地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)研究

劉志遠(yuǎn)

（海南山金礦業(yè)有限公司，海南 三亞 572500）

社會(huì)發(fā)展離不開資源支持，而國(guó)家發(fā)展和有限資源之間的矛盾需要人們?cè)谇靶兄谐掷m(xù)探索，從而能夠找到資源開采和平衡發(fā)展的最佳方式，從最大程度上擴(kuò)大發(fā)展效益。有色金屬對(duì)于我國(guó)工業(yè)發(fā)展十分重要，除了能夠用來(lái)制造冶煉各種裝置設(shè)備以外，大部分有色金屬同時(shí)還是精密工業(yè)生產(chǎn)中的重要催化劑和添加劑，為此對(duì)于有色金屬開采的重視程度也不斷提升。

1 地下金屬礦山實(shí)施智能化開采分析

（1）開采結(jié)構(gòu)。智能化開采屬于科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，迎合了時(shí)代發(fā)展需求，在地下金屬礦山開采中能夠幫助解決各種開采故障問(wèn)題，同時(shí)借助自動(dòng)化系統(tǒng)以及新進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，融入到地下金屬礦山的開采技術(shù)內(nèi)，從而進(jìn)一步提升整個(gè)采礦過(guò)程的可靠性和安全性，促進(jìn)采礦過(guò)程全面優(yōu)化，推動(dòng)國(guó)家工業(yè)、經(jīng)濟(jì)能力全面提升，優(yōu)化科技技術(shù)。將新型虛擬平臺(tái)和智能數(shù)字控制技術(shù)融入到信息采集當(dāng)中，借助數(shù)字化大數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備所采集信息實(shí)施集中整理，通過(guò)應(yīng)用虛擬平臺(tái)還可以幫助相關(guān)技術(shù)人員針對(duì)地下金屬礦山實(shí)際開采狀態(tài)實(shí)施線上模擬和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。智能化技術(shù)下的礦產(chǎn)開采工作借助大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，創(chuàng)建管理和信息分析于一體的綜合平臺(tái)，針對(duì)設(shè)備采集的各種信息實(shí)施有效整理，方便為施工操作提供各種有效信息，提升整體開采效率。在管理信息系統(tǒng)、各個(gè)設(shè)備、器件的功能系統(tǒng)，和在監(jiān)理管理系統(tǒng)過(guò)程中提升開采工作的科學(xué)化與合理化。參與人員相關(guān)定位技術(shù)的有效應(yīng)用，礦體模型實(shí)施信息采集，創(chuàng)建虛擬模型，設(shè)備裝置的自動(dòng)化開采等系列工作的實(shí)現(xiàn)，設(shè)備監(jiān)控中的信息實(shí)時(shí)傳遞相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)及其在開采工作中的有效應(yīng)用，能夠從根本上提高開采中的信息集成效率，強(qiáng)化工程監(jiān)控，確保施工安全性，從基礎(chǔ)上提高開采工程信息準(zhǔn)確性，促進(jìn)信息全面集成，保障安全施工，提高工程建設(shè)效率。

（2）開采意義。智能化開采主要是借助自動(dòng)化和智能化采礦設(shè)備充當(dāng)核心元件，將雙向綜合、大容量、高速運(yùn)行的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成基礎(chǔ)載體，通過(guò)生產(chǎn)管理軟件和智能設(shè)計(jì)構(gòu)建基礎(chǔ)平臺(tái)，針對(duì)礦山開采工作實(shí)施有效的智能化動(dòng)態(tài)管控，從而實(shí)現(xiàn)高效、安全運(yùn)行，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。智能化開采同時(shí)還可以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)一步提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。聯(lián)系國(guó)內(nèi)金屬礦山整體分布狀態(tài)分析，綜合礦數(shù)量相對(duì)較多，貧礦數(shù)量較多，單一礦數(shù)量較少，富礦數(shù)量較少。比如礦山平均品位僅為33%，鐵礦貧礦所占比例為97%左右。錳礦貧礦的品位僅為22%，所占比例為94%，其他包括鉬礦、銅礦、鋁土礦等金屬礦現(xiàn)存狀況也并不是十分樂(lè)觀。此外，長(zhǎng)時(shí)間實(shí)施掠奪式開采方法，進(jìn)一步加劇了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)狀況。隨著國(guó)際中高質(zhì)量、高水平礦產(chǎn)進(jìn)入規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使原有開采模式得到了有效轉(zhuǎn)變，初步實(shí)現(xiàn)了智能化開采目標(biāo)，同時(shí)還可以控制開采成本，提升整體產(chǎn)量，強(qiáng)化企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的全面轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]。

2 地下金屬礦山開采原則

地下金屬礦山開采在新時(shí)期發(fā)展背景下需要按照基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)原則實(shí)施，智能化開采屬于一項(xiàng)重要技術(shù)會(huì)影響開采結(jié)果，為此除了需要充分把握相關(guān)開采技術(shù)以外，同時(shí)還需要考慮到開采原則，促進(jìn)開采工作的順利實(shí)施。所有工程建設(shè)中都需要堅(jiān)持以人為本的基礎(chǔ)原則，將安全開采工作作為基礎(chǔ)準(zhǔn)則。首先需要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基礎(chǔ)原則，地下金屬礦山實(shí)施智能化開采中應(yīng)該緊密聯(lián)系現(xiàn)實(shí)發(fā)展?fàn)顩r，綜合設(shè)計(jì)地下金屬礦山的開采方案，了解不同環(huán)境下礦道是否滿足智能化技術(shù)要求，無(wú)需在個(gè)別情況下對(duì)相關(guān)操作定理進(jìn)行生搬硬套，應(yīng)該做到具體問(wèn)題具體分析，結(jié)合不同狀況實(shí)施靈活處理。此外，智能化技術(shù)的有效應(yīng)用還需要滿足場(chǎng)地和信息技術(shù)要求，開采前投入大量資金，所以需要針對(duì)個(gè)別狀況實(shí)施仔細(xì)勘察，確保在相對(duì)安全條件下實(shí)施開采工作，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和開采效益實(shí)現(xiàn)最大化。其次是整體性原則，結(jié)合上述分析能夠發(fā)現(xiàn)，地下金屬礦山開采中應(yīng)用智能化技術(shù)并非是單一結(jié)構(gòu)，而是某種相對(duì)復(fù)雜的信息系統(tǒng)建設(shè)，不同系統(tǒng)之間彼此合作。對(duì)于信息綜合管理、分析、傳輸以及采集等工作也需要借助不同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，為了順利實(shí)施智能化開采，保證開采效益，需要促進(jìn)不同平臺(tái)之間的有效配合，提高工作效益[2]。

3 地下金屬礦山智能化綜合開采

（1）智能化開采框架設(shè)計(jì)。瑞典、加拿大、芬蘭等西方代表發(fā)達(dá)國(guó)家在90 年代便開始形成了智能化開采優(yōu)勢(shì)，和西方智能化開采技術(shù)相比，我國(guó)落后較長(zhǎng)時(shí)間。而隨著信息化和經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，我國(guó)相關(guān)技術(shù)得到了明顯發(fā)展，同時(shí)具備了在短時(shí)間內(nèi)提升至國(guó)際水平的實(shí)力。到目前為止，我國(guó)在礦山開采中已經(jīng)進(jìn)入了信息化六大系統(tǒng)建設(shè)階段，同時(shí)在礦井下形成了以光纖為核心的通信網(wǎng)絡(luò)，并應(yīng)用到部分大中型礦山內(nèi)，能夠進(jìn)行有效的自動(dòng)化控制、視頻監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，同時(shí)也進(jìn)一步應(yīng)用了遙控鏟運(yùn)機(jī)等進(jìn)口設(shè)備，廣泛應(yīng)用到預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備人員定位系統(tǒng)等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。包括SURPAC、DATAMINE 等國(guó)外先進(jìn)礦產(chǎn)技術(shù)軟件也相繼推廣應(yīng)用到礦山開采當(dāng)中。從國(guó)家層面分析，我國(guó)開始針對(duì)千米深井高溫和地壓災(zāi)害監(jiān)控裝置和技術(shù)、井下遙控采礦關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)、地下智能化鏟運(yùn)機(jī)模型技術(shù)和地下無(wú)人采礦高精度定位研究、數(shù)字化關(guān)鍵采礦技術(shù)和軟件開發(fā)等科技項(xiàng)目實(shí)施全面攻關(guān)，由此能夠體現(xiàn)出我國(guó)對(duì)于地下金屬礦綜合智能開采技術(shù)的關(guān)注。

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、可視化技術(shù)、地理信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，能夠有效簡(jiǎn)化礦藏和礦山空間信息，借助差值方法，在三維模型中準(zhǔn)確顯示出礦石品位分布和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，幫助確定不同區(qū)域內(nèi)礦石儲(chǔ)備實(shí)際狀況。除此之外，借助建模技術(shù)可以進(jìn)一步優(yōu)化礦區(qū)初始設(shè)置、后續(xù)擴(kuò)展以及支護(hù)條件對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)速度，進(jìn)一步控制投入，針對(duì)礦山開采實(shí)施智能化設(shè)計(jì)能夠幫助進(jìn)行合理開采、科學(xué)規(guī)劃，為后期各項(xiàng)工作順利實(shí)施奠定良好基礎(chǔ)。想要順利開采地下金屬礦產(chǎn)前，需要針對(duì)地下金屬礦山資源實(shí)施全面資源評(píng)估和深入探測(cè)。新時(shí)期，在針對(duì)地下金屬礦山資源實(shí)施探測(cè)過(guò)程中主要是借助相關(guān)技術(shù)結(jié)合探測(cè)器傳輸信息實(shí)施三維建模，同時(shí)借助創(chuàng)建的直觀模型幫助單位了解地下金屬礦產(chǎn)資源的分布狀態(tài)，將礦石分布信息展示給工作人員，由工作人員進(jìn)行整合、分析、評(píng)估。通過(guò)借助先進(jìn)技術(shù)將地下位置和探測(cè)狀況通過(guò)三維化形式展示出來(lái)，方便采礦工作能夠聯(lián)系實(shí)際狀況，靈活設(shè)計(jì)各種應(yīng)對(duì)策略，方便工程實(shí)施，使相關(guān)操作人員能夠更好掌握復(fù)雜狀況，針對(duì)性制定應(yīng)對(duì)措施，保障工程順利實(shí)施。

（2）智能化信息采集。信息采集系統(tǒng)可以在礦山開活動(dòng)中實(shí)時(shí)提供各種反饋信息，從而為礦山的日常決策生產(chǎn)工作提供有效參考數(shù)據(jù)。傳感器屬于信息采集系統(tǒng)中實(shí)施數(shù)字化管理終端，同時(shí)也是促進(jìn)開采工作中實(shí)現(xiàn)安全調(diào)度、調(diào)控和監(jiān)測(cè)的重要部分。比如傳感技術(shù)能夠利用熱成像、視頻、雷達(dá)、激光等方法對(duì)開采現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，同時(shí)借助化學(xué)、核能、光電、機(jī)械、熱力等方式對(duì)礦物和地質(zhì)等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確定義，通過(guò)超聲波對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行全面檢測(cè)。隨后利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)布數(shù)據(jù)，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)信息的全面共享，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。提高問(wèn)題處理的高效性和科學(xué)性，形成穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境。

（3）智能化信息通信。智能化通信系統(tǒng)具體涵蓋三層含義：第一是綜合傳輸信息，在相同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能夠同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、音頻和視頻等內(nèi)容。第二是通信綜合接入，可以利用無(wú)線接入和有線接入。第三是能夠?qū)崿F(xiàn)直接、雙向網(wǎng)絡(luò)通信。

借助漏泄電纜技術(shù)幫助地下礦山改善移動(dòng)通信質(zhì)量。移動(dòng)通信對(duì)于地下開采工作具有重要作用和影響。在當(dāng)下發(fā)展中，移動(dòng)通信通常是利用超低頻無(wú)線、中頻載波、低頻感應(yīng)等方式實(shí)現(xiàn)。同軸電纜屬于外導(dǎo)體，不對(duì)信號(hào)屏蔽，漏泄電纜可以于線纜長(zhǎng)度方向?qū)o(wú)線電信號(hào)進(jìn)行均勻發(fā)射和接收，為此，相關(guān)移動(dòng)通信設(shè)備能夠借助漏泄電纜正常通信，因?yàn)榫€纜自身的高頻損失和特性阻抗等特點(diǎn)，容易出現(xiàn)信號(hào)損失，為此于線纜中應(yīng)該以一定距離為間隔，通過(guò)放大器進(jìn)行有效彌補(bǔ)。漏泄電纜整體鋪設(shè)長(zhǎng)度幾乎達(dá)到一百至兩百千米左右，能夠覆蓋礦山整體，除此之外，其具備二十四個(gè)視頻信道、六十四種語(yǔ)音數(shù)據(jù)信道，具有較強(qiáng)可操作性，擴(kuò)展和維護(hù)工作較為簡(jiǎn)單。

借助工業(yè)以太網(wǎng)幫助地下礦山提升整體通信效率。把工業(yè)以太網(wǎng)當(dāng)成通信骨干，可以和公共通信網(wǎng)絡(luò)之間合理兼容。TCP/IP 協(xié)議和以太網(wǎng)能夠在同一網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)、視頻和語(yǔ)音等信息。適應(yīng)整個(gè)范圍通信速度。提升安全系統(tǒng)整體安裝效率。

（4）智能化開采系統(tǒng)。智能化技術(shù)能夠針對(duì)生產(chǎn)環(huán)境實(shí)施有效的預(yù)警監(jiān)測(cè)。利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳感器順利獲取井下濕度、溫度、震感以及有毒氣體等信息，采集全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將各種參數(shù)順利傳遞到控制中心，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常變動(dòng)，能夠進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警，同時(shí)利用監(jiān)視器或傳感器位置實(shí)施準(zhǔn)確定位，合理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為操作人員順利作業(yè)提供有效參考。智能化技術(shù)能夠針對(duì)相關(guān)設(shè)備、人員實(shí)施準(zhǔn)確定位。其中跟蹤定位系統(tǒng)具體包括硬件和軟件兩部分構(gòu)成。其中的軟件系統(tǒng)可以對(duì)跟蹤定位器的實(shí)時(shí)位置狀態(tài)、設(shè)備記錄報(bào)告等進(jìn)行有效存儲(chǔ)，至于硬件設(shè)備包括讀卡器和標(biāo)簽兩部分內(nèi)容，在設(shè)備和礦帽中集成標(biāo)簽，其主要功能是傳輸ID 號(hào)，隨后把具體數(shù)據(jù)順利傳輸?shù)街笓]室電腦系統(tǒng)中，借助軟硬件系統(tǒng)兩者之間協(xié)同作用，構(gòu)成相對(duì)完善的數(shù)據(jù)報(bào)告，有效組織相關(guān)設(shè)備、人員實(shí)施各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)。智能化技術(shù)的有效應(yīng)用，可以促進(jìn)地下金屬礦山實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程控制。地下金屬遠(yuǎn)程開采技術(shù)的發(fā)展能夠順利實(shí)現(xiàn)大型礦山無(wú)支護(hù)開采?；谶h(yuǎn)程系統(tǒng)控制下，利用地上指揮室和控制室能夠順利實(shí)施生產(chǎn)和開采等操作，比如鏟運(yùn)機(jī)裝卸、爆破、開拓和測(cè)量等工作?；谶h(yuǎn)程化條件下，借助計(jì)算機(jī)控制端針對(duì)設(shè)備實(shí)施自動(dòng)化調(diào)整，能夠進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率，降低人力資源成本，提升設(shè)備利用效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于信息化背景下，為我國(guó)開采地下有色金屬提供了巨大的助力，將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到礦產(chǎn)開采當(dāng)中，能夠促進(jìn)實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。在地下金屬礦開采中融入智能化開采技術(shù)，能夠有效提升開采效率，提升我國(guó)金屬礦整體開采實(shí)力。