摘要：金屬礦產(chǎn)資源開采是人類獲得工業(yè)原料的主要方式，近年來(lái)，隨著全球礦產(chǎn)資源開采量的持續(xù)增長(zhǎng)，開采難度不斷加大，要求提高礦山的采礦效率、降低采礦成本、減少安全事故風(fēng)險(xiǎn)、改善經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)金屬礦山在逐步實(shí)施機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化等現(xiàn)代高新技術(shù)過(guò)程中，提出了“智能采礦”。在介紹了中國(guó)金屬礦山的現(xiàn)狀和露天、井下兩種主要采礦方式后，對(duì)國(guó)內(nèi)外智能采礦的進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；智能采礦；露天采礦；井下采礦

Abstract: The mining of metal mineral resources is the main way for mankind to obtain industrial raw materials. In recent years, with the continuous growth of mining amount of global mineral resources, the difficulty of mining is increasing. This requires to improve the mining efficiency, reduce the mining cost, reduce the risk of the safety accident and improve the economic benefit. In the process of gradually implementing modern high technologies such as mechanization, automation, information and digitalization, domestic metal mines have put forward "intelligent mining". After introducing the current situation the metal mines in China and the two main mining methods in opencast and underground mining, the progress of intelligent mining at home and abroad is reviewed.

Key words: Metal mineral; Intelligent mining; Opencast mining; Underground mining

1 概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前礦山總共有19600座，礦石開采過(guò)程分為露天開采和井下開采，以地下開采為主，而海洋開采已提到議事日程。

當(dāng)?shù)V床埋藏較淺時(shí)，可考慮采用露天采礦，其工藝過(guò)程是將礦體上的覆蓋物剝離移走，然后采出所需礦石。露天采礦通常分為兩個(gè)階段：基建階段和生產(chǎn)階段。基建階段的主要任務(wù)是建立運(yùn)輸干線及建立供電、供水系統(tǒng)，修建排土場(chǎng)、機(jī)修廠等相應(yīng)設(shè)施，以及完成生產(chǎn)階段所必需的采準(zhǔn)、剝離工程量；生產(chǎn)階段的主要任務(wù)是在完成規(guī)定的采出礦石量外，為保持后續(xù)的生產(chǎn)，也需完成一定的采準(zhǔn)、剝離工程量。

露天礦在開采過(guò)程中，必須將礦、巖劃分成一定厚度的水平層，然后由上向下逐層進(jìn)行開采，這些階梯狀的工作面叫做臺(tái)階，臺(tái)階高度一般為10~14m，每個(gè)臺(tái)階大多使用獨(dú)立的穿孔和采掘設(shè)備。生產(chǎn)階段的主要作業(yè)為穿孔、爆破、采裝和運(yùn)輸。

涉及露天采礦主要設(shè)備是：牙輪鉆機(jī)、電鏟和卡車等。

一般來(lái)說(shuō)，埋藏很深的礦床必須用井下采礦，金屬礦山主要是在巖層中間開采，井下開采多采用豎井、斜井、平巷和天井。

涉及井下采礦主要設(shè)備是：鑿巖機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、皮帶輸送機(jī)、電機(jī)車等。

我國(guó)礦產(chǎn)資源總量較豐富。目前，我國(guó)已發(fā)現(xiàn)171種礦產(chǎn)資源，探明有儲(chǔ)量的礦產(chǎn)168種，已探明礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量潛在價(jià)值約占世界礦產(chǎn)資源總價(jià)值的14.6%，居世界第3位。然而，我國(guó)礦產(chǎn)資源人均占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。45種主要礦產(chǎn)資源，我國(guó)人均儲(chǔ)量居世界第80位，僅為世界平均水平的58%。國(guó)民經(jīng)濟(jì)需要的大宗支柱礦產(chǎn)品種，如鐵、錳、銅、鉛、鋅、鋁土礦等金屬礦產(chǎn)，均不能滿足需求。如中國(guó)鐵礦石產(chǎn)量（指已經(jīng)折算為全球平均品位后的產(chǎn)量）2013年約占全球14%，2016年中國(guó)銅產(chǎn)量占全球的34.5%，而銅礦石產(chǎn)量（折算為銅的產(chǎn)量）僅占全球產(chǎn)量的6.78%。所以每年65%以上鐵精礦、70%以上銅精礦和50%鋁土礦須從國(guó)外進(jìn)口。主要金屬礦產(chǎn)資源如此高的國(guó)外依存度，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成了潛在的嚴(yán)重威脅。

2 智能采礦

以往，采礦被認(rèn)為是最臟、最苦、最累的工作，特別是井下采礦，想象中礦工的樣子是滿臉灰塵、滿身油污，在充滿污濁空氣的巷道中使用鋼釬、鐵錘打孔、裝藥、爆破，人力裝車出礦。這的確也是國(guó)內(nèi)不少礦山井下采礦的真實(shí)寫照。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們國(guó)家的礦山逐步實(shí)施機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代高新技術(shù)和礦山自動(dòng)化設(shè)備，提高礦山的采礦效率、降低采礦成本、減少安全事故風(fēng)險(xiǎn)、改善經(jīng)濟(jì)效益，從而有效提高礦山企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。近年來(lái)，在“信息化”、“數(shù)字礦山”、“互聯(lián)網(wǎng)+礦山”等提法的基礎(chǔ)上又提出“智能采礦”。“智能采礦”是“工業(yè)化”與“信息化”的有機(jī)結(jié)合和新的發(fā)展階段，是“互聯(lián)網(wǎng)+礦山”的本質(zhì)體現(xiàn)。所謂“智能采礦”是指在考慮安全、綠色、效率、經(jīng)濟(jì)等多方面的因素后，在礦石開采過(guò)程中，以開采環(huán)境數(shù)字化、采掘裝備智能化、生產(chǎn)過(guò)程遙控化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)營(yíng)管理信息化為特質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)的采礦工藝過(guò)程。實(shí)現(xiàn)智能采礦后，采礦作業(yè)的操作人員可由井下搬遷至室內(nèi)，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控完成生產(chǎn)作業(yè)，不僅大量減少下井工人，最大程度地解決礦山生產(chǎn)安全問(wèn)題，同時(shí)容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開采，大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

對(duì)露天采礦，“智能采礦”重點(diǎn)研究利用GPS監(jiān)控采場(chǎng)全部移動(dòng)設(shè)備的位置，采用最佳算法分派汽車到電鏟、破碎站、礦堆和排土場(chǎng)，從而使物料流（礦石和廢石）和設(shè)備的利用實(shí)現(xiàn)最佳化，還應(yīng)研究集成設(shè)備定位、跟蹤和狀況監(jiān)控、易耗品（燃油、輪胎、鉆頭等）跟蹤、邊坡穩(wěn)定監(jiān)控、送選廠礦石品位監(jiān)控、提供生產(chǎn)報(bào)告等功能。對(duì)井下采礦，智能采礦重點(diǎn)研究無(wú)線多媒體數(shù)據(jù)智能化通訊、井下人員與設(shè)備的精確定位與智能導(dǎo)航、井下安全與環(huán)境災(zāi)害智能監(jiān)控、虛擬采礦與仿真、井下關(guān)鍵采礦裝備的智能化控制、井下通風(fēng)智能化監(jiān)控、智能精細(xì)化采礦爆破技術(shù)和地下礦山智能化調(diào)度管理等一系列關(guān)鍵技術(shù)與裝備。

在實(shí)施“智能采礦”過(guò)程中，自主研究開發(fā)國(guó)產(chǎn)技術(shù)與裝備，通過(guò)現(xiàn)代高新技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)我國(guó)礦產(chǎn)資源開發(fā)向“高效、安全、綠色與可持續(xù)”方向發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)礦業(yè)行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

3 國(guó)外智能采礦的進(jìn)展

近年來(lái)國(guó)外智能采礦進(jìn)展很快，加拿大、瑞典、芬蘭、南非、澳大利亞等國(guó)在智能采礦領(lǐng)域奮斗了二三十年，取得了豐碩的成果。如1991年芬蘭提出1992~1997年的五年智能礦山技術(shù)研究計(jì)劃，預(yù)算1200萬(wàn)美元。之后又提出智能礦山實(shí)施研發(fā)計(jì)劃，歷時(shí)3年。加拿大1993年完成論證并開始實(shí)施采礦自動(dòng)化項(xiàng)目五年計(jì)劃，預(yù)算近2000萬(wàn)美元。還制定一項(xiàng)遠(yuǎn)景規(guī)劃，擬在2050年實(shí)現(xiàn)所有機(jī)械破碎和自動(dòng)采礦設(shè)備衛(wèi)星操控的無(wú)人礦山。

3.1 露天開采

2005年，株式會(huì)社小松制作所自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)開始在CODELCO智利銅礦區(qū)試運(yùn)行；2008年1月，世界上首臺(tái)商用自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)運(yùn)行；第二臺(tái)無(wú)人駕駛自卸卡車于2008年在力拓澳大利亞鐵礦上成功實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。目前，力拓在其西澳大利亞Pilbara的四個(gè)礦區(qū)運(yùn)行無(wú)人駕駛車輛，整套自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)由距離礦區(qū)約1500公里的力拓Perth控制中心遠(yuǎn)程高效地操控。2013年，Suncor公司也在其位于加拿大的部分油砂礦區(qū)運(yùn)行了自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)。2017年9月，小松成功完成了標(biāo)準(zhǔn)型自卸卡車加裝自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)套件的試運(yùn)行，加裝后能使卡車在自動(dòng)駕駛的模式下運(yùn)行。在此之后，小松收到了來(lái)自力拓的29套自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)加裝套件的訂單，這些套件都將安裝在力拓Brockman4號(hào)礦區(qū)目前運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)型自卸卡車上。至2017年，共有超過(guò)100臺(tái)小松無(wú)人駕駛自卸卡車在澳大利亞、北美和南美地區(qū)運(yùn)行。

沃爾沃公司宣布已經(jīng)開發(fā)一套解決方案，測(cè)試全自動(dòng)無(wú)人駕駛卡車，它可以在礦區(qū)自動(dòng)導(dǎo)航，不需要人的監(jiān)督，汽車就可以按預(yù)定路線行駛。卡車車身安裝了傳感器和GPS，用來(lái)監(jiān)控固定和移動(dòng)障礙物，卡車還可以與運(yùn)輸系統(tǒng)中心通信。

目前，國(guó)外露天礦已經(jīng)發(fā)展到以運(yùn)輸卡車無(wú)人駕駛為龍頭的自動(dòng)化采礦階段。自動(dòng)控制鉆機(jī)-穿孔作業(yè)、無(wú)人駕駛礦用卡車、GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)、邊坡位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備預(yù)防性維修、礦山規(guī)劃模擬仿真等已經(jīng)應(yīng)用嫻熟。

位于智利北部的必和必拓公司埃斯孔迪達(dá)銅礦（Escondida）是世界最大的露天銅礦，年產(chǎn)127萬(wàn)噸（礦石含銅），對(duì)鏟車鏟起的礦石所含有價(jià)金屬含量采用新型傳感器進(jìn)行測(cè)試，以判斷礦石是有價(jià)礦石還是無(wú)價(jià)廢石，有了新技術(shù)的幫助，使送入處理工廠的銅礦石含銅量提高10%。

國(guó)外一些公司還推出全自動(dòng)工業(yè)無(wú)人機(jī)，機(jī)上可安裝紅外傳感器和變焦鏡頭，以自動(dòng)執(zhí)行一些程序化任務(wù)，比如檢查設(shè)備、指導(dǎo)調(diào)查、繪圖、尋找安全漏洞。

3.2 井下開采

在井下開采方面，以裝載機(jī)出礦遠(yuǎn)程遙控為核心的采礦自動(dòng)化已經(jīng)形成。能夠?qū)崿F(xiàn)中深孔鑿巖遠(yuǎn)程遙控、鏟運(yùn)機(jī)出礦遠(yuǎn)程遙控與自動(dòng)化運(yùn)行、溜井口大塊礦石破碎遠(yuǎn)程遙控運(yùn)行、地下運(yùn)礦卡車及無(wú)人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)的作業(yè)。

如智利特尼恩特（Teniente）銅礦日出礦量13萬(wàn)噸，世界上最大的地下礦山。已實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)出礦，裝載機(jī)裝載為遠(yuǎn)程遙控操作，運(yùn)行和卸載由機(jī)載計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作。

芬蘭基律納鐵礦位于瑞典北部，深入北極圈內(nèi)145km，基律納鐵礦設(shè)計(jì)原礦年生產(chǎn)能力為2200萬(wàn)噸，計(jì)劃在2018年前完成系統(tǒng)改造和產(chǎn)能提升，實(shí)現(xiàn)3500~4000萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力。基律納鐵礦采場(chǎng)鑿巖、裝運(yùn)和提升都已實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化作業(yè)，鑿巖臺(tái)車和鏟運(yùn)機(jī)都已實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛（如圖1所示）。巷道支護(hù)采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，噴射混凝土厚度一般為3~10mm，由遙控混凝土噴射機(jī)完成。基律納鐵礦基本實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人智能采礦”，僅依靠遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)，工人和管理人員就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。在機(jī)車上還裝有品位測(cè)定儀，能將每列車上礦石的品位信息傳送到中心計(jì)算機(jī)，以自動(dòng)完成配礦和機(jī)車調(diào)度。在井下作業(yè)面除了檢修工人在檢修外，幾乎看不到其他工人。全礦有4000多員工，從事井下作業(yè)的僅500人，原來(lái)鏟運(yùn)機(jī)司機(jī)有100人，現(xiàn)已減少三分之二，井下人員平均勞動(dòng)生產(chǎn)率達(dá)到68750t/a，這個(gè)數(shù)據(jù)大約是中國(guó)冶金礦山井下人員平均勞動(dòng)生產(chǎn)率2017年指標(biāo)3371t/a的20倍。

圖1 基律納鐵礦無(wú)人駕駛的鑿巖臺(tái)車

4 中國(guó)智能采礦的進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)礦山開采相對(duì)比較落后，主要表現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備檔次較低、檢測(cè)傳感器數(shù)量少、控制系統(tǒng)應(yīng)用層次不高、使用人員較多。要真正實(shí)現(xiàn)“智能采礦”，需要機(jī)械設(shè)備的智能化、控制系統(tǒng)的數(shù)字化、人員配備的高素質(zhì)化。但是在我國(guó)的一些大型先進(jìn)礦山，“智能采礦”技術(shù)在許多方面已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，如銅陵有色銅山礦業(yè)公司、洛鉬集團(tuán)、杏山鐵礦、大冶有色銅綠山礦、湖南柿竹園公司等。

2011年國(guó)家科技部的“863”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃，在投入資金支持“數(shù)字礦山”技術(shù)研究的同時(shí)，還投入資金開展“智能采礦”技術(shù)研究。因此，我國(guó)在“數(shù)字礦山”、“智能采礦”的技術(shù)研究方面已取得部分成果：一些礦山已經(jīng)建立了井下光纖主干通信網(wǎng)絡(luò)；開發(fā)了與智能采礦相關(guān)的無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)；采用了井下人員跟蹤定位系統(tǒng)和井下災(zāi)害預(yù)防、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)；研發(fā)了一批具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦業(yè)軟件；大批礦山進(jìn)行了數(shù)字礦山基礎(chǔ)建設(shè)；一批智能采礦設(shè)備得到應(yīng)用；地下礦無(wú)人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸技術(shù)研制并投入運(yùn)行；國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)以智能礦山為其主打目標(biāo)的硬軟件一體化的企業(yè)。

4.1 露天開采

江銅集團(tuán)德興銅礦為特大型斑巖露天礦山，采礦場(chǎng)面積為5.52km2，1997年，已達(dá)到每天70kt的采礦生產(chǎn)能力，擁有大型采掘設(shè)備為孔徑250mm牙輪鉆機(jī)13臺(tái)、電鏟10臺(tái)（斗容分為16.8m3和13m3兩種）、運(yùn)輸沒(méi)備158t卡車（電動(dòng)輪自卸汽車）52臺(tái)。1998年德興銅礦引進(jìn)美國(guó)模塊公司基于GPS的Dispatch卡車調(diào)度系統(tǒng)并在采礦場(chǎng)投人使用，卡車調(diào)度系統(tǒng)為礦山的管理理念與產(chǎn)量的提升發(fā)揮了重要的作用。

圖2 江銅集團(tuán)德興銅礦卡車調(diào)度系統(tǒng)

另外卡車調(diào)度系統(tǒng)還帶有邊坡監(jiān)測(cè)裝置，在采礦場(chǎng)已形成最終邊坡的關(guān)鍵部位設(shè)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)邊坡變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

丹東東方測(cè)控技術(shù)股份有限公司是國(guó)內(nèi)以實(shí)施智能礦山為主的硬軟件一體化的企業(yè)，已在中鐵資源集團(tuán)伊春鹿鳴礦業(yè)實(shí)施露天礦GPS車輛智能調(diào)度管理系統(tǒng)，系統(tǒng)由車載終端系統(tǒng)、無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)、無(wú)線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、DLP大屏監(jiān)控子系統(tǒng)、燃油監(jiān)控子系統(tǒng)、配礦系統(tǒng)、報(bào)表工具等組成，以GPS定位技術(shù)為依托、線性規(guī)劃算法模型為優(yōu)化手段、無(wú)線通信技術(shù)為數(shù)據(jù)傳輸方式、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)露天礦主要采運(yùn)設(shè)備的位置、狀態(tài)、物料等信息的采集，準(zhǔn)確查詢統(tǒng)計(jì)當(dāng)前生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)卡車、電鏟等設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)跟蹤及顯示，優(yōu)化調(diào)度卡車運(yùn)行，從而起到優(yōu)化車隊(duì)運(yùn)行、準(zhǔn)確執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃的作用，能有效避免偷油和意外漏油的發(fā)生；配礦系統(tǒng)使實(shí)時(shí)品位達(dá)到目標(biāo)品位要求，避免因品位不符造成的損失；單車生產(chǎn)效率較人工調(diào)度提高5.18%。在緬甸萬(wàn)寶礦產(chǎn)（緬甸）銅業(yè)有限公司，丹東東方測(cè)控技術(shù)股份有限公司提供了一整套包括各個(gè)采區(qū)的生產(chǎn)調(diào)度、車載終端、網(wǎng)絡(luò)通信、鉆機(jī)自動(dòng)布孔與導(dǎo)航、車輛運(yùn)行防碰撞預(yù)警系統(tǒng)、燃油管理系統(tǒng)在內(nèi)的露天礦GPS車輛智能調(diào)度及管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)緬甸萊比塘銅礦采運(yùn)作業(yè)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)化生產(chǎn)指揮和生產(chǎn)管理。2017年5月，經(jīng)過(guò)軟件調(diào)試、運(yùn)行以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，已經(jīng)完成系統(tǒng)初驗(yàn)。

2016年初，內(nèi)蒙古北方重汽、中國(guó)科學(xué)院合肥所和東方測(cè)控利用各自技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開展露天無(wú)人駕駛核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)研究。三方技術(shù)團(tuán)隊(duì)圍繞我國(guó)露天礦山生產(chǎn)特點(diǎn)，通力合作，克服了通信、智能調(diào)度、硬件、算法等一列技術(shù)難題，并將在近期進(jìn)行測(cè)試。

4.2 井下開采

國(guó)內(nèi)礦山實(shí)施建立和完善了地下礦山安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”：礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控、井下人員定位、礦井供水施救、礦山壓風(fēng)自救、礦井通信聯(lián)絡(luò)、井下緊急避險(xiǎn)，通過(guò)“三網(wǎng)合一”環(huán)網(wǎng)冗余、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)雙機(jī)熱備、多層次分布供電、設(shè)備故障自診斷、安全事件分析模塊、多層次接口設(shè)計(jì)等方法，提高“六大系統(tǒng)”建設(shè)的可靠性和兼容性，保障井下開采安全作業(yè)的順利進(jìn)行。并在此基礎(chǔ)上，向智能采礦努力。

云南大紅山鐵礦資源豐富，鐵礦石儲(chǔ)量484Mt，銅礦石量83Mt，銅金屬量539.4kt，屬特大型冶金礦山，已建成規(guī)模4.5Mt/a原礦采選能力，最終設(shè)計(jì)規(guī)模為年處理原礦12Mt。昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院參與的昆鋼大紅山鐵礦智能采礦目前實(shí)施的處于礦山監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)階段，通過(guò)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲(chǔ)、分析并結(jié)合實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視的模式，將用戶最迫切了解的信息匯聚于調(diào)度指揮中心，并通過(guò)IE的方式與其它部門分享信息、協(xié)同管理。整個(gè)項(xiàng)目集礦山的總體管理、決策、調(diào)度于一體。實(shí)現(xiàn)共有資源調(diào)配、控制、聯(lián)動(dòng)反應(yīng)。項(xiàng)目整合了現(xiàn)有基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)覆蓋整個(gè)采礦作業(yè)區(qū)的主要生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、顯示、記錄和統(tǒng)計(jì)，集設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控和生產(chǎn)計(jì)劃管理于一體，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、管理的數(shù)字化、信息化。基礎(chǔ)自動(dòng)化子系統(tǒng)包括井下多級(jí)通風(fēng)系統(tǒng)、盲豎井提升系統(tǒng)、礦石破碎運(yùn)輸系統(tǒng)、井下人員車輛定位調(diào)度系統(tǒng)、380鐵路信號(hào)系統(tǒng)、35kV變電站及6kV變電所電網(wǎng)系統(tǒng)、井下中央泵房控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司開發(fā)了“地下礦無(wú)人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸技術(shù)”，它將機(jī)械、采礦、變頻、計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信、總線等多學(xué)科、多領(lǐng)域的高端技術(shù)有效地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車的可靠、穩(wěn)定與高效運(yùn)行。采用無(wú)人駕駛電機(jī)車控制系統(tǒng)后，在地下集中調(diào)度室可以完成對(duì)整個(gè)運(yùn)輸任務(wù)的控制。在運(yùn)輸過(guò)程中，電機(jī)車大部分時(shí)間處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)條件滿足時(shí)以允許的最大速度運(yùn)行，而在彎道、限速區(qū)域以及卸載站等均自動(dòng)降速，從而大大提高了電機(jī)車的安全性和運(yùn)輸效率。在電機(jī)車裝礦階段，控制人員在地下集中調(diào)度室通過(guò)視頻輔助遠(yuǎn)程遙控完成裝礦操作，取消了現(xiàn)場(chǎng)操作人員。控制系統(tǒng)可避免超速掉軌事故、追尾事故的發(fā)生，確保電機(jī)車運(yùn)輸?shù)陌踩浴５叵录锌刂剖业墓δ芤餐耆梢赞D(zhuǎn)移到地表集中調(diào)度室完成，從而節(jié)省上下井換班時(shí)間對(duì)生產(chǎn)的影響，增加有效生產(chǎn)時(shí)間。

2012年5月，中國(guó)恩菲20噸地下礦無(wú)人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)首先在銅陵冬瓜山銅礦-875m中段投入生產(chǎn)試運(yùn)行，至2013年3月累計(jì)運(yùn)輸?shù)V量30萬(wàn)噸，單系統(tǒng)連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間720h；如全面采用此項(xiàng)技術(shù)，運(yùn)輸系統(tǒng)作業(yè)人員將由原來(lái)的40人減少至8人，維護(hù)工作和人員配備也會(huì)隨之減少；冬瓜山銅礦已決定在-1000m中段運(yùn)輸系統(tǒng)全部采用該技術(shù)。

2017年02月，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司與中色非洲礦業(yè)有限公司簽訂贊比亞謙比希主、西礦體500m中段無(wú)人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸項(xiàng)目合同。

中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司多年來(lái)一直追蹤世界自動(dòng)化采礦技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，開展研究和推動(dòng)工程化應(yīng)用，形成了固定設(shè)施無(wú)人值守、無(wú)人駕駛電機(jī)車運(yùn)輸、無(wú)軌采礦自動(dòng)化作業(yè)、供配電融合控制系統(tǒng)和礦山信息化管理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)與國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心共同建立中國(guó)礦業(yè)信息化協(xié)同創(chuàng)新中心，集成礦業(yè)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，探索為企業(yè)提供智能礦山整體解決方案。云南普朗銅礦一期采用中國(guó)恩菲核心專長(zhǎng)的自然崩落法采礦工藝，擁有自動(dòng)放礦、無(wú)人駕駛、長(zhǎng)距離膠帶運(yùn)輸、井下旋回破碎等現(xiàn)代化設(shè)備，采用了當(dāng)今世界上采礦先進(jìn)技術(shù)和裝備，項(xiàng)目建成后，將成為國(guó)內(nèi)采礦工藝最先進(jìn)、裝備水平最高的特大型銅礦山。中國(guó)恩菲自主研發(fā)的業(yè)績(jī)引起了采礦行業(yè)的高度關(guān)注，這在很大程度上推進(jìn)了無(wú)人開采技術(shù)的發(fā)展和智能化礦山建設(shè)。

洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司澳大利亞北帕克斯礦山是一座大型的銅金生產(chǎn)礦山，井下采礦2014年3月起就實(shí)現(xiàn)了80%自動(dòng)化，現(xiàn)已提升到完全自動(dòng)化。礦山的無(wú)人駕駛裝載車自行運(yùn)轉(zhuǎn)，完成裝礦、運(yùn)礦和卸礦工作。

首鋼礦業(yè)公司杏山鐵礦已實(shí)現(xiàn)井下電機(jī)車的無(wú)人駕駛。

武鋼資源集團(tuán)程潮礦業(yè)公司成立了無(wú)人駕駛攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，2016年5月開始井下無(wú)人電機(jī)車的測(cè)試、安裝和調(diào)試工作。2017年7月份，該公司井下無(wú)人電機(jī)車攻關(guān)項(xiàng)目在線試車成功，采取多種保護(hù)措施，有效降低了井下電機(jī)車掉道、撞車等風(fēng)險(xiǎn)，提升了運(yùn)輸安全本質(zhì)化水平。目前，該公司已實(shí)現(xiàn)-500m水平4臺(tái)無(wú)人電機(jī)車上線運(yùn)行，并形成了運(yùn)輸環(huán)線。據(jù)分析，井下無(wú)人電機(jī)車系統(tǒng)每年可創(chuàng)效益306萬(wàn)元。

中冶北方總承包建設(shè)的酒鋼鏡鐵山礦樺樹溝礦區(qū)2520m電機(jī)車無(wú)人駕駛改造項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收并進(jìn)入試運(yùn)行階段。

4.3 機(jī)器人

機(jī)器人也是智能采礦關(guān)鍵設(shè)備之一，除了在常規(guī)工作場(chǎng)合應(yīng)用外，在一些人無(wú)法到達(dá)的區(qū)域，機(jī)器人更能大顯身手。水下機(jī)器人可用于水淹廢棄礦井開采和深海采礦，水淹廢棄礦井用的水下采礦機(jī)器人已經(jīng)成功研發(fā)并開始進(jìn)行試驗(yàn)，而深海采礦機(jī)器人已開始研發(fā)，并準(zhǔn)備應(yīng)用到實(shí)際作業(yè)當(dāng)中。太空采礦機(jī)器人同樣極具潛力，中國(guó)已積極推進(jìn)與行星采礦相關(guān)的理論研究與技術(shù)研發(fā)、儲(chǔ)備。

5 結(jié)束語(yǔ)

金屬礦產(chǎn)資源開采是人類獲得工業(yè)原料的主要方式，近年來(lái)，隨著全球礦產(chǎn)資源開采量的持續(xù)增長(zhǎng)，開采難度不斷加大，各國(guó)都十分重視采礦業(yè)與科技的融合。當(dāng)前，我國(guó)智能礦山技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在信息采集與傳輸、綜合調(diào)度中心、資源管理系統(tǒng)、礦山安全監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面。今后要加快智能設(shè)備制造、生產(chǎn)遙控操作、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制等項(xiàng)工作，以促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，改善人員作業(yè)環(huán)境，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高礦山安全水平，促進(jìn)社會(huì)和諧。

“智能采礦”的高級(jí)實(shí)現(xiàn)形式——無(wú)人采礦將成為世界采礦業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向和追求目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

方原柏（1942-），湖北黃岡人，昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院電氣自動(dòng)化分院教授級(jí)高級(jí)工程師，昆明儀器儀表學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)衡器協(xié)會(huì)技術(shù)專家委員會(huì)顧問(wèn)，主要從事儀器儀表、控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究，曾出版《電子皮帶秤的原理及應(yīng)用》（1994年，冶金工業(yè)出版社》、《電子皮帶秤》（2007年，冶金工業(yè)出版社）、《有色金屬生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化》（2014年，人民郵電出版社）、《工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)及應(yīng)用》（2015年化學(xué)工業(yè)出版社）四本專著，發(fā)表論文330篇。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年11月刊