Overall design of intelligent construction in open pit coal mines
露天开采除了具有生产规模大、劳动生产率高、资源采出率高、生产安全和职业健康安全条件好等优点之外［1］，还具有产量柔性好，易于实现个性化生产等特点，几乎所有采煤国家都把露天开采作为优先选择的资源开采方式。 近年来我国露天采煤量呈逐年上升的趋势，由2003 年的0.8 亿t 增加到2020 年的近7.0 亿t，占全国煤炭产量的比例由4.65%提高到17%左右［2］。 随着我国煤炭开采重心加速向新疆等西部地区转移，露天开采的比重还将进一步增大。 但是，我国露天煤矿单斗-卡车间断开采工艺的采剥总量占比达到了85%以上，连续和半连续开采工艺应用较少，矿山的自动化和信息化水平相对较低，智能化建设基础薄弱。 因此，通过科技创新驱动我国露天煤矿开采技术、工艺装备和智能化水平的整体提升，实现绿色、安全、少人、高效发展，是落实国家能源发展战略的重要举措，也是推动我国煤炭工业高质量发展的重点任务之一。
随着“云大物移智链”等新技术与矿业交叉融合，露天煤矿进行的智能化建设的需求日益强烈，但大部分矿山面临建设目标不清晰、路径不明确、内容不系统、重点不突出、效果不明显、项目推进缓慢等问题，究其原因主要是未能将露天矿山的智能化建设作为一项系统工程来整体规划和有序推进，多数矿山在“摸着石头过河”。 主要存在重“软”系统建设，轻“硬”工艺装备变革；重业务系统建设，轻数据价值挖掘；偏离需求片面追求无人化，忽视智能化建设的经济属性等误区。
因此，研究露天煤矿智能化建设规划设计策略，厘清规划设计的总体目标，凝练核心设计策略，统一规划设计的内容要求和通用技术架构，明确建设技术路径，建立科学的设计建设范式，对于保障和提升我国露天煤矿智能化建设工作效果具有重要的理论和现实意义。
我国露天煤矿地区分布区域广、开采条件各异、工艺设备种类繁多、信息化建设水平参差不齐、市场区域性差异大、运营管理模式多样，智能化建设必然要坚持“因矿施策”的原则［3］，根据企业发展战略和实际生产经营情况统筹规划，分级分步实施。 特别要结合企业需求的紧迫程度、矿山基础条件和资金承受能力等因素制定露天煤矿智能化建设总体方案。
露天煤矿智能化建设的内容可以围绕“人”“设备”和“系统”这3 条主线来厘定。 “人”是指围绕智能化建设前后减人目标的建设内容；“设备”是指围绕提升露天开采工艺的先进性和设备运行管理的智能化程度有必要实施的建设内容；“系统”是指完成露天矿生产、经营、管理等配备的必要的信息系统。智能化露天煤矿的总体建设目标是将物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联网技术、智能化装备系统与现代露天开采技术深度融合，构建露天煤矿泛在连接、数据融合、云化服务、智能决策、自主运行、安全高效的网络化协同管控系统，赋能矿山实现生产、安全、经营、综合管理等全要素、全过程、全生命周期的个性化安全稳定运行。 受矿山基础条件的限制，宜将总体建设目标按智能化程度可分初级、中级、高级3 个阶段来分步实现，3 条主线各分级的典型特征和阶段目标情况如图1所示。
图1 各分级的典型特征和阶段目标
Fig.1 Typical characteristics and stage objectives of each level
露天煤矿的生产特征决定着其智能化建设的特点，露天煤矿的生产特征主要表现在以下几个方面：
1）作业空间广、场所分散。 露天煤矿与井工煤矿的显著差异是其生产作业空间范围广，包括采掘场，排土场、地面生产系统、工业场地等分区，占地面积从几平方公里至十几平方公里不等，在平面上具有空间范围广的特征。 在竖向空间上，我国露天煤矿绝大多数已经进入规划设计的二采区开采，甚至有些矿山已经进入三采区（或最后一个采区），即已转入了深部区，平均开采深度已达200 m。 综上，我国各露天煤矿的开采现状可比喻为一个“开挖占地范围大、空间开采深度大”的“敞露型空间实体”，这一特征是井工煤矿所不具有的，也正是这一特征，对露天煤矿智能化建设过程中的通信网络、设备人员定位、数据传输等带来了难题。
2）工艺系统呈非线性、工序多且离散。 露天煤矿开采工艺按作业的连续性，可分为间断开采工艺、连续开采工艺、半连续开采工艺及无运输倒堆开采工艺等，每种工艺系统又有多种设备组合方式。 与井工矿开采工艺系统自工作面至井口呈“线性”分布的特征不同，露天煤矿的工艺系统并非“线性系统”，而是数量较多的各类移动设备、在相对开放的空间、在数量众多的工作面同时进行穿孔、爆破、采装、运输、排弃等多种离散作业活动，这是露天煤矿区别于井工煤矿的又一显著特征。
3）设备规格大、类型多样。 露天煤矿的生产环节主要包括穿孔、爆破、采掘、运输、排土等，各环节已全面实现机械化。 生产环节多、辅助作业量大等特点使得露天煤矿设备种类及数量繁多；而开采规模大、作业空间广等特点又决定了露天煤矿设备规格的大型化。 目前，露天煤矿轮斗挖掘机、自移式破碎机、排土机等大型设备主要依靠进口，设备购买成本高且运行数据无法获取，严重制约了设备所在工艺系统的智能化建设。 露天煤矿智能化升级的目标不仅体现在单台设备、单个环节上，更主要的是体现在跨设备、跨工艺环节、跨工艺系统、甚至跨业务范畴的信息共通共享、高效利用上。 因此，露天煤矿设备规格大、类型多的特点给矿山设备及工艺系统智能化建设提出了更高的要求。
4）设备实时移动、轨迹多变。 露天煤矿设备主要有轮斗挖掘机、电铲、液压铲、吊斗铲等采掘设备，带式输送机、自卸卡车、矿用宽体车等运输设备，前装机、压路机、推土机、洒水车等辅助设备，还有转载机、破碎机、排土机、钻机及炸药车等其他环节各种设备。 其中，除轮斗挖掘机、带式输送机、排土机等连续作业设备以外，其他露天煤矿常用设备都是移动设备。 移动设备机动灵活的特点，除了适应性强、受自然气候影响小等优势之外，也给露天煤矿智能化建设过程中的移动设备无人驾驶、多机协同、安全保障、设备全生命周期管理等提出了挑战。
根据露天煤矿的生产特征和智能化建设的根本的目标分析，露天煤矿的智能化建设有着以下3 方面显著特征。
1）以信息化为基本手段。 露天矿山是开放的空间，是由人员、设备、环境、管理组成的复杂巨系统。 传统露天煤矿生产运行过程中，各子系统的运行管理由“人”主导，主要凭经验指挥；而智能化露天矿山要求转变思路，把以人的经验和有限知识为主导转变为以基于知识积累的智能化自主决策为主导，对矿山生产运行全过程、全环节、全要素的智能管控，进而实现露天煤矿的安全、高效、绿色开采，这对矿山的信息基础设施建设水平提出了要求。
我国露天煤矿当前普遍存在“信息烟囱”的问题，即现有的各系统处于独立运行状态，通过MIS系统在一定程度上可实现数据集成，但多限于主要信息的集中显示，各系统的综合联动尚未能实现。 因此，露天矿的智能化建设内容必须以矿山管理及安全生产的信息化建设为基本手段和前提，侧重于对多源设备、异构系统、运行环境、人等要素信息进行实时高效采集、网络化传输、可视化展示和规范化集成等。
2）以设备和工艺系统智能化为核心。 露天矿的持续稳定生产主要依赖于设备的稳定可靠运行，因此露天矿智能化的核心就是首先实现露天矿穿-爆-采-运-排设备的智能化，进而实现工艺系统的智能化。 国内众多大型露天煤矿在核心装备的智能化改造或智能装备研制方面做了大量工作。 例如，神华准能公司所属露天矿［4］、华能伊敏露天矿［5］、国家电投内蒙古能源公司所属露天矿等均联合设备供应商、科研设计单位及高校研发了露天矿用自卸卡车无人驾驶系统、露天矿电铲远程智能控制系统、矿山设备预测性大数据分析系统、露天矿无人机智能航测及验收系统等。 此外，很多露天矿还围绕装备（设备）的智能化需求，建立了卡车防碰撞、超速报警等相对独立的系统模块，但目前仅实现了部分环节的自动化，整体尚处于较为初级的数字化建设阶段。 未来重点研究方向将集中在关键核心设备的研发、状态感知、自主决策、自动运行及智能诊断等方面，关键核心设备主要包括钻机、装药车、电铲、卡车、轮斗挖掘机、推土机、排土机、破碎站、堆取料机、带式输送机和各类机器人等。
3）以“设计-施工”一体化管控为目标。 矿山生产设计智能化的主要特征为地质数据精确化、设计方法精细化、设计表达方式三维全息化等［6］。在地质测绘方面，当前激光扫描仪、无人机倾斜摄影等地表建模手段已经在国内大型露天矿山及科研设计单位得到了应用。 在设计软件及方法方面，矿床地质模型及辅助优化设计系统已经基本普及，例如Minex、Surpac、Vulcan、3Dmine 等软件，已经在国内大多数露天煤矿有所应用［7］，但本质上仍是基于矿床模型的土石方算量，对于生产计划的优化、智能设计决策、设备实际作业特性模拟、生产中存在的随机事件等考虑相对较少，与国外的开采设计方案预演仿真方法相比差距较大。中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司研发了“露天矿工程BIM 协同设计及三维数字化交付技术及平台”［6］，实现了对露天矿工程全生命周期信息的集中有效管理、传递、共享、三维可视化展示、虚拟仿真等，可实现矿山工程“设计-施工”的一体化综合管控，设计交付的三维全息模型亦是构建智能化露天矿数字孪生体的通用数字底座。 露天矿工程BIM 协同工作平台功能架构如图2 所示。
图2 露天矿工程BIM 协同工作平台功能架构
Fig.2 BIM collaborative work platform functional architecture of open⁃pit mine project
露天煤矿智能化建设的根本目标是实现安全、高效、绿色开采，而并非单纯追求少人或无人。 其发展路径应首先从开采工艺的优化和改造开始，以连续或半连续开采工艺部分替代优于单斗-卡车间断开采工艺，以带式输送机连续运输替代卡车运输，以相对成熟可靠的连续系统智能控制技术弥补尚不成熟的单斗挖掘机和卡车无人驾驶技术，以连续系统的辅助机器人作业替代单斗-卡车工艺的人工操作或远程驾驶。 露天煤矿的智能化建设以工艺作为基本的出发点和落脚点，攻克连续和半连续开采工艺核心装备的系列卡脖子难题，早日实现装备的国产化替代，根据露天矿的具体情况和各工艺系统的实际运行状态建立工艺机理模型，应用泛在连接技术全面连接设备群和采集设备运行数据，再进行大数据分析和智能决策，是我国露天煤矿智能化建设的核心任务和关键目标。
露天煤矿智能化建设以实现开采环境数字化、采掘装备智能化、生产过程自主化、信息传输网络化和经营管理信息化为主要目标。 受技术和煤矿条件约束限制，智能化建设必然是一个逐步发展的过程，总体建设目标按智能化程度可分初级、中级、高级3个阶段，在总体设计过程中要分别对3 个阶段的智能化运行场景进行刻画，并确定相应的建设内容，提出各项内容的主要技术要求等，在实施过程中分级建设和管理。 结合我国露天煤矿的实际技术条件，以人、设备和系统3 大主线确定的各阶段智能化作业场景如下：初级智能化以单机、单应用系统为主要应用场景，作业模式以“无人值守+远程集控”为主。 中级智能化以网络条件下的系统集成为主要应用场景，作业模式以“远程操控+全息映射”为主。 高级智能化以云计算、大数据、人工智能、工业互联网条件下的露天煤矿综合集成应用为主要应用场景，作业模式以“自主运行+数字孪生”为主。 智能化露天煤矿分级建设数据治理利用策略如图3 所示。
图3 分级建设应用策略
Fig.3 Hierarchical construction application strategy diagram
矿山开采属于一种经济行为，对于矿山企业而言，任何新技术、新工艺、新设备的投资均有很强的经济属性，投入产出的经济性是必须考虑的现实问题，矿山的智能化建设也不例外。 露天矿山向智能化转型发展的目的是在高效、安全、绿色与可持续发展的前提下，尽可能提高劳动生产率，降低生产成本，增加企业盈利能力，改善人的工作环境和职业健康水平。 然而各矿山的自身条件千差万别，对智能化的需求各不相同，盲目的高投入反而会阻碍企业的智能化发展道路。 因此，露天矿智能化方案规划设计工作的重点是结合矿山资源赋存条件、地理位置、煤质条件、剩余服务年限、现有信息化水平等，以智能化建设的价值创造为评价准则，确定相关建设内容及合理的投入规模，进而确定露天矿合理的智能化程度。
露天矿山的智能化建设工作是一项复杂的系统工程，整个过程投入大、周期长、对现有业务的管理模式和既有系统都有较大影响。 露天矿山智能化建设是从底层到上层的逐步建设过程，同一业务单元会在不同的智能化建设项目中被涉及，会以不同的智能化场景为目标被改造；另外，也会出现不同的智能化系统或平台间数据边界交织、层级逻辑不清、功能各自独立的情况。 因此，露天矿智能化方案规划设计的另一项重要内容是科学确定各项规划建设内容的实施时序，避免出现重复建设、重复投入、超前投入、滞后产出等不合理的情况。 如各项内容的建设时序不合理，某一系统的建设可能非但没有达到智能化建设的目标，反而可能影响矿山的综合效益水平，显然是不合理的。 因此在开展智能化露天矿山建设工作前，一方面必须依据实际应用需求在宏观上设定合理的阶段建设目标；另一方面还需要确定阶段内各项智能化建设内容的先后次序，有序推进智能化矿山建设规划的各项工作。
数字孪生矿山是智能化矿山发展到高级阶段的必然结果，露天矿智能化方案规划设计要以矿山实现虚实共生、全息映射为主要目标。 数字孪生体主要是由端侧各子系统的感知数据通过5G 技术进行实时传输，运用数字孪生技术构建矿山物理实体的数字孪生模型，精确表征数字孪生模型的时空演化特性与映射重构性能，了解露天矿各要素的状态和响应变化，实现矿山生产过程远程智能监测、设备性能实时监控和生产场景三维可视化。 主要包括：开采工艺数字孪生、开采过程数字孪生、设备性能数字孪生、生产管理数字孪生和安全监管数字孪生等。通过数字孪生场景对生产现场进行实时监控和反馈，提前发现边坡滑坡、设备冲突、人员违章及行为异常等事故征兆，自动执行预警和相关安全措施预案，从而提前避免事故发生，保证露天矿的生产安全性、连续性和稳定性。 矿山数字孪生的分层架构如图4 所示。
图4 矿山数字孪生分层架构
Fig.4 Mine digital twin layered structure diagram
传统的IT 架构已经难以支撑海量多源异构数据的采集、管理和有序流动，制约了露天煤矿的智能化发展［8-9］，而基于工业互联网的技术架构，能够实现海量异构数据汇聚与建模分析、经验知识软件化与模块化、各类创新应用开发与运行，从而支撑生产智能决策、业务模式创新、资源优化配置、产业生态培育。 智能化露天煤矿的技术架构应采用基于工业互联网平台的“云、边、端”架构，采用一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心，面向不同业务部门实现按需服务。 目前，煤矿企业已建成大量基于传统IT 架构的信息系统，这些系统可作为平台的基础数据源（端侧），继续发挥系统剩余价值，并逐步推进传统信息化业务的云化部署，解决企业传统系统向工业互联网迁移、单个企业与行业平台对接等难题。 张建中等［10］提出了智慧矿山工业互联网平台架构，主要面向井工煤矿的需求。 智能化露天煤矿的平台架构如图5 所示。
图5 智能化露天煤矿平台架构
Fig.5 Platform structure of intelligent open-pit coal mine
智能化露天煤矿平台架构主要由5 层组成，分别为：感知层、接入层、边缘层、工业互联网平台层和综合管控平台层。
感知层布设不同类型的传感器和执行感知系统，采集露天矿生产环境、作业设备、人员和管理等数据，实现对露天煤矿“人-机-环-管”信息的全面感知。
接入层利用智能数据网关模块技术实现感知层数据的实时传输，主要包括OPC、MODBUS、MQTT、WIFI、4G／5G、ZigBee 等。 感知设备的无源、无线传输方法将是智能化露天煤矿的关键核心技术之一。
边缘层通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，进行大范围、深层次的海量数据采集。 依托协议转换技术实现多源异构数据的协议转换、归一化和边缘集成。 利用边缘计算设备实现底层数据的边缘处理，并实现数据向云端平台的集成，构建工业互联网平台的数据基础。 边缘计算采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供端侧服务，满足矿山在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。
智能化煤矿工业互联网平台层基于通用PaaS叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。 平台层由物联网管理平台、云计算平台和技术中台、业务中台和数据中台等3 大中台组成。 物联网管理平台是将边缘层设备信息数据接入与管理，为云计算平台提供数据传输方法；云计算平台是利用矿山大数据进行模型构建、分析和优化，为边缘层提供可靠的计算模型；3 大中台包括技术、业务和数据中台，其中：技术中台提供移动应用、视频接入、GIS、区块链、微服务、人工智能等平台底层的技术资源和能力的支持；业务中台将矿山穿爆、采剥、运输、排土、灾害预警和辅助生产等全周期的业务沉淀到业务中台，减轻前台压力，形成“大中台，小前台”，减少矿山类似业务的重新开发；数据中台是依据矿山既有的业务模式和组织架构形成的数据综合管理平台，通过数据汇聚、开发、体系、服务、安全和运营层，构建一套持续不断把数据变成资产并服务于业务的机制。
综合管控平台即为应用层，形成满足露天煤矿行业、不同场景的工业SaaS 和工业APP，形成工业互联网平台的最终价值。 该层提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用。 各类业务应用既可以共用数据信息，又可利用数据驱动模型进行独立决策与控制，实现数据的共享、单一系统的独立决策及系统间的智能联动，还可以提供数据的对外商业服务。
近年来，大数据、人工智能、5G、边缘计算等前沿技术在露天煤矿取得了初步应用［11-22］，但与露天开采基础理论及工艺机理结合的深度和广度尚远且不够。 由上述可得智能化技术驱动的露天煤矿智能开采技术主要应用场景如下：①采矿智能设计系统，实现穿爆智能设计、短期及中长期智能排产；②基于间断工艺生产运行特点，建立智能卡车调度管理系统，实现车辆基础信息管理、车辆监控、自动计量、集中优化调度、单斗挖掘机的远程操控、无人驾驶、油耗监测等的研究，建成智能化间断工艺系统；③围绕半连续工艺系统的集成设计与开发、智能控制与监测技术、带式输送机的智能调速、隐患识别、故障诊断及预测等方面开展研究，建成无人值守、机器人巡检的智能化半连续工艺系统；④突破连续开采工艺系统的轮斗挖掘机切削机理、高寿命斗齿等关键元部件、整机结构设计、大跨度重型设备姿态自适应调整、大跨度设备多履带移动路径规划、自移式大倾角带式输送机成套装备研制等重大科学技术难题，建成露天煤矿智能无人化连续开采工艺系统；⑤研发高精度北斗定位模块、防碰撞安全预警系统、设备数据采集、数字孪生、自动驾驶等技术，使各类露天开采工艺系统具有智能感知和自主决策功能，实现露天矿坑下少人或无人化开采，系统安全高效协同自主运行；⑥面向露天矿实现少人和无人化智能开采后的实际需求，加强露天矿智能化综合保障技术与装备研发，基于视频监测、数字孪生等技术，开发露天矿大型装备故障自诊断与健康管理系统，实现露天矿主要设备的在线诊断与远程运维，建成露天煤矿主要设备的智能维修管理系统。
露天煤矿智能化建设在不断发展过程中，但是各大中小型露天煤矿均没有形成统一的建设内容，目前形成共识的是“根据每个露天矿的实际情况分级建设是必要的”，由此笔者根据国内主要露天煤矿目前的工艺和开采现状情况，结合各矿山的自动化和信息化基础条件，尝试提出了智能化露天煤矿按照初、中、高三级的建设内容，以期为我国露天煤矿的智能化建设工作提供一定的参考。
初级智能化建设内容如下：①智能穿爆方面，研发爆破设计系统对爆区的地测信息进行三维地质建模、钻孔设计、火工品计算；结合高精度定位技术实现钻机的自主导航，并能通过指令引导钻机钻头定位、对孔及钻进，满足高效、精确要求；钻机具备行走速度、钻进速度、回转压力等数据精确感知功能。②间断开采工艺方面，采用车规级北斗差分定位系统和车身定位技术装备，进行多传感器融合，实现采剥及辅助设备精准定位；建立卡车调度系统，实现卡车基础信息管理、车辆监控、自动计量、集中调度等功能。 ③半连续开采工艺方面，破碎站和带式输送机硬件设置保护装置，给料机配置变频电机，控制信号引入集控PLC 中，实现远程控制、监控和保护功能。 ④连续开采工艺方面，轮斗控制系统具有控制器分布式IO、总线与传感器数据采集等技术，通过布设视频监控、定位传感器等，实现轮斗自动控制、监控、防碰撞等功能。 ⑤灾害预警方面，实时在线监测边坡地表位移。 ⑥辅助工艺方面，应用具有三维可视化等功能的地质建模软件，构建露天矿三维地质模型；基于无人机和倾斜摄影测量技术，进行露天矿三维数据采集、场景三维模型构建和动态更新。
在初级智能化的基础上，中级智能化建设内容如下：①智能穿爆方面，开发具备智能分析、设计、模拟、预测功能的软件，实现爆破设计中的炸药品种自动选择，药量自动计算，装药结构、组网、延期时间自动设计、文档输出等功能；装药车控制系统进行智能化升级，从寻、测、装3 个环节实现装药车自动装药控制。 ②间断开采工艺方面，改造采剥及辅助设备的线控系统，采集驾驶室座椅手柄操作信号、驾驶台控制按钮等人工操作信号，打通通讯控制协议；建立设备故障预测模型，实现预测性维护。 ③半连续开采工艺方面，破碎站料斗安装双视目摄像头及雷达料位计，可实时准确显示料位状态，带式输送机实现驱动、张紧单元的智能自适应调控、主动低能耗、低损耗输送。 ④连续开采工艺方面，构建“远程操控-采运排协同”的作业模式，连续工艺实现多机智能协同作业的开采模式。 ⑤灾害预警方面，建立地表位移和深层位移综合监测系统，具备渐变过程有效分析的能力，实现自动报警等功能。 ⑥辅助方面，在地、测、采三维模型基础上，增加地面生产系统的全息模型，兼顾时间维度实时存储，实现露天矿工程的五维（时间+空间+属性）一体化表达及动态展示。
在中级智能化的基础上，高级智能化建设内容如下：①智能穿爆方面，建立矿山地质信息与火工品智能匹配数据库，实现钻孔的优化布置、火工品的逐孔精确计算、优化设计结果、三维可视等功能；②间断开采工艺方面，建立自动感知、传输、决策、执行全过程控制系统，卡车等移动设备实现无人驾驶；③半连续开采工艺方面，破碎站建立噪声、粉尘等监测预警联动控制系统，带式输送机系统实现机器人自主巡检；④连续开采工艺方面，构建“自主开采-智能决策”的无人化开采模式；⑤灾害预警方面，建立边坡地质灾害天-地一体化在线智能监测预警平台，完成边坡监测多源数据的融合解算，形成智能监测预警平台；⑥辅助生产方面，重点解决露天矿数字孪生体的构建、设备智能维修、坑下道路维护、工作面及道路粉尘治理、无人测绘等方面的智能化和少人化问题。
1）露天煤矿智能化建设的总体目标是实现全要素、全过程、全生命周期的个性化智能运行，核心是解决个性化生产和资源高效配置的难题，本质是实现科学采矿。
2）露天煤矿生产的特点主要表现在：①作业空间广、场所分散；②工艺系统呈非线性、工序多且离散；③设备规格大、类型多样；④设备实时移动、轨迹多变等。 生产的特殊性决定了其智能化建设的特征主要是：①以信息化为基本手段；②以设备和工艺系统智能化为核心；③以“设计-施工”一体化管控为目标。
3）智能化露天煤矿总体方案设计要以工艺为本，分级建设，价值导向、有序推进、虚实共生为基本策略和指导原则，以人、设备和系统3 大主线确定的各阶段智能化作业场景，以投入产出的经济性作为合理性的评判标准，合理确定各项智能化建设内容的先后次序，终极目标是全面建成数字孪生矿山。
4）智能化露天煤矿总体方案设计要基于工业互联网平台体系架构思想，文章提出了智能化露天煤矿的5 层平台架构，并对5 层架构的功能设计思想进行了阐述。
5）智能化露天煤矿总体方案设计要聚焦露天煤矿智能开采关键核心技术和装备的研发，并根据各露天煤矿的具体条件构建智能应用场景，提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用，形成智能化矿山建设的最终价值。
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