酒鋼西溝礦綠色智能礦山建設(shè)

酒鋼集團(tuán)宏興股份公司西溝礦 甘肅嘉峪關(guān) 735100

西溝礦地處祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)北側(cè)外圍地帶，是酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司的全資子公司，始建于 1959 年，1971 年投產(chǎn)，目前產(chǎn)能為 500 萬 t/a。該礦主要經(jīng)營范圍囊括石灰石開采、熔劑灰?guī)r和水泥灰?guī)r加工、礦產(chǎn)品批發(fā)與零售、石灰制品加工、砂石料的生產(chǎn)和銷售等。在“兩化融合”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“中國制造 2025”和“新基建”的時代背景下，作為工業(yè)自動化領(lǐng)域起步相對較晚的礦山企業(yè)，綠色智能礦山建設(shè)成為企業(yè)生存和可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1-2]。而西溝礦作為酒鋼集團(tuán)的主要輔料礦山，開展綠色智能轉(zhuǎn)型升級成為礦山管理者亟待解決的問題[3]。

1 綠色智能礦山建設(shè)總體框架

西溝礦綠色智能礦山建設(shè)按照相關(guān)法律法規(guī)，緊緊圍繞《西溝礦綠色智能礦山建設(shè)規(guī)劃 (2018—2022)》開展[4-5]，主要包括礦區(qū)環(huán)境治理、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、科技創(chuàng)新與智能礦山、企業(yè)管理與企業(yè)形象 6 個方面。其中礦區(qū)環(huán)境主要包括礦區(qū)與工業(yè)場地區(qū)域美化、綠化治理；資源開發(fā)方式主要按照“采剝并舉，剝離先行”的原則，根據(jù)采場礦巖分布特性、開采運輸條件等綜合因素分析，確定了“橫向推進(jìn)，縱向輔助”的采剝方法；資源綜合利用主要通過實施低品位水泥灰?guī)r回收和早期開采中因粉礦、塊礦生產(chǎn)不均衡而排棄的礦石開展；通過高耗能設(shè)備的逐步淘汰更新和空氣能熱源泵代替燃煤鍋爐實現(xiàn)節(jié)能減排；科技創(chuàng)新與智能礦山主要通過爭取集團(tuán)公司科技項目的資金支持，積極引入政府相關(guān)獎勵、扶持資金項目，實現(xiàn)生產(chǎn)運輸系統(tǒng)崗位無人化；企業(yè)管理與企業(yè)形象主要通過舉辦各類公益活動，實現(xiàn)企地和諧發(fā)展。

2 綠色智能礦山建設(shè)

2.1 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理

2.1.1 南排土場封場恢復(fù)治理工程

西溝礦南排土場已停用，整體占地面積 18.82 萬m2(282 畝)，排廢量約 422 萬 m3，高約 300 m，寬約350 m，坡度為 30°～50°，為單臺階排土場。該排土場坡底廢石排放已臨近祁連山國家一級公益林管護(hù)區(qū)，急需治理。主要通過削坡卸載、邊坡清修和壓實、截排水工程、擋渣壩建設(shè)、監(jiān)測工程建設(shè)及復(fù)墾治理。

2.1.2 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境美化綠化工程

經(jīng)專業(yè)機構(gòu)測算，西溝礦礦區(qū)綠化覆蓋率僅為57.38%，其中主要工業(yè)場地 (除腰泉工業(yè)場地外) 可綠化率為 22%，遠(yuǎn)低于國家綠色礦山建設(shè)規(guī)范 (礦區(qū)可綠化覆蓋率達(dá)到 100%)。為減少采礦對西溝礦及其附屬區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，滿足國家級綠色礦山建設(shè)規(guī)范，西溝礦需要對早期開采破壞區(qū)域、A 系統(tǒng)回風(fēng)平硐硐口、斜坡道入口、膠帶斜井硐口附近工業(yè)場地、B 系統(tǒng) 3100 通風(fēng)平硐口、3100 工業(yè)場地周邊等區(qū)域、山北公路兩側(cè)和其他零星區(qū)域地表創(chuàng)傷面進(jìn)行修復(fù)。此外，西溝礦需對礦區(qū)重點區(qū)域進(jìn)行美化、綠化，保證其符合國家級綠色礦山建設(shè)規(guī)范。

2.1.3 地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工程

對露天采場邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行全天候監(jiān)測。主要監(jiān)測坡體及頂部有無巖土體的變形、開裂等情況。當(dāng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)有變形跡象時，及時撤離露天開采區(qū)工作人員及設(shè)備，并采取應(yīng)急處置措施。

2.2 資源開發(fā)方式

2.2.1 礦石儲量、用戶需求和礦石貧化調(diào)查研究

進(jìn)行礦石資源中有用成分和有害成分的分析，掌握各品位礦石在開采境界內(nèi)的分布情況及開采技術(shù)條件研究。調(diào)查研究用戶所需的資源產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求，在滿足內(nèi)部需求的基礎(chǔ)上，拓展外部市場，延伸石灰石產(chǎn)業(yè)鏈。同期生產(chǎn)的粉礦較塊礦品位低，在產(chǎn)品實物質(zhì)量控制過程中根據(jù)塊、粉的差異性需求進(jìn)行質(zhì)量控制，避免生產(chǎn)過程中造成的礦石品位過高，導(dǎo)致資源浪費的問題。

2.2.2 開采方式研究

利用 DIMINE 軟件建立西溝礦采區(qū)三維模型，分析不同礦段地質(zhì)及礦石品級分布情況，確保“貧富兼采、合理配礦”的原則，最終確定“橫向推進(jìn)，縱向輔助”的開采方式。均衡采區(qū)高、低品級礦石出礦情況，避免不同品級礦石混爆開采，高效利用品級較高的礦石生產(chǎn)不銹鋼轉(zhuǎn)爐用 AOD、VOD 礦石。同時，通過優(yōu)化破碎與篩分工藝，為調(diào)整成品礦塊礦率及生產(chǎn)不同粒徑礦石提供便利條件。

2.3 資源綜合利用

2.3.1 井下巷道地下水回收利用

對 A 系統(tǒng)膠帶斜井平硐口內(nèi)的地下水回收利用時，考慮 A 系統(tǒng)膠帶運輸作業(yè)不利于施工，故對其內(nèi)部沉淀池采取防滲措施，并在斜井平硐口下游約 100 m 處新建一沉淀池，容積為 100 m3?；厥盏牡叵滤饕糜谛本巾峡趶?fù)墾區(qū)域綠化、硐室內(nèi)部降塵等。

2.3.2 廢石和低品位礦石開發(fā)利用

委托專業(yè)機構(gòu)對西溝礦廢石和低品位礦石進(jìn)行儲量核實，確定采區(qū)內(nèi)的廢石和低品位礦石儲量。將不同區(qū)域內(nèi)廢石和低品位礦石分別取樣，送至專業(yè)檢測機構(gòu)進(jìn)行理化分析，根據(jù)出具的檢驗報告，確定采區(qū)內(nèi)廢石和低品位礦石是否可用于建筑骨料、植生土種植和低品位水泥灰?guī)r再利用等行業(yè)，借此拓寬西溝礦產(chǎn)品的市場占有率，提高企業(yè)經(jīng)濟效益[6]。

2.4 節(jié)能減排

2.4.1 能源管理體系化運行

建立、實施并保持滿足 GB/T 23331 要求的能源管理體系，全員學(xué)習(xí)體系內(nèi)容、酒鋼集團(tuán)公司能源管理方針，以更好地促進(jìn)企業(yè)能源管理工作。成立以礦領(lǐng)導(dǎo)為組長的能源管理工作小組，對礦領(lǐng)導(dǎo)、科室、作業(yè)區(qū)等各級部門職責(zé)進(jìn)行了明確，負(fù)責(zé)企業(yè)的節(jié)能、環(huán)保、資源綜合利用的統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)工作。制定年度能源管理實施方案，制定能源目標(biāo)分解指標(biāo)，利用監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)注能源消耗數(shù)據(jù)，通過對日、周、月數(shù)據(jù)的監(jiān)測、分析與評價，加強對重點用能設(shè)備、設(shè)施或系統(tǒng)的能效監(jiān)測，有效促進(jìn)企業(yè)的各項節(jié)能工作的完成。

2.4.2 淘汰、更新落后設(shè)備設(shè)施

禁止采購高耗能、低效率的電動機等產(chǎn)品，對照工業(yè)和信息化部高耗能落后機電設(shè)備 (產(chǎn)品) 淘汰目錄，制定《高耗能設(shè)備淘汰計劃》，逐步淘汰高能耗電動機，保證設(shè)備運行符合能耗指標(biāo)。

2.4.3 推動低碳清潔的新能源使用

實施燃煤鍋爐改造項目，用 45 套空氣能熱泵機組代替 5 臺 2 t 燃煤鍋爐，對礦區(qū)建筑物進(jìn)行冬季供暖及洗浴用水供應(yīng)。采用空氣能熱泵后，無需動力煤，每年減排煙塵量 8.74 t，減排二氧化硫 2.05 t，減排氮氧化物 2.99 t。

2.4.4 固體廢棄物分類排放

西溝礦將固體廢棄物劃分為危險廢物、一般廢物和生活垃圾 3 類，實現(xiàn)分級處理。將工業(yè)垃圾處置分為兩部分：對廢鋼鐵、廢舊輪胎、廢舊膠帶等可回收利用的工業(yè)垃圾，全部回收后進(jìn)行外銷；對含油破布、塑料桶、木方等不可回收利用的工業(yè)垃圾，比照生活垃圾委托專業(yè)單位進(jìn)行合規(guī)處置。

2.5 科技創(chuàng)新與智能礦山

2.5.1 開拓運輸方式和工藝優(yōu)化

西溝礦于 2004 年進(jìn)行了第 1 次技術(shù)改造，淘汰了低效的索道系統(tǒng)，采用汽車—溜井—鐵路—膠帶聯(lián)合開拓方式，建成了當(dāng)時國內(nèi)下行運距最長 (11.7 km)、落差最大 (1.1 km) 的帶式輸送機系統(tǒng)，同時采用階段溜井運輸?shù)V石，克服了高差問題。2014 年進(jìn)行了第 2 次技術(shù)改造，采用了汽車—溜井—膠帶聯(lián)合開拓方式，同時采用高深溜井和井下破碎，實現(xiàn)了礦石破碎篩分及膠帶運行的連續(xù)生產(chǎn)。

2.5.2 溜井空高監(jiān)測

溜井安全運行是保證礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，空高監(jiān)測是溜井裝礦和放礦過程控制的基本依據(jù)，溜井的空高控制，是保證溜井安全的重要措施。溜井測深報警系統(tǒng)由雷達(dá)料位計、無線網(wǎng)橋傳輸模塊、PLC 等構(gòu)成。克服了溜井口徑小、深度大、粉塵濃度高等困難，建立了科學(xué)、安全的礦山溜井管理系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化處理，解決了深達(dá) 150 m 的溜井料位監(jiān)測難題。

2.5.3 溜井溜口堵礦遠(yuǎn)程處理

根據(jù)溜井底部結(jié)構(gòu)及積礦情況，在溜井底部安裝空氣炮，通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集控室操作人員遠(yuǎn)程操作空氣炮，及時疏通溜井堵礦，減少了生產(chǎn)系統(tǒng)停機時間，杜絕了作業(yè)人員現(xiàn)場處理的安全隱患。

2.5.4 電機車無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用

電機車無人駕駛平臺通過光纖和無線網(wǎng)將井上的控制室與井下電機車及控制設(shè)備相連，電機車無人駕駛系統(tǒng)、軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)井下多臺電機車自動或遙控運輸作業(yè)。

2.5.5 膠帶系統(tǒng)反饋發(fā)電

膠帶系統(tǒng)采用四象限回饋制動單元變頻控制技術(shù)，當(dāng)下行膠帶輸送礦石重力的分力大于帶式輸送機本身運行的摩擦力，電動機轉(zhuǎn)速超過其本身同步轉(zhuǎn)速時，電動機發(fā)電制動，以限制電動機轉(zhuǎn)速的持續(xù)升高，將礦石下山的勢能通過電動機轉(zhuǎn)化為電能反饋給礦山內(nèi)部電網(wǎng)。

2.5.6 膠帶系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測

采用振動溫度一體式傳感器實現(xiàn)對振動與溫度的同步采集，并通過采集站將數(shù)據(jù)整理上傳至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。采用多種信號、多種報警機制相結(jié)合的智能報警體系，確保設(shè)備報警信息的準(zhǔn)確性與及時性，實現(xiàn)所有設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)設(shè)備無人值守運行。

2.5.7 成品裝礦遠(yuǎn)程控制

當(dāng)汽車行駛到裝礦區(qū)域，集控室通過遠(yuǎn)程監(jiān)控分配下礦料倉，點擊相應(yīng)的倉位指示對汽車進(jìn)行調(diào)度。汽車司機根據(jù)現(xiàn)場的交通指示牌顯示?？吭谙鄳?yīng)的料倉下，遠(yuǎn)程放礦人員通過視頻監(jiān)控觀察車輛，并可通過語音對講指揮司機?？康轿?，控制室通過按鈕控制放礦料斗放礦。如果需要重新調(diào)整車輛位置，則啟動行車指示標(biāo)識，待現(xiàn)場調(diào)整完成后重新進(jìn)行放礦操作。

2.5.8 無人值守磅房的應(yīng)用

該磅房主要包括地磅稱重裝置、IC 卡讀寫裝置、視頻監(jiān)控裝置、控制信號采集處理控制柜 (外部設(shè)備)、紅外檢測裝置、語音對講與語音提示裝置，實現(xiàn)了車輛過磅自動化與智能化，正常情況下無需人工干預(yù)。

2.5.9 5G+電鏟、礦用卡車和牙輪鉆遠(yuǎn)程智能操控系統(tǒng)

2020 年以來，西溝礦攜手華為科技、中國移動等國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)，共同研發(fā)出全國首個“5G+露天穿孔采掘運輸設(shè)備遠(yuǎn)程智能系統(tǒng)”，采用先進(jìn)的 5G 網(wǎng)絡(luò)，利用其高帶寬、低時延、高可靠性特點，對穿孔、鏟裝、運輸設(shè)備進(jìn)行智能化改造，將智能調(diào)度和智能裝備相融合，實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制，穿孔設(shè)備自動布孔及作業(yè)，卡車自動駕駛，從而實現(xiàn)采場作業(yè)的無人化，將人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與采場生產(chǎn)相融合，將職工從惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中解放出來，從根本上避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

2.6 企業(yè)管理與企業(yè)形象

西溝礦圍繞礦地和諧共生的原則，堅持良好的生態(tài)環(huán)境就是民生的福祉，積極推進(jìn)礦山生態(tài)文明建設(shè)，實踐“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念。尊重當(dāng)?shù)孛褡屣L(fēng)俗，和周邊牧民和諧共處，為周邊牧民生活提供便利和必要的幫助，如牧民用水供水管線的更換與改造，出行道路的建設(shè)與維護(hù)，牧場重建與養(yǎng)護(hù)。積極參與社區(qū)公益活動，為受災(zāi)地區(qū)同胞捐助款物，走進(jìn)殘疾學(xué)生學(xué)校，進(jìn)入養(yǎng)老院進(jìn)行幫扶救助。

3 綠色智能礦山建設(shè)效益

3.1 社會效益

西溝礦智能礦山建設(shè)，一方面實現(xiàn)了采礦設(shè)計、生產(chǎn)計劃、智能調(diào)度、決策，以及膠帶運輸、破碎、篩分和成品輸出系統(tǒng)全流程無人化管理，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了礦山數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級。另一方面，將先進(jìn)的通信和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與礦山工程、采礦技術(shù)、管理理念、管理方式和管理手段緊密結(jié)合，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、質(zhì)量檢驗、輸出計量的精準(zhǔn)管理，減少了人為過程干預(yù)，實現(xiàn)了礦山全流程智能管控。西溝礦全新、高效、綠色、智能的礦山生產(chǎn)管理體系，是構(gòu)建信息采集全面、管控高度智能、信息安全可靠、經(jīng)濟高效、綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展新型礦山的必然要求，能夠從根本上提高生產(chǎn)組織效率。此外，西溝礦智能礦山建設(shè)從本質(zhì)上改善了礦山職工的安全生產(chǎn)作業(yè)條件，使職工遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，杜絕了安全生產(chǎn)隱患，降低了職工的勞動強度，保障了一線職工身體健康，提高了生產(chǎn)效率，降低了采礦成本，使礦山的開采布局更加科學(xué)合理，提升了企業(yè)的市場競爭力，達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場的本質(zhì)安全要求。

3.2 經(jīng)濟效益

西溝礦智能礦山建成后，通過自然減員、崗位人員優(yōu)化等措施，能夠減少崗位人員定額，提高勞動生產(chǎn)率，降低備品備件、能源損耗和礦石開采成本。人均勞動生產(chǎn)率由 2018 年的 6 231.05 t/(a·人) 提升至 2020 年的 8 305.78 t/(a·人)，勞動生產(chǎn)率提高了33.30%；單位礦石的工序能耗由 2018 年的 0.85 kgce/t減少至 2020 年的 0.73 kgce/t 降幅達(dá) 14.12%；單位礦石成本由 2018 年的 47.82 元/t，降至 2020 年的 40 元/t，降幅達(dá) 16.35%。

4 結(jié)語

西溝礦綠色智能礦山建設(shè)符合國家產(chǎn)業(yè)政策發(fā)展要求，摒棄了傳統(tǒng)礦山資源開采不注重人與自然和諧發(fā)展的理念，踐行了習(xí)總書記“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，既符合現(xiàn)代礦業(yè)資源開采的趨勢，也符合礦山企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的要求。伴隨著 5G+互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等新型自動化技術(shù)的發(fā)展，如何將其充分運用于礦山企業(yè)的“兩化融合”中顯得至關(guān)重要。在綠色智能礦山建設(shè)規(guī)劃的總體框架下，西溝礦科學(xué)、合理、分步、有效地推進(jìn)綠色智能礦山建設(shè)，積極踐行國有大型企業(yè)的社會擔(dān)當(dāng)和責(zé)任，為其他礦山企業(yè)實施綠色智能礦山建設(shè)作出積極示范。