許愛榮

（新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司，新疆 阿勒泰 836700）

地下金屬礦山智能化開采綜合技術初探

許愛榮

（新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司，新疆 阿勒泰 836700）

我國地大物博，礦產資源豐富，但人均占有量小，有色金屬礦產是國家工業(yè)發(fā)展的重要原材料，是國家發(fā)展高端制造業(yè)的基礎保證。傳統(tǒng)的地下金屬礦產開采粗放，不但資源有效利用率低，而且破壞生態(tài)環(huán)境，安全事故頻發(fā)，這種勞動密集型的生產模式已經嚴重制約了我國的經濟發(fā)展，基于此，本文結合現(xiàn)代智能化技術手段，為全面實現(xiàn)礦山開采的信息化、自動化、智能化，增強行業(yè)競爭力，進而更好的為經濟發(fā)展做出貢獻。

地下礦山；金屬礦山；智能化；開采技術

人口、資源、環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的三大主題，有色金屬資源為經濟提供可持續(xù)發(fā)展動力，隨著工業(yè)化的進程，我國有色金屬消耗量激增，如何利用現(xiàn)有礦山，提高資源利用率是礦業(yè)改革的重要方面。本文通過對開采的智能化設計、智能化信息平臺的構建、智能化通信系統(tǒng)的應用、智能化開采系統(tǒng)的運行等方面進行探討，初步探索地下金屬礦山智能化開采綜合技術。

1 地下金屬礦山智能化開采的意義

智能化開采是指以智能化、自動化采礦裝備為核心，以高速、大容量、雙向綜合數(shù)字通信網(wǎng)絡作為載體，以智能設計和生產管理軟件系統(tǒng)搭建平臺，從而對礦山開采實行動態(tài)智能化管控，以達到安全、高效、經濟效益最大化的目的。

智能化開采能夠促進產業(yè)轉型升級，提升企業(yè)核心競爭力。從我國的金屬礦山分布上來看，具有綜合礦較多、單一礦較少，貧礦較多、富礦較少的特點。比如，鐵礦貧礦占了97%的比重，礦山平均品位只有33%，而錳礦貧礦占了94%,礦石平均品位只有22%，其他諸如鋁土礦、銅礦、鉬礦等情況也不容樂觀。同時，掠奪式的開采方式也讓市場競爭嚴峻，隨著國際高質量礦產進口量的增加，改變原有的開采方式，實現(xiàn)智能化開采能有效降低成本，提高產量，有效提升企業(yè)核心競爭力，推動產業(yè)轉型升級。

另外，智能化開采還能有效緩解采礦行業(yè)對生態(tài)環(huán)境的破壞，保護了工作人員的生命財產安全，解放了勞動力。

2 地下金屬礦山智能化開采綜合技術

20世紀90年代，以芬蘭、加拿大、瑞典等國家為代表的西方發(fā)達國家，已經開始在智能化開采的研究上確立了優(yōu)勢，我國的智能化開采技術落后西方國家很長時間。但隨著經濟全球化和信息化的進程，我們的技術發(fā)展也取得了長足的進步，完全有能力在較短時間內達到國際化水平?，F(xiàn)階段，我國已經進行了礦山的六大系統(tǒng)信息化建設，已建成了礦井下光纖主干的通信網(wǎng)絡，大中型礦山已經應用了環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)測、自動化控制等手段，遙控鏟運機等進口設備也得以使用，在人員設備定位系統(tǒng)、監(jiān)測預警系統(tǒng)等方面也全面應用，國外先進的礦業(yè)軟件諸如DataMine、Surpac也得到了推廣。上升到國家層面，“數(shù)字化采礦關鍵技術與軟件開發(fā)”、“地下無人采礦設備高精度定位技術和智能化無人操縱鏟運機的模型技術研究”、“井下（無人工作面）采礦遙控關鍵技術與裝備的開發(fā)”、“千米深井地壓與高溫災害監(jiān)控技術與裝備”等科技攻關項目的開展，也顯示了國家對地下金屬礦山智能化開采綜合技術的重視。

2.1 地下金屬礦山智能化開采設計

隨著地理信息技術、可視化技術、計算機輔助設計技術的發(fā)展，我們能夠簡化礦山和礦藏的空間信息，使用差值的方法，把地質結構和礦石品位分布顯示在三維模型上，從而確定各區(qū)域礦石儲備的情況。同時，建模技術能夠提高礦區(qū)初始布置、支護條件、后續(xù)擴展的設計速度，減少投入，礦山開采的智能化設計技術能夠科學規(guī)劃、合理開采，為后續(xù)的工作奠定基礎。

2.2 地下金屬礦山智能化信息收集系統(tǒng)

信息收集系統(tǒng)能夠為礦山開采提供實時信息反饋，為生產決策提供數(shù)據(jù)支撐。傳感器是信息收集系統(tǒng)數(shù)字化管理的終端，是實現(xiàn)開采安全監(jiān)測、調控、調度的關鍵環(huán)節(jié)。例如，傳感技術可以通過激光、雷達、視頻、熱成像等手段來監(jiān)測現(xiàn)場，用熱力、機械、光電、核能、化學等來定義地質及礦物參數(shù)，用超聲波檢測空氣質量等。然后，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡進行發(fā)布和信息共享，從而實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，在處理問題時能夠更加科學高效，確保了工作環(huán)境的安全穩(wěn)定。

2.3 地下金屬礦山智能化綜合通信系統(tǒng)

智能化綜合通信系統(tǒng)具備三種意義：首先，傳輸綜合信息，在同一網(wǎng)絡中能有視頻、音頻、數(shù)據(jù)同時傳輸；其次，綜合的通信接入方式，可以用普通有線和無線接入；實現(xiàn)雙向、直接的網(wǎng)絡通訊。

（1）運用漏泄電纜技術改善地下礦山移動通信。地下開采工作的移動通信是非常重要的，現(xiàn)階段，移動通信主要采用低頻感應、中頻載波、超低頻無線等方式。作為一種外導體不屏蔽信號的同軸電纜，泄漏電纜能夠在線纜的長度方向均勻發(fā)射或接受無線電訊號，基于此，我們的移動設備可以通過漏泄電纜來進行通信，由于線纜有特性阻抗及甚高頻損失，從而造成信號損失，所以在線纜上每隔一定距離用放大器來彌補即可。漏泄電纜的鋪設長度可達一百到兩百千米，可以覆蓋整個礦山，另外，它能夠提供64個語音/數(shù)據(jù)信道以及24個視頻信道，而且維護和擴展簡單，可操作性強。

（2）運用工業(yè)以太網(wǎng)提高地下礦山通信效率。工業(yè)以太網(wǎng)作為通信骨干，能夠與公共通信網(wǎng)絡兼容；以太網(wǎng)和tcp/ip協(xié)議能夠使語音、視頻、數(shù)據(jù)在一個網(wǎng)絡傳輸；適應個范圍的通信速度；提高安全系統(tǒng)的安裝效率。

2.4 地下金屬礦山智能化開采系統(tǒng)

地下金屬礦山的開采工作是復雜多變的，通過智能化技術，對周邊環(huán)境進行綜合分析，保護工作人員和企業(yè)設施設備安全，減低風險，高效生產。

（1）智能化技術實現(xiàn)了生產環(huán)境的監(jiān)測預警。通過網(wǎng)絡中的傳感器獲取的對礦井下的溫度、濕度、有毒氣體、震感等方面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸至控制中心，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常波動，就會發(fā)出報警警告，通過傳感器或監(jiān)視器的位置，準確定位，將數(shù)據(jù)存儲，讓操作人員有參考的進行作業(yè)。

（2）智能化技術實現(xiàn)了人員、設備的準確定位。跟蹤定位系統(tǒng)主要有軟件和硬件兩部分組成。軟件系統(tǒng)用于存儲跟蹤定位器的記錄報告和實時位置狀況，而硬件分為標簽和讀卡器兩部分，標簽集成在礦帽或設備上，它的作用在于輸送ID號，讀卡器放置在礦井入口或巷道中，它的作用在于記錄ID號，然后傳輸數(shù)據(jù)至指揮室的電腦上，通過軟硬件系統(tǒng)的協(xié)同作用，形成完整的數(shù)據(jù)報告，從而更好的組織人員、設備進行生產。

（3）智能化技術實現(xiàn)了遠程控制和自動化生產。地下金屬開采的遠程化技術可以將大型礦山無支護采場的開采成為可能，在遠程系統(tǒng)的監(jiān)視下，通過地上的控制指揮室就可以對開采和生產進行操作，例如測量、開拓、爆破、鏟運機裝卸等工作。在遠程化的基礎上，通過計算機控制端對設備進行自動化運行調整，可以有效提高生產效率和經濟效益，減少人力資源成本，提高了設備的利用率。

3 結語

綜上所述，地下金屬礦山智能化開采綜合技術的應用能夠有效提高企業(yè)生產效率，推動企業(yè)轉型升級，調整國家產業(yè)結構，對我國可持續(xù)化經濟發(fā)展具有重要的意義。我們通過加強對智能化開采的認識，初步探討了地下金屬礦山智能化在開采規(guī)劃設計、信息收集系統(tǒng)、綜合通信系統(tǒng)、開采運行系統(tǒng)等方面的有效應用，希望對地下金屬礦山智能化開采綜合技術的發(fā)展起到一定的推動作用。

[1]劉立. 現(xiàn)代礦山新趨勢:自動化和智能化[J]. 礦業(yè)裝備,2011,(07):34-37.

[2]張達. 關于礦山智能化開采新模式的思考[J]. 礦業(yè)裝備,2016,(06):18-23.

[3]荊永濱,王李管,魏建偉,曾慶田,代碧波. 地下礦山開采的智能化及其實施技術[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā),2007,(03):49-52.

TP311.52

A

1671-0711（2017）12（上）-0198-02