銅坑礦智慧礦山建設

謝振學

【摘要】銅坑礦智慧礦山建設主要結合銅坑礦區(qū)的資源開采特點和智慧礦山的發(fā)展需求，從礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、安全與監(jiān)控的智慧化和保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡化等入手，構建礦山的技術、生產(chǎn)、職業(yè)健康、安全和監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)礦山無縫感知、智慧調(diào)控和融合預警。

【關鍵詞】智慧礦山；自動化；信息化；污染防治

1、引言

目前，礦山采礦技術，經(jīng)歷了原始階段--機械化階段—數(shù)字化階段，正在向智慧化方向邁進。智慧化是礦山技術發(fā)展的最高形式，只有實現(xiàn)了智慧化、實現(xiàn)了危險場所的無人值守，才能極大地提高生產(chǎn)效率和安全水平，并從根本上實現(xiàn)本質(zhì)安全礦山、幸福礦山、和諧礦山的目標。

2、銅坑礦智慧礦山的概況

針對銅坑礦區(qū)的資源開采特點和智慧礦山的發(fā)展需求，從礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、安全與監(jiān)控的智慧化和保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡化等入手，構建礦山的技術、生產(chǎn)、職業(yè)健康、安全和監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)礦山無縫感知、智慧調(diào)控和融合預警，主要開展：銅坑鋅多金屬薄礦體機械化高效開采及安全智慧化調(diào)度系統(tǒng)、崩落轉充填礦山工藝系統(tǒng)智能化升級改造工程、通風系統(tǒng)變頻節(jié)能及數(shù)字控制改造工程、井下排水系統(tǒng)自動化控制升級工程、運輸提升系統(tǒng)可視化與自動化控制改造、多災源礦區(qū)安全六大系統(tǒng)及災難預警系統(tǒng)構建。

3、主要技術改造路線

3.1緩傾斜薄礦體集中化高效開采技術路線

集成創(chuàng)新適合該類資源開發(fā)利用的采礦生產(chǎn)工藝，突破傳統(tǒng)采礦方法的技術瓶頸；引進高度適合的低矮式鑿巖臺車和出礦裝備，實現(xiàn)低矮式采掘設備的高效使用；采用數(shù)值模擬方法指導采礦活動，多方法的綜合集成與系統(tǒng)優(yōu)化，創(chuàng)新薄礦體地下開采技術新工藝，解決緩傾斜薄礦體集中化高效開采技術難題；應用規(guī)?；_采的安全控制技術，提高大型緩傾斜薄礦體機械化作業(yè)程度，實現(xiàn)集中化、規(guī)?；咝a(chǎn)，為銅坑礦鋅銅礦體100萬噸/年采選生產(chǎn)規(guī)模提供采礦技術支撐和安全保障措施。

3.2充填系統(tǒng)技術路線

在銅坑礦原有充填系統(tǒng)的基礎上進行升級改造和系統(tǒng)重建，基于充填系統(tǒng)工程、膏體制備自動化控制技術理論、流體力學、散體動力學理論，運用數(shù)值模擬技術、物流仿真和力學理論研究等分析方法，重點建設銅坑礦全尾砂結構流充填工藝系統(tǒng)，從力學優(yōu)化實現(xiàn)充填材料不同配置與廢石的復合充填，提高礦山的結構穩(wěn)定性和降低充填成本，優(yōu)化井下復合充填網(wǎng)絡和管路的工程布置，實現(xiàn)廢石散體和尾砂膏體膠結封存的復合充填新工藝，實現(xiàn)充填接頂有效解決礦山開采過程中采動壓力控制，創(chuàng)建“尾礦不建庫，廢石不外排”的資源高效回收與環(huán)境保護協(xié)同礦業(yè)發(fā)展新模式。

3.3多災源重疊難采礦體開采技術路線

在貧錫多金屬礦體及多災源重疊難采礦體開采現(xiàn)狀調(diào)查的基礎上，采用理論研究、實驗研究、工業(yè)試驗、數(shù)值模擬等技術方法，在重疊難采礦體中進行開采空間結構的重構，集成自鉆錨桿與松散破碎巖體結構注漿加固聯(lián)合技術，開發(fā)自鉆式注漿錨桿的快速加固技術和錨索加固技術等，實現(xiàn)松散破碎開采環(huán)境的地質(zhì)體結構重構，建立再構結構體的采礦動力響應監(jiān)測系統(tǒng)，保障礦山開采環(huán)境的地質(zhì)結構體穩(wěn)定，從散體動力學的理論推導、放礦橢球體理論分析和顆粒流數(shù)值與物理模型試驗模擬入手，構建銅坑礦礦石散體運動模型，優(yōu)化出礦底部結構和工藝參數(shù)，建立覆蓋層下的高效放礦和機械出礦強采強出開采模式，開展松散礦段的誘導崩落采礦工藝和局部采礦系統(tǒng)優(yōu)化研究，實現(xiàn)大范圍松散破碎殘礦資源開采空間再造集成與誘導崩落高效回采工程建設。在此礦體數(shù)字模型的基礎上，優(yōu)化和完善92號礦體的通風、運輸和卸礦系統(tǒng)，高壓供電系統(tǒng)，索道裝礦自動化和生產(chǎn)信息化指揮系統(tǒng)，為貧錫多金屬礦體及多災源難采礦體的開采提供良好環(huán)境和可靠的技術支撐，多災源殘礦資源高效安全開采技術達到國際先進水平。

3.4礦山安全六大系統(tǒng)升級改造及其與災難預警系統(tǒng)的融合

①人員定位系統(tǒng)應用現(xiàn)代級聯(lián)式光纖總線收發(fā)技術，利用無線WiFi通訊技術對所有經(jīng)過無線基站覆蓋區(qū)域的作業(yè)人員和移動設備的定位卡信息、位置和路徑進行動態(tài)實時監(jiān)控，同時通過安裝在監(jiān)控中心的計算機圖形服務軟件，直觀形象地顯示在調(diào)度中心的監(jiān)控屏幕上。當意外事故發(fā)生時，救援人員可以根據(jù)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，及時掌握事故地點的人員和設備信息，并及時采取相應的救援措施，提高應急救援工作的效率。

②通信聯(lián)絡系統(tǒng)包含井下手機語音對講和井下IP固話通訊，能在無線基站覆蓋范圍內(nèi)實現(xiàn)手機與手機之間、手機與IP固話之間互通電話。在地表監(jiān)控中心安裝智能型通信聯(lián)絡網(wǎng)關后，實現(xiàn)井下手機、IP固話直接接入地表程控電話網(wǎng)絡。

③監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)包含地壓監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測以及井下大型設備相關數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控等，通過井下網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)信息及時準確的傳輸給相應服務器并經(jīng)綜合處理后，供監(jiān)控人員以各種方式查詢和統(tǒng)計。在井下礦井某個區(qū)域出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時，監(jiān)控系統(tǒng)能以聲光報警等各種形式提醒現(xiàn)場作業(yè)人員及時撤離和地表監(jiān)控人員及時進行應急處理。

④緊急避險系統(tǒng)根據(jù)銅坑礦的實際情況采用永久性硐室，硐室布置在305水平并通過斜井連到355水平，將硐室內(nèi)部分為緩沖區(qū)、避難區(qū)和應急區(qū)，為了保證避難硐室內(nèi)人員的生存和設備的正常運行，共設置了8個子系統(tǒng)，分別是防火系統(tǒng)、密閉緩沖系統(tǒng)、氣幕隔絕系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)及附屬系統(tǒng)。通過與礦井原有壓風、供電和信息處理等系統(tǒng)的有效對接，構建與礦井生產(chǎn)環(huán)境相適應的安全防護體系。

⑤壓風自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)，主要是利用原有的供水、供水系統(tǒng)，在各中段水平作業(yè)區(qū)附近安裝相應施救設施。與人員定位、通信聯(lián)絡、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)有效對接。

3.5環(huán)境治理技術路線

環(huán)境污染防治技術理論為指導，研究礦山開發(fā)產(chǎn)生的廢氣、廢水、固體廢物、噪聲等對環(huán)境所造成的污染，提高三廢的治理水。集成開發(fā)塌陷坑覆蓋與化學中和以及尾砂膏體堆存的綜合治理與環(huán)境修復技術，為后期環(huán)境生態(tài)修復提供基礎保障；基于重金屬離子的物理化學理論、重金屬作用機理與治理、水資源配置、系統(tǒng)工程等理論基礎，以礦井廢水為研究對象，運用復合的深度處理重金屬離子吸附與鈍化技術，采用強化混凝+活性碳吸附+離子交換工藝技術，達到地表Ⅲ類水排放標準；以治理后的礦坑水資源化配置為目標，在結合地表雨水綜合阻控與治理的基礎上，實施礦山的水資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)礦山水資源的內(nèi)循環(huán)利用，水循環(huán)利用達98%；以地質(zhì)災害防治理論為指導，建立集成災害控制關鍵技術體，重點建設2號豎井后山山體防滑坡監(jiān)控體系建設，礦區(qū)建筑物群下多層礦體開采地表沉降規(guī)律研究與控制工程，實現(xiàn)規(guī)?；咝ч_采與采動衍生災害防控治理協(xié)同。

4、風險控制

智慧礦山建設涉及面廣，專業(yè)性強，其科技含量、復雜性、不確定性、技術壽命周期性是一般項目無法比擬的，其內(nèi)外部制約因素相互影響、相互作用、錯綜復雜，所面臨的潛在風險很多，充分的預先研究對降低技術風險具有重要的意義。

5、結束語

通過智慧礦山的建設，實現(xiàn)礦區(qū)各子系統(tǒng)的一體化安全防控監(jiān)測，提升礦區(qū)安全生產(chǎn)管理水平。實施尾砂和廢石的井下充填，減少礦山的廢石堆場和尾礦庫的環(huán)境破壞，實現(xiàn)采場采動次生應力的轉移，保障礦山開采的安全?？梢?guī)避多災源礦山重大事故的發(fā)生，確保礦井和井下人員安全，延長礦山壽命；應用先進實用的智能化技術裝備，實現(xiàn)大幅度節(jié)能；對礦山生產(chǎn)中重金屬廢水、廢尾砂、采掘廢石等污染源采用先進的技術工藝進行處置并實現(xiàn)智能化監(jiān)控，可實現(xiàn)礦山達標排放或減排或無廢外排，促進多災源礦區(qū)實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)目標。

參考文獻

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