基于數(shù)字礦山建設(shè)的煤炭物流管理技術(shù)及應(yīng)用研論文

　　1.引言

　　采礦業(yè)是以礦產(chǎn)資源為生產(chǎn)對象的古老產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，作業(yè)條件復雜，生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)多，技術(shù)裝備種類繁多且技術(shù)復雜，這些都是其它行業(yè)無法比擬的。目前國內(nèi)許多礦山企業(yè)還處在勞動密集性階段，信息化改造勢在必行。部分礦山在辦公自動化、管理信息化以及優(yōu)化設(shè)計、生產(chǎn)監(jiān)控等方面雖然做了一定的工作，取得了一定的成效，但這些系統(tǒng)大多處于獨立運行階段，未能實現(xiàn)系統(tǒng)的信息整合與綜合應(yīng)用。隨著科學技術(shù)的日新月異，越來越多的新思想、新技術(shù)、新方法運用于礦山企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和管理，以增強企業(yè)的競爭力。為此，我國礦業(yè)系統(tǒng)開始了“數(shù)字礦山”的研究工作，利用數(shù)字信息技術(shù)來改造和提升采礦業(yè)，其理念己逐漸深入礦業(yè)界人心，同時也給采礦業(yè)和礦山科技發(fā)展帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。

　　礦山企業(yè)多數(shù)遠離城市和交通要道，地理位置偏，所以各種燃料、配件的庫存量大，種類多，資金占用也多，技術(shù)進步又容易造成庫存存貨的淘汰。同時礦山采裝、運輸、礦物加工成本占生產(chǎn)成本的比例高達40-80%,選礦和混礦對礦產(chǎn)品售價影響極大。礦山企業(yè)的這些特性使得供、產(chǎn)、銷各個環(huán)節(jié)的物流管理顯得極為重要。目前，礦山生產(chǎn)管理主要關(guān)注生產(chǎn)的工藝過程，而忽視了將每一個工藝環(huán)節(jié)連在一起的、并且伴隨每個工藝環(huán)節(jié)同時出現(xiàn)的物流活動，還沒有樹立起生產(chǎn)物流的觀念。因此，在“數(shù)字礦山”建設(shè)中引進物流管理理念十分重要。由于礦山企業(yè)的特殊性，礦山物流不能直接采用一般企業(yè)物流的管理模式，因此在數(shù)字礦山實施過程中對礦山物流如何管且管得好是本文重點研究和解決的問題。下面結(jié)合露天煤礦數(shù)字礦山及物流體系建設(shè)談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

　　2.數(shù)字礦山總體結(jié)構(gòu)

　　何為數(shù)字礦山，數(shù)字礦山與礦山自動化、信息化有何區(qū)別和聯(lián)系，目前在國內(nèi)還沒有達成統(tǒng)一的意見。但普遍認為：數(shù)字礦山是數(shù)字地球、數(shù)字中國在礦山中的開發(fā)應(yīng)用，數(shù)字礦山從更高的層次、系統(tǒng)論和一體化的角度對礦山進行數(shù)字化、信息化管理，更深入、更有效地為礦山生產(chǎn)、經(jīng)營和管理提供服務(wù)，為礦山持續(xù)、高效、科學的發(fā)展提供重要保障。

　　根據(jù)國內(nèi)礦山的特點及其信息化建設(shè)的現(xiàn)狀，結(jié)合數(shù)字礦山技術(shù)的最新進展，確定數(shù)字礦山的建設(shè)原則如下:（1)根據(jù)礦山具體條件及發(fā)展需要，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)的最新進展情況，分層次建立開放式數(shù)字礦山總體框架，對各層次的系統(tǒng)范圍和內(nèi)容可進行擴充，也可擴充更多層次;（2)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)與礦山主要業(yè)務(wù)信息化管理相適應(yīng)，既保證各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的獨立運行，又實現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效集成和整合;（3)系統(tǒng)建設(shè)要充分考慮到技術(shù)的先進性、成熟性、實用性、規(guī)范性和可擴展性，使各組成部分易于開發(fā)和實施，并可方便地納入到數(shù)字礦區(qū)、數(shù)字行業(yè)、數(shù)字中國中。

　　按照上述原則確定的數(shù)字露天煤礦總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1中可以看出，數(shù)字礦山自下而上可分為以下六個層次：

　　①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。即數(shù)據(jù)獲取與存儲層。數(shù)據(jù)獲取包括利用各種技術(shù)手段獲取各種形式的數(shù)據(jù)及其預(yù)處理；數(shù)據(jù)存儲包括各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、圖形文件庫等。該層為后續(xù)各層提供部分或全部輸入數(shù)據(jù)。

　　②模型層。即表述層。如空間和礦物屬性的三維和二維塊狀模型、礦區(qū)地質(zhì)模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現(xiàn)實模型等。該層不僅將數(shù)據(jù)加工為直觀、形象的表述形式，而且為優(yōu)化、模擬與設(shè)計提供輸入。

　　③設(shè)計優(yōu)化層。如工藝流程模擬、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計與計劃方案優(yōu)化等。該層為把優(yōu)化解轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行方案或直接進行方案設(shè)計提供手段。

　　④執(zhí)行與控制層。如自動調(diào)度、流程參數(shù)自動監(jiān)測與控制、遠程操作等。該層是生產(chǎn)方案的執(zhí)行者。

　　⑤管理層。包括MS、ERP與OA等，其中MS、ERP部分含供應(yīng)物流和銷售物流的管理功能。

　　⑥決策支持層。依據(jù)各種信息和以上各層提供的數(shù)據(jù)加工成果，進行相關(guān)分析與預(yù)測，為決策者提供各個層次的決策支持。

　　3.露天煤礦物流特點及存在問題分析

　　礦山物流是一個系統(tǒng)物流，屬于工業(yè)物流范疇，是發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式、提高企業(yè)利潤空間的有效手段。它存在于礦業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)準備、生產(chǎn)過程和銷售活動的全過程之中，是生產(chǎn)礦業(yè)產(chǎn)品以及組織礦物銷售等一系列物料實體的運送搬運等動態(tài)流轉(zhuǎn)過程，是一個由礦業(yè)的供應(yīng)物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、回收物流、廢棄物物流構(gòu)成的物流系統(tǒng)如圖2。露天煤炭物流系統(tǒng)除了具有一般工業(yè)企業(yè)物流系統(tǒng)和煤炭物流的共同特點外，還具有自身的特點：

　　(1)生產(chǎn)物流包括產(chǎn)品實體和廢棄物兩部分物流。露天煤礦的生產(chǎn)物流不僅包括煤炭產(chǎn)品實體），還包括剝離物廢棄物），且剝離物產(chǎn)量通常遠遠大于煤炭、排棄占地面積大；而煤炭庫存質(zhì)量標準要求不高、不需包裝。

　　(2)生產(chǎn)環(huán)節(jié)復雜，易污染環(huán)境，作業(yè)場所時空變化大。露天煤礦生產(chǎn)通常分為穿孔、爆破、采裝、運輸、排卸、破碎、洗選等多道工序，工序復雜，各項工序作業(yè)均易污染環(huán)境，隨著生產(chǎn)的不斷進行，采掘工作面及排土工作面的時空變化大。

　　(3)供應(yīng)物流與銷售物流沒有直接聯(lián)系。煤炭企業(yè)所需的生產(chǎn)物資都是輔助材料，不構(gòu)成產(chǎn)品的實體，供應(yīng)物流量的大小由礦山的采剝總產(chǎn)量決定，其運輸方向與銷售物流相反，所以煤炭企業(yè)的供應(yīng)物流與銷售物流在運輸工具和管理方法上沒有直接聯(lián)系。長期以來，我國礦山企業(yè)包括數(shù)字礦山建設(shè)不同程度地存在“重生產(chǎn)、輕管理”的思想，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及內(nèi)部管理比較重視，缺少物流管理意識，沒有認識到物流作為企業(yè)的“第三利潤源泉”在降低成木、提高效益、增強市場競爭力中的作用，將物流活動置于附屬地位，沒有從物流管理的高度實現(xiàn)供應(yīng)物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、回收物流、廢棄物流進行綜合管理。。物流管理專業(yè)化程度不高，僅在MIS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)中部分實現(xiàn)了供應(yīng)物流、銷售物流的功能（圖1的管理層部分)，而忽視了將每一個工藝環(huán)節(jié)連在一起的、并且伴隨每個工藝環(huán)節(jié)同時出現(xiàn)的生產(chǎn)物流、回收物流、廢棄物流的物流活動，即在圖1的執(zhí)行控制層還沒有樹立生產(chǎn)物流的理念。下面結(jié)合露天煤礦的特點，重點論述后在礦山建設(shè)中需要重點解決的生產(chǎn)物流、回收物流、廢棄物流等問題。

　　4.露天煤礦數(shù)字礦山建設(shè)需要重點解決的物流問題

　　(1)生產(chǎn)物流。露天煤礦的生產(chǎn)物流不僅包括煤炭產(chǎn)品，而且還包括廢氣剝離物，且剝離物產(chǎn)量通常遠遠大于煤炭，排土需要占用較大的土地空間。因此露天礦煤礦生產(chǎn)物流，重點解決采煤、剝離、排土之間的關(guān)系問題。

　　露天礦開采工藝分為連續(xù)工藝、間斷工藝、半連續(xù)工藝、無運輸?shù)苟压に嚨榷喾N形式。這些工藝選擇受礦巖性質(zhì)、礦床賦存情況、地形條件、設(shè)備價格等多種因素限制，屬于采礦工藝設(shè)計問題，其中連續(xù)工藝、無運輸?shù)苟压に嚨奈锪髡{(diào)配固定，而間斷工藝均大都采用汽車運輸方式，系統(tǒng)的機動靈活性為物流調(diào)配提供了有利的前提條件，且間斷工藝露天礦運輸環(huán)節(jié)費用占生產(chǎn)成本的40%?60%,因此對間斷工藝進行物流研究具有重要的意義。間斷工藝的生產(chǎn)物流應(yīng)重點解決以下幾個問題：

　　①在排土方式選擇上，優(yōu)先采用內(nèi)排。露天礦內(nèi)排就是在采出有益礦物的同時將剝離的土巖排在采空區(qū)形成的內(nèi)部排土場中。內(nèi)部排土具有鞏固非工作幫邊坡穩(wěn)定、少占用耕地、縮短排棄運距、便于復墾造田和恢復生狀等優(yōu)點。因此在條件允許的情況下，盡量采用內(nèi)排。內(nèi)部排土的露天礦在同一時間、同一空間，同時存在著采出與回排兩種作業(yè)，這就給管理和技術(shù)上實現(xiàn)合理的物流調(diào)配提出了新問題，合理的物流調(diào)配更能體現(xiàn)內(nèi)部排土的優(yōu)點，取得更好的經(jīng)濟效益。

　　②采煤與剝離的統(tǒng)一考慮。露天礦采煤與剝離的統(tǒng)一考慮就是將采煤與剝離的裝載點與卸載點通過統(tǒng)一的或局部統(tǒng)一的路徑聯(lián)系起來，共同納入到一個系統(tǒng)中，進而提高運輸系統(tǒng)的整體效率，使露天礦的運營費用最低，產(chǎn)生最好的經(jīng)濟效益。并盡量減少采煤與剝離物流的交叉和逆動。

　　③采剝與內(nèi)排的統(tǒng)一考慮。露天礦內(nèi)排的形式不外乎端幫環(huán)線及中間橋式或兩者兼而有之。中間橋存在時，采剝與內(nèi)排就擁有一個共同的底盤標高，就是說采剝工作面與排棄工作面僅差排棄段高，也就是在物流調(diào)配中采出的裝載點與排棄的卸載點距離較近。假如把采剝與內(nèi)排統(tǒng)一考慮，充分利用空車資源，就可以利用采出的返空車在剝離工作面裝載后通過中間橋或端幫環(huán)線、排棄工作面移動坑線運輸?shù)缆废到y(tǒng)進行排棄，排棄完后再在采出工作面裝載。這樣形成一個閉合鏈，鏈中運輸設(shè)備重載行程遠大于傳統(tǒng)的空重行車半對半，從而顯著提高運輸系統(tǒng)的整體效率。之所以說是整體，就是包含剝離與采出、端幫環(huán)節(jié)與中間橋。在研究采剝與內(nèi)排個關(guān)系問題上，應(yīng)重點研究主要交叉道口的車流密度和主干道路面負荷、端幫和中間橋的布置問題、內(nèi)排段高的合理取值等問題。

　　④設(shè)備、路徑的統(tǒng)一考慮。設(shè)備的統(tǒng)一考慮就是為了方便、簡化設(shè)備的管理，這里僅指設(shè)備的維修保養(yǎng)和配件供應(yīng)，更重要的是采裝與運輸設(shè)備的型號搭配，尤其是運輸設(shè)備性能和型號的統(tǒng)一，以便于互換和運行組織，包括裝載、卸載和運行速度控制等。路徑的統(tǒng)一考慮，就是采煤工作線、剝離工作線和排土工作線相兼顧；固定坑線與移動坑線相兼顧，包括中間橋與端幫環(huán)線相兼顧、采掘工作幫移動坑線與內(nèi)排工作幫移動坑線相兼顧；道路的維護與修筑相兼顧。

　　⑤自動化調(diào)度系統(tǒng)的實施。露天礦自動化調(diào)度系統(tǒng)用于在汽車運輸露天礦中對卡車、電鏟等進行實時優(yōu)化調(diào)度，系統(tǒng)的主要功能就是通過對電鏟、卡車、推土機等設(shè)備的位置、狀態(tài)等信息的采集，實現(xiàn)對設(shè)備位置及工作狀態(tài)的實時跟蹤、顯示，優(yōu)化調(diào)度卡車運行，及時準確查詢統(tǒng)計當前生產(chǎn)情況。目前該系統(tǒng)總體技術(shù)己經(jīng)成熟，并在國內(nèi)個別露天礦投入使用。采用露天礦自動化調(diào)度系統(tǒng)進行物流優(yōu)化調(diào)配，對提高礦山產(chǎn)量、節(jié)省費用、取得較高經(jīng)濟效益具有重要的作用，國內(nèi)間斷工藝露天礦應(yīng)優(yōu)先采用該系統(tǒng)。

　　(2)回收物流。露天煤礦的回收物流主要包括生產(chǎn)過程中部分消耗的廢舊物資的回收利用、煤炭開采過程中的頂?shù)装鍝p失以及伴生煤矸石的綜合利用3個部分，此外，由于大型露天煤礦通常建有選煤場和坑口電廠，因此還包括選煤場的煤泥、坑口電廠所產(chǎn)生的粉煤灰和煤渣等。對煤炭回收物流的研究,應(yīng)集中在加強對回收物流的管理和再生資源的綜合利用技術(shù)研發(fā)上。一方面要通過技術(shù)和管理手段減少廢棄物流的發(fā)生量，另一方面要對廢棄物中的再生資源進行處理利用，變廢為寶。研究和利用的重點如下：

　　廢舊物資的回收利用：露天礦的生產(chǎn)設(shè)備價值高達數(shù)百萬乃至數(shù)千萬元，發(fā)動機、總成、輪胎等價格昂貴。應(yīng)開發(fā)配件壽命跟蹤系統(tǒng)軟件，價對格昂貴、附加值高、可重復利用的配件進行使用、維修、報廢等跟蹤，一方面提高再生資源利用水平，另一方面也為供應(yīng)物流選擇質(zhì)高價低的供應(yīng)商提供依據(jù)。該系統(tǒng)應(yīng)與供應(yīng)物流圖1中的MS、ERP)、生產(chǎn)物流圖1中的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)）緊密結(jié)合。

　　頂?shù)装鍝p失：采用先進的設(shè)備和工藝，減少頂?shù)装宀沙鰮p失，如液壓鏟、刨煤機、推土機輔助處理等。

　　煤矸石利用：

　　熱能利用：流化床燃燒技術(shù)，洗煤泥-煤矸石混燒技術(shù)等。

　　礦物成分利用：建材利用技術(shù)，高硫煤矸石提取硫磺或制取硫酸技術(shù)。

　　煤泥的利用：流化床燃燒，煤泥水混合燃料，煤泥型煤等。

　　粉煤灰利用：制取高水充填材料、制備分子篩等。

　　煤渣的利用：燃燒水泥熟料，硅酸鹽建材原料，燒結(jié)建材制品等。

　　(3)廢棄物流。露天礦山廢棄物大體可分成兩種：一是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的剝離物，二是勞動工具、裝備、設(shè)施的更新報廢物。其中剝離物是生產(chǎn)物流的重要組成部分，因此,可能的最優(yōu)采購批量(Q>)為2000單位。

　　5.結(jié)束語

　　本模型對參數(shù)較為敏感，其中折扣率對模型的影響最為顯著。當折扣率較大時,一般經(jīng)過簡單計算即可確定采用何種折扣(通常計算結(jié)果為采用最優(yōu)折扣)。較高的原料庫存費率將促使決策傾向于采用較小的平均庫存量、較高的價格與較小的原料折扣;較高的產(chǎn)品庫存費率將促使決策傾向于采用較小的生產(chǎn)批量,從而降低采用采購折扣的可能性。

　　從模型的例子可以看出,最優(yōu)解和非最優(yōu)解之間,年成本的差別較大。在一般生產(chǎn)企業(yè)利潤水平普遍較低的當今生產(chǎn)實踐活動中,適當?shù)纳�產(chǎn)、庫存決策是非常重要的,它對于提高企業(yè)的盈利能力具有重要作用。在生產(chǎn)實踐中,產(chǎn)品生產(chǎn)的鏈條通常涉及許多層次具有供銷關(guān)系的生產(chǎn)企業(yè),如果每一層級的企業(yè)都能適當決策,將大大降低供應(yīng)鏈成本,增加產(chǎn)品的市場競爭力。在供應(yīng)鏈中起著核心作用的企業(yè)往往只有一個,生產(chǎn)企業(yè)之間大多基本處于平等地位。基于平等地位,企業(yè)完全有條件基于自身利益進行相關(guān)物流決策，以實現(xiàn)利益最大化，同時可降低供應(yīng)鏈總成本。

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