數(shù)字化礦山建設(shè)中精細(xì)化采礦技術(shù)研究

李 健

(貴州省黔西市應(yīng)急管理局，貴州 黔西 551500)

0 引 言

現(xiàn)階段我國礦山建設(shè)存在的普遍問題是精細(xì)化采礦技術(shù)應(yīng)用水平不一致的問題，如果礦山資源量大且經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益較好的話則精細(xì)化采礦技術(shù)的應(yīng)用水平較高，礦山建設(shè)速度較快，且呈現(xiàn)信息性、科學(xué)性和系統(tǒng)性等特點(diǎn)，礦山規(guī)模不斷擴(kuò)大，而規(guī)模較小且礦山資源量較小的礦山在技術(shù)應(yīng)用上受到一定限制，受資金投入力度不足的影響，礦山數(shù)字化建設(shè)水平通常達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。礦山規(guī)模和資源量的巨大差異是精細(xì)化采礦技術(shù)應(yīng)用的主要影響因素，為減少相關(guān)因素對該技術(shù)應(yīng)用效果的影響需要進(jìn)一步探索，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山建設(shè)收益的最大化，促進(jìn)我國礦山事業(yè)的健康發(fā)展。

1 現(xiàn)階段我國數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字化礦山建設(shè)是國家發(fā)展的必然趨勢，也是礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型與升級的必然要求，隨著科學(xué)技術(shù)在礦山建設(shè)中的應(yīng)用，我國數(shù)字化礦山建設(shè)工作的發(fā)展現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 成立領(lǐng)導(dǎo)小組，更新管理模式

目前我國多數(shù)礦山企業(yè)相應(yīng)地改變了自身的管理模式，在數(shù)字化礦山建設(shè)過程中順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，管理模式有所創(chuàng)新，多數(shù)企業(yè)成立專業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)小組，健全相應(yīng)的管理部門，加大資金的投入力度，將安全生產(chǎn)作為重點(diǎn)工作內(nèi)容之一，提高了采礦工作的安全性。同時(shí)，引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，例如千兆工業(yè)以太網(wǎng)，完善信息傳輸管理體系，建立信息調(diào)度中心，配備專業(yè)的硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)，以保證儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的完整性與真實(shí)性，其中信息管理軟件應(yīng)用較為廣泛的是三維可視化軟件。此外，充分發(fā)揮傳感器在安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要作用，完成了礦山建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)字化。

1.2 建立數(shù)字化礦山平臺

安全生產(chǎn)一直是礦山產(chǎn)業(yè)中人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題，而數(shù)字化礦山平臺的建設(shè)大大降低了安全事故的發(fā)生頻率，為一線工人提供了安全的工作環(huán)境。數(shù)字化礦山平臺的應(yīng)用將分散的安全管理工作集中化，并逐漸向信息化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對一線采礦工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)，還可以通過軟件系統(tǒng)對相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)局部的遠(yuǎn)程控制。目前資源量多的礦山企業(yè)還能很好的運(yùn)用礦井三維模擬技術(shù)，這為礦山安全建設(shè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.3 數(shù)字化礦山平臺的實(shí)質(zhì)性作用發(fā)揮

雖然大部分礦山企業(yè)建立了數(shù)字化礦山平臺，但受各種因素的影響往往導(dǎo)致該平臺的應(yīng)用程度不高，使得數(shù)字化礦山建設(shè)受到了嚴(yán)重的阻礙。首先，礦山企業(yè)的調(diào)度工作人員對數(shù)字化礦山平臺的應(yīng)用不夠重視，在日常工作過程中不會(huì)密切的關(guān)注平臺所顯示的信息，而是由工程師站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這就大大降低了工作效率，同時(shí)還不利于信息傳遞的有效性和完整性。其次，工程師站工作量較大，所有單個(gè)工作環(huán)節(jié)的遠(yuǎn)程監(jiān)控都是由工程師站來完成的，但在管理的過程中往往沒有嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定控制相關(guān)流程，工作流程沒有達(dá)到最優(yōu)化，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。最后，沒有充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)在礦山生產(chǎn)過程中的重要作用，大部分礦山企業(yè)在應(yīng)用數(shù)字化礦山平臺的過程中沒有深入挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)，而簡單的數(shù)據(jù)分析則不利于精細(xì)化采礦技術(shù)的廣泛應(yīng)用。此外，對地質(zhì)災(zāi)害和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測等方面的工作研究還不到位，缺少報(bào)警聯(lián)動(dòng)的設(shè)置，從而使得礦山工作面對自然災(zāi)害的防御能力不高，同時(shí)還缺少節(jié)能降耗相關(guān)工作的研究和深入，與國家可持續(xù)發(fā)展總戰(zhàn)略相悖，不利于礦山事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 數(shù)字化礦山建設(shè)中存在的問題

2.1 對數(shù)字化礦山平臺重視程度不高

現(xiàn)階段我國部分礦山企業(yè)的管理人員和領(lǐng)導(dǎo)還沒有意識到數(shù)字化礦山平臺對于礦山建設(shè)的重要意義，即使裝備了平臺也無法將平臺應(yīng)用到實(shí)際工作當(dāng)中，而部分礦山企業(yè)雖然意識到了該平臺的重要性，但沒有對相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍和工作人員的職責(zé)進(jìn)行明確的劃分。與此同時(shí)，由于該系統(tǒng)所涉及到的業(yè)務(wù)范圍比較廣泛，龐大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)導(dǎo)致數(shù)字化礦山平臺無法真正的應(yīng)用到礦山生產(chǎn)工作當(dāng)中，使得工作人員仍然采用傳統(tǒng)的工作模式，使用原有單機(jī)監(jiān)控平臺對采礦工作和生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理。

2.2 傳感器智能化程度不高

采礦工作一般在井下開展，主要通過傳感器實(shí)現(xiàn)與地面的溝通，但目前我國部分礦山企業(yè)還不具備智能化的傳感器設(shè)備，傳感器性能不高導(dǎo)致井下作業(yè)的抗干擾功能較差，出現(xiàn)信息傳遞錯(cuò)誤等問題。同時(shí)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用程度不高也是現(xiàn)階段礦山建設(shè)中存在的主要問題，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通常運(yùn)用于日常實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，而受保護(hù)裝置不完善等因素的影響導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)不能廣泛的應(yīng)用到井下工作當(dāng)中，為保證工作環(huán)境的安全仍然需要人工值守，降低了工作效率。

2.3 精細(xì)化管理不夠深入

礦山建設(shè)中精細(xì)化管理主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的處理等方面，但大多數(shù)礦山企業(yè)都注重相關(guān)數(shù)據(jù)的集成與展示，并沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用，也沒有將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于精細(xì)化管理工作當(dāng)中，在采礦工作中缺乏深入的研究，礦山管理業(yè)務(wù)比較狹窄，缺乏數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，阻礙了管理工作信息化和規(guī)范化的發(fā)展，同時(shí)也無法為礦山企業(yè)的管理者提供有效的決策支持，弱化了數(shù)字化礦山平臺的作用。此外，雖然在安全工作管理中實(shí)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)的集成管理，但仍然需要人工查找相關(guān)信息，相關(guān)數(shù)據(jù)過于分散導(dǎo)致浪費(fèi)大量的人力和財(cái)力，對礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。在礦山建設(shè)過程中需要完整的安全預(yù)警體系來保證作業(yè)的安全性，需要完整性和全面性的數(shù)據(jù)來支撐該體系的運(yùn)作，但目前大多數(shù)礦山企業(yè)只配備了部分子系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備，多數(shù)數(shù)據(jù)還需要人工手動(dòng)來錄入，不僅增加了相關(guān)工作人員工作量，影響了工作效率，受人為因素的影響還不能確保數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性，使得安全預(yù)警系統(tǒng)預(yù)測出現(xiàn)偏差，偏離了實(shí)際情況，而部分?jǐn)?shù)據(jù)需要在井下采集，無法確保人本安全。

3 數(shù)字化礦山建設(shè)中精細(xì)化采礦技術(shù)研究

精細(xì)化采礦技術(shù)在數(shù)字化礦山建設(shè)中的應(yīng)用一方面提高了礦石的回收率，有利于降低貧化率，提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，符合國家可持續(xù)發(fā)展總戰(zhàn)略，促進(jìn)我國礦山產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，另一方面促進(jìn)了數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展，促進(jìn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級，保證經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)增長，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，基于此筆者從以下幾個(gè)方面該精細(xì)化采礦技術(shù)的具體應(yīng)用展開分析。

3.1 精細(xì)化技術(shù)的應(yīng)用條件

精細(xì)化技術(shù)的應(yīng)用條件主要為采礦設(shè)計(jì)模型，而支持該模型的技術(shù)則包括地質(zhì)技術(shù)、采空區(qū)掃描實(shí)體技術(shù)與實(shí)測巷道技術(shù)，為采礦設(shè)計(jì)模型提供完整的數(shù)據(jù)，根據(jù)所提供的信息該模型可以展示任意井下平面圖，為決策者提供了科學(xué)的依據(jù)，有助于優(yōu)化井下工程設(shè)計(jì)工作，同時(shí)還具備方便高效等優(yōu)勢好。精細(xì)化采礦設(shè)計(jì)模型的應(yīng)用大大提高了礦山產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在一定程度上優(yōu)化了礦山企業(yè)的采礦技術(shù)指標(biāo)，降低了工程成本和采切比，減少了資金的大量投入，提升利潤空間和資源利用率。除了上述技術(shù)的支持還需要相應(yīng)的硬件設(shè)備來完整軟件系統(tǒng)的指令，對此礦山企業(yè)要引入先進(jìn)的采礦設(shè)備，例如澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管、空區(qū)掃描儀和反井鉆機(jī)等等，為精細(xì)化采礦提供現(xiàn)代化設(shè)備，提高采礦效率和井下作業(yè)的安全性。

3.2 精細(xì)化采礦的實(shí)施

目前精細(xì)化采礦應(yīng)用較為廣泛的采礦方式為充填法采礦技術(shù)，該采礦方式的采礦過程主要分為2個(gè)步驟：①開采礦房，開采礦房之前要綜合分析地質(zhì)條件、自然災(zāi)害發(fā)生情況、氣候條件、資源量等內(nèi)容，并借助實(shí)測巷道建模技術(shù)來作為采礦方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，構(gòu)建實(shí)體模型，在采礦模型構(gòu)建的過程中要注意礦體的邊界線與輪廓線，準(zhǔn)確的把握礦體的開采位置和炮孔開口位置，而炮孔的傾斜角度要與礦體邊緣線的傾斜角度保持一致，此外還要保證炮孔的可行性是否符合采礦的相關(guān)要求，優(yōu)化采礦設(shè)計(jì)方案，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來施工，確保一致性；②礦柱開采，為精準(zhǔn)的確定采礦的邊界線，需要從鄰近的礦房位置出發(fā)，采用實(shí)體掃描技術(shù)對即將開采的礦房和鄰近的礦房具體位置進(jìn)行建模，收集各項(xiàng)位置信息并進(jìn)行集合處理，精準(zhǔn)確定采礦范圍，從而減少了充填體的填入，減少采礦過程中所產(chǎn)生的損失。為提高開采工作的準(zhǔn)確性和效率，需要充分利用空區(qū)掃描儀等現(xiàn)代化設(shè)備的作用，降低采礦過程中的損失和設(shè)計(jì)過程中的貧化率。

3.3 精細(xì)化爆破技術(shù)

爆破是采礦的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此爆破質(zhì)量的高低影響到采礦功能能否順利開展，在爆破工作過程中影響爆破質(zhì)量的主要因素為炮孔成孔質(zhì)量的高低，對采場的貧化率和損失率會(huì)產(chǎn)生直接的影響?；诖?，礦山企業(yè)在采礦過程中要注重炮孔的成孔質(zhì)量，借助炮孔測斜儀對炮孔的角度進(jìn)行測量和確定，確保炮孔的傾斜度與礦體的傾斜度保持一致，同時(shí)還要加強(qiáng)對成孔質(zhì)量檢驗(yàn)的管理工作，對每個(gè)大孔和中深孔開展樣本檢驗(yàn)，實(shí)事求是，記錄每個(gè)成孔的質(zhì)量評分，如果成孔質(zhì)量不達(dá)標(biāo)則應(yīng)該按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)重新大孔，或者根據(jù)裝藥的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保炮孔質(zhì)量。精細(xì)化管理技術(shù)中應(yīng)用的爆破技術(shù)為逐孔起爆技術(shù)，爆破儀器采用的是澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管，這種爆破技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)爆破技術(shù)存在的局限性，有助于降低爆破所帶來的振動(dòng)強(qiáng)度，避免由于過度振動(dòng)而導(dǎo)致礦體受損，同時(shí)還大大減少了單響爆破量，減少了對周圍圍巖強(qiáng)度的影響，降低了坍塌等不良事件的發(fā)生概率。

切割槽也是采礦爆破工作的重要環(huán)節(jié)，也是爆破準(zhǔn)備工作的最后一個(gè)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，會(huì)直接關(guān)系到爆破工作的質(zhì)量、采礦經(jīng)濟(jì)收益和技術(shù)指標(biāo)，在傳統(tǒng)礦房爆破作業(yè)中通常采用人工鑿井的爆破方式，該方式不僅工作效率低下，還會(huì)影響基層工人的生命安全，隨著切割槽技術(shù)的發(fā)展，無切割槽爆破技術(shù)已經(jīng)不適用數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展，而切割槽爆破技術(shù)的應(yīng)用則大大提高了成井質(zhì)量，確保礦體爆破工作的安全高效運(yùn)行。

3.4 精細(xì)化回收殘礦管理技術(shù)

殘礦的管理是降低礦山企業(yè)損失率和提高經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益的重要工作內(nèi)容，但殘礦的回收對巷道施工的影響較大，如果殘礦的處理工作比較完善的話則會(huì)對巷道施工產(chǎn)生積極影響，有助于降低施工的難度，提高施工安全系數(shù)，同時(shí)還能減少安全管理工作的資金投入力度，節(jié)約安全管理成本，促進(jìn)了礦山建設(shè)的健康發(fā)展。礦體爆破之后會(huì)產(chǎn)生大量的殘礦，而工作人員又無法進(jìn)入到采空區(qū)對殘礦進(jìn)行處理，因此可以采用現(xiàn)代化設(shè)備來代替人工，這樣既保證了工作人員的安全又提高了殘礦回收的工作效率，現(xiàn)階段我國礦山建設(shè)殘礦回收設(shè)備應(yīng)用較為廣泛的為遙控鏟運(yùn)機(jī)，對此礦山企業(yè)可以加大對相關(guān)工作的資金投入力度，為購進(jìn)先進(jìn)的現(xiàn)代化設(shè)備提供資金支持。

3.5 優(yōu)化礦山建設(shè)管理模式，建立專業(yè)級控制中心

由于我國部分礦山企業(yè)相關(guān)管理人員和領(lǐng)導(dǎo)對數(shù)字化平臺對礦山建設(shè)發(fā)展的重要性認(rèn)識不足，因此相關(guān)部門要加強(qiáng)數(shù)字化平臺重要意義的宣傳力度，提高礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的重視程度，在礦山建設(shè)工程中積極應(yīng)用數(shù)字化平臺并對應(yīng)用范圍和業(yè)務(wù)類型進(jìn)行劃分，明確各個(gè)部門工作人員的職責(zé)，實(shí)施責(zé)任到人制度。此外還要加強(qiáng)對信息的管理，做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分類工作，構(gòu)建信息共享平臺并根據(jù)不同部門對信息的需求進(jìn)行相應(yīng)的推送，還應(yīng)該信息的類別建立檢索系統(tǒng)，為工作人員查找信息提供了便利條件。最后，為促進(jìn)礦山建設(shè)的數(shù)字化發(fā)展還要建立專業(yè)級控制中心，構(gòu)建自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作，為進(jìn)一步提高采礦工作效率，應(yīng)該改變傳統(tǒng)的控制管理模式，將單機(jī)控制系統(tǒng)改變?yōu)橄到y(tǒng)性遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，并根據(jù)不同的作業(yè)類型建立相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制中心，例如通風(fēng)工作流程遠(yuǎn)程控制中心、供電工作流程遠(yuǎn)程控制中心等，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，從而提高每個(gè)部門的工作效率。

3.6 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也是精細(xì)化管理技術(shù)的重要內(nèi)容，因此相關(guān)部門要根據(jù)礦山建設(shè)的具體內(nèi)容建立數(shù)據(jù)中心，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)在礦山建設(shè)中的重要作用，對大數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的研究，從而達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本和降低能源損耗的目的。對此礦山企業(yè)相關(guān)工作人員要詳細(xì)的記錄礦山的實(shí)際生產(chǎn)情況、各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需的成本、生產(chǎn)故障等內(nèi)容，對生產(chǎn)資源進(jìn)行完整的把控，完善各項(xiàng)材料的消耗數(shù)并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，最大限度的降低采礦作業(yè)過程中和礦山生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的能源損耗，降低各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的生產(chǎn)成本，提高礦山建設(shè)的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)礦山建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 語

綜上所述，精細(xì)化采礦技術(shù)對數(shù)字化礦山建設(shè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用，為進(jìn)一步促進(jìn)我國數(shù)字化礦山建設(shè)的進(jìn)步，需要立足于我國數(shù)字化礦山建設(shè)中存在的問題和發(fā)展現(xiàn)狀，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的基本原則，深入貫徹落實(shí)精細(xì)化采礦技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化礦山建設(shè)管理模式，建立專業(yè)級控制中心，深入精細(xì)化回收殘礦管理技術(shù)和精細(xì)化爆破技術(shù)，做好精細(xì)化采礦技術(shù)的準(zhǔn)備工作，優(yōu)化實(shí)施方案，促進(jìn)我國礦山事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。