應急管理大學孫健東副教授：露天礦智能化內涵與數據價值產出邏輯

2025年05月14日 16:04 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

語音播報

點擊播放

摘要

分析露天礦與井工開采差異，指出露天開采技術體系涵蓋基礎理論、工程經驗及工藝裝備3個方面。針對當前系統決策與控制能力不足的問題，提出智能化升級需以信息論、系統論、控制論為基石，實現從經驗驅動到數據驅動的轉變。分析了數據價值產出邏輯分為4階段：全面感知（展示價值）量化隱性信息，深度分析（研究價值）揭示規律，科學決策（潛在應用價值）生成策略，精準執行（應用價值）閉環控制。子系統數據通過多層級閉環流動，實現價值螺旋遞增。智能化與礦山設計及工程體系深度融合，為行業高效、安全、可持續發展提供理論支撐與實踐路徑。

文章來源：《智能礦山》2025年第4期“數智露天礦技術與應用專題”

第一作者：孫健東，副教授，博士，現任應急管理大學（籌）準東科學技術研究院院長，主要從事露天開采工藝優化、露天礦山智能化規劃設計等研究工作。E-mail：sjd_xx@126.com。

作者單位：應急管理大學（籌）準東科學技術研究院；北京中礦露采科學技術研究院；中煤科工集團沈陽設計研究院；中煤西安設計工程有限責任公司；東北大學

引用格式：孫健東，張瑞新，白潤才，李慧智，劉光，孫效玉.露天礦智能化內涵與數據價值產出邏輯[J].智能礦山，2025，6(4)：34-41.

點擊文末左下角閱讀原文，免費下載閱讀pdf全文

當前，智能化露天礦的建設工作面臨2方面關鍵問題。首先，部分礦山企業尚處于信息化建設的初級階段，對礦山智能化的認識仍局限于裝備智能化、無人化等具體建設方向，而對于智能化技術與礦山設計及礦山工程龐大技術體系的深度融合缺乏深刻理解，認識局限性制約了礦山智能化建設的全面性和深入性；其次，諸多研究工作側重于整體框架的宏觀闡述，決策-管理-執行的宏觀結構、數據采集系統、應用系統、過濾系統和核心系統的宏觀建設目標以及物聯網、大數據及人工智能、云計算技術的宏觀技術手段等。宏觀層面探討為智能化露天礦的建設提供了方向性指導，但圍繞智能化建設的基礎理論方法的研究工作卻相對匱乏。

基于系統化專業知識體系，構建堅實體系基礎，形成專業的邏輯分析與推理方法，把握智能化露天礦的發展方向及實施途徑。鑒于此，筆者詳細分析露天開采特點的基礎，深入研究智能化露天礦的內涵，揭示露天礦智能化升級中價值產出的基本邏輯。通過重塑認識、統一思想、形成共識，期望為我國露天礦的智能化建設工作探索出清晰的方向，推動行業的持續健康發展。

露天開采與地下開采的差異性

（1）地下開采特點

地下開采指從地表向地下掘進井巷通達礦體，在地下封閉空間內建立完整的提升、運輸、通風、排水、供電、供水等生產系統及其輔助生產系統，并進行有用礦物回采作業的總稱。我國煤礦地質、水文地質條件總體復雜，大多數地下開采礦山存在頂板垮塌、粉塵爆炸、有毒有害氣體噴出、火災、水災等風險。由于地下開采復雜多變的生產環境難以控制，生產過程中存在著大量的隨機性和復雜性，導致很多事故人為不可控，因此地下開采智能化升級的首要目標是解決安全生產的問題，其次才是勞動生產率和效率的問題。鑒于上述原因，袁亮院士等學者提出地下開采迫切地需要將不同地質條件的煤炭開采擾動影響、致災要素、開采引發生態環境破壞等統籌考慮，時空上準確高效的煤炭無人（少人）智能開采與災害防控一體化的采礦新模式。

（2）露天開采特點

露天開采是借助工程機械設備對地表直接開挖，自上而下逐層移走礦體上的覆蓋物，在地表形成階梯狀的深坑直至坑底，最終開采礦物的過程。露天開采的穿孔、爆破、采裝、運輸、排棄等主要生產環節均在地上半開放空間進行，因此露天開采本質上為大型土石方移運工程。露天開采中主要的事故種類包括滑坡災害、車輛碰撞、煤層自燃、粉塵污染、噪音危害等，開采過程中在生產安全方面的壓力遠低于地下開采。露天開采與地下開采顯著不同的是生產環境一般較為簡單，安全程度較高，災害類型簡單、可控程度較高，生產過程中存在隨機性和復雜性影響開采經濟效益。

（3）露天開采與地下開采學科的異同

在國內學科分類方法中，露天開采及地下開采同屬于采礦工程專業二級學科，但國外諸多大學卻將露天開采專業劃分至土木工程學科之下，主要原因是露天開采及地下開采2個方向完全是由2套基礎理論體系支撐。礦業高校采礦專業中地下開采方向本科專業課程設置為礦山壓力及其控制、井巷工程、礦井通風與安全、采掘機械等，學科側重于力學、安全、通風等方向；而露天開采方向的專業課程設置為露天礦設計原理、露天采礦工藝、露天采掘機械、露天礦運輸設備、露天礦爆破工程、露天礦環境保護、露天礦邊坡工程等，學科側重于設備與工程施工、運籌與決策等方向。從學科基礎角度來看，露天開采基礎理論體系與系統工程關聯更為緊密，側重于系統決策與控制，展現了鮮明的軟科學特性。非礦業領域專家學者認為相較于以固體力學、流體力學、工程力學等專業為基礎的地下開采，露天開采缺乏專業核心技術。

露天開采專業技術及知識體系

露天開采本質上是大型的土石方剝離工程，其生產安全性遠高于地下開采，除了法規、政策因素外，工程經濟問題是露天開采最大的限制條件。因此從系統控制理論的視角來看，露天礦生產、經營及管理的本質是以工程經濟為宏觀約束條件，對礦山大系統狀態加以控制，使得系統能夠達到且穩定保持安全、高效、環保及可持續發展的狀態。行業在發展中逐步形成了一整套露天開采技術及知識體系，具體包括3個方面。

（1）露天開采基礎理論體系

為實現對復雜大系統的描述、分析與控制決策，發展了包括礦床地質模型及地質資源評價理論、露天煤田開發優序決策理論、開采境界設計理論、設備選型與配套方法、生產工藝及系統優化、開采程序優化設計、土巖流量流向優化設計、剝采計劃優化設計、方案經濟評價、邊坡穩定、綠色開采等諸多內容的基礎理論體系。

（2）工程經驗知識體系

為實現對復雜大系統的實際控制，露天開采行業在生產實踐中逐步積累了穿孔、爆破、采裝、運輸、排棄、整備/工務、機電管理、供電輔助、邊坡治理、安全環保等系列業務自身、業務與業務之間協調配合的工程生產組織管理與工程實踐經驗體系。經驗知識體系本質上是一種非結構化知識體系，比較難以用語言、圖表、數據等精準表示，也難以簡單概括為某種單一理論體系。一般須通過工程實踐，實現知識傳承和多種理論疊加，此為露天采礦作為工程應用學科有別于其他理工科的最大特點。

（3）工藝及裝備技術體系

機械裝備是礦山工程的執行單元，裝備發展促進開采工藝革新，工藝革新又帶動礦山工程經驗知識體系與露天開采基礎理論體系的發展。我國露天開采工藝從最初單斗鐵道工藝、單斗-卡車間斷式工藝，逐步引入了破碎站半連續工藝、拉斗鏟倒堆工藝、輪斗鏟全連續工藝等等，向著設備大型化、開采技術多樣化、開采工藝簡約化的方向不斷發展。

露天開采大系統的決策與控制問題

近20年露天開采行業的進步，更多依賴于工藝及裝備技術體系的發展與工程經驗知識體系的積累，而非理論的創新與應用，根本原因在于露天生產工藝、生產設備和生產過程、內外部環境越來越復雜，對露天復雜大系統的認知與控制能力呈現出減弱趨勢，傳統理論指導下的系統決策與控制手段收效愈發不明顯，具體表現為4個方面。

（1）對礦山大系統的準確描述是實現系統控制的前提條件，必須建立受控系統以及控制過程的模型。露天礦是由生產環境、生產工藝、生產過程、生產設備、生產人員等要素構成的復雜大系統，系統要素眾多，系統與要素、要素與要素、子系統與外部環境形成的結構與層次復雜、系統整體與局部功能多樣，且系統始終處于動態變化之中，因此基于理論開展系統建模的難度大、準確性低，生產中需要大量經驗豐富、理論扎實的技術及研究人員作為重要支撐，而當前行業高水平綜合專業人才嚴重匱乏。

（2）為了實現有效控制，還需要獲取完整的決策與控制信息，因此礦山生產、經營及管理中必須具備信息搜集、信息傳遞、信息加工3個環節的正常功能。傳統露天礦生產中，礦山設計、生產組織、經營管理普遍缺乏精準、快捷的感知手段，作業場景中大量重要數據無法準確獲取。在露天礦數字化建設工作完成之前，基本無法對決策與控制信息的真實性、及時性、適用性與系統性作較高的要求。

（3）決策是實現大系統控制至關重要的環節，由于分析與決策時常缺乏關鍵數據及方法支撐，采集到的信息無法準確、全面反映研究對象的內在規律與外部聯系，且理論在各種復雜的主客觀條件下不可行，因此實踐中工程經驗知識體系不得不替代理論優化設計指導決策。由于人本身對于復雜大系統的認識存在一定局限性，隨著系統復雜程度提高，僅憑借人的腦力，已經無法實現對系統的全面認知與全局考慮，難以開展科學精準決策。

（4）精準且有效執行是系統決策與控制的最終環節，因難以實現礦山大系統的準確描述，分析與決策時缺乏關鍵數據及方法，執行時僅能依靠以人為經驗為主導的模糊控制，最終導致礦山生產中形成了模糊感知、粗略分析、經驗決策、粗放執行模式，露天礦處于相對粗放的生產、管理與經營狀態。

綜上所述，露天開采大系統的自由度高、系統復雜、不確定性大、系統實際控制能力弱，表面上是理論與實踐的脫節、設計與生產的脫節，本質上是大系統感知、分析的部分環節缺失、決策與執行環節的脫節。上述情況導致露天開采技術的發展遇到了巨大瓶頸，而智能化技術將是輔助行業突破瓶頸的發展關鍵。

智能化露天礦的內涵

信息論、系統論、控制論（簡稱“三論”）是露天礦智能化的理論基石。露天采礦行業近30年的發展過程中，礦山物聯網、數字礦山、感知礦山、智能化礦山、礦山信息物理系統、互聯網+礦山、工業4.0+礦山、礦山“兩化”融合等所有與礦山信息化相關的概念，皆是“三論”思想的不同表述方式，本質上都是以礦山生產、管理、經營中經驗驅動的粗放型決策控制，變為數據驅動的精細化決策控制。

4.1 露天礦智能化的基本邏輯

露天礦智能化的基本邏輯是通過信息化技術的應用提高礦山生產、經營及管理大系統的決策與控制水平，解決露天礦高效、安全、環保與可持續問題，考慮信息化技術特點、露天采礦特點與當前行業制約性因素，目前露天礦通過智能化建設，在安全與環保方面已經很難突破，實際上最終落腳點仍應是高效與可持續發展。

露天礦智能化不等同于無人化概念，主要原因首先是描述對象不同，智能化、智慧化的描述對象是露天礦大系統，強調的是大系統決策與控制水平的高低；無人化的描述對象主要是礦山裝備，強調的是設備的自動化運行；其次是應用場景不同，露天開采場景的重要特點是生產安全、勞動條件好，不能照搬地下開采少人則安、無人則安的概念。從科學技術水平和投入產出的效益角度，現階段針對復雜作業場景沒有必要大規模開展無人化建設工作，上述基本框架是開展智能化露天礦建設的必要前提。

4.2 露天礦智能化的基本內涵

智能化露天礦生產中，通過現代通信、傳感器、物聯網、大數據等信息技術的應用，精準采集生產、經營及管理中人、機、物、環、管等關鍵數據，精準量化描述大系統內外部各種現象的內在因果及關聯關系，將傳統經驗性認識升級為量化規律性知識，再結合實際業務特點，依據量化數據與規律做出科學決策。

從信息論角度來看，露天礦智能化升級的本質是通過數字化技術構建了信息獲取、傳遞、加工、轉化處理的基本流程與手段，將未知或者模糊的信息精準量化，減少地質與勘探、礦山設計與決策、礦山工程生產組織管理、礦山裝備維檢、礦山安全管理、礦山經營管理等多業務系統的不確定性。

從系統論角度來看，露天礦智能化升級的本質是通過科學、精確的分析方法，定量描述采礦大系統內部機制與發展過程的狀態演化過程，提高對不同采礦業務系統及子系統之間結構、層次、要素、功能等內部特征、演化機理、發展過程的認知水平，進而更科學地對大系統施加控制。

從控制論的角度來看，露天礦智能化升級的本質是基于充足的礦山生產、管理及經營信息以及對大系統內部特征、演化機理、發展過程的深刻認識，依據內外部條件變化對礦山大系統施加控制并精準執行，使得大系統穩定保持在高效、安全、環保、可持續的預定狀態。

4.3 智能化露天礦的基本特征

傳統露天礦與智能化露天礦的根本差異在于決策與控制水平不同，智能化露天礦具有3個重要特征。

（1）針對系統優化控制的頻率，從傳統生產中的靜態控制轉為動態優化控制，根據地質情況、裝備狀態、市場情況、外部政策等不同內外部狀態，實時動態調整生產計劃、設備作業方式、生產經營目標等，提高生產、管理、經營過程優化控制的頻率以追求經濟效益與社會效益的最大化。

（2）針對系統優化控制的范圍，充分發揮對露天采礦大系統的全新認識，摒棄以往“頭痛醫頭腳痛醫腳”的落后方式，實現跨設備部件、跨作業設備、跨生產環節、跨工藝系統、跨業務范疇的全局考慮，從傳統的局部單一環節優化控制轉為整體大系統的全局優化控制。

（3）針對系統優化控制的方法論，從實體優化走向虛實結合優化，打破傳統理論優化方法及主觀經驗分析方法中所存在的局限性，從傳統的實踐試錯轉為計算機模擬推演仿真，實現優化方案的提前預演，提高生產、管理與經營決策控制的綜合性、全面性、可實施性。

智能化露天礦數據價值產出的基本邏輯

露天礦智能化升級的本質是由經驗驅動的粗放性決策控制變為數據驅動的精細化決策控制，從模糊感知、粗略分析、經驗決策、粗放執行變為全面感知、深度分析、科學決策、精準執行，在此過程中，隱性信息依次加工成顯性數據、規律性知識、策略性知識。按照數據驅動的先后次序，將產生的價值命名為展示價值、研究價值、潛在應用價值、應用價值，傳統經驗驅動的粗放型決策控制邏輯如圖1所示，數據驅動的精細化決策控制邏輯如圖2所示。

undefined

圖1 傳統經驗驅動的粗放型決策控制邏輯

undefined

圖2 數據驅動的精細化決策控制邏輯

5.1 全面感知產生展示價值

全面感知是對系統內外部狀態數據的全環節、全過程、全要素及完整信息的精準獲取，包括露天礦作業時蘊含著大量隱性信息，此類信息暗含在生產過程中的溫度、壓力、尺寸、速度、電流等物理量，以及面積、功率、壓強等基于基礎物理量計算得出的導出量。在缺乏精準測量手段的條件下，僅能對上述物理量得出感性描述，而通過傳感器、物聯網等數據采集技術，將此物理實體背后的隱性信息加以量化使數據“可見”。

智能化露天礦的基礎是構建針對物理世界數據自動收集、自動傳遞、自動加工的運行體系，為決策與控制提供精準的數據。隱性信息通過感知變為顯性數據，產生了展示價值。通過傳感器技術獲取了鉆機鉆進時的振動及鉆桿阻力等數據，但如果缺乏現場生產經驗及基礎理論知識，獲取數據后僅能用于展示，未展示數據背后的深層含義，無法進一步挖掘數據價值。

在深刻理解露天開采基礎理論體系、工程經驗知識體系、工藝及裝備技術體系的基礎上，首先，明確感知目標，將與研究目標相關的人、機、物、環、管等相關數據信息進行系統性全面采集；其次，明確不同目標場景下數據信息的具體要求，確保數據的真實性與適用性；最后，根據不同目標場景選擇合理的感知、通信及存儲手段，確保數據的及時性與可靠性。

5.2 深度分析產生研究價值

深度分析是對隱性信息顯性化的基礎上，對顯性數據進一步加工與理解。大量顯性數據并不一定能夠直觀體現出物理實體之間的內在聯系，需要經過專業化、實時、快速的分析環節，一般包括以下3種形式。

（1）針對礦山某一特定場景，不涉及系統內部的結構和相互關系，僅從其輸入輸出的特點了解該系統規律，在“黑箱條件”下建立輸入輸出的對應關系。此形式基于弱人工智能技術，不需要人為過多干預，由系統自主提煉數據處理規則。

（2）涉及系統部分結構和相關關系，但機理模型構建方面尚不完善，在“灰箱條件”下建立輸入輸出的對應關系，需要人工參與開展分析與建模。

（3）對系統內部的結構與相互關系完全掌握，建立完善的機理模型，在“白箱條件”下建立完整的對應關系。

通過上述3類形式，最終實現對生產中的各種現象的內在因果性或關聯性關系的量化描述。

深度分析是決策與控制的前置環節，此環節中顯性數據通過深度分析變為規律性知識，產生了研究價值。例如，基于不同巖石條件下鉆機鉆進的振動及鉆桿阻力的海量數據，通過數據分析就可得到巖石性質和鉆桿阻力等指標之間的部分規律，進而將規律形成公式、圖表、數據庫等諸多形式的描述，用于優化改進鉆機設備、提高鉆機生產效率、指導爆破設計等方面。

5.3 科學決策產生潛在應用價值

科學決策是對信息的綜合處理，此環節中，規律性知識通過科學決策變為策略性知識，產生了潛在應用價值。從深度分析環節開始，具體專業技術知識在價值產出中起到了關鍵的主導作用，直至科學決策環節，才能產出真正的實際價值，此為連續且不可分割的過程。

為便于理解科學決策產生潛在應用價值，以巖石性質和鉆桿阻力為例具體說明。

巖石性質指標實際上包括了巖石彈性模量、泊松比、抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度等諸多指標，鉆機鉆進中的工況參數包括了轉速、轉矩、鉆速、功率等，鉆桿鉆進中承受了巨大的內外壓、扭曲、彎曲和振動，諸多參數及指標相互耦合，呈現出極為復雜的非線性關系。在深刻認識上述特性的基礎上進行爆破策略改進時，還需要基于外部環境參數（巖石爆破特性、斷層裂縫發育情況），對炸藥配置組分相關參數、拋擲爆破控制參數（孔網參數、裝藥參數、起爆方式）、拋擲爆破高臺階參數（臺階寬度、臺階高度）等進行深入分析。露天礦生產環節環環相扣，爆破質量提高后，電鏟挖掘作業時能耗降低、鏟齒、繃繩等耗材成本降低、效率也得到了提高，由此產生了一連串的潛在應用價值。

以上分析表明，智能化露天礦建設中能產生重大價值的場景，其內部規律獲取及策略制定的難度大，需要專業化的科學研究團隊開展長期的科研與積累，以及大量基礎學科背景知識作為支撐，不可能僅通過數據挖掘、數據分析等弱人工智能技術就可以直接得到。因此，深度分析、科學決策環節中價值產出的主導者是采礦、機電、管理等具體專業技術研究人員。

5.4 精準執行產生應用價值

精準執行是依據策略性知識，在生產中執行決策的過程。精準執行是完成大系統控制的最終環節，此環節中策略性知識得以實踐，產生應用價值。由于露天礦業務的不同特點，執行過程體現形式多樣，簡單劃分為以下2類。

（1）針對復雜的組織管理行為，精準執行的體現形式是OA任務管理系統，通過流程搭建任務分配機制，責任落實明確到人、具體到事、精確到時，實現對任務全過程狀態的監控和互動，同時與績效考核制度掛鉤，提高運營效率和管理水平。

（2）針對重復性、機械性操作行為，精準執行的體現形式是利用自動化技術，部分替代或者全部替代人的作業，例如針對推土機整備作業的復雜作業場景，應用自動化輔助駕駛系統提高工程施工的準確性；針對固定式破碎站的簡單作業場景，應用自動化控制系統實現無人值守。

此環節中，決定應用價值產出的關鍵在于策略性知識與精準執行的融合程度。例如OA任務管理系統僅實現了任務系統化管理，但管理工作的策略性知識來源于決策者的基礎理論與實踐經驗，如果決策者專業技術水平不足，引入OA任務管理系統也難以發揮其應用價值；無人卡車在一定程度上減少了人員工作量，但卡車作為露天礦運輸環節的執行單元，其策略性知識來源于礦山采運排設計與礦山生產組織管理，如果脫離了大系統運行邏輯，僅發展設備單體無人化，無法最大化發揮無人卡車的重要應用價值。

智能化露天礦數據價值遞增邏輯

露天采礦大系統業務層級多、系統結構復雜、子系統眾多，每個子系統都是感知、分析、決策、執行全過程的數據流動閉環，同時子系統又是上一層級系統中數據流動中感知、分析、決策、執行局部環節，因此價值產出的閉環過程是由多個系統、子系統相互組合共同組成。

為了實現智能化露天礦價值的最大化產出，充分發揮各個子系統的功能與作用，使得元數據經過不同閉環反復加工，由次級子系統不斷向上級系統流動，實現展示價值、研究價值、潛在應用價值、應用價值的循環迭代，螺旋上升，進而使得數據價值不斷遞增，此為露天礦大系統整體大于各部分總和的思想體現，數據價值不斷遞增的過程如圖3所示。

undefined

圖3 數據價值不斷遞增過程

露天礦智能化是智能化技術和以礦山設計及礦山工程為主體展開的龐大露天開采技術體系的深度融合，是復雜大系統全面轉型升級的過程。礦山設計-礦山工程是露天礦最為根本、最為核心的業務主線，礦山所有部門圍繞此主線開展工作。縱觀智能化露天礦整個大系統，所有子系統數據最終都流向礦山設計-礦山工程的頂層數據閉環，在此實現價值最大化。

價值產出的基本邏輯、大系統的價值遞增邏輯是開展智能化露天礦規劃的重要依據，同時也是指導國家能源局《智能化示范煤礦驗收管理辦法（試行）》（露天部分）制定的重要依據，以驗收辦法初稿中的礦山設計-礦山工程業務主線為例，包括以下4個方面。

（1）全面感知

露天礦設計與生產中所需要的信息涵蓋了“人、機、物、環、管”各方面信息，定義空間地理信息（三維礦床信息、三維地表信息）代表“環”，生產管理信息代表“人、機、物、管”，全面感知環節的建設思路為3個部分。

三維礦床信息：煤炭開采全壽命周期中，地質條件的精細探查是實現精準開采的基礎。由于傳統鉆孔勘探手段解釋精度有限，因此根據地質條件復雜程度，逐步引入磁法勘探、電法勘探、地震勘探等立體化地質勘探技術，輔助實現地質透明化感知，降低開采環境的不確定性。

三維地表信息：露天采場各要素的空間分布特征是規劃設計、勘探建設、生產和運營管理的重要依據，為了實現快速、高精度獲取上述信息，逐步引入三維激光掃描技術（車載或機載激光雷達）、圖像序列建模技術（無人機圖像序列建模）、衛星遙感技術等，作為傳統測繪技術的補充。

生產管理信息：露天礦生產信息包括生產計劃信息、工程質量信息、生產安全信息、能耗及材料消耗信息、設備運維信息、配件庫存信息、各工藝環節生產管理信息等。上述信息的獲取途徑較為復雜，受限于感知技術及對信息邏輯關系的認識程度不足，當前大部分數據仍需要人工統計，將上述信息的感知工作統稱為露天礦再數字化建設。

（2）深度分析

獲取到空間地理信息與生產管理信息后，需要專業的軟件平臺系統對數據信息開展分析處理，之后才能為決策工作提供參考依據，該環節主要實現以下3個功能。

三維礦床模型管理：基于鉆探、物探等手段獲取的數據，構建露天礦高精度三維礦床模型；實現原始勘探數據、生產勘探數據和煤質數據的數字化管理、可視化展示；實現模型的實時更新、資源/儲量的動態管理等功能，為采礦設計提供基礎數據支撐。

三維地表模型管理：在三維礦床模型基礎上，結合圖像或激光掃描技術數據，實現三維地理空間信息數據的加工處理和控制功能；聯合構建露天礦采場三維地表模型，實現剝、采、排礦山工程時空位置的動態更新與展示；為開采設計、生產計劃編制、工程測量驗收等工作提供重要的基礎地理空間信息和決策支持。

露天礦時空演化過程管理：基于生產信息數據庫，將三維動態礦山模型及其演變所形成的模型序列納入時間維度下管理，形成可供量測和空間分析的動態三維時空數據庫，具備實時模擬整個工程的時間和空間順序的功能，實現露天礦歷史生產狀況回溯與超前演示，同時對生產、經營、管理全過程的實時數據實現統一采集、存儲、管理、分析、展示等功能。

（3）科學決策

礦山設計是礦山生產、管理與經營的靈魂，在礦山大系統中起到核心決策的作用，礦山設計智能化主要體現在先進輔助設計軟件的應用上。在智能化初、中級階段，至少應實現2個階段的功能目標。

短期生產計劃的自動化編制、工藝的工作面參數、設備作業方式等工藝系統的輔助優化設計、臺階劃分、工作線布置及推進方式、采場延深方式等開采程序問題的輔助優化設計、開拓運輸系統的輔助優化設計、原煤及巖土調運方案的流量流向輔助優化設計、生產剝采比均衡、中長期剝采計劃編制，排土計劃編制。

在智能化高級階段，通過露天礦虛擬仿真平臺的應用，實現采礦計劃仿真模擬與推演。綜合考慮地質賦存可能存在的動態變化、礦山開采中設備作業規律的隨機性、各作業環節突發事件的概率性等，影響開采過程連續性、穩定性、高效性的因素，以各環節、各部門的標準化作業流程及安全作業規程為基礎規則，以一班或更短時間作為單位對實際開采過程進行細致推演，實現各環節、各階段工程量、工程成本、工程進度的準確掌控，提高設計的綜合性、全面性、可實施性。

（4）精準執行

露天礦數據信息通過全面感知、深度分析、科學決策形成了策略方案后，需要通過礦山工程開展執行工作。

在生產組織管理上，建立露天礦的綜合調度指揮平臺，具體實現采裝工程智能化管控、運輸工程智能化管控、破碎環節作業計劃與運行智能化管控、露天礦排土及尾礦庫生產計劃智能化管控。

在裝備執行層面上，將開采方案、施工計劃直接推送至工程機械，實現鉆機、挖掘機、卡車、推土機等設備作業的智能引導、輔助操作、無人操作等功能。例如推土機自動找平系統中，推土機利用GPS、慣性導航等技術實時獲取當前自身位置及軌跡信息，與無線終端所接收的采場模型進行比對，以增強現實、虛擬現實等技術將挖掘、回填物料區域、物料量等諸多信息呈現給操作人員，確保施工精度。

礦山設備既是精準執行環節中大系統的執行單元，又是全面感知環節中大系統的感知單元，采集空間地理信息及生產管理信息，反饋給露天礦時空演化過程管理系統，進一步指導生產計劃、設備作業方式的動態調整。

總結

（1）露天開采的自由度遠大于地下開采，工程經濟問題是最大的限制條件，露天開采基礎理論體系的發展與實踐應用出現脫節，智能化技術將是輔助突破行業發展瓶頸的關鍵。露天礦智能化技術升級是智能化技術以礦山設計、礦山工程為主體展開的龐大露天開采技術體系的深度融合，是復雜大系統全面轉型升級的過程。

（2）露天礦智能化升級的本質是由經驗驅動的粗放型決策控制變為數據驅動的精細化決策控制，從模糊感知、粗略分析、經驗決策、粗放執行變為全面感知、深度分析、科學決策、精準執行，依次產生了展示價值、研究價值、潛在應用價值和應用價值。

（3）智能化露天礦價值的最大化產出是充分發揮各子系統的功能與作用，使元數據經過不同閉環反復加工，由次級子系統不斷向上級系統流動，實現展示價值、研究價值、潛在應用價值、應用價值的循環迭代，螺旋上升，進而使得數據價值不斷遞增。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。