開磷集團現(xiàn)代化礦山建設(shè)的發(fā)展與思考

王 梅 姚金蕊

(貴州開磷集團礦業(yè)總公司)

·經(jīng)濟·管理·

開磷集團現(xiàn)代化礦山建設(shè)的發(fā)展與思考

王 梅 姚金蕊

(貴州開磷集團礦業(yè)總公司)

快速發(fā)展的計算機技術(shù)提高了礦山的機械化、自動化和數(shù)字化水平，促進了礦山的現(xiàn)代化建設(shè)，信息化和數(shù)字化技術(shù)由此成為礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的重要研究內(nèi)容。闡述了開磷集團采礦和管理等方面的信息化建設(shè)、實施進程及發(fā)展，主要包括井下無人計量系統(tǒng)、破碎機遠程控制系統(tǒng)、六大系統(tǒng)、智能采礦設(shè)備、管控一體化和礦山數(shù)字軟件等。結(jié)果表明，信息化礦山不僅安全性高，而且高產(chǎn)高效，工作環(huán)境友好，礦石損失貧化低，符合可持續(xù)發(fā)展的思想。同時，對下一步構(gòu)建現(xiàn)代化礦山提出了建設(shè)性的意見，最終實現(xiàn)無人智能化采礦，信息化礦山是基礎(chǔ)。

現(xiàn)代化 自動化 數(shù)字化 信息化 六大系統(tǒng) 智能采礦

貴州開磷集團是集科研、采礦、化工、經(jīng)貿(mào)、建筑安裝于一體的國有大型化工骨干企業(yè)，是國家重點建設(shè)的全國三大磷礦石生產(chǎn)基地之一。礦區(qū)探明儲量10.89億t，P2O5平均含量為33.67%，礦石有害雜質(zhì)少，重金屬元素鎘含量低，是目前我國唯一不經(jīng)選礦即可進行濕法磷酸加工的優(yōu)質(zhì)原料。公司下轄馬路坪、青菜沖和用沙壩3個礦山，總產(chǎn)能達500萬t/a。半個多世紀以來，公司堅持以現(xiàn)代信息技術(shù)改進傳統(tǒng)采礦工藝，著力推進信息化與工業(yè)化的融合，積極推進礦山數(shù)字化、裝備現(xiàn)代化、管理信息化的現(xiàn)代化礦山建設(shè)。以最先進網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)手段，集成掘、采、機、運、通、裝、卸等各個子系統(tǒng)，實現(xiàn)各類信息的統(tǒng)一管理和互換，形成了具有圖形、數(shù)據(jù)、語音、圖像等綜合調(diào)度信息平臺，實現(xiàn)了技術(shù)裝備智能化、生產(chǎn)過程可視化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化，為礦山安全高效生產(chǎn)提供了有力的保障。

1 井下無人計量系統(tǒng)

目前公司各個礦山生產(chǎn)中段多，不同中段又布置有很多溜井，大量放礦點需要人工值守，如馬路坪礦700 m中段就有18個放礦點，每個放礦點需配置一人在崗登記車輛信息和估算運輸?shù)V石重量。此外，井上還需配置專人對票據(jù)進行統(tǒng)計、分析及處理，工作效率極其低下，且由于單據(jù)過多，易造成人工統(tǒng)計失誤。因此，為加強企業(yè)內(nèi)部管理、提高工作效率、降低人力成本、提高計量精度(實現(xiàn)產(chǎn)量有據(jù)可依)、實時掌握礦產(chǎn)資源產(chǎn)量等狀況，公司在馬路坪礦井下建立一套無人計量系統(tǒng)，對每個放礦點的產(chǎn)量進行自動化管理，稱重數(shù)據(jù)、圖像信息實時傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，實現(xiàn)信息監(jiān)控，提高了人均工效。

系統(tǒng)采用重慶大唐公司DT3101(1000)網(wǎng)絡(luò)智能稱重終端，集稱重、視頻、通訊、計算機于一體，減少了以往設(shè)備多、問題多、布線雜亂的問題，降低了設(shè)備故障率，提高了使用可靠性。此外，該系統(tǒng)與破碎機環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)融合在一起，共用一根通信線纜，減少了投資。計量系統(tǒng)流程和系統(tǒng)監(jiān)測界面見圖1和圖2。

圖1 無人計量系統(tǒng)流程

圖2 無人計量系統(tǒng)遠程控制界面

2 破碎機遠程操控系統(tǒng)

采場爆破產(chǎn)生的大塊在卸入溜井前需要破碎，以往在各分層的主溜井口安裝一個固定式液壓破碎機破碎卡在格篩和溜井口處的大塊，由于現(xiàn)場粉塵多、油煙濃度大、通風(fēng)條件差，工人工作環(huán)境極其惡劣。為此，公司通過對以前液壓破碎機的液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)進行改造，研制了破碎機遠程操控系統(tǒng)，達到了節(jié)省人力資源、改善工作環(huán)境、提高作業(yè)效率及操作安全性的目的。

在井下每個溜井安裝2個攝像頭，通過光纜與操作室內(nèi)視頻系統(tǒng)連接，操作人員在控制室通過視頻監(jiān)視到放料口堵塞后，啟動破碎機，推動2個電控比例手柄，產(chǎn)生相應(yīng)的信號輸送到控制器。控制器將信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流驅(qū)動設(shè)備上的電液比例閥，從而實現(xiàn)動作的無級調(diào)速，并且可以通過編程調(diào)節(jié)比例閥最大、最小輸出電流，上升、下降坡度及動作聯(lián)鎖等。報警信號及工作狀態(tài)采用彩色圖文可編程監(jiān)控器來顯示，在格篩溜井口附近配備簡易操作臺，以便在現(xiàn)場對破碎機進行操作。系統(tǒng)地面控制臺見圖3。

3 六大系統(tǒng)

參照國家煤礦企業(yè)六大系統(tǒng)建設(shè)標準，并結(jié)合化學(xué)硬巖礦山的特點，礦山對六大系統(tǒng)中通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)進行了高標準重點建設(shè)，供水施救系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)和緊急避險系統(tǒng)則利用已有工程進行管線安裝、設(shè)施布置[7]，符合國家驗收標準。系統(tǒng)建設(shè)與生產(chǎn)緊密結(jié)合，各個系統(tǒng)將隨著礦井采深的增加而及時延伸，確保系統(tǒng)功能及時、準確地覆蓋礦山生產(chǎn)各個中段、盤區(qū)。馬路坪礦是最先進行六大系統(tǒng)建設(shè)的礦區(qū)，已由700 m 中段延深到了640 m中段，其他2個礦區(qū)也正在進行系統(tǒng)延深建設(shè)。

圖3 破碎機遠程操控系統(tǒng)地面操作臺

運動員每周進行文化課學(xué)習(xí)的學(xué)時情況。根據(jù)江蘇省體育局等部門在《關(guān)于進一步加強運動員文化教育和運動員保障工作的實施意見》中的規(guī)定：“業(yè)余運動員每周學(xué)習(xí)時間不少于24學(xué)時，優(yōu)秀運動隊運動員每周學(xué)習(xí)時間不少于12學(xué)時”[4]，武進少體校運動員均能達到這一標準。不過，對照《江蘇省義務(wù)教育課程設(shè)置實驗方案（2017年修訂）》的規(guī)定：“小學(xué)一二年級周課時為26節(jié)，三至六年級周課時為30節(jié)，初中各年級周課時為34節(jié)”[5]，武進少體校只有12.2%初中運動員能完成34周課時，與同處義務(wù)教育階段的普通學(xué)生學(xué)習(xí)時間相比差距較大。

3.1 通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)

目前我國井下通訊基本全靠電纜傳輸，由于井下環(huán)境的制約，電纜常被撞斷，維護不便。對此公司聯(lián)合貴州銳志科技發(fā)展有限公司率先在國內(nèi)開展井下無線電通訊研究，開發(fā)出了WIFI無線通信平臺。在井下可以直接用手機進行聯(lián)絡(luò)，為井下定位、移動監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、自動控制、井下調(diào)度等數(shù)據(jù)的傳輸提供了平臺，不僅可以進行雙向通信，還可以進行多向通信，目前馬路坪礦WIFI無線通信系統(tǒng)已構(gòu)建完畢，效果良好。圖4和圖5分別為礦井通信網(wǎng)絡(luò)拓撲圖和公司構(gòu)建的控制環(huán)網(wǎng)。

圖4 礦井通信網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

圖5 公司控制環(huán)網(wǎng)

3.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

公司多年前就對現(xiàn)代化礦山建設(shè)提出了建設(shè)標準，結(jié)合六大系統(tǒng)的要求，經(jīng)過了一系列的建設(shè)與改造，井下監(jiān)控系統(tǒng)已基本完善，馬路坪礦、青菜沖礦、用沙壩礦井下主溜井、炸藥庫、水泵房、主膠帶、各放礦口等關(guān)鍵部位都實現(xiàn)了遠程監(jiān)控在控制中心能直觀實時地掌握現(xiàn)場情況，并能對井下固定設(shè)備進行遠程控制操作。

監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控主控室設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和監(jiān)控前端設(shè)備組成，主控室設(shè)備主要為控制室人員提供直觀顯示，掌握現(xiàn)場運行及安全狀況；網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備主要用于各個礦井下與光纖環(huán)網(wǎng)的連接傳輸信號；監(jiān)控前端設(shè)備主要對現(xiàn)場的環(huán)境進行實時監(jiān)控。監(jiān)測系統(tǒng)主要對井下的有毒有害氣體、風(fēng)壓、風(fēng)量、地壓等進行監(jiān)測，公司對關(guān)鍵位置進行了監(jiān)測，比如在充填站對硫化氫、氟化氫進行了監(jiān)測，對風(fēng)機的風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)速等進行了監(jiān)測，對運輸皮帶出入口的安全情況進行實時監(jiān)視，對水泵的電機溫度、電流、水位、壓力和空壓機的溫度及壓力等參數(shù)進行監(jiān)測等。此外，系統(tǒng)中的NS900自動化供電監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時監(jiān)控畫面、信息采集畫面、遙測數(shù)據(jù)曲線、有語音系統(tǒng)與之配合的保護動作時間顯示，故障錄波，保護信息管理。由于當前的科學(xué)技術(shù)及現(xiàn)場環(huán)境等相關(guān)因素，還有一些相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測需進行完善，下一步將對地壓、涌水量等監(jiān)測。綜合監(jiān)測系統(tǒng)見圖6。

3.3 人員定位系統(tǒng)

開磷集團3個礦分布較遠，由于采用的是多中段分區(qū)開采，井下作業(yè)戰(zhàn)線長，點多面廣。結(jié)合礦井生產(chǎn)條件，按照盤區(qū)布置和人員組織形式，分礦區(qū)、片區(qū)運用無線通信技術(shù)。馬路坪礦與用沙壩礦采用基于感應(yīng)強度基理的RFID射頻自動識別技術(shù)，青菜沖礦則采用基于信號強度基理的ZigBee無線通信技術(shù)，并利用統(tǒng)一的信息平臺進行數(shù)據(jù)處理和交換，最終實現(xiàn)了人員定位系統(tǒng)所要求達到的出入井考勤管理功能，區(qū)域超員報警、職工進入禁入?yún)^(qū)報警、工作超時及欠時報警等安全管理功能，用戶權(quán)限分配、實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)管理功能，顯示、打印、查詢等軟件功能。目前公司和長沙托力科技有限公司在馬路坪礦開展WIFI無線定位系統(tǒng)建設(shè)和試運行工作[8]，收效良好，將在全公司范圍內(nèi)進行推廣。

圖6 綜合監(jiān)測系統(tǒng)

3.4 其他系統(tǒng)

根據(jù)《金屬非金屬地下礦山“六大系統(tǒng)”建設(shè)規(guī)范》，礦山還應(yīng)建有相應(yīng)的緊急避險系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和壓風(fēng)自救系統(tǒng)。公司在每個中段都設(shè)置一個避災(zāi)硐室兼作救生艙，配備了相應(yīng)的救生、救援設(shè)施，以保證突發(fā)事故時人員能及時、安全地躲避和保護。壓風(fēng)自救系統(tǒng)則在已有的供風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上按照采掘作業(yè)點的分布進行線路改造完善，并增加了報警控制功能，滿足在災(zāi)變期間能夠提供壓風(fēng)供氣的要求。供水施救系統(tǒng)也是在現(xiàn)有生產(chǎn)和消防供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加必要的供水管線與設(shè)施，連通地面清潔飲水水源，生產(chǎn)供水與施救供水可及時轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。

4 智能采礦設(shè)備

無人采礦技術(shù)是以無軌采礦設(shè)備的自動化和遙控化為基礎(chǔ)，最終體現(xiàn)在采礦設(shè)備智能化。目前，開磷集團已基本具備開展無人采礦的基礎(chǔ)，井下采礦設(shè)備主要有智能鑿巖臺車、鏟運機、膠帶輸送機、連續(xù)掘進機等，通過高速數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，利用計算機技術(shù)對采礦設(shè)備進行遠程控制實施作業(yè)。當前我國的地下智能采礦設(shè)備基本處于研究階段，設(shè)備的自動化、智能化及信息化系統(tǒng)與采礦業(yè)發(fā)達國家的差距很大，現(xiàn)有的無人采礦設(shè)備主要依賴進口。

現(xiàn)在礦山大多仍采用鉆爆法落礦，智能化的鑿巖臺車將會逐漸取代現(xiàn)在的鑿巖設(shè)備，它除了有著鑿巖工效高、成本低、安全性高等優(yōu)點外，由于鑿出炮孔精確度很高，其爆破效果也隨之提高，智能鑿巖臺車在礦山應(yīng)用會越來越廣泛，其實質(zhì)是利用傳感器確定鉆鑿位置，以一定的順序打眼，鉆孔過程用微機遠程控制，鑿巖臺車根據(jù)巖石硬度實時調(diào)整鉆頭的轉(zhuǎn)速、力的大小以及鉆孔的形狀，隨后用智能裝藥車進行裝藥和爆破作業(yè)，智能鏟運機或膠帶輸送機進行裝運工作。智能鑿巖臺車、連續(xù)掘進機以及鏟運機受遠程程序控制，地面操作室通過計算機技術(shù)給這些采礦設(shè)備調(diào)度和作業(yè)等命令，實現(xiàn)各采礦工序的有效配合。目前，許多高校和科研機構(gòu)在開展連續(xù)開采工藝的研究，連續(xù)開采工藝在未來的地下礦山中將會占主導(dǎo)地位，這一工藝在開磷集團已經(jīng)成為現(xiàn)實，連續(xù)掘進機是這一工藝的主打設(shè)備，高產(chǎn)低耗，效率、效益相當顯著。把這一工藝與計算機信息等技術(shù)融合起來，便能實現(xiàn)采場的無人連續(xù)開采，國外礦山以及國內(nèi)煤礦已經(jīng)實現(xiàn)了這一目標[9]。智能連續(xù)掘進機在井下的掘進行走路線是由地測數(shù)據(jù)生成的運動軌線及航天導(dǎo)航定位儀實時監(jiān)測智能掘進機在慣性空間的絕對位置坐標確定的。通過實時控制掘進機位置，實現(xiàn)掘進機的自動尋跡功能。現(xiàn)場智能鑿巖臺車和連續(xù)掘進機見圖7。連續(xù)掘進機控制程序流程見圖8。

5 管控一體化平臺

開磷集團是國內(nèi)第一家實現(xiàn)磷石膏充填采礦法的大型磷礦山企業(yè)。采掘、充填、運輸、計量、財務(wù)管理等各個環(huán)節(jié)涉及面廣，數(shù)據(jù)復(fù)雜。若沒有一個基于現(xiàn)代計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成管控平臺，則會造成數(shù)據(jù)處理困難、丟失，從而引起各工藝控制環(huán)節(jié)邏輯混亂，阻礙正常生產(chǎn)，更無法實現(xiàn)規(guī)?；岙a(chǎn)。

圖7 現(xiàn)場智能鑿巖臺車和連續(xù)掘進機

圖8 連續(xù)掘進機控制程序流程

鑒于此，開磷集團于2011年與北京金蝶公司合作，共同開發(fā)了管控一體化平臺，集生產(chǎn)管理、財務(wù)管理、分析決策為一體，構(gòu)建生產(chǎn)現(xiàn)場、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、資源管理、決策分析4層架構(gòu)，建立16個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，實現(xiàn)100多個功能點。目前在馬路坪礦試運行的管控一體化系統(tǒng)有五大板塊，分別為設(shè)備管理版塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理版塊、系統(tǒng)平臺版塊、生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理版塊。系統(tǒng)界面見圖9。

圖9 公司管控一體化平臺

6 礦業(yè)數(shù)字軟件

數(shù)字礦山建設(shè)是當前我國礦業(yè)界研究的熱點問題，早在2008年國家科技部就將數(shù)字礦山建設(shè)作為863項目進行研究。目前我國數(shù)字礦山建設(shè)發(fā)展迅速，取得了豐碩的成果。數(shù)字礦山建設(shè)的好壞和數(shù)字礦業(yè)軟件是分不開的。在礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用的可視化軟件有Surpac、Minesight、Dimine、3Dmine、Datamine等，主要用于礦山地質(zhì)儲量計算、測量、開采設(shè)計及進度計劃編制等工作，開磷集團目前主要運用Minesight和Dimine進行采礦設(shè)計等工作[10]。

開磷集團是國內(nèi)首家引進美國Mintec公司開發(fā)研制的Minesight礦山軟件進行礦山建模與規(guī)劃的礦山企業(yè)?；谠撥浖谑澜绶秶鷥?nèi)的優(yōu)越性，開磷礦山的地質(zhì)、測量、采礦設(shè)計及生產(chǎn)進度計劃安排等均實現(xiàn)了三維動態(tài)模擬, 巷道、礦體、巖體等的三維模型確保了礦山采礦設(shè)計的精確與合理。在礦山的生產(chǎn)過程中，隨著地質(zhì)認識的深入及工程的揭露，將產(chǎn)生大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在Minesight軟件中能根據(jù)生產(chǎn)施工中采集的各種數(shù)據(jù)及時準確地對開采區(qū)域進行模型更新和增加新增生產(chǎn)數(shù)據(jù)部分的模型，提高開采區(qū)域模型的精度。模型將隨各種生產(chǎn)信息的增加而更加精確，更加接近實際。此外，該軟件的數(shù)據(jù)庫功能除了可以對軟件本身的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析外，還可以通過 ODBC訪問其他數(shù)據(jù)庫，對其所包含數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，為生產(chǎn)的長短期規(guī)劃提供了準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，幫助礦山制定出最為可靠與切實可行的礦山采掘計劃與發(fā)展規(guī)劃。

Dimine軟件是由長沙迪邁公司于2008年開發(fā)，目前已升級到第二代，主要用于地質(zhì)中的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理、剖面地質(zhì)解釋與三維地質(zhì)建模、儲量計算和動態(tài)管理，在地下采礦中的功能有井巷設(shè)計、單體設(shè)計、回采爆破設(shè)計和生產(chǎn)進度計劃編制等，在露天開采中進行境界優(yōu)化、采場設(shè)計、采剝順序優(yōu)化和采剝計劃編制等，同樣在礦山測量方面功能也很強大，全面實現(xiàn)了礦業(yè)工作的可視化、數(shù)字化和智能化。三維地質(zhì)模型見圖10。

圖10 三維地質(zhì)模型

7 結(jié) 語

(1)數(shù)字化、智能化礦山建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字礦山的創(chuàng)建技術(shù)必將注入新的元素。當前，因網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)處理已步入“云計算”的大數(shù)據(jù)時代。大數(shù)據(jù)的概念已滲透到采礦業(yè)，大數(shù)據(jù)時代要求礦業(yè)的發(fā)展必須以完備齊全的、更高層次的信息化、智能化數(shù)字礦山水平與之相匹配，對時代脈搏的準確把握決定了礦山企業(yè)的發(fā)展前景和市場地位。礦山要綠色規(guī)?；_采，迅速發(fā)展高水平的數(shù)字化礦山是必然的趨勢。

(2)數(shù)字礦山在國內(nèi)的發(fā)展參差不齊，系統(tǒng)的創(chuàng)建模式、方法較為繁雜，“信息孤島”現(xiàn)象還較為突出，這已成為數(shù)字化發(fā)展中的瓶頸。如何實現(xiàn)統(tǒng)一平臺下的子系統(tǒng)信息互通交換，還需進行更多研究和實踐工作。

(3)“采選自動化、采選無人化”是歷代礦山人共同追求的夢想。數(shù)字化世界的到來為夢想的實現(xiàn)提供了可能。信息化、數(shù)字化、智能化礦山建設(shè)是實現(xiàn)礦山產(chǎn)業(yè)升級的戰(zhàn)略性步驟，代表著當今礦山工業(yè)發(fā)展的方向。貴州開磷礦業(yè)總公司緊握時代脈搏，始終把“建設(shè)集約高效、綠色環(huán)保、本質(zhì)安全型智能化礦山”作為建礦理念，努力打造出以數(shù)字化為基礎(chǔ)、信息化為平臺、自動化為手段的管控一體智能化礦山，將繼續(xù)為國家智能化礦山的建設(shè)做出新的貢獻。

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Development and Consideration of the Modern Mine Construction of Kailin Group

Wang Mei Yao Jinrui

(Mining Company, Guizhou Kailin Group Co., Ltd.)

The mechanization, automation and digitization level of mine are improved, and the modernization of the mine construction is promoted by the computer technology with rapid development, so, the information and digital technology are becoming the important contents of the mineral industry. The informatization construction, implementation process and development of the mining and management aspects of Kailin group, which includes that unmanned metering system underground, crusher remote control system, six security systems, intelligent mining equipment, integration of management and control and mine digital software. The results show that the informatization mine is not only with the characteristics of high safety, but also with the characteristics of high production and efficiency, good working environment, low ore loss and dilution rate, therefore, it is accordance with the thoughts of mine sustainable development. Besides that, the suggestions of constructing modern mine are given so as to realize the goal of unmanned intelligent mining and informatization mine.

Modernization, Automation, Digitization, Informatization, Six security systems, Intelligent mining

2015-03-09)

王 梅(1974—)，女，工程師，550302 貴州省貴陽市開陽縣金中鎮(zhèn)。