改革開放四十多年來,礦業(yè)行業(yè)在創(chuàng)造巨大社會(huì)財(cái)富的同時(shí),也面臨著巨大挑戰(zhàn),存在著能源、資源、環(huán)境等多重壓力,礦業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)需要盡快解決開發(fā)方式粗放、生產(chǎn)效率和能源利用效率不高、礦產(chǎn)資源利用水平低等一系列難題,加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。礦業(yè)行業(yè)需要借助現(xiàn)代化智能化技術(shù),推動(dòng)資源開發(fā)方式深刻變革,實(shí)現(xiàn)集約、高效、可持續(xù)發(fā)展,智能礦山建設(shè)已成為實(shí)現(xiàn)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。
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智能礦山發(fā)展現(xiàn)狀
第一次工業(yè)革命,人類進(jìn)入了蒸汽時(shí)代,工業(yè)的快速發(fā)展讓礦業(yè)真正意義登上了歷史舞臺(tái),當(dāng)時(shí)礦山主要由人工進(jìn)行開采;第二次工業(yè)革命,人類進(jìn)入了電氣時(shí)代,對(duì)礦業(yè)開發(fā)提出了更高的要求,礦山的機(jī)械化和自動(dòng)化開采成為主流;第三次工業(yè)革命,人類進(jìn)入了科技時(shí)代,對(duì)礦產(chǎn)資源需求達(dá)到了前所未有的高度,而礦業(yè)的綠色發(fā)展理念和礦山的智能化理念趨于成熟,綠色礦山建設(shè)和智能礦山建設(shè)得到了快速的發(fā)展。隨著第四次工業(yè)革命(智能化時(shí)代)的到來,自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)在礦業(yè)行業(yè)得到了越來越普遍的重視,礦山企業(yè)開始按照各自不同的應(yīng)用目標(biāo)在智能化建設(shè)過程中進(jìn)行了大量的實(shí)踐,根據(jù)技術(shù)應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)可以分為自動(dòng)化礦山、數(shù)字化礦山、智能(智慧)礦山等。當(dāng)前,普遍意義認(rèn)為智能礦山是在地質(zhì)測(cè)量、資源管理、采礦設(shè)計(jì)、計(jì)劃編制、采礦生產(chǎn)、選礦加工、尾礦處理、采選裝備等方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化規(guī)劃設(shè)計(jì)、自動(dòng)化運(yùn)行、無人化作業(yè)、智能化管理的安全、高效、集約型的現(xiàn)代化礦山。
1.1 國(guó)外智能礦山發(fā)展現(xiàn)狀
從20世紀(jì)60年代開始,國(guó)外部分發(fā)達(dá)礦業(yè)國(guó)家就開始研究自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化采礦技術(shù);進(jìn)入20世紀(jì)90年代,為取得采礦業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),這些發(fā)達(dá)礦業(yè)國(guó)家開始實(shí)施智能礦山研究計(jì)劃,開始制定“智能化礦山”和“無人化礦山”發(fā)展規(guī)劃。目前可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)建模、開采過程三維數(shù)字化,采礦裝備大型化和部分裝備智能化,建立采選運(yùn)營(yíng)中心而實(shí)現(xiàn)集中管控,主要體現(xiàn)為一線作業(yè)人員少、生產(chǎn)效率高、安全事故少等。如加拿大國(guó)際鎳公司(Canada Nickel)長(zhǎng)期致力于研究自動(dòng)采礦技術(shù),擬于2050年在某礦山實(shí)現(xiàn)無人采礦,通過衛(wèi)星操控礦山的所有設(shè)備,實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)采礦;英美資源集團(tuán)(Anglo American plc)使用的最新技術(shù)體系稱作“未來智能礦業(yè)”,體現(xiàn)在濃縮礦井、無水礦山、現(xiàn)代化礦山、智能礦山等四個(gè)方面,未來智能礦業(yè)更偏向于對(duì)資源的節(jié)約集約以及生態(tài)環(huán)境保護(hù),高新技術(shù)極大地減少了對(duì)化石燃料和傳統(tǒng)能源的依賴;瑞典基律納鐵礦(Kiruna Iron Ore Mine,Sweden)目前已基本實(shí)現(xiàn)無人智能采礦,在井下作業(yè)面除了看到檢修工人在檢修外,幾乎所有操控均由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)完成,自動(dòng)化程度非常高,主要得益于大型機(jī)械設(shè)備、智能遙控系統(tǒng)的投入使用,以及現(xiàn)代化的管理體系,高度自動(dòng)化和智能化的礦山系統(tǒng)和設(shè)備讓開采更加高效;力拓集團(tuán)(Rio Tinto)的“未來礦山”計(jì)劃,主要是圍繞計(jì)算機(jī)控制中心展開的無人駕駛卡車、無人駕駛火車、自動(dòng)鉆機(jī)、自動(dòng)挖掘機(jī)和推土機(jī)等,該項(xiàng)目將采用70多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù),包括加工廠的數(shù)字化模擬系統(tǒng)、完全集成的自動(dòng)化礦山和模擬系統(tǒng)、先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用、領(lǐng)先的生產(chǎn)分析系統(tǒng)等。
隨著數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等快速發(fā)展,各個(gè)國(guó)家加快了智能化在礦業(yè)領(lǐng)域技術(shù)裝備和運(yùn)營(yíng)管理中的創(chuàng)新和推廣應(yīng)用,產(chǎn)業(yè)配套體系發(fā)展較快,智能采礦技術(shù)系統(tǒng)通過智能科技和智能服務(wù),使礦場(chǎng)的裝備、產(chǎn)品、流程和人員以前所未有的方式整合在一起,改善礦場(chǎng)安全性、降低運(yùn)營(yíng)成本、提升效率;礦山智能化管理系統(tǒng)可以將操作人員、調(diào)度員、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理、中控室監(jiān)控人員接入同一個(gè)平臺(tái),通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)采礦工藝的全過程控制,優(yōu)化生產(chǎn)過程,提升采礦效率和礦山安全;為礦山企業(yè)提供強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)分析和人工智能技術(shù),提高安全性、生產(chǎn)力和運(yùn)營(yíng)效率,同時(shí)為了提升在礦山智能系統(tǒng)的實(shí)力,地下礦山自動(dòng)化領(lǐng)域的公司也加快了并購。
總體來看,國(guó)外很多國(guó)家及礦業(yè)公司的智能礦山建設(shè)已經(jīng)超越機(jī)械化和自動(dòng)化的范疇,將智能礦山的綠色、安全、智能、高效理念滲透到了礦山生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。
1.2 國(guó)內(nèi)智能礦山發(fā)展現(xiàn)狀
改革開放四十多年來,我國(guó)礦業(yè)在為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供大量基礎(chǔ)原材料的同時(shí),也存在能源、資源、環(huán)境等多重壓力,礦業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)需要盡快解決開發(fā)方式粗放、生產(chǎn)效率和能源利用效率不高、資源利用水平低等一系列難題。國(guó)家對(duì)礦業(yè)行業(yè)的不斷重視和扶持,要求要大力推進(jìn)數(shù)字化綠色化協(xié)同轉(zhuǎn)型發(fā)展,特別是把“推動(dòng)數(shù)字技術(shù)賦能采礦行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型”作為礦山企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和加快發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。近年來,隨著推動(dòng)礦山建設(shè)和采礦活動(dòng)的“高效、安全、環(huán)保”,國(guó)內(nèi)不少礦山企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)工具普及率、關(guān)鍵工藝流程數(shù)控化率已有一定程度的提高,礦山智能化水平也在不斷提升,尤其是大數(shù)據(jù)、自動(dòng)控制、物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)應(yīng)用的普及,讓部分礦山的智能化建設(shè)取得了突破性的進(jìn)展。
我國(guó)礦山智能化建設(shè)各具特色。例如山東黃金三山島金礦通過新網(wǎng)絡(luò)、新技術(shù)、新應(yīng)用建設(shè),挖掘礦山發(fā)展的新引擎,開創(chuàng)礦山建設(shè)運(yùn)營(yíng)新模式,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化。云南普朗銅礦5G智能礦山工業(yè)應(yīng)用在礦山成功落地,實(shí)現(xiàn)井下穿脈內(nèi)鏟、運(yùn)、卸礦作業(yè)自動(dòng)化、智能化,成功打造少人和無人生產(chǎn)作業(yè)全流程智能化解決方案。玉溪大紅山鐵礦集成30余個(gè)子系統(tǒng),智能采礦選礦、數(shù)據(jù)決策、能源管控和安全管理一體化控制,采礦生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)地測(cè)采三維建模、鏟運(yùn)機(jī)無人駕駛,選礦實(shí)現(xiàn)主要生產(chǎn)設(shè)備遠(yuǎn)程集中控制和生產(chǎn)參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整,地面實(shí)現(xiàn)道路噴淋降塵自動(dòng)控制和在線監(jiān)測(cè)。浙江交投浦新礦業(yè)建成決策指揮調(diào)度中心和礦產(chǎn)資源三維地質(zhì)孿生模型,以及礦山越界開采預(yù)警、礦山粉塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、人員車輛實(shí)時(shí)定位跟蹤、全方位視頻監(jiān)控、智能車輛調(diào)度、骨料質(zhì)量在線檢測(cè)等六大系統(tǒng)。寶武資源智能礦山整體提升,2022年無人化、集中化指數(shù)分別達(dá)到60.2%和54.2%;其馬鋼張莊礦智能選礦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全流程智能化運(yùn)行,提高精礦產(chǎn)能10%以上,智能充填系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了充填全流程智能化管控和一鍵充填;其武鋼大冶礦基于“礦石流”的全流程管控,建設(shè)了集采選充一體的智能管控平臺(tái),針對(duì)采場(chǎng)沖擊波傷害,引入電力網(wǎng)技術(shù),建立礦井通風(fēng)智能決策與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),并整合航拍、塌陷區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、三維重建等技術(shù)。西藏玉龍銅礦實(shí)現(xiàn)卡車智能調(diào)度、智能配礦、電鏟高精度定位、鉆機(jī)自動(dòng)布孔等,以及選礦原、精、尾高精度品位在線檢測(cè)和破碎、磨浮智能控制,通過生產(chǎn)、安環(huán)能源監(jiān)控平臺(tái)和MES系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)成本過程管控以及全面移動(dòng)應(yīng)用。西部礦業(yè)錫鐵山鉛鋅礦從采礦、選礦、管理三方面進(jìn)行完整架構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)電機(jī)車無人駕駛、遠(yuǎn)程裝礦、采礦數(shù)據(jù)集成、智能通風(fēng),以及選礦全流程集中控制、磨礦和浮選專家控制系統(tǒng),礦山數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與智能分析,全面實(shí)現(xiàn)過程成本管控。同煤大唐塔山煤礦對(duì)涵蓋礦井生產(chǎn)的采、掘、機(jī)、運(yùn)、通、地質(zhì)防治水以及地面洗選運(yùn)等10個(gè)大系統(tǒng)27個(gè)專業(yè)子系統(tǒng)開展了智能化建設(shè)與改造,打造了礦山云圖智能決策平臺(tái),通過現(xiàn)代通信技術(shù)和控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)全流程的遠(yuǎn)程、協(xié)同和自動(dòng)控制。洛陽鉬業(yè)三道莊露天礦采用新一代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等系列技術(shù),將無人機(jī)動(dòng)態(tài)建模、多金屬多目標(biāo)配礦、裝運(yùn)卸智能調(diào)度以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能分析與管理集成為一體,構(gòu)建了一套全方位新型現(xiàn)代露天礦智能生產(chǎn)管控決策系統(tǒng)。
1.3 智能礦山建設(shè)存在的問題
一是智能礦山概念不清。目前,對(duì)智能礦山的理解還較為片面,認(rèn)為智能礦山是礦山生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、無人化作業(yè),從而提高管理效率、實(shí)現(xiàn)資源集約。但智能礦山更多意義體現(xiàn)在各要素要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化和協(xié)同化管控,并且其運(yùn)行系統(tǒng)還要具備感知、分析、推理、判斷及決策能力。
二是智能礦山建設(shè)理念陳舊。我國(guó)礦產(chǎn)資源品種多、總量大,但大礦少,中小礦多;露天開采少,礦井開采多;獨(dú)立礦少,共(伴)生礦多。區(qū)域差異性極大,所以智能礦山建設(shè)要因地制宜,采取合適的方式方法來實(shí)現(xiàn)礦山的智能化建設(shè)。但不少礦山在智能化改造建設(shè)中照搬照抄,不能根據(jù)實(shí)際情況“一礦一策”制定智能礦山建設(shè)方案。
三是智能礦山建設(shè)體系不成熟。智能礦山建設(shè)各環(huán)節(jié)缺少聯(lián)動(dòng),信息和數(shù)據(jù)孤立,無法形成體系,而使得單環(huán)節(jié)的智能化建設(shè)效益大打折扣。智能礦山是將數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化等技術(shù)與礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)礦山智能化生產(chǎn)和管理的綜合系統(tǒng)。對(duì)于我國(guó)大多數(shù)礦山而言,體系建設(shè)已經(jīng)成為最大的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。
四是智能礦山政策支持力度不足。國(guó)家提出把“推動(dòng)數(shù)字技術(shù)賦能采礦行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型”作為礦業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和加快發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。但總體來看,支持政策和支持力度還稍顯不足,對(duì)于大多數(shù)中小型礦山企業(yè)而言,體系化的智能化建設(shè)效益并不足以覆蓋建設(shè)成本。同時(shí),礦山企業(yè)對(duì)生存發(fā)展難以預(yù)期,這也影響了企業(yè)升級(jí)改造的決策和推進(jìn)。
五是智能礦山配套產(chǎn)業(yè)不完善。目前多是依靠信息化服務(wù)的第三方科技企業(yè),除5G礦山技術(shù)外,缺少足夠?qū)嵙Φ目萍计髽I(yè)支撐國(guó)內(nèi)礦山智能建設(shè),智能礦山裝備制造和生產(chǎn)服務(wù)等產(chǎn)業(yè)不完善不配套不系統(tǒng)。
總體來看,我國(guó)礦山智能化技術(shù)研發(fā)起步較晚,相比于國(guó)際上的先進(jìn)水平,大部分礦山企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化程度低、系統(tǒng)分散、信息融合度差,特別是資源儲(chǔ)量管理的三維地質(zhì)建模水平不高。隨著我國(guó)數(shù)字通訊技術(shù)的快速發(fā)展,大大推進(jìn)了我國(guó)智能礦山建設(shè)的快速發(fā)展,部分環(huán)節(jié)甚至已處于國(guó)際領(lǐng)先,但在系統(tǒng)性與全面性方面尚有一定差距。
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智能礦山發(fā)展趨勢(shì)
為引領(lǐng)和規(guī)范礦業(yè)行業(yè)加快推進(jìn)智能礦山建設(shè),自然資源部組織眾多自動(dòng)化設(shè)計(jì)單位、科研院所、高校、礦山企業(yè)等經(jīng)過兩年多的努力,編制發(fā)布了《智能礦山建設(shè)規(guī)范》(DZ/T 0376—2021)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),成為推動(dòng)礦山勘查開發(fā)全環(huán)節(jié)自動(dòng)化智能化應(yīng)用的重要指引。同時(shí),加大了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的貫標(biāo)實(shí)踐工作,有16家企業(yè)納入了自然資源部“智能礦山建設(shè)規(guī)范試點(diǎn)單位”,通過這些礦山企業(yè)的實(shí)踐示范,必然會(huì)成為具有中國(guó)特色智能礦山建設(shè)的典范。另外,自然資源部發(fā)布的《礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)目錄(2022版)》中,將數(shù)字化信息化技術(shù)作為重要領(lǐng)域,不少科研機(jī)構(gòu)和礦山企業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用的數(shù)字化智能化技術(shù)裝備列入這個(gè)目錄。總體來看,智能礦山發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾方面。
一是以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源“安全、綠色、高效”開發(fā)利用為核心目標(biāo)。從礦山生產(chǎn)實(shí)際出發(fā),通過現(xiàn)代化新技術(shù)賦能資源開發(fā),以提升礦山開發(fā)效率和資源利用水平為最終目的,礦山企業(yè)需強(qiáng)化自身責(zé)任意識(shí),推動(dòng)礦山智能化建設(shè)是國(guó)家推進(jìn)數(shù)字化綠色化協(xié)同轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容,在推進(jìn)礦山智能化建設(shè)過程中錨定方向,堅(jiān)持效率提升、資源節(jié)約、綠色發(fā)展、安全本位。
二是以現(xiàn)代化新技術(shù)賦能資源開發(fā)。依托資源開采過程中的“礦石流”,對(duì)礦山地質(zhì)測(cè)量、儲(chǔ)量管理、開采、選礦、資源節(jié)約與綜合利用和生態(tài)治理等全流程智能化建設(shè)進(jìn)行規(guī)范,并注重人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、三維、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)與礦業(yè)行業(yè)的創(chuàng)新融合應(yīng)用,打牢礦山數(shù)據(jù)基礎(chǔ),推動(dòng)礦山開發(fā)全環(huán)節(jié)自動(dòng)化智能化應(yīng)用。
三是提升礦產(chǎn)開采過程智能化控制水平。采用新一代網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航、高清視頻云計(jì)算等共性賦能平臺(tái)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)探測(cè)和地質(zhì)模擬、礦層智能識(shí)別、礦產(chǎn)資源精準(zhǔn)定位。大力發(fā)展無人駕駛、采礦機(jī)器人等智能應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)井下無人鑿巖、鏟裝、運(yùn)輸遠(yuǎn)程操控和自動(dòng)駕駛等。開展開采過程地質(zhì)建模,提高資源采收率,優(yōu)化運(yùn)輸環(huán)節(jié)的故障監(jiān)測(cè),減少停車能耗。
四是強(qiáng)化礦產(chǎn)資源智能化高效利用與礦區(qū)生態(tài)保護(hù)。推動(dòng)礦山智能化升級(jí)改造工程,提升選礦智能化水平,推進(jìn)共(伴)生資源綜合開發(fā)利用,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、礦產(chǎn)清潔生產(chǎn)和礦產(chǎn)廢棄物有效利用,提升礦山生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的友好性;積極利用各種傳感設(shè)備、數(shù)字智能技術(shù)開展礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),提高生態(tài)保護(hù)修復(fù)效果;加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境探測(cè),利用綜合遙感監(jiān)測(cè)技術(shù),感知山坡穩(wěn)定性,增強(qiáng)山體邊坡滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警能力。
五是全面加強(qiáng)礦業(yè)數(shù)字化產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系建設(shè)。構(gòu)建礦山數(shù)字化運(yùn)營(yíng)平臺(tái),打通生產(chǎn)勘探、采礦挖掘、選礦和加工再造、礦產(chǎn)銷售等全環(huán)節(jié)智能化管理,提高礦產(chǎn)資源整體儲(chǔ)備與調(diào)節(jié)能力,打造礦產(chǎn)生產(chǎn)和營(yíng)銷的新模式、新網(wǎng)絡(luò)。聚焦“產(chǎn)運(yùn)儲(chǔ)銷”關(guān)鍵環(huán)節(jié),通過數(shù)字化平臺(tái)對(duì)接下游冶金、建筑、化工等行業(yè)原料需求,持續(xù)提升協(xié)同銷售水平。
六是充分考慮礦山實(shí)際情況和需求分層次建設(shè)。不同地區(qū)不同類型礦山在地質(zhì)條件、資源稟賦、開發(fā)方式等方面千差萬別,在推進(jìn)智能礦山建設(shè)上沒有絕對(duì)的范式,智能化程度也不可能做到完全一致。可根據(jù)智能化應(yīng)用程度將智能礦山劃分為不同級(jí)別,礦山企業(yè)應(yīng)該注重整體考量和全盤謀劃,把握好自身建設(shè)基礎(chǔ)和能力,結(jié)合礦山現(xiàn)有工藝水平和實(shí)際需求,選擇適合自身的智能化建設(shè)路徑,確保礦山企業(yè)在智能化建設(shè)上取得資源、效益、安全的多贏。
七是礦山智能化建設(shè)進(jìn)程加快。事實(shí)證明,推進(jìn)礦山智能化建設(shè),提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和資源開發(fā)效率,已成為實(shí)現(xiàn)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路,有條件的礦山企業(yè)應(yīng)在推進(jìn)智能化建設(shè)上主動(dòng)作為,推進(jìn)智能油田、智能礦山、智能開采等智能化升級(jí)改造,爭(zhēng)取作為試點(diǎn)示范企業(yè),帶動(dòng)和引領(lǐng)礦業(yè)行業(yè)創(chuàng)新與智能化發(fā)展。
八是智能礦山建設(shè)是在地質(zhì)與測(cè)量、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、礦產(chǎn)資源開發(fā)、選礦、資源節(jié)約與綜合利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、智能協(xié)同管控等各方面實(shí)現(xiàn)智能化,不僅僅是采礦過程中的自動(dòng)化和無人化,從而實(shí)現(xiàn)礦山利益的最大化、資源利用的合理化、環(huán)境保護(hù)友好化以及安全生產(chǎn)的最佳化,甚至可以通過對(duì)后端市場(chǎng)的分析來自動(dòng)控制生產(chǎn)與開發(fā),從而讓礦山企業(yè)獲得更多回報(bào)。
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智能礦山發(fā)展路徑分析
智能礦山是對(duì)礦山地質(zhì)與測(cè)量、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、采礦、選礦、資源節(jié)約與綜合利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)等各要素實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化和協(xié)同化管控,并且其運(yùn)行系統(tǒng)具備感知、分析、推理、判斷及決策能力的現(xiàn)代化礦山。是將數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化等技術(shù)與礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)礦山智能化生產(chǎn)和管理的綜合系統(tǒng),體現(xiàn)智能化新技術(shù)新理念新方法在礦業(yè)行業(yè)的應(yīng)用。
智能礦山建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)大數(shù)據(jù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與礦業(yè)交叉融合的行業(yè)特點(diǎn),充分滿足數(shù)字化、智能化技術(shù)和裝備不斷深入應(yīng)用于生產(chǎn)和管理過程的條件。將礦山從勘探、建設(shè)、生產(chǎn)到閉坑全過程信息進(jìn)行數(shù)字化表述產(chǎn)生的海量、多變、異構(gòu)數(shù)據(jù)匯集形成的大數(shù)據(jù)資源,經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘和深度加工,用于礦山生產(chǎn)管理和決策。利用大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)礦產(chǎn)資源生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并對(duì)廢棄物進(jìn)行篩選、分類、回收再利用,降低環(huán)境污染,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色礦山。由現(xiàn)代通訊與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、礦山先進(jìn)技術(shù)等整合集成,建設(shè)可執(zhí)行的礦山智能化系統(tǒng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)全流程可視化、可控化,以及智能化管理,以提升生產(chǎn)效率和提高安全性。同時(shí),注重礦山智能化的人才隊(duì)伍建設(shè),培養(yǎng)具有高科技水平和礦業(yè)專業(yè)知識(shí)的人才隊(duì)伍,持續(xù)推動(dòng)礦山轉(zhuǎn)型升級(jí)、科技創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。
3.1 地質(zhì)與測(cè)量工作的智能化
主要是強(qiáng)化礦山地質(zhì)和測(cè)量工作智能化。利用專業(yè)化軟件實(shí)現(xiàn)地質(zhì)建模,管理礦床、水文、工程、環(huán)境等地質(zhì)數(shù)據(jù),及時(shí)獲取和歸集礦產(chǎn)勘探開發(fā)過程中的各種探礦和采礦數(shù)據(jù)。地質(zhì)模型應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式,滿足礦山智能化管控使用要求。利用數(shù)字化工程測(cè)量和空區(qū)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維工程驗(yàn)收,并實(shí)現(xiàn)多維工程制圖等業(yè)務(wù)功能。建立地質(zhì)、測(cè)量資料及數(shù)據(jù)的信息化綜合管理系統(tǒng),將勘查報(bào)告、核實(shí)報(bào)告、測(cè)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)勘探報(bào)告及礦山儲(chǔ)量年報(bào)等按照一定格式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、矢量化轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),更新、添加、查閱等操作應(yīng)具有可追蹤的紀(jì)錄,礦區(qū)地形、地質(zhì)體、掘進(jìn)工程、采空區(qū)等測(cè)量成果應(yīng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)、儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通,并通過流程和權(quán)限管理,安全、快捷共享地質(zhì)和測(cè)量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)劃與生產(chǎn)過程一體化動(dòng)態(tài)管理。
3.2 礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理的智能化
主要是實(shí)現(xiàn)礦山儲(chǔ)量估算評(píng)價(jià)和資源管理的智能化應(yīng)用。應(yīng)結(jié)合礦山生產(chǎn)實(shí)際需要,對(duì)與礦山資源儲(chǔ)量估算、礦山設(shè)計(jì)、采選直接相關(guān)的地質(zhì)對(duì)象,建立綜合三維數(shù)字化地質(zhì)模型,直觀反映礦體、圍巖、構(gòu)造、組分等的分布、形態(tài)、產(chǎn)狀、品位等特征,依據(jù)最新的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量分類標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算及動(dòng)態(tài)更新,使礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理實(shí)現(xiàn)信息化、動(dòng)態(tài)化、三維可視化和智能化。同時(shí),利用智能算法實(shí)現(xiàn)資源邊界的圈定,利用地質(zhì)模型和估算軟件進(jìn)行儲(chǔ)量估算。礦山儲(chǔ)量數(shù)據(jù)應(yīng)與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和同步,根據(jù)最新測(cè)量、采礦等數(shù)據(jù)和技術(shù)、市場(chǎng)、政策條件等變化及時(shí)更新,并可按照時(shí)間回溯資源量和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化情況及其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)等數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤管理。相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)交換接口,為相關(guān)管理部門同步提供礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
3.3 礦產(chǎn)資源開采過程的智能化
主要是對(duì)開采生產(chǎn)過程及生產(chǎn)輔助過程實(shí)現(xiàn)智能化控制和管理。礦山采掘設(shè)計(jì)與計(jì)劃應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和三維可視化管理,礦山主要設(shè)備優(yōu)先選用智能化程度高的裝備,減少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員數(shù)量,具備網(wǎng)絡(luò)連接功能,實(shí)現(xiàn)設(shè)備定位、狀態(tài)和作業(yè)數(shù)據(jù)的在線采集,并接入集成監(jiān)控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度指揮或遠(yuǎn)程可視化控制。采礦作業(yè)范圍采用三維虛擬電子?xùn)艡趯?shí)現(xiàn)規(guī)范、可控,采礦運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)與礦石質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合集成,建立礦石跟蹤和配礦控制體系,并實(shí)現(xiàn)出礦品質(zhì)的在線評(píng)估。生產(chǎn)輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和智能化管理。
露天開采所用的鑿巖、鉆機(jī)、鏟裝等專用設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)跟蹤和在線故障監(jiān)測(cè)診斷,破碎設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,可以達(dá)到遠(yuǎn)程操作,與運(yùn)輸系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)。選用具備遠(yuǎn)程遙控或自動(dòng)駕駛的運(yùn)輸設(shè)備,以及防撞與預(yù)警、盲區(qū)監(jiān)控等功能,膠帶運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起停、安全智能保護(hù)等,沿線巡檢使用機(jī)器人作業(yè)。
地下開采的掘進(jìn)、回采和提升運(yùn)輸主要使用自動(dòng)化、智能化裝備設(shè)備,大幅減少用人數(shù)量,對(duì)各種設(shè)備的作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控,裝載、運(yùn)輸和卸載過程自動(dòng)化,車輛具備巷道空間檢測(cè)、防撞、預(yù)警功能,聯(lián)動(dòng)設(shè)備應(yīng)具備故障連鎖停車和自動(dòng)化集中控制功能。
3.4 選礦加工過程的智能化
主要是在選礦破碎篩分、磨礦分級(jí)、選別加工、精礦處理、尾礦濃縮與輸送等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化控制與管理。選礦生產(chǎn)通過工藝模型、數(shù)據(jù)分析、專家決策、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)歸納總結(jié)工藝規(guī)律,實(shí)現(xiàn)選礦生產(chǎn)全流程自適應(yīng)、自決策的智能控制。入選原料具備配礦措施并實(shí)現(xiàn)配礦優(yōu)化控制,穩(wěn)定原礦品位和性質(zhì)。選礦過程建立回收組分平衡分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理,具備在線監(jiān)測(cè)和流程診斷功能,實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)預(yù)警,提高資源利用率。
破碎篩分系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集中控制,采用智能識(shí)別技術(shù)在線檢測(cè)和智能決策,減少能耗。磨礦分級(jí)應(yīng)具有自動(dòng)控制工序能力,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品粒度實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整,以及介質(zhì)儲(chǔ)存及自動(dòng)添加系統(tǒng)。選別加工的控制系統(tǒng)主要根據(jù)工藝狀態(tài)和原料特性自主選定控制參數(shù)和策略,提高選別效率和回收率,各工藝段實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè),為參數(shù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。運(yùn)輸、水熱、原礦倉、粉礦倉、料場(chǎng)等輔助生產(chǎn)設(shè)施系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)控制,并接入集成控制平臺(tái)。
3.5 資源節(jié)約與綜合利用的智能化
主要是在礦山資源利用跟蹤評(píng)價(jià)、共(伴)生礦產(chǎn)回收、廢棄物利用等方面實(shí)現(xiàn)智能化管控。建立資源節(jié)約與綜合利用信息化、智能化管理系統(tǒng),提高共(伴)生礦產(chǎn)資源與廢棄物資源化的評(píng)估、開發(fā)和轉(zhuǎn)化能力。建立共(伴)生礦產(chǎn)和廢棄物利用和管理數(shù)據(jù)庫,提供產(chǎn)率、利用率等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能,從產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈分析評(píng)價(jià)共(伴)生礦產(chǎn)利用及廢棄物再利用價(jià)值,實(shí)現(xiàn)共(伴)生礦產(chǎn)開采、存放、加工和利用過程的在線管理,將廢水、廢氣、尾礦、廢石等排放控制與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相結(jié)合,通過生產(chǎn)控制策略減少排放。綜合利用加工流程與生產(chǎn)加工主流程實(shí)現(xiàn)集成,通過自動(dòng)化綜合控制、信息化統(tǒng)一管理、智能化科學(xué)匹配和降低綜合利用成本。
3.6 生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)的智能化
主要是在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、治理修復(fù)等方面達(dá)到智能化要求。按照預(yù)防為主、生產(chǎn)與治理并重的原則,減低環(huán)境污染影響,建立信息化管理平臺(tái),集中管理環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與檢化驗(yàn)數(shù)據(jù),并提供數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析與預(yù)警功能,實(shí)現(xiàn)集中一體化在線監(jiān)控和管理。
建立礦石出入堆場(chǎng)以及堆存量的數(shù)字化可視化管理系統(tǒng),動(dòng)態(tài)監(jiān)控礦石堆場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)行廢棄物分篩、減少排放和提高再利用水平,特別是對(duì)灑水抑塵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)控制。建立排土場(chǎng)、廢石場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行、水土保持、復(fù)墾綠化一體化管理平臺(tái)、顯示生態(tài)保護(hù)措施落實(shí)情況和復(fù)墾綠化進(jìn)度及效果,并實(shí)現(xiàn)歷史追溯。
3.7 綜合協(xié)調(diào)管控的智能化
主要是在礦山基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)度與管理,以及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、計(jì)算機(jī)輔助決策分析、信息發(fā)布等方面實(shí)現(xiàn)智能化。通過數(shù)據(jù)集成和信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集中管控和在線智能分析,利用礦山大數(shù)據(jù)和智能決策技術(shù)實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)管理協(xié)同化和智能化。
綜合規(guī)劃建設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、信息管理、安全檢測(cè)等信息化應(yīng)用,并將自動(dòng)化系統(tǒng)、集中控制平臺(tái)等操作終端在調(diào)度控制中心集中部署建設(shè),實(shí)現(xiàn)采礦選礦生產(chǎn)過程信息集中管理和生產(chǎn)輔助信息全面管控,基于數(shù)據(jù)集成、流轉(zhuǎn)、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)等數(shù)字應(yīng)用技術(shù),對(duì)礦山生產(chǎn)和工藝實(shí)現(xiàn)全域、全要素、全過程的信息化管控。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng),支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)等集中管理和存取服務(wù)。通過礦山經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈、財(cái)務(wù)、人力資源等企業(yè)經(jīng)營(yíng)的協(xié)同管理,利用企業(yè)數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和功能融合,支持礦山企業(yè)決策分析和信息發(fā)布等。
3.8 礦山智能化建設(shè)的等級(jí)
智能礦山建設(shè)應(yīng)遵循因地制宜、統(tǒng)籌規(guī)劃原則,根據(jù)礦山自身實(shí)際情況、智能化技術(shù)和產(chǎn)品在礦山企業(yè)中的應(yīng)用深度及廣度,選擇合適的智能等級(jí)制訂建設(shè)方案,按照單項(xiàng)應(yīng)用、集成協(xié)同應(yīng)用、整體應(yīng)用等分層次推進(jìn)智能礦山建設(shè)。其中,單項(xiàng)應(yīng)用的特征是:基礎(chǔ)自動(dòng)化控制、信息化管理系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用,建設(shè)一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)應(yīng)用的智能化系統(tǒng),系統(tǒng)彼此獨(dú)立,沒有與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)或者信息化系統(tǒng)進(jìn)行集成和融合。集成協(xié)同應(yīng)用的特征是:智能化系統(tǒng)與基礎(chǔ)信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成,成為信息化集成體系中的組成部分;相關(guān)聯(lián)的多個(gè)智能化系統(tǒng)能夠通過自主協(xié)作實(shí)現(xiàn)互動(dòng)操作和聯(lián)動(dòng)運(yùn)行,達(dá)到局部融合的效果。整體應(yīng)用的特征是:在生產(chǎn)過程中普遍采用智能化技術(shù),所有智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)協(xié)作,生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)廣泛采集,數(shù)據(jù)通過智能決策系統(tǒng)得到充分利用。
對(duì)于規(guī)模較小并且礦石品位相對(duì)較低的礦山,在智能礦山建設(shè)中達(dá)到單項(xiàng)應(yīng)用就可以實(shí)現(xiàn)利益的最大化,即實(shí)際情況在單個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)智能化,從而更好地服務(wù)于礦山的生產(chǎn)。對(duì)于具備一定條件、規(guī)模和實(shí)力的礦山,通過關(guān)聯(lián)的多個(gè)智能化系統(tǒng)能夠通過自主協(xié)作實(shí)現(xiàn)互動(dòng)操作和聯(lián)動(dòng)運(yùn)行,從而達(dá)到局部融合的效果,就可以達(dá)到集成協(xié)同應(yīng)用。對(duì)于具備較強(qiáng)實(shí)力和條件的大中型礦山,應(yīng)實(shí)現(xiàn)上下游智能化建設(shè)的貫通,所有智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)協(xié)作,達(dá)到整體應(yīng)用水平,全面提升企業(yè)的生產(chǎn)效益和競(jìng)爭(zhēng)力。
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結(jié)論與建議
1) 國(guó)際上先進(jìn)的礦業(yè)公司智能礦山建設(shè)已經(jīng)超越機(jī)械化和自動(dòng)化的范疇,將智能礦山綠色、安全、智能、高效理念滲透到了礦山生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。近年來,我國(guó)礦山智能化建設(shè)得到快速發(fā)展,但也存在概念不清、建設(shè)理念陳舊、建設(shè)體系不成熟、政策支持力度不足、配套產(chǎn)業(yè)不完善等問題。
2) 智能礦山發(fā)展應(yīng)以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源“安全、綠色、高效”開發(fā)利用為核心目標(biāo),充分體現(xiàn)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與礦業(yè)交叉融合的行業(yè)特點(diǎn),充分滿足數(shù)字化、智能化技術(shù)和裝備不斷深入應(yīng)用于生產(chǎn)和管理過程的條件,實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)全流程可視化、可控化,以及智能化管理,以提高生產(chǎn)效率和安全性。
3) 智能礦山建設(shè)內(nèi)容和路徑包括地質(zhì)與測(cè)量、礦山資源儲(chǔ)量管理、開采與選礦、資源節(jié)約與綜合利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)、綜合協(xié)同管控等方面,建立高度易用的決策支持體系,建設(shè)可執(zhí)行的礦山智能化系統(tǒng)平臺(tái)。充分考慮礦山實(shí)際情況和需求,有序推進(jìn)礦山智能化建設(shè)。
4) 建立健全礦山智能化應(yīng)用技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系,加快培養(yǎng)和打造專業(yè)化人才隊(duì)伍,加大政策措施各方面支持力度,切實(shí)保障礦山智能化建設(shè)持續(xù)推進(jìn),促進(jìn)我國(guó)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
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