摘要：針對大寶山露天多金屬礦山礦脈復雜、采空區分布多和配礦要求高等特點，宏大爆破有限公司以大寶山項目部為試點單位，進行了適用于礦山施工企業的數字化礦山建設。以無人機航測、DIMINE軟件和卡車調度系統為技術支撐，從露天礦山數據獲取、加工處理和數據應用等方面構建了數字化礦山建設框架。

　　構建流程如下：首先采用無人機航測技術獲取了礦區范圍內詳細地形地貌信息和三維模型，清楚地了解了礦山生產現狀與危險源分布情況;然后利用DIMINE軟件進行生產計劃制定、日常技術交底、工程量結算和爆破自動化設計等數字化工作，實現了礦山三維化生產規劃設計，保證了資源開采利用的科學性，降低了礦石貧化與損失;同時利用卡車調度系統，進行分采分運與實時調度管理，確保了配礦指令的有效執行。實踐表明：相比傳統礦山施工企業，宏大爆破有限公司的數字化礦山試點工作從開采規劃設計、施工調度和現場監管等方面實現了礦山一體化設計與集成化服務，顯著提升了露天礦山采剝精細化施工及管理水平。

　　關鍵詞：礦山施工企業;數字化礦山;無人機航測技術;DIMINE軟件;卡車調度系統;精細化施工

　　傳統露天礦山的資源開采及施工管理工作是以CAD二維圖形為基礎，進行礦山的中長期和短期規劃，需要大量的管理人員進行現場監管。然而，礦山數據量非常大，而二維圖可視化程度低、數據更新速度慢、安全隱患多，且信息的有效傳達存在一定的缺陷，不利于露天礦山的高效動態管控。隨著數字化礦山的發展，這一難題正逐漸被解決。數據是礦山開采與風險管控的基礎，露天礦山的數字化建設主要包括礦山信息的獲取、存儲及有效處理，并將其應用于金屬礦山和煤炭礦山的全生命周期中[1-4]。

　　利用數字化手段得到的礦山數據含有三維坐標，定位準確性高且管控方便，有助于實現礦山生產管理的便捷性和安全性。通過礦山數據的坐標對應關系，構建信息間的相互聯系，可達到礦山建設的數字化、三維可視化，進而優化安全生產管理，實現資源的高效可持續開采。

　　數字化礦山平臺實現了虛擬化操作[5]，將數據高效處理后，再與實際開采相匹配，可達到虛擬與現場的有效結合。由此可知，數字化技術的快速發展及其在金屬礦山領域的推廣應用，徹底改變了礦山企業的生產管理模式，顯著提高了生產效率[6]，對于礦山資源管控與生產優化意義重大。礦業公司是數字化礦山建設的主體單位，許多礦業公司通過投入大量的人力物力構建數字化平臺，顯著提高了礦山生產與管理的整體水平[7-9]。

　　礦山施工型企業主要為礦山提供礦業服務，其在數字化礦山建設中也起著重要的促進作用，但目前相關研究較少。本文以宏大爆破有限公司在大寶山項目部所開展的數字化工作為例，分析礦山施工企業在數字化建設中的重要作用。

　　1露天礦山施工企業的角色演變

　　礦山施工企業的角色定位是為礦山提供礦業服務，其最初的管理模式較單一，一般只提供施工服務，如爆破或挖運服務等[10];后來出現了礦山施工總承包[11]，施工企業的礦業服務逐漸向礦業一體化集成服務方向發展，可提供爆破、挖運和管理等多方位的礦業服務。礦業一體化集成服務是礦山施工企業發展的重大變革，有助于提供更優質的礦業服務[12]。

　　盡管礦山施工企業的服務更加多元化，但均以盡早開采礦石資源為核心，在一定程度上忽視了生產計劃的有序推進和潛在的安全隱患，對礦山的高效可持續開采影響較大。隨著信息化科學技術的不斷進步，數字化礦山建設已成為礦業發展的必然趨勢[13]。

　　作為礦山施工企業，想要立足于現今的礦業大環境下，必須積極參與建設數字化礦山。礦山施工企業的礦業服務需要充分考慮實用性并控制投資成本，由傳統的粗獷式施工向精細化施工與管理方向發展，在礦山資源開采與生產管理方面不斷革新并完善工藝流程，提高企業的核心競爭力，實現技術與管理的雙向發展。同時，培養一批懂操作、懂現場的數字化礦山建設綜合性人才，為企業的長久發展注入新鮮血液和活力。

　　2數字化礦山建設整體架構設計

　　為了提高礦山精細化施工及生產管理水平，宏大爆破有限公司以大寶山項目部為試點，進行了數字化礦山建設。大寶山露天礦為典型的多金屬礦山，礦脈賦存條件復雜，礦區占地面積大，富含銅、硫、鉛鋅等多種礦石，目前主采銅硫礦，建成了生產規模達330萬噸/年的銅硫選廠。大寶山多金屬礦為地采轉露采礦山，存在較多的采空區，安全隱患較大;同時礦區所在地區上半年基本為雨季，故生產任務主要安排在下半年，導致配礦任務繁重，剝離工作量較大。因此，需要進行生產計劃的優化設計，提高安全監管水平，確保配礦工作及精細化施工管理的有序進行。

　　宏大爆破有限公司根據大寶山項目建設需求和礦山特點，構建了相應的數字化礦山框架，著重于解決礦石資源損失嚴重與安全監管難度大的問題。首先通過無人機航測技術快速獲取礦山地形地貌數據，構建露天礦三維數字環境，在此基礎上進行數據加工;然后采用DIMINE軟件制定生產計劃及分部工作，實現生產計劃的不斷優化，進而指導礦山實際開采工作;最后利用卡車調度系統實現礦石資源的合理分配，以期達到實時調度、指揮現場裝運及安全管控的目的。

　　3大寶山項目部數字化礦山建設實踐

　　3.1露天礦山三維環境的生成

　　露天礦山三維環境的生成是數字化建設的基礎，故需快速準確地獲取并及時更新礦山三維地形地貌信息，從而提高生產效率和安全監管水平。大寶山露天礦山占地面積大，傳統的RTK、全站儀等難以快速測量礦山地形地貌信息，導致生產現狀更新較慢，一定程度上制約了生產的高效執行。

　　無人機航測技術可以較好地解決這一難題，其具有簡單易行、三維可視化效果好及精度高等優勢，可在較短時間內獲取到礦山全貌，包括開采臺階現狀、排土場信息、堆料場、道路布局和礦區復綠情況等信息，能夠應用于露天礦山全生命周期中[14-15]。大寶山露天礦山三維環境的生成是通過無人機航測外業作業和數據內業處理共同完成的。

　　(1)無人機航測的外業作業。

　　目前，大寶山露天礦最高臺階高為1013m，最低臺階面高為637m，高差較大。考慮到高程落差的影響，兼顧無人機像控點空間布置需滿足3km2布置5個點的要求，現場共布置了12個十字形的像控點，采用RTK對像控點坐標連續測量10次，取平均值用于后期精度校核。為了有效測量采場、排土場、堆料場、周圍建構筑物及礦山復綠范圍，共布置了3個架次的飛行計劃，局部航線需要重疊以保證航測精度。無人機外業檢查完畢后，進入航測飛行階段，使用地面站軟件實時監控飛行狀態，確保航測作業按飛行計劃正常進行。航測結束后，及時回收3個架次的航測數據，包括POS數據、基站數據和航拍照片等。

　　(2)航測數據的內業加工處理。

　　將回收的航測數據按照無人機處理軟件的要求，采用PPS軟件進行一鍵式解算，再將解算后的數據和航測的高像素照片等信息按照格式要求輸入到Pix4D軟件中，則可快速生成航測成果圖，包括正射影像、三維數字表面模型和二維地形圖。為了驗證航測的實際誤差，將特定的航測模型的坐標點與實際位置進行比對，發現誤差在合理范圍之內，滿足1∶1000比例尺的要求。生成的三維模型較好地反映了礦山的開采現狀及復綠情況，能夠有效指導生產計劃的科學化制定及安全施工。

　　3.2采剝施工的數字化設計

　　將無人機生成的二維地形圖作為DIMINE軟件操作的基礎，可快速生成礦山開采現狀的三維模型[16]，三維可視化效果好;在進行道路規劃設計、礦石開采規劃設計、配礦規劃和爆破設計等方面優勢明顯，可較好地應用于露天礦山全生命周期中。針對大寶山項目的情況，主要應用在礦山采剝施工的3個方面。

　　(1)生產計劃制定。相比于傳統的二維地形圖，DIMINE軟件能夠幫助技術人員對管理人員進行技術交底，當管理人員向現場調度人員安排生產計劃時，更易區分和安排生產任務的主次，以及重難點區域的開采規劃等，進而根據生產能力及運距合理安排車鏟比，從而顯著提高生產效率，減少窩工現象。

　　利用DIMINE軟件的道路設計規劃功能，快速計算得到設計道路區域的填方和挖方工程量，清晰顯示道路的總體工程量，然后將道路區域劃分為難施工和易施工區域，進而安排機組實施道路修筑工作，并根據生產需要確定是否進行分段作業。同時，將DIMINE軟件應用在礦石工程量結算時，方量誤差在合理范圍內，相比CASS軟件的三角網算法，DIMINE軟件極大地降低了計算量，減少了測量技術人員的勞動強度，使工作效率明顯提升。

　　(2)采空區強制爆破數字化處理。在爆破設計方面，傳統的人工制定法耗時長、勞動強度高且效率較低，利用DIMINE軟件中的露天礦山爆破功能，能夠提高爆破設計效率和質量[17]。以大寶山露天礦661采空區爆破為例，首先利用鉆孔式三維激光掃描儀獲取空區的點云數據，然后將其輸入到DIMINE軟件中，生成了空區的實體模型，再進行爆破設計。

　　將炮孔測量數據直接導入爆破設計模塊中，根據實際需要，在空區的投影范圍內進行自動化布孔，布孔類型有正常孔、切割孔和加密孔，孔網參數為4.0m×4.5m。然后進行裝藥量、填塞長度、裝藥結構、起爆時間和起爆順序等優化，最終自動生成爆破設計方案，并應用于現場。空區處理后，形成了一個明顯的礦坑，采用RTK人工測點對照發現空區得到了較好的處理，再采用廢石充填，有效消除了空區的安全隱患。

　　(3)精細化施工設計。

　　根據礦山勘察資料確定了礦脈的分布情況，在DIMINE軟件中圈定計劃施工的爆破區域，快速計算框選區域的工程量。采用巖脈剔除爆破技術、大塊采礦法等可實現礦巖的有效分離，對于降低礦石的損失與貧化，以及精細化施工十分有利，可顯著地改善礦石損失嚴重及礦巖混合情況復雜的現象[18]。此外，由于現場情況較為復雜，管理人員往往難以及時全面檢查平臺標準化建設工作，此時可在軟件中進行平臺標準化檢查工作，通過檢查模型的不平整地帶，制定平臺標準化方案。

　　3.3卡車調度系統的應用

　　為了有效監管礦山的生產運營情況，引進了卡車調度系統。該系統基于計算機及數據庫技術，可實現礦山的實時調度指揮，可在很大程度上降低現場管理人員的勞動強度[19]。將無人機航測得到的礦山二維地形圖經過精度校驗后作為底圖，在分爆分采區域采用RTK人工放點確定礦巖分界線后，向作業車輛下達配礦裝運指令，由挖機和卡車進行分采分運，將銅硫礦石運往645堆場，鉛鋅礦運往指定堆場，土渣運往較近的排土場傾倒。

　　根據礦山運輸道路的分布情況和卡車運輸情況不斷優化運輸路線，得到最優路線[20]。若卡車偏離路線，則會報警，提醒司機按照既定線路運輸，實現統籌化管理。對卡車裝運的礦巖及土渣稱重后，將工程量實時反饋到指揮系統中[21]，實現了實時計量，對于工程量結算及安排車輛配置十分有利。引入卡車調度系統后，礦山生產工作實現了綜合化管控，降低了現場管理人員往復指揮的頻率和勞動強度，通過一鍵式發送指令及生產調度中心的及時溝通，顯著提高了現場精細化管理水平和安全監管能力，生產計劃得以快速有序完成。

　　4大寶山項目部數字礦山建設的應用前景及結論

　　4.1應用前景

　　(1)無人機航測技術與DIMINE軟件聯合應用于大寶山露天礦山全生命周期中，從而實現地形地貌勘察與及時更新、中長期及短期計劃制定、爆破設計一體化、生產指揮調度和專家遠程診斷等工作。聯合無人機航測技術與卡車調度系統，進行礦山生產調度系統的構建，實現了數據的及時更新、危險源管控、精細化施工及生產實時計量，大范圍與小范圍的聯合監管，有助于實現礦山的綜合管控。

　　(2)實現無人機航測技術、DIMINE軟件與卡車調度系統數據的兼容，將龐大的數據量進行分類統籌管理，實時管控礦山生產的各個環節，減少安全隱患，從而確保礦山生產規劃設計及實施的有序進行。

　　4.2結論

　　(1)宏大爆破有限公司作為礦山施工企業，以大寶山項目為試點，從采剝施工的數字化設計、卡車調度系統的統籌精細化監管等方面，構建了實用性好且投資成本較低的數字化礦山建設框架。

　　(2)采用無人機航測技術構建了大寶山露天礦的真實三維模型，清楚地了解了礦山的開采現狀與危險源分布情況;在此基礎上，利用DIMINE軟件進行了生產計劃制定、工程量結算和爆破自動化設計，有助于實現科學化開采，顯著提高了工作效率;最后利用卡車調度系統實時指揮生產管理工作，有效指導分采分運和安全監管工作，確保配礦指令的高效執行。多種礦山軟件相互配合，實現了礦山虛擬化操作與實際生產管理的有效統一，顯著提升了精細化施工及管理水平。

　　(3)宏大爆破有限公司的數字化建設從實用性和技術管理2個方面出發，投資成本相對較低，革新了現有的施工管理模式，能夠提供更優質的礦山服務，同時對其他礦山施工企業建設數字化礦山具有一定的參考價值。

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