謝振學(xué)

【摘要】銅坑礦智慧礦山建設(shè)主要結(jié)合銅坑礦區(qū)的資源開采特點(diǎn)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(luò)化等入手，構(gòu)建礦山的技術(shù)、生產(chǎn)、職業(yè)健康、安全和監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)礦山無(wú)縫感知、智慧調(diào)控和融合預(yù)警。

【關(guān)鍵詞】智慧礦山；自動(dòng)化；信息化；污染防治

1、引言

目前，礦山采礦技術(shù)，經(jīng)歷了原始階段--機(jī)械化階段—數(shù)字化階段，正在向智慧化方向邁進(jìn)。智慧化是礦山技術(shù)發(fā)展的最高形式，只有實(shí)現(xiàn)了智慧化、實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)場(chǎng)所的無(wú)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(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全礦山、幸福礦山、和諧礦山的目標(biāo)。

2、銅坑礦智慧礦山的概況

針對(duì)銅坑礦區(qū)的資源開采特點(diǎn)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(luò)化等入手，構(gòu)建礦山的技術(shù)、生產(chǎn)、職業(yè)健康、安全和監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)礦山無(wú)縫感知、智慧調(diào)控和融合預(yù)警，主要開展：銅坑鋅多金屬薄礦體機(jī)械化高效開采及安全智慧化調(diào)度系統(tǒng)、崩落轉(zhuǎn)充填礦山工藝系統(tǒng)智能化升級(jí)改造工程、通風(fēng)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(dòng)化控制升級(jí)工程、運(yùn)輸提升系統(tǒng)可視化與自動(dòng)化控制改造、多災(zāi)源礦區(qū)安全六大系統(tǒng)及災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建。

3、主要技術(shù)改造路線

3.1緩傾斜薄礦體集中化高效開采技術(shù)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(shù)瓶頸；引進(jìn)高度適合的低矮式鑿巖臺(tái)車和出礦裝備，實(shí)現(xiàn)低矮式采掘設(shè)備的高效使用；采用數(shù)值模擬方法指導(dǎo)采礦活動(dòng)，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(shù)新工藝，解決緩傾斜薄礦體集中化高效開采技術(shù)難題；應(yīng)用規(guī)?；_采的安全控制技術(shù)，提高大型緩傾斜薄礦體機(jī)械化作業(yè)程度，實(shí)現(xiàn)集中化、規(guī)?；咝a(chǎn)，為銅坑礦鋅銅礦體100萬(wàn)噸/年采選生產(chǎn)規(guī)模提供采礦技術(shù)支撐和安全保障措施。

3.2充填系統(tǒng)技術(shù)路線

在銅坑礦原有充填系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造和系統(tǒng)重建，基于充填系統(tǒng)工程、膏體制備自動(dòng)化控制技術(shù)理論、流體力學(xué)、散體動(dòng)力學(xué)理論，運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)、物流仿真和力學(xué)理論研究等分析方法，重點(diǎn)建設(shè)銅坑礦全尾砂結(jié)構(gòu)流充填工藝系統(tǒng)，從力學(xué)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)充填材料不同配置與廢石的復(fù)合充填，提高礦山的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和降低充填成本，優(yōu)化井下復(fù)合充填網(wǎng)絡(luò)和管路的工程布置，實(shí)現(xiàn)廢石散體和尾砂膏體膠結(jié)封存的復(fù)合充填新工藝，實(shí)現(xiàn)充填接頂有效解決礦山開采過(guò)程中采動(dòng)壓力控制，創(chuàng)建“尾礦不建庫(kù)，廢石不外排”的資源高效回收與環(huán)境保護(hù)協(xié)同礦業(yè)發(fā)展新模式。

3.3多災(zāi)源重疊難采礦體開采技術(shù)路線

在貧錫多金屬礦體及多災(zāi)源重疊難采礦體開采現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用理論研究、實(shí)驗(yàn)研究、工業(yè)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等技術(shù)方法，在重疊難采礦體中進(jìn)行開采空間結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，集成自鉆錨桿與松散破碎巖體結(jié)構(gòu)注漿加固聯(lián)合技術(shù)，開發(fā)自鉆式注漿錨桿的快速加固技術(shù)和錨索加固技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)松散破碎開采環(huán)境的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)重構(gòu)，建立再構(gòu)結(jié)構(gòu)體的采礦動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保障礦山開采環(huán)境的地質(zhì)結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定，從散體動(dòng)力學(xué)的理論推導(dǎo)、放礦橢球體理論分析和顆粒流數(shù)值與物理模型試驗(yàn)?zāi)M入手，構(gòu)建銅坑礦礦石散體運(yùn)動(dòng)模型，優(yōu)化出礦底部結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，建立覆蓋層下的高效放礦和機(jī)械出礦強(qiáng)采強(qiáng)出開采模式，開展松散礦段的誘導(dǎo)崩落采礦工藝和局部采礦系統(tǒng)優(yōu)化研究，實(shí)現(xiàn)大范圍松散破碎殘礦資源開采空間再造集成與誘導(dǎo)崩落高效回采工程建設(shè)。在此礦體數(shù)字模型的基礎(chǔ)上，優(yōu)化和完善92號(hào)礦體的通風(fēng)、運(yùn)輸和卸礦系統(tǒng)，高壓供電系統(tǒng)，索道裝礦自動(dòng)化和生產(chǎn)信息化指揮系統(tǒng)，為貧錫多金屬礦體及多災(zāi)源難采礦體的開采提供良好環(huán)境和可靠的技術(shù)支撐，多災(zāi)源殘礦資源高效安全開采技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3.4礦山安全六大系統(tǒng)升級(jí)改造及其與災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)的融合

①人員定位系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)代級(jí)聯(lián)式光纖總線收發(fā)技術(shù)，利用無(wú)線WiFi通訊技術(shù)對(duì)所有經(jīng)過(guò)無(wú)線基站覆蓋區(qū)域的作業(yè)人員和移動(dòng)設(shè)備的定位卡信息、位置和路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)通過(guò)安裝在監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)圖形服務(wù)軟件，直觀形象地顯示在調(diào)度中心的監(jiān)控屏幕上。當(dāng)意外事故發(fā)生時(shí)，救援人員可以根據(jù)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，及時(shí)掌握事故地點(diǎn)的人員和設(shè)備信息，并及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。

②通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)包含井下手機(jī)語(yǔ)音對(duì)講和井下IP固話通訊，能在無(wú)線基站覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)手機(jī)與手機(jī)之間、手機(jī)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(luò)網(wǎng)關(guān)后，實(shí)現(xiàn)井下手機(jī)、IP固話直接接入地表程控電話網(wǎng)絡(luò)。

③監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)包含地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及井下大型設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，通過(guò)井下網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸給相應(yīng)服務(wù)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(jì)。在井下礦井某個(gè)區(qū)域出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能以聲光報(bào)警等各種形式提醒現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及時(shí)撤離和地表監(jiān)控人員及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急處理。

④緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)根據(jù)銅坑礦的實(shí)際情況采用永久性硐室，硐室布置在305水平并通過(guò)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(yīng)急區(qū)，為了保證避難硐室內(nèi)人員的生存和設(shè)備的正常運(yùn)行，共設(shè)置了8個(gè)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)及附屬系統(tǒng)。通過(guò)與礦井原有壓風(fēng)、供電和信息處理等系統(tǒng)的有效對(duì)接，構(gòu)建與礦井生產(chǎn)環(huán)境相適應(yīng)的安全防護(hù)體系。

⑤壓風(fēng)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(yīng)施救設(shè)施。與人員定位、通信聯(lián)絡(luò)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)有效對(duì)接。

3.5環(huán)境治理技術(shù)路線

環(huán)境污染防治技術(shù)理論為指導(dǎo)，研究礦山開發(fā)產(chǎn)生的廢氣、廢水、固體廢物、噪聲等對(duì)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(xué)中和以及尾砂膏體堆存的綜合治理與環(huán)境修復(fù)技術(shù)，為后期環(huán)境生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)保障；基于重金屬離子的物理化學(xué)理論、重金屬作用機(jī)理與治理、水資源配置、系統(tǒng)工程等理論基礎(chǔ)，以礦井廢水為研究對(duì)象，運(yùn)用復(fù)合的深度處理重金屬離子吸附與鈍化技術(shù)，采用強(qiáng)化混凝+活性碳吸附+離子交換工藝技術(shù)，達(dá)到地表Ⅲ類水排放標(biāo)準(zhǔn)；以治理后的礦坑水資源化配置為目標(biāo)，在結(jié)合地表雨水綜合阻控與治理的基礎(chǔ)上，實(shí)施礦山的水資源優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)礦山水資源的內(nèi)循環(huán)利用，水循環(huán)利用達(dá)98%；以地質(zhì)災(zāi)害防治理論為指導(dǎo)，建立集成災(zāi)害控制關(guān)鍵技術(shù)體，重點(diǎn)建設(shè)2號(hào)豎井后山山體防滑坡監(jiān)控體系建設(shè)，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(shí)現(xiàn)規(guī)?；咝ч_采與采動(dòng)衍生災(zāi)害防控治理協(xié)同。

4、風(fēng)險(xiǎn)控制

智慧礦山建設(shè)涉及面廣，專業(yè)性強(qiáng)，其科技含量、復(fù)雜性、不確定性、技術(shù)壽命周期性是一般項(xiàng)目無(wú)法比擬的，其內(nèi)外部制約因素相互影響、相互作用、錯(cuò)綜復(fù)雜，所面臨的潛在風(fēng)險(xiǎn)很多，充分的預(yù)先研究對(duì)降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

5、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)智慧礦山的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)各子系統(tǒng)的一體化安全防控監(jiān)測(cè)，提升礦區(qū)安全生產(chǎn)管理水平。實(shí)施尾砂和廢石的井下充填，減少礦山的廢石堆場(chǎng)和尾礦庫(kù)的環(huán)境破壞，實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)采動(dòng)次生應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，保障礦山開采的安全。可規(guī)避多災(zāi)源礦山重大事故的發(fā)生，確保礦井和井下人員安全，延長(zhǎng)礦山壽命；應(yīng)用先進(jìn)實(shí)用的智能化技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能；對(duì)礦山生產(chǎn)中重金屬?gòu)U水、廢尾砂、采掘廢石等污染源采用先進(jìn)的技術(shù)工藝進(jìn)行處置并實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)礦山達(dá)標(biāo)排放或減排或無(wú)廢外排，促進(jìn)多災(zāi)源礦區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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