地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)初探

許愛榮

（新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司，新疆 阿勒泰 836700）

地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)初探

許愛榮

（新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司，新疆 阿勒泰 836700）

我國地大物博，礦產(chǎn)資源豐富，但人均占有量小，有色金屬礦產(chǎn)是國家工業(yè)發(fā)展的重要原材料，是國家發(fā)展高端制造業(yè)的基礎(chǔ)保證。傳統(tǒng)的地下金屬礦產(chǎn)開采粗放，不但資源有效利用率低，而且破壞生態(tài)環(huán)境，安全事故頻發(fā)，這種勞動密集型的生產(chǎn)模式已經(jīng)嚴重制約了我國的經(jīng)濟發(fā)展，基于此，本文結(jié)合現(xiàn)代智能化技術(shù)手段，為全面實現(xiàn)礦山開采的信息化、自動化、智能化，增強行業(yè)競爭力，進而更好的為經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。

地下礦山；金屬礦山；智能化；開采技術(shù)

人口、資源、環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的三大主題，有色金屬資源為經(jīng)濟提供可持續(xù)發(fā)展動力，隨著工業(yè)化的進程，我國有色金屬消耗量激增，如何利用現(xiàn)有礦山，提高資源利用率是礦業(yè)改革的重要方面。本文通過對開采的智能化設(shè)計、智能化信息平臺的構(gòu)建、智能化通信系統(tǒng)的應(yīng)用、智能化開采系統(tǒng)的運行等方面進行探討，初步探索地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)。

1 地下金屬礦山智能化開采的意義

智能化開采是指以智能化、自動化采礦裝備為核心，以高速、大容量、雙向綜合數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)作為載體，以智能設(shè)計和生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)搭建平臺，從而對礦山開采實行動態(tài)智能化管控，以達到安全、高效、經(jīng)濟效益最大化的目的。

智能化開采能夠促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升企業(yè)核心競爭力。從我國的金屬礦山分布上來看，具有綜合礦較多、單一礦較少，貧礦較多、富礦較少的特點。比如，鐵礦貧礦占了97%的比重，礦山平均品位只有33%，而錳礦貧礦占了94%,礦石平均品位只有22%，其他諸如鋁土礦、銅礦、鉬礦等情況也不容樂觀。同時，掠奪式的開采方式也讓市場競爭嚴峻，隨著國際高質(zhì)量礦產(chǎn)進口量的增加，改變原有的開采方式，實現(xiàn)智能化開采能有效降低成本，提高產(chǎn)量，有效提升企業(yè)核心競爭力，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

另外，智能化開采還能有效緩解采礦行業(yè)對生態(tài)環(huán)境的破壞，保護了工作人員的生命財產(chǎn)安全，解放了勞動力。

2 地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)

20世紀90年代，以芬蘭、加拿大、瑞典等國家為代表的西方發(fā)達國家，已經(jīng)開始在智能化開采的研究上確立了優(yōu)勢，我國的智能化開采技術(shù)落后西方國家很長時間。但隨著經(jīng)濟全球化和信息化的進程，我們的技術(shù)發(fā)展也取得了長足的進步，完全有能力在較短時間內(nèi)達到國際化水平?，F(xiàn)階段，我國已經(jīng)進行了礦山的六大系統(tǒng)信息化建設(shè)，已建成了礦井下光纖主干的通信網(wǎng)絡(luò)，大中型礦山已經(jīng)應(yīng)用了環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)測、自動化控制等手段，遙控鏟運機等進口設(shè)備也得以使用，在人員設(shè)備定位系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)等方面也全面應(yīng)用，國外先進的礦業(yè)軟件諸如DataMine、Surpac也得到了推廣。上升到國家層面，“數(shù)字化采礦關(guān)鍵技術(shù)與軟件開發(fā)”、“地下無人采礦設(shè)備高精度定位技術(shù)和智能化無人操縱鏟運機的模型技術(shù)研究”、“井下（無人工作面）采礦遙控關(guān)鍵技術(shù)與裝備的開發(fā)”、“千米深井地壓與高溫災(zāi)害監(jiān)控技術(shù)與裝備”等科技攻關(guān)項目的開展，也顯示了國家對地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)的重視。

2.1 地下金屬礦山智能化開采設(shè)計

隨著地理信息技術(shù)、可視化技術(shù)、計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，我們能夠簡化礦山和礦藏的空間信息，使用差值的方法，把地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦石品位分布顯示在三維模型上，從而確定各區(qū)域礦石儲備的情況。同時，建模技術(shù)能夠提高礦區(qū)初始布置、支護條件、后續(xù)擴展的設(shè)計速度，減少投入，礦山開采的智能化設(shè)計技術(shù)能夠科學(xué)規(guī)劃、合理開采，為后續(xù)的工作奠定基礎(chǔ)。

2.2 地下金屬礦山智能化信息收集系統(tǒng)

信息收集系統(tǒng)能夠為礦山開采提供實時信息反饋，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。傳感器是信息收集系統(tǒng)數(shù)字化管理的終端，是實現(xiàn)開采安全監(jiān)測、調(diào)控、調(diào)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，傳感技術(shù)可以通過激光、雷達、視頻、熱成像等手段來監(jiān)測現(xiàn)場，用熱力、機械、光電、核能、化學(xué)等來定義地質(zhì)及礦物參數(shù)，用超聲波檢測空氣質(zhì)量等。然后，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)布和信息共享，從而實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，在處理問題時能夠更加科學(xué)高效，確保了工作環(huán)境的安全穩(wěn)定。

2.3 地下金屬礦山智能化綜合通信系統(tǒng)

智能化綜合通信系統(tǒng)具備三種意義：首先，傳輸綜合信息，在同一網(wǎng)絡(luò)中能有視頻、音頻、數(shù)據(jù)同時傳輸；其次，綜合的通信接入方式，可以用普通有線和無線接入；實現(xiàn)雙向、直接的網(wǎng)絡(luò)通訊。

（1）運用漏泄電纜技術(shù)改善地下礦山移動通信。地下開采工作的移動通信是非常重要的，現(xiàn)階段，移動通信主要采用低頻感應(yīng)、中頻載波、超低頻無線等方式。作為一種外導(dǎo)體不屏蔽信號的同軸電纜，泄漏電纜能夠在線纜的長度方向均勻發(fā)射或接受無線電訊號，基于此，我們的移動設(shè)備可以通過漏泄電纜來進行通信，由于線纜有特性阻抗及甚高頻損失，從而造成信號損失，所以在線纜上每隔一定距離用放大器來彌補即可。漏泄電纜的鋪設(shè)長度可達一百到兩百千米，可以覆蓋整個礦山，另外，它能夠提供64個語音/數(shù)據(jù)信道以及24個視頻信道，而且維護和擴展簡單，可操作性強。

（2）運用工業(yè)以太網(wǎng)提高地下礦山通信效率。工業(yè)以太網(wǎng)作為通信骨干，能夠與公共通信網(wǎng)絡(luò)兼容；以太網(wǎng)和tcp/ip協(xié)議能夠使語音、視頻、數(shù)據(jù)在一個網(wǎng)絡(luò)傳輸；適應(yīng)個范圍的通信速度；提高安全系統(tǒng)的安裝效率。

2.4 地下金屬礦山智能化開采系統(tǒng)

地下金屬礦山的開采工作是復(fù)雜多變的，通過智能化技術(shù)，對周邊環(huán)境進行綜合分析，保護工作人員和企業(yè)設(shè)施設(shè)備安全，減低風(fēng)險，高效生產(chǎn)。

（1）智能化技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測預(yù)警。通過網(wǎng)絡(luò)中的傳感器獲取的對礦井下的溫度、濕度、有毒氣體、震感等方面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸至控制中心，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常波動，就會發(fā)出報警警告，通過傳感器或監(jiān)視器的位置，準確定位，將數(shù)據(jù)存儲，讓操作人員有參考的進行作業(yè)。

（2）智能化技術(shù)實現(xiàn)了人員、設(shè)備的準確定位。跟蹤定位系統(tǒng)主要有軟件和硬件兩部分組成。軟件系統(tǒng)用于存儲跟蹤定位器的記錄報告和實時位置狀況，而硬件分為標簽和讀卡器兩部分，標簽集成在礦帽或設(shè)備上，它的作用在于輸送ID號，讀卡器放置在礦井入口或巷道中，它的作用在于記錄ID號，然后傳輸數(shù)據(jù)至指揮室的電腦上，通過軟硬件系統(tǒng)的協(xié)同作用，形成完整的數(shù)據(jù)報告，從而更好的組織人員、設(shè)備進行生產(chǎn)。

（3）智能化技術(shù)實現(xiàn)了遠程控制和自動化生產(chǎn)。地下金屬開采的遠程化技術(shù)可以將大型礦山無支護采場的開采成為可能，在遠程系統(tǒng)的監(jiān)視下，通過地上的控制指揮室就可以對開采和生產(chǎn)進行操作，例如測量、開拓、爆破、鏟運機裝卸等工作。在遠程化的基礎(chǔ)上，通過計算機控制端對設(shè)備進行自動化運行調(diào)整，可以有效提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，減少人力資源成本，提高了設(shè)備的利用率。

3 結(jié)語

綜上所述，地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率，推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，調(diào)整國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對我國可持續(xù)化經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。我們通過加強對智能化開采的認識，初步探討了地下金屬礦山智能化在開采規(guī)劃設(shè)計、信息收集系統(tǒng)、綜合通信系統(tǒng)、開采運行系統(tǒng)等方面的有效應(yīng)用，希望對地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)的發(fā)展起到一定的推動作用。

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