＊黃林超 李怡謙 李恒勇

（天津礦山工程有限公司 天津 301999）

礦產(chǎn)資源在人類歷史長河的社會發(fā)展中起著不可或缺的作用，也是工業(yè)化進(jìn)程中的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其在高質(zhì)量發(fā)展的今天，城市化進(jìn)程的不斷加快，礦產(chǎn)資源消耗量不斷增加，社會對各類資源的需求量與日俱增[1]，為了更高效、安全的開采資源，采礦企業(yè)要不斷創(chuàng)新采礦技術(shù)。當(dāng)前智慧化作為顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，已深入社會發(fā)展中的各個領(lǐng)域。露天礦山的智慧化還在起步階段，所以，將智慧化運用在露天礦山中，進(jìn)行更深入的探討非常有必要。

1.智慧化露天礦山建設(shè)背景

（1）國家出臺政策引導(dǎo)智慧化礦山進(jìn)程。智慧礦山不論是國家層面，還是行業(yè)層面，自2016年4月開始至今出臺過一系列政策，支持、推動建設(shè)智慧礦山進(jìn)程，如強(qiáng)制要求智慧礦山進(jìn)行信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、制定智慧礦山信息化、標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)的國標(biāo)。《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》是2021年國家發(fā)改委聯(lián)合八部委發(fā)布的文件，內(nèi)容明確提出通過人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等各種先進(jìn)技術(shù)與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成動態(tài)預(yù)測、全面感知、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)。

（2）行業(yè)轉(zhuǎn)型升級所需。物聯(lián)網(wǎng)+礦山+互聯(lián)網(wǎng)是時代所需，建設(shè)礦山智慧化通過智慧信息技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應(yīng)能力。

智慧生產(chǎn)調(diào)控系統(tǒng)包括生產(chǎn)全過程管控建設(shè)，生產(chǎn)調(diào)度建設(shè)；智慧技術(shù)保障系統(tǒng)包括地、測、采、掘?qū)I(yè)輔助設(shè)計、三維地質(zhì)建模；智慧職業(yè)健康與安全系統(tǒng)包括尾礦庫在線監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)、邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）用工荒問題趨勢嚴(yán)重。據(jù)2022年末統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，人口自然增長率為-0.6‰，作為勞動生產(chǎn)力的源泉，人口是衡量一個區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)與否的重要指標(biāo)，與落后貧困的山區(qū)生活環(huán)境相比，人們更愿意選擇在城市生活，更加不愿意從事像露天礦山這種高危行業(yè)，所以，近幾年礦山行業(yè)“用工荒”問題日趨嚴(yán)重，出現(xiàn)了招工困難問題，隨著人口老齡化比重的上升，這種情況也會愈發(fā)的嚴(yán)重，想要從根本上解決這個問題就需要大力發(fā)展礦山智慧化，用高科技的機(jī)械設(shè)備來取代從前大量廉價的勞動力，提高生產(chǎn)效率，加快企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

2.智慧化露天礦山建設(shè)的原因

（1）科技進(jìn)步為智慧礦山建設(shè)提供了技術(shù)支持和保障。近些年，我國在5G、大數(shù)據(jù)、人工智能以及區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂如日中天，在一些關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備、系統(tǒng)平臺等方面已經(jīng)具備應(yīng)用基礎(chǔ)，且在垂直行業(yè)獲得初步應(yīng)用，深度融合成為未來趨勢，科技創(chuàng)新發(fā)展為智慧礦山建設(shè)提供了技術(shù)裝備支持。

（2）礦山生產(chǎn)安全的嚴(yán)峻形勢促使企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型。在露天礦山開采過程中，常見的三大隱患為：邊坡坍塌、車輛運輸和爆破作業(yè)；其中邊坡坍塌又是最常見的、危害最大的事故類型，邊坡坍塌受巖石的物理學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件等多種因素的影響；再者礦山爆破作業(yè)也是礦山開采中不容忽視的風(fēng)險之一。根據(jù)2021年9月1日實施新《安全生產(chǎn)法》的要求，礦山企業(yè)面臨著前所未有的安全生產(chǎn)壓力，這樣勢必倒逼礦山企業(yè)走上轉(zhuǎn)型之路，而智慧化是其最佳選擇，投入合理，產(chǎn)出最高，符合企業(yè)可持續(xù)發(fā)展長遠(yuǎn)目標(biāo)。

（3）建設(shè)綠色礦山是新時代生態(tài)文明建設(shè)對礦山行業(yè)的基本要求。自十三屆全國人大二次會議確立—發(fā)展經(jīng)濟(jì)不能以犧牲環(huán)境為代價的倡議后，我國在環(huán)保事業(yè)上可謂壯士斷腕，通過近幾年的治理，礦山行業(yè)步入綠色可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)軌道。

（4）采礦技術(shù)創(chuàng)新的要求。隨著我國人民生活質(zhì)量的提高，我國社會對于能源的需求越來越大[2]。礦產(chǎn)資源作為一種不可再生資源，在過去粗放的管理模式和落后技術(shù)的采礦工藝中，造成大量的浪費，隨著我國對礦產(chǎn)資源開采實施精細(xì)化管理的不斷落實，倒逼企業(yè)對采礦技術(shù)進(jìn)行革新、創(chuàng)新，并不斷完善各項管理制度。

3.智慧礦山建設(shè)目標(biāo)

智慧化礦山的終極目標(biāo)就是“無人”，就是工作開采作業(yè)面無人作業(yè)、危險環(huán)境無人作業(yè)、最終實現(xiàn)整個礦區(qū)無人作業(yè)。整個礦區(qū)的各個環(huán)節(jié)、工序都通過智慧化建設(shè)設(shè)備操作完成。

（1）建立覆蓋全礦區(qū)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理的智能管控平臺，對礦區(qū)實時監(jiān)控、統(tǒng)一管理和信息資源共享。建立礦山測量工程數(shù)據(jù)庫，與三維采場驗收成果協(xié)同一致。①實時監(jiān)控展示，系統(tǒng)將GPS/北斗定位技術(shù)、4G無線通訊網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用于露天礦作業(yè)設(shè)備的動態(tài)實時行蹤，管理人員可實時掌握作業(yè)車輛位置及分布情況。同時對車輛的作業(yè)區(qū)域及車輛的速度等實時進(jìn)行預(yù)警提示，提高采礦生產(chǎn)管理的管理水平；②自動計量統(tǒng)計，利用先進(jìn)的遠(yuǎn)距離RFID無線射頻識別技術(shù)與高精度定位設(shè)備相結(jié)合，提出了自動計量算法，實現(xiàn)了露天礦車輛運輸?shù)V巖量自動、快速、準(zhǔn)確計量，消除了單靠歷史軌跡的計量誤差，提高了露天礦車輛運輸效率；③設(shè)備健康智能分析，利用車輛數(shù)據(jù)采集接口和GPS定位技術(shù)，實時監(jiān)測車輛運行的水溫、油耗、發(fā)動機(jī)運行時間等關(guān)鍵參數(shù)。智慧礦山系統(tǒng)利用作業(yè)設(shè)備故障診斷技術(shù)，對異常情況及時進(jìn)行智能分析和提醒；④車輛智能調(diào)度分析，立足于露天礦山生產(chǎn)的智慧礦山系統(tǒng)，利用礦業(yè)系統(tǒng)工程、排隊論等相關(guān)理論，對露天礦車輛運輸進(jìn)行動態(tài)車流規(guī)劃，避免了車輛亂拉亂跑、長時間空等排隊等現(xiàn)象。使設(shè)備作業(yè)效率能夠提高10%～15%。實現(xiàn)空間采場的實時更新，進(jìn)行全方位的智慧管控。

（2）提高生產(chǎn)智能化水平，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無人干預(yù)、少人值守。在露天礦山中，面對高溫、高寒、多粉塵、噪音大等作業(yè)環(huán)境惡劣，勞動作業(yè)強(qiáng)度大，從事爆破、車輛運輸?shù)雀呶Ｗ鳂I(yè)的從業(yè)人員。通過數(shù)據(jù)分析與挖掘，實現(xiàn)故障診斷以及人員、設(shè)備健康管理，有效降低人員勞動強(qiáng)度和提高生產(chǎn)安全性，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修和預(yù)防性維護(hù)；通過性能分析、控制優(yōu)化、運行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；通過采掘智能化、無人化、遠(yuǎn)程控制化，促進(jìn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，降低開采風(fēng)險，提高企業(yè)市場競爭力。

（3）提升企業(yè)智慧化安全管理水平，通過智能視頻、人員定位等技術(shù)，利用各種安全、生產(chǎn)新技術(shù)建立智能化反錯體系和智能化安全保障體系，安全生產(chǎn)是企業(yè)的頭等大事，只有做到安全，企業(yè)才能安心地生產(chǎn)。智慧礦山系統(tǒng)通過圖像識別、無線通信等技術(shù)，并結(jié)合危險源視頻識別監(jiān)控、運輸管理系統(tǒng)等技術(shù)，提前對危險源給出警報，增強(qiáng)安全系數(shù)，實現(xiàn)本質(zhì)安全性企業(yè)的目標(biāo)。

（4）實現(xiàn)減人增效，通過機(jī)械化換人、自動化減人、智能化提質(zhì)增效來提升企業(yè)的綜合競爭力，同時緩解礦區(qū)人員流失、人才短缺的問題。在人力資源大幅度下降的時代，提高企業(yè)的市場競爭力，相應(yīng)的管理系統(tǒng)是必不可少的。智慧礦山管理系統(tǒng)能高效的、智能化的節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；同時它在終端存儲的大數(shù)據(jù)庫，也可為企業(yè)實行績效考核奠定基礎(chǔ)。

4.智慧化露天礦山建設(shè)效益分析

在現(xiàn)實工作中，智慧化露天礦山建設(shè)、生產(chǎn)所帶來的效益很難嚴(yán)格界定是直接效益還是間接效益。露天礦山智慧化系統(tǒng)搭建完成后，使企業(yè)的管理水平大幅提升，經(jīng)濟(jì)效益將顯著提高，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)降低成本

①降低生產(chǎn)消耗成本。大型企業(yè)物料消耗管理是一個重要環(huán)節(jié)，不同的產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中物料消耗各不相同，根據(jù)工序復(fù)雜程度和體積大小等特點，消耗的物料千差萬別，傳統(tǒng)的管理方式工作量巨大，越是后期管理難度越大，不適合現(xiàn)代企業(yè)管理模式；有了覆蓋整個露天礦山的企業(yè)信息系統(tǒng)，企業(yè)管理者可以一目了然得掌握企業(yè)運營成本，并對成本進(jìn)行動態(tài)跟蹤，可以靈活調(diào)整各項成本預(yù)算、支出，對降低生產(chǎn)消耗成本起到了積極的作用。

②降低庫存成本。通過信息化手段，使生產(chǎn)部門和銷售部門等各部門之間的信息能及時、準(zhǔn)確的共享和交流。按照銷售情況制定生產(chǎn)計劃，合理控制生產(chǎn)節(jié)奏有效控制和降低庫存，減少占用庫存資金，提高資金利用率，使物資調(diào)配更便捷，從而有效降低庫存成本。

③降低管理成本。用無紙化辦公替代傳統(tǒng)辦公，解決信息的內(nèi)存問題；通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和管理軟件，解決資源利用的問題；通過信息發(fā)布和網(wǎng)上交流等，協(xié)調(diào)工作關(guān)系，提高業(yè)務(wù)和管理水平。利用信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，降低辦公成本、人力成本等各種管理成本。

(2)提高企業(yè)效率

①掌握信息的效率顯著提高。系統(tǒng)能夠?qū)崟r、動態(tài)反映生產(chǎn)、銷售、物資、資產(chǎn)、成本、營收等各種數(shù)據(jù)，可以隨時查詢和應(yīng)用。數(shù)據(jù)和信息從最基層的計量、質(zhì)檢、設(shè)備獲取或系統(tǒng)自動生成，數(shù)據(jù)不落地，保持?jǐn)?shù)據(jù)和信息的及時性、準(zhǔn)確性。露天礦的開采要嚴(yán)格遵循我國所提出的走可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，由此在露天礦開采中環(huán)保技術(shù)的合理應(yīng)用就顯著尤為重要，為了進(jìn)一步加強(qiáng)露天礦在開采中的環(huán)保生產(chǎn)，就需要礦企加強(qiáng)日常環(huán)保管理，完善露天開采管理制度，并且要將管理制度落實到實際工作當(dāng)中，根據(jù)實際情況反饋對其進(jìn)行合理優(yōu)化，從根源上最大限度的減少礦石資源的浪費率，切實完善生產(chǎn)流程，促進(jìn)安全生產(chǎn)，在提高礦石開采工作效率的同時要加強(qiáng)安全生產(chǎn)。各層級領(lǐng)導(dǎo)、管理人員從大量的、重復(fù)性的、低效率的工作中解脫出來。

②工作效率明顯提高。過往需要采用手工方式、花費大量人力和物力的工作，現(xiàn)在借助信息化手段，轉(zhuǎn)化成簡單、短暫的動作，工作效率成百上千倍的提高。

③提高探測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。提高露天礦量探測的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性主要利用于當(dāng)前數(shù)據(jù)智慧分析技術(shù)的準(zhǔn)確運用，并且和智慧監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行無縫銜接，要考慮當(dāng)?shù)芈短斓V開采的實際地質(zhì)條件和施工環(huán)境以及具體開采要求，堅持因地制宜的基本原則，結(jié)合現(xiàn)實情況制定出可行性較高的露天開采方案，以期達(dá)到最優(yōu)開采量。

(3)提升管理水平

①突出流程式管理，強(qiáng)化集中管理。通過標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程協(xié)調(diào)部門間關(guān)系及業(yè)務(wù)，真正的減少管理層級，通過信息化系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)集中管理。②形成協(xié)作機(jī)制，實現(xiàn)協(xié)同管理。打破部門間壁壘，促進(jìn)部門間協(xié)作，由以往的各司其職上升為各部門協(xié)同辦公。③促進(jìn)規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高執(zhí)行力。將業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)流程固化到信息系統(tǒng)，每筆業(yè)務(wù)有序進(jìn)行。④促進(jìn)精細(xì)管理，加強(qiáng)管理力度。業(yè)務(wù)過程中的數(shù)據(jù)可以精細(xì)化到日、班甚至小時，每個生產(chǎn)或管理細(xì)節(jié)都可以在系統(tǒng)中體現(xiàn)。⑤提高管理透明度，增強(qiáng)管理約束力。通過信息化系統(tǒng)，業(yè)務(wù)過程清晰可見，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行跟蹤和查詢。

(4)加強(qiáng)管理基礎(chǔ)

①確保各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性。統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息從最基層獲取或系統(tǒng)自動生成，保持了數(shù)據(jù)和信息的唯一性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不落地，減少人為影響。②加快了數(shù)據(jù)分析的反應(yīng)速度。系統(tǒng)提供實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，用戶可以隨時查詢數(shù)據(jù)，掌握動態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)管理基礎(chǔ)工作中的問題和缺陷，并采取整改措施。③積累了大量的可供使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。大量的數(shù)據(jù)被存儲起來，便于生成各種報表，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的跟蹤及查看。

(5)提高企業(yè)整體內(nèi)動力

智慧化建設(shè)需要全員參與，是一個邊學(xué)邊干邊提高的過程。通過智慧化建設(shè)，員工的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、執(zhí)行力和凝聚力都能得到不斷提高，員工智慧源泉被激活，聰明才智得到充分發(fā)揮，職工素質(zhì)得到全面提升。

5.結(jié)語

礦產(chǎn)資源對整個人類社會的發(fā)展起著舉足輕重的作用。為了能夠滿足社會的需求，各種中、大型露天礦山如雨后春筍般發(fā)展，但傳統(tǒng)的工藝、技術(shù)導(dǎo)致資源分配不合理，資源浪費層出不窮。在此背景下，促使露天礦山不得不向智慧化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，通過人工智能的幫助，加強(qiáng)露天礦山精細(xì)化管理，能夠從根本上提高露天礦山經(jīng)濟(jì)效益，因此，露天礦山智慧化具有非常重要的現(xiàn)實意義。