安徽省多金屬礦山智能化采礦的研究與探索

研究與探索安徽省多金屬礦山智能化采礦，建議研究人員明確智能化采礦技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)，分析其對于礦山開采的促進作用，從礦山開采的實際需求出發(fā)，提升整體開采過程的智能化，進而提升開采效率，維護采礦過程的穩(wěn)定推進。

1 多金屬智能礦山概述

要實現(xiàn)多金屬礦山智能化采礦，必須構(gòu)建智能礦山系統(tǒng)，以信息化設(shè)備與技術(shù)為基礎(chǔ)，以自動化建設(shè)為手段，結(jié)合人工智能、智能傳感、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等先進技術(shù)，以信息化技術(shù)與設(shè)備來替代井下作業(yè)，改善并優(yōu)化井下作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境，提升作業(yè)效率，減少多金屬礦山開采過程中可能出現(xiàn)的人員與經(jīng)濟損失，構(gòu)建多維度、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析平臺，為礦山管理人員各個階段的開采計劃提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持口，并為其發(fā)展規(guī)劃布置提出合理性建議。

2 智能化采礦技術(shù)整體架構(gòu)

智能化采礦技術(shù)整體架構(gòu)包括應(yīng)用層、平臺支撐層、數(shù)據(jù)層、傳輸層、感知層。以下進行細(xì)致論述：

2.1 應(yīng)用層

應(yīng)用層又包括以下數(shù)項結(jié)構(gòu)組成：其一，展示端。展示端主要包括微信公眾號、門戶網(wǎng)站、PC應(yīng)用端、調(diào)度大屏、移動APP；其二，綜合決策大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。主要包括經(jīng)營大數(shù)據(jù)、生產(chǎn)大數(shù)據(jù)、安全大數(shù)據(jù)方面的決策分析；其三，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。主要包括機電管理、開采調(diào)度管理、安全管理、采掘生產(chǎn)管理、“一通三防”管理、地測信息管理。該層主要是讓管理人員能夠根據(jù)多金屬礦山的采礦規(guī)劃來進行對應(yīng)的控制。

趙鳳敏向記者表示，作為全國農(nóng)業(yè)機械行業(yè)科技工作者的平臺，學(xué)會方面將會借助專家智慧、發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢、聚合行業(yè)資源積極推進展會的各項組織工作。借助力邀海外相關(guān)學(xué)會、組織，動員國內(nèi)學(xué)會各地、各細(xì)分領(lǐng)域分支機構(gòu)的專家、學(xué)者以及一線工作者，到展會現(xiàn)場分享真知灼見，與業(yè)界同仁廣泛交流等舉措，將展會打造成為一個業(yè)界權(quán)威學(xué)術(shù)與行業(yè)解決方案的交流中樞。

礦用防爆柴油機無軌膠輪車作為煤礦業(yè)專用車型，與普通車輛有很大不同，其一它的防爆性能優(yōu)秀，其二它是以防爆系統(tǒng)為特色，各項設(shè)施的都具有防爆性，因此它的檢驗項目、檢驗設(shè)備均與檢測普通車輛有很大的區(qū)別。首先，在檢驗項目內(nèi)容上主要有稱重、尾氣含量、轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑量、制動性能等等，檢測這些項目的設(shè)備選擇十分重要。連接管路、閥門要有充足的備件，同時要完善保護措施。測量尾氣含量，或者是測量燈光時，應(yīng)首先考慮設(shè)備的便攜性，采用一些輕便的檢驗設(shè)備。此外，在制動力測量過程中，要根據(jù)實際情況，根據(jù)滾筒筒皮造成的磨損程度，選擇不同的方式去拆卸或者更換反力式制動滾筒。

2.2 平臺支撐層

平臺支撐層包括以下數(shù)項：其一，基礎(chǔ)技術(shù)支撐服務(wù)，包括搜索引擎、工作流引擎、報表服務(wù)、日志管理、GIS地理管理、開采流程管理、圖層合成、金屬分析；其二，數(shù)據(jù)管理支撐層，包括數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)查詢；其三，數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)，包括數(shù)據(jù)訂閱、數(shù)據(jù)派發(fā)、數(shù)據(jù)推送、即時通信；其四，應(yīng)用與分析支撐服務(wù)，包括數(shù)據(jù)融合、安全診斷、預(yù)測預(yù)報、信息發(fā)布

。

多金屬礦山智能化采礦建設(shè)中所用的各項接入性設(shè)備必須保證安全、可靠，數(shù)據(jù)真實，才可確保后續(xù)數(shù)據(jù)整個傳輸過程的穩(wěn)定性，亦能確保采礦智能化建設(shè)的穩(wěn)定推進。

(4)模型提出一種基于前景理論的TOPSIS排序算法對應(yīng)急方案進行優(yōu)劣排序。該排序方法相對于傳統(tǒng)TOPSIS方法能有效考慮專家風(fēng)險偏好；相對于傳統(tǒng)基于前景理論與TOPSIS的決策方法，其計算便捷，能有效挖掘決策信息。

2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層在統(tǒng)一坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、定義標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)之后，整合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、用戶管理庫、基礎(chǔ)信息庫、決策支持庫、時空數(shù)據(jù)庫等，構(gòu)建對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)收發(fā)平臺。

2.4 傳輸層

傳輸層主要組成單位包括：4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)環(huán)網(wǎng)、視頻專網(wǎng)。

2.5 感知層

感知層包括對膠帶提升與運輸、頂板、水文、人員、車輛的視頻監(jiān)控，對供排水、供電、通風(fēng)、壓風(fēng)、中央水泵房等的安全檢測，整體的監(jiān)測過程會實時傳輸?shù)綄?yīng)的分站并進行系統(tǒng)化管理。

3 多金屬礦山智能化采礦建設(shè)實踐

3.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)搭建

主運輸智能化建設(shè)的核心目的在于實現(xiàn)帶式輸送機供配電、振動在線監(jiān)測、帶式輸送機滾筒溫度、采掘機集控、帶式輸送機集控功能，并以此為導(dǎo)向來開發(fā)井下巡視工作監(jiān)控系統(tǒng)、地面集控室監(jiān)測系統(tǒng)、帶式輸送機手持式智能監(jiān)控軟件。帶式輸送機以視頻自適應(yīng)調(diào)速，可降低空轉(zhuǎn)率。以下以1700m帶式輸送機來進行舉例分析?？刂普{(diào)速范圍在2.7m/s與4.0m/s之間，每日可節(jié)省500kW·h電量。而就一些關(guān)鍵帶式輸送機來說，借助智能巡檢機器人技術(shù)，對帶式輸送機金屬堆積、異物、跑偏等問題加以檢測，可將紅外熱成像儀（如下圖2所示）裝設(shè)在巡檢機器人上，在線監(jiān)測托輥、滾筒、減速機、帶式輸送機電動機等的溫度，在某項設(shè)備出現(xiàn)發(fā)熱故障時，進行及時發(fā)現(xiàn)與及時解決，維護帶式輸送機的長久運行。

3.2 采礦工作面智能化建設(shè)

采礦工作面智能化建設(shè)主要涉及到兩方面內(nèi)容：工作面智能化建設(shè)、工作面巷道集控中心智能化建設(shè)。其中前者主要是集控室軟硬件建設(shè)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)搭建，進行采礦機、移動變電站、組合開關(guān)、泵站、液壓支架、破碎機、轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機集控，并對金屬運輸、切割金屬刀數(shù)、采礦機位置、礦壓等數(shù)據(jù)展開多維度、跨系統(tǒng)分析；后者建設(shè)的目的是實現(xiàn)采礦機、自動金屬礦體切割機（如下圖1所示），液壓支架自動化跟機能夠直接識別與定位采煤機位置，而觸發(fā)液壓支架跟機程序，主要用于伸收護幫板、推溜、自動拉架。采礦機自主切割金屬是以人工智能技術(shù)的預(yù)測算法為基礎(chǔ)，借助裝設(shè)在采礦機之上的操作系統(tǒng)切割金屬工藝、俯仰搖擺傳感器、采高傳感器、位置傳感器完成邏輯控制，實現(xiàn)采礦機的自主采礦。

3.3 掘進智能化建設(shè)

掘進智能化建設(shè)主要針對的是掘進工作面供風(fēng)、供電、運輸系統(tǒng)集控，實現(xiàn)掘進工作面連采機自動化生產(chǎn)，梭車與破碎機進行自動化聯(lián)動，錨桿機完成自動化支護。以某礦山為例，其包括8個工作面，供風(fēng)、供電、運輸系統(tǒng)皆得以集控化，極大緩解了掘進過程中運輸系統(tǒng)的壓力，取消了多個固定崗位，并根據(jù)智能化采礦技術(shù)得到的信息統(tǒng)計制定了各項設(shè)備的開機率報表，為技術(shù)人員、管理人員的各項操作提供了系統(tǒng)性的指導(dǎo)。掘進工作面智能化建設(shè)，讓連采機以負(fù)載敏感、慣導(dǎo)、5G傳輸網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)了梭車與破碎機聯(lián)動啟停、自主切割金屬功能、遠(yuǎn)程控制功能；其后再選擇引入兩臂自動錨桿機，能進行金屬的自動錨固、自動打鉆、自動定位功能，如此可讓支護單根錨桿時間縮短，支護效率提升

。

3.4 主運輸智能化建設(shè)

依據(jù)礦山的整體結(jié)構(gòu)布置以及各個階段的采礦需求構(gòu)建井上－井下生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)，確保數(shù)據(jù)安全、可靠傳輸。從以下數(shù)個方面著手：其一，在井下中央變電所、加壓泵房等核心位置裝設(shè)萬兆環(huán)網(wǎng)交換機，構(gòu)建環(huán)形結(jié)構(gòu)，在中央變電所至地面布置2趟光纜，構(gòu)建井上－井下生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)；其二，在采掘平面、運輸巷、帶式輸送機機頭、井下變電所皆布置型號一樣的5G綜合分站，構(gòu)建“一網(wǎng)一站”開采管理系統(tǒng)；其三，要求5G綜合分站能夠集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、語音廣播、語音IP電話、人員定位、車輛定位、無線通信等各項性能于一體，并實現(xiàn)廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)“三網(wǎng)融合”，構(gòu)成具備語音通信即時溝通功能、運行數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測、視頻圖像實時監(jiān)控的綜合信息化網(wǎng)絡(luò)管理平臺；其四，在礦山開采面裝設(shè)5G通信系統(tǒng)，主要包括微型射頻拉遠(yuǎn)單元、遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)匯聚單元、基帶控制單元、IP RAN（包括無線電接入網(wǎng)、Radio Access Network）、地面核心網(wǎng)，主要用于為多金屬礦山開采提供大帶寬、低延時傳輸網(wǎng)絡(luò)

。

本實驗采用力竭離心運動模型，利用mATPase 酶染色檢測骨骼肌中快、慢肌纖維百分比。結(jié)果顯示，與對照組比較,力竭運動組(E0、E24、E48組)I型肌纖維相同視角下百分比明顯降低，而Ⅱ型肌纖維相同視角下百分比明顯增加。

3.5 供電智能化建設(shè)

智能開采技術(shù)，指的是在傳統(tǒng)開采技術(shù)的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，比如深礦井開采技術(shù)、溶浸采礦技術(shù)等，抑或者是配合勘測技術(shù)、智能化通信技術(shù)，基于礦產(chǎn)智能勘察技術(shù)、數(shù)據(jù)高速傳輸技術(shù)，實現(xiàn)對多金屬礦山的精確開采，避免在無效區(qū)域投入資金資源，讓每一次的開采作業(yè)都可命中關(guān)鍵。

3.6 供排水智能化建設(shè)

實現(xiàn)礦山區(qū)域智能供排水建設(shè)，仍舊可引入智能巡檢機器人，完善儀器儀表自主識別、自主巡視、紅外熱成像等功能；在零星排水點裝設(shè)臺數(shù)適宜的水泵并完成集控，并計劃在2天內(nèi)完成自動均衡排水、管路沿線流量、壓力監(jiān)測。如某礦山在建成之后通過采空區(qū)矸石、采空區(qū)空間儲水對礦山所用水進行了過濾凈化，具備較高的節(jié)能、環(huán)保性，并通過構(gòu)建智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，時刻監(jiān)測礦井水流向，保證其不外排，以此來達到保護地下水資源的目的。

3.7 輔助運輸智能化建設(shè)

在礦山輔助運輸車輛上裝設(shè)攝像機、雷達等裝備，使其能夠第一時間感知周邊存在的障礙物、車、人，并在司機誤操作或者難以操作制動踏板時，主動制動、減速、告警，保證車輛與井下作業(yè)人員的安全；實現(xiàn)對作業(yè)車輛駕駛員的疲勞監(jiān)測，監(jiān)視其駕駛行為，在其出現(xiàn)危險駕駛時，及時告警；對運行車輛智能限速，杜絕超速駕駛

。

4 多金屬礦山智能化采礦建設(shè)關(guān)鍵點

4.1 需進行網(wǎng)絡(luò)通道拓寬

礦山企業(yè)在采礦方面具備較為豐富的核心力量，但是在信息化方面一般缺乏相應(yīng)的專業(yè)人才，而要實現(xiàn)智能化建設(shè)，除了本專業(yè)的人才之外，還要求配備數(shù)據(jù)分析工程師、軟件工程師、網(wǎng)絡(luò)工程師等，并實現(xiàn)這些專業(yè)人士的融合協(xié)調(diào)發(fā)展，才可在相互配合之下完成智能化采礦建設(shè)。

4.2 進行各個子系統(tǒng)接口統(tǒng)一

當(dāng)前階段的礦山開采設(shè)備數(shù)據(jù)接口包括以太網(wǎng)、CAN、RS485等多種類型，以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)傳輸安全穩(wěn)定、比如容易接入、數(shù)據(jù)采集方便，故而，可統(tǒng)一所有設(shè)備應(yīng)用該種接口，能夠起到最好的效果。

4.3 關(guān)聯(lián)設(shè)備可靠安全

韓建峰告訴記者，過去很多目標(biāo)比較模糊，如對教學(xué)沒有太多目標(biāo)，因為缺乏統(tǒng)一的考評機制?，F(xiàn)在醫(yī)院要求教學(xué)也要有具體的目標(biāo)，包括年度教學(xué)任務(wù)完成情況、精品教材申報情況、國家級或省級教學(xué)名師申報情況、各類型教學(xué)比賽獲獎情況等。醫(yī)院定出整體教學(xué)目標(biāo)后，各科室根據(jù)不同教學(xué)量、教學(xué)任務(wù)制定目標(biāo)。

4.4 人才齊備

當(dāng)前階段礦山采礦設(shè)備所用的5G網(wǎng)絡(luò)上行、下行通信速率分別為40Mbit/s、100Mbit/s，雖然足夠數(shù)據(jù)傳輸使用，但是在視頻傳輸時卻會略顯卡頓，針對該種情況，需盡快完成井下5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可讓上行、下行通信速率達到300Mbit/s、2000Mbit/s，快速地進行數(shù)據(jù)、圖像、視頻傳輸，更易對采礦過程進行智能化控制與管理。

5 多金屬礦山智能化采礦關(guān)鍵技術(shù)

5.1 智能化開采技術(shù)

很多礦山設(shè)置的變電所已經(jīng)實現(xiàn)了整體供電過程的無人值守，主要是通過智能巡檢機器人來實現(xiàn)對整個礦山開采區(qū)域的智能巡檢，可通過預(yù)設(shè)巡檢軌道，定時安排巡檢機器人按照固定的路線，巡視各個變電所高壓柜的周邊環(huán)境與運行狀態(tài)，以此來解決以往固定視頻監(jiān)控可能存在的死角問題，并聯(lián)動自動化系統(tǒng)，在某臺高壓柜出現(xiàn)不正常運行或者是故障時，巡檢機器人會直接移動到該位置并對其加以全面的檢查；可對高壓柜合閘操作系統(tǒng)設(shè)置人臉識別，替代傳統(tǒng)形式的工作票制度，提升故障檢修效率，精簡檢修流程；可在高壓柜處裝設(shè)高清攝像頭，與多金屬礦山智能化采礦關(guān)聯(lián)，如此可在操作人員因誤操作而出現(xiàn)事故后，對其及時追責(zé)；在巡檢機器監(jiān)測到環(huán)境氣體出現(xiàn)超限時，會及時進行告警處理，并將供電電源切斷。

皮膚瘙癢若遷延不愈，會影響老人情緒，造成失眠，甚至讓人變得暴躁、焦慮。現(xiàn)在，看完這篇文章，您就可以底氣十足地說一聲了：這樣的老有所“癢”，我不要！

擴散焊是指在一定溫度和壓力下，被焊的兩個工件原子之間的電子相互作用并相互遷移，形成相應(yīng)的共價鍵、離子鍵或金屬鍵，最終形成較為牢固的焊接接頭的過程.擴散焊具有焊接質(zhì)量好、零件變形小、可焊接大面積接頭等優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于同種或異種金屬之間的焊接，如Al/Al，Al/Mg，Ti/鋼等[6-8].

5.2 移動設(shè)備人員接近探測技術(shù)

在掘進工作中裝設(shè)可覆蓋周邊360°區(qū)域的全景影像輔助識別設(shè)備，如此能夠在采掘設(shè)備作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)周邊在移動的人員并迅速告警并提示駕駛?cè)藛T及時停止設(shè)備操作，避免誤傷其他人員，從而保證整個施工過程的連續(xù)性、穩(wěn)定性

。

5.3 無線傳感技術(shù)

礦山智能化開采建設(shè)時所用的無線傳感技術(shù)包括設(shè)備無線振動、溫度等狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)以及工作面環(huán)境變化的無線監(jiān)測技術(shù)等，該項技術(shù)的實施能夠在一定程度上減少井下作業(yè)人員的工作量，提升各項數(shù)據(jù)搜集的準(zhǔn)確性，并依據(jù)后期的數(shù)據(jù)處理與分析來保障整個作業(yè)過程的安全性。

5.4 智能油脂潤滑、加油技術(shù)

根據(jù)油質(zhì)、油壓、油位在各個階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，完成自動注油、加油，如此可避免礦山開采主設(shè)備與輔助設(shè)備加油不及時，并降低相應(yīng)管理人員的勞動強度，使其有更多的時間與精力來投入到其他更加重要的事務(wù)中

。

5.5 井口智能安檢技術(shù)

通過安裝安檢系統(tǒng)來監(jiān)測進入礦山開采現(xiàn)場的人員與運輸車輛，針對內(nèi)部并持有出入證的車輛及時識別，其他車輛需提前登記申請方可入內(nèi)，以此來確保礦山開采不會受到其他外部因素的過多干擾。

5.6 梭車無人駕駛技術(shù)

在梭車上裝設(shè)激光雷達，并以先進算法為基礎(chǔ)，進行路徑規(guī)劃、自主建圖、自主定位；同時，中央控制器可持續(xù)不斷的收集人體感應(yīng)傳感器、金屬傳感器、速度傳感器、角度傳感器數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理之后發(fā)送指令向執(zhí)行系統(tǒng)，讓梭車能夠完成后續(xù)的自動運行。

6 結(jié)語

綜述，文章就安徽省多金屬礦山智能化采礦的研究與探索展開了綜合論述，明確了其重要性與必要性，建議給予其足夠的重視，探究各項智能化技術(shù)在多金屬采礦過程中的應(yīng)用，發(fā)揮出其更大的價值與效用，維護礦山企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

[1] 葉建亭,劉權(quán).地下金屬礦山開采中連續(xù)開采關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用[J].華東科技：綜合,2018，(3):1.

[2] 李豪,孫靈波,楊琳.地下金屬礦山智能化開采綜合技術(shù)研究[J].裝備維修技術(shù),2021，(29):1.

[3] 姚永超.地下礦山大規(guī)模高效智能采礦技術(shù)裝備應(yīng)用與發(fā)展[J].礦業(yè)裝備,2018，(4):4.

[4] 連民杰,周文略.金屬礦山智能化建設(shè)現(xiàn)狀與管理創(chuàng)新研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2019,(7):6.

[5] 程力,劉煥新,朱明德等.金屬礦山地下采空區(qū)問題研究現(xiàn)狀與展望[J].黃金科學(xué)技術(shù),2020,(1):12.

[6] 吳樹棟.中國有色金屬學(xué)會礦山信息化智能化專業(yè)委員會第二屆代表大會在洛陽召開[J].中國有色金屬,2019，(17):1.