我国有色矿山智能开采新模式的思考

david_gyl · 发表于 2016-11-23 15:28

      有色金属工业是原材料工业的重要组成部分，是发展高端装备制造业的基础，是国民经济和工业体系的支柱。我国有色矿山整体资源品位低下且物性复杂，经多年的粗放型开采，地表浅部富矿资源已逐步消失殆尽，大量矿山已转入地下乃至深部开采。特别是作业环境恶劣、工作强度增大、安全风险突出、生产成本高昂，原有的人力密集型的生产作业方式和粗放型的生产组织模式已越来越无法适应企业在新时期的发展需求，必须依靠新一代信息技术实现矿山的信息化、自动化和智能化，真正从本质上提升矿山企业的核心竞争力，在日益激烈的国内外市场竞争中胜出。矿山开采作业属于典型的离散型制造，与交通、纺织、军事等行业相比，整体上技术、装备水平严重落后，虽部分大型企业正在逐步建立局部的信息化系统，但重复建设浪费严重，异构系统间融合度差，信息孤岛问题凸显，迫切需要从整体上梳理行业需求，完善顶层设计，制定规范标准，再进行合理有效的规划和建设。另外，我国有色矿山企业普遍存在人员成本高昂、技术人才匮乏、人员流失严重等问题，矿山企业在生产、运营、维护、技术改造等方面更加需要依靠智能化的开采技术与装备来实现工业化生产，降低作业人员数量、劳动强度和岗位技能要求，也需要通过产学研用相结合的模式形成稳定的技术联合体，解决矿山的深层次技术难题。因此，在我国有色矿山开展智能开采新模式应用，是在当前低迷的矿业形势下，释放企业活力，解决目前企业面临的各项难题的必由之路，亟待尽快启动执行。
      针对我国有色行业矿山企业因地理位置分散、工作环境恶劣、技术人才匮乏、生产管理粗放等原因造成的企业生产效率低下、运营成本高昂、损失贫化率高、能源利用率低等严峻问题，开展包含采矿设计、工艺、生产、监测、运输等全生命周期的智能开采新模式应用，通过部署采矿设计软件、采矿生产执行系统（MES）、企业资源计划（ERP）系统，建设智能开采调度与控制平台，建设矿山泛在信息采集系统、高可靠工业通信网络系统和智能开采安全监测系统，开展井下固定设施无人值守及井下车辆集中控制升级改造，引进智能化无轨采矿作业机器人及三维激光扫描机器人，打造产学研用一体化联合体等任务的开展，可大幅增强企业核心竞争力，保障矿山安全生产，提高企业智能制造水平，形成矿山智能开采协同创新长效机制。智能开采新模式的核心内容包括：
      开展智能开采顶层设计及相关标准体系研究
      对国内外矿山智能采矿作业条件和现有技术装备进行调查，分析两者相结合的最佳方法，总结形成智能采矿标准体系。确定智能采矿的技术范畴与深度、核心支撑技术、主体框架、接口标准、技术要求，形成具备通用性的标准体系，为采矿工艺和智能采矿装备协同采矿提供依据。同时，建立与智能采矿效能相适应的采矿工艺优化技术，针对智能采矿需求，结合智能设备的特点和规律，总结智能开采的配套条件，在现有成熟采矿方法的基础上，探索建立与智能设备效能相适应的新的高效采矿方法，从而进一步发挥智能化系统的潜力，并为其可靠运行提供全面保障，实现有色矿山智能化协同开采。另外，保障智能开采过程中的工艺构成要素，包括凿岩穿孔、孔径与围岩信息智能化获取、装药与爆破智能化控制、铲运机出矿远程控制作业、与空区信息相匹配的矿块自动化充填等，为智能开采工艺技术与装备提供全面支持，保障智能开采的顺利运行。
   推进智能开采综合信息平台建设
      建立更加精确、细致的地质数据库，完成地质解译的全面数字化，用Surpac软件估算各中段、分段资源/储量，并与矿山生产数据进行对比，同时建立采空区模型，全面掌握矿山资源/储量现状，为编制采矿生产计划提供翔实的基础数据，从而实现损失、贫化深层次管理、提高资源利用率。综合采用地质勘探、钻孔成像、节理裂隙测量等技术手段，快速获得矿山地质数据。同时，构建随生产进行而动态更新的精细化矿体模型，采用三维激光扫描等技术手段获得详细的生产过程空间数据，并通过实体验证以及实体修补等方法获得符合实际赋存规律的矿体模型，从而满足成矿预测、经济评价、开采优化等要求。
      将有色矿山已建的各类异构信息化系统进行整合，打造智能开采调度与控制平台。搭建基于Oracle的矿山数据仓库，搜集采矿生产过程的状态数据，用于对生产过程进行智能化的调度与控制。同时，对引进的大型设备（凿岩、装药、铲运生产作业无轨机器人及三维激光扫描机器人等）进行集成化管控，打造统一的设备虚拟管控系统，实现设备姿态实时仿真，完成设备运行状态的实时监控与生产作业数据的远程监测。系统能够存储查询矿山地质资料、工程图纸、应急物资、应急人员、应急设备、周围医院等各种信息，并提供实时预警、生产管控及应急调度等功能。
      引进国内知名的采矿生产执行系统（MES）系统，实现设备管理、质量管理、生产管理、安全管理、生产过程监控、设备状态监控等相关功能。一方面，实现生产计划的系统化管理，按照管理体系层层分解下达（包括年计划、月度计划），并跟踪和反馈执行情况，快速出具各级生产任务的完成情况分析。另一方面，完成化验室采样（送样）、样单模板维护、样单样品化验填报等功能，可生成各类统计分析报表。另外，实现生产过程产生的各类数据的计算和统计，将所有用于生产的大宗物料消耗、备品备件更换等整合成同一制式的生产报表。
定制全球知名的ERP系统，根据矿山企业的人、财、物各种资源的状况和产、供、销各个环节的信息，对矿山生产进行合理有效的计划、组织，使矿山生产经营活动协调有序地进行，并对矿山企业的战略计划进行决策。主要实现物料管理、生产计划、质量管理、工厂维护、人力资源管理及计划、财务会计及资产管理等功能，提高企业综合管理水平。
      促进智能开采全流程装备与系统提升
      在我国有色矿山企业，建立矿山泛在信息采集与高可靠工业通信网络，确保设备运行状态及调度控制指令的上传下达。根据矿山不同区域、不同数据源种类确定合理的数据采集方式和网络通讯方式，针对各类传感器输出的电压、电流、频率、开关量等信号形式，部署具备多种信号信息接入功能的泛在信息采集仪，对多源信号进行汇聚采集。结合井下设备通讯质量要求，实现多种通讯技术的高效融合，建立多通道、多类型、多尺度的装备和信息系统通讯，建立工业以太网、专业互联网、VPN、3G/4G无线通讯连接等多种并行通讯方式，为智能开采提供信息高速公路。
      针对有色矿山自动控制系统现状，开展溜破系统升级改造、排水系统无人值守、皮带运输系统无人值守、变电所远程监控系统自动化、通风机远程在线监测与优化、竖井提升自动化改造、矿山充填自动化系统建设、井下有轨/无轨车辆集中控制、智能化装药/铲运机器人开发、矿用三维激光扫描机器人应用，大幅提高矿山的生产效率、经济效益和安全水平，实现企业减员增效。
   完善智能开采全过程安全监测系统建设
通过开展监测数据的多元信息融合技术、三维可视化展示技术、高可靠性的分布式智能供电技术与装置、系统模块化优化及高可靠性封装技术、有线无线混合式自愈Mesh网络通信系统搭建，建立一套适应极端气象条件的高可靠尾矿库安全监测系统平台，具体建设内容包括：坝体浸润线监测、坝体表面形变监测、坝体内部位移监测、库水位监测、干滩长度监测、降雨量监测、渗流量监测、视频监控、浑浊度监测等的高可靠性尾矿库在线监测系统，形成尾矿库运行期和闭库后的安全管理和风险控制机制。
建立和完善有色矿山监测监控、井下人员定位、矿井供水施救、矿山压风自救、矿井通信联络、井下紧急避险地下矿山安全避险六大系统。通过“三网合一”环网冗余、监测数据双机热备、多层次分布供电、设备故障自诊断、安全事件分析模块、多层次接口设计等方法，提高“六大系统”建设的健壮性、可靠性、兼容性，保障矿山井下安全作业的顺利进行。
      针对矿山井下存在的片帮、岩爆、冒顶、采空区塌陷等典型灾害和隐患，通过建设主被动结合高精度微震监测系统，开展高信噪比数据采集与智能检波、高精度网络时间同步、高精度空间定位、三维可视以及远程在线综合分析等先进技术的应用，对岩体的灾源实时定位、应力场反演和岩石破裂演化规律等进行统计分析与安全预测。并通过微震、应力、应变等多元参数的监测和联合分析，实现基于微震的岩体动力灾害整体趋势分析；建设基于岩体应力、应变相对变化的重点部位监测分析和基于微震的岩体动力灾害整体趋势分析相结合的综合监测系统，在时间同步的基础上实现动力灾害的多元参数联合监测预警，保障井下开采作业的安全进行。
根据现场工程地质特征和水文地质特征，结合具体开采设计方案，建设集滑动力监测、地表位移监测、深部位移监测、降雨量监测、渗透压监测、裂缝监测、视频监测等多种监测参数于一体的矿山边坡稳定性综合监测预警系统，对边坡失稳破坏的全过程进行长期监测和临滑预警。
      打造基于矿冶工业智能服务云平台的远程数据分析与在线优化
      通过矿山智能开采调度与控制系统，将生产、安全及大型设备运行数据推送至云平台，结合专家支持团队，进行远程数据处理与分析，对矿山尾矿库、边坡、采空区等灾害隐患进行全面监控和诊断，对铲运机、提升机、泵房、风机、变电所等设备设施进行在线监管与运行参数在线优化，使矿山维持在最优状态和最佳水平。
总之，开展矿山智能开采新模式应用，可大幅提高有色行业的智能制造水平，促进传统产业的转型升级，提高企业核心竞争力，也可实现有色矿山企业减员增效，改善人员作业环境，降低人员劳动强度，提高矿山安全水平，促进社会和谐。形成的矿山智能开采新模式可在我国乃至海外的大型矿山企业推广应用，通过建立矿山企业与科研院所相结合的产学研用一体化联合体，更可形成具有长远商业效益、以服务带动采矿行业转型升级的专业化队伍，建立矿山智能开采协同创新长效机制，从而全面提升有色行业的信息化、自动化和智能化水平，推动传统行业转型升级，为供给侧结构性改革提供技术支撑。