通过IOT技术全面整合生产数据，实现对生产过程中料径、料形、针片状数据进行采集分析，并针对性调整设备实现生产质量智能化控制，实现成品质量的有效管控。
4.3提高资源利用率
砂石骨料加工生产过程中将产生大量石屑、石粉、细泥，综合现场感知设备监测数据、试验室检测数据等进行综合分析，基于数据分析进一步优化工艺提高资源综合利用率。同时，充分回收利用矿山开采和矿石加工过程中产生的废水、废渣和粉尘，提高资源综合利用率，尽量做到“物尽其用”。
4.4改善作业环境
智慧矿山融合5G、大数据、云计算、AI、融合通信等前沿技术应用，将信息、技术、设备与矿山管理需求有机结合，覆盖安监生产、综合集控、智能巡检、经营管理、智能掘进、智能开采、智能运输等多个业务领域，从依赖人工操作的传统矿山到依靠新兴技术的智慧矿山，将现场人员操作逐步转向远程操控，极大的改善作业人员的生产环境。
4.5提升安全水平
通过实时监测矿山环境和人员的情况，提前发现潜在危险；危险作业环境采用机械换人或者采用智慧化算法进行自动操作，减少危险情况的发生；通过智能视频、人员定位等技术，利用各种安全、生产新技术建立智能化反措体系和智能化安全保障体系，实现安全生产的目标。
4.6实现无人少人
有效降低成本，实现减人增效，通过机械化换人、自动化减人、智能化提质增效来提升企业的综合竞争力。以数字化模型及信息化管控为基础，精准计量、精准全流程排产、精准质量把控，减少各环节产能不足或过剩，提前预测、调度突出情况，最大范围节省投入、增加产出，减少不必要的浪费。引入智能化设备、自动化机械以及智慧化算法，减少人工劳动，降低工作人员的劳动强度。
4.7加强环境保护
厂区生活污水和生产污水通过排水管网汇集至污水处理，经过处理后用于系统绿化及矿山降尘，实现污水的零排放，从而减少了水资源的开采、减轻了环境的污染，同时降低了能源消耗。对于生产破碎环节，易产生粉尘、扬尘等环节，设置粉尘含量监测设备，对于检测指标超标部位，自动开启抑尘设备。