胡乃聯(lián) 李國清

(1.北京科技大學土木與資源工程學院,北京 100083;2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室,北京 100083)

進入21 世紀以來,與兩化融合/深度融合和傳統(tǒng)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等國家發(fā)展戰(zhàn)略相匹配,我國金屬礦山的工業(yè)化與機械化進程顯著加快,智能化建設取得了長足的進展,實現(xiàn)了從機械化到自動化、從數(shù)字化到智能化的跨越式轉(zhuǎn)變。 尤其是一批起步早、技術裝備水平高的金屬礦山,在近20 a 的探索性應用后,已形成了適用于礦山自身條件的智能化建設模式、推進方式以及建設內(nèi)容,積累了豐富的建設經(jīng)驗,取得了一批具備推廣應用價值的技術成果[1-2]。

隨著礦山企業(yè)進入規(guī)?；a(chǎn)、集約化管控、精細化核算與全球化布局的新階段,我國金屬礦山除了需要應對資源稟賦條件差、生產(chǎn)過程復雜等問題外,還必須面對沉重的安全、生態(tài)與成本壓力,“深部、綠色、智能”已陸續(xù)成為礦山的現(xiàn)實性生產(chǎn)運營環(huán)境。在這種內(nèi)外部環(huán)境條件以及發(fā)展趨勢下,越來越多的金屬礦山加大了對智能化建設的投入,礦山智能化已逐步由示范性的探索研究轉(zhuǎn)向為規(guī)?；某B(tài)應用。顯然,這一過程并不是簡單的擴大范圍、購置裝備、建設系統(tǒng),而是需要對建設成果及關鍵技術加以總結(jié)、提煉、融合,通過提高生產(chǎn)作業(yè)體系與智能化生產(chǎn)模式的匹配程度,以數(shù)字化轉(zhuǎn)型的思路完成生產(chǎn)與管理模式的根本性變革[3]。

本研究立足于智能礦山中的安全高效生產(chǎn)問題,基于我國金屬礦山規(guī)?；悄荛_采的核心需求,梳理智能化建設的示范性成果,總結(jié)提煉具有代表性的智能化應用場景,進一步分析目前智能礦山建設存在的問題并提出相應的措施建議,為金屬礦山擴大建設成果、保證建設實效、規(guī)避建設風險提供參考。

1 金屬礦山智能化應用場景

礦山生產(chǎn)經(jīng)營的目的是為了向社會提供合格的礦石(礦產(chǎn)品),因此,需要以礦石流為主線、緊密圍繞地質(zhì)測量、設計計劃、生產(chǎn)過程、安全保障、調(diào)度指揮、決策優(yōu)化等生產(chǎn)過程和管控業(yè)務,進行智能化規(guī)劃與建設[4]。 金屬礦山智能化應用的典型部署框架如圖1 所示。

圖1 金屬礦山智能化應用典型部署框架Fig.1 Typical deployment framework for intelligent metal mine application

首先是生產(chǎn)過程的智能化,即通過AI、5G、自動化技術和智能裝備的研制與應用,實現(xiàn)無人、少人化的現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè),提高勞動生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全。生產(chǎn)過程的智能化與礦山的開采工藝、技術條件密切相關,是礦山智能化建設的重點和難點[5],其建設成果是分散在生產(chǎn)過程中的諸多智能裝備與智能系統(tǒng)。

其次是集成化、一體化的管控平臺,通過多應用、多要素集成,實現(xiàn)協(xié)同化的生產(chǎn)管控,著力解決地質(zhì)測量、設計計劃、安全保障、調(diào)度指揮、決策優(yōu)化等業(yè)務的智能化問題。 其建設成果是分散運行在各業(yè)務節(jié)點的軟件系統(tǒng)和集中部署于調(diào)度指揮中心的軟件平臺。

最后在選礦方面,過程自動化技術與智能裝備的研發(fā)得到了長足發(fā)展,特別是選礦過程在線分析檢測技術、選礦過程優(yōu)化控制技術,其在國內(nèi)的應用已經(jīng)非常普及。 限于篇幅,本研究不再贅述。

2 生產(chǎn)過程智能化

礦山生產(chǎn)過程智能化的目標是根據(jù)不同的開采工藝,采用智能化的生產(chǎn)裝備和技術,實現(xiàn)關鍵生產(chǎn)工序無人/少人,并最終實現(xiàn)各作業(yè)的安全高效[6]。由于與具體的生產(chǎn)工藝工序關聯(lián)緊密,露天礦山和地下礦山分別具有各自的關鍵技術和應用場景。

2.1 露天礦山智能開采

按照圖1 所描述的露天開采智能化場景,露天礦山生產(chǎn)過程的智能化圍繞穿爆、鏟裝、運輸和排巖等核心工藝展開。 本研究以智能裝備主導下的作業(yè)體系為基礎應用單元,分別總結(jié)各應用場景下的智能化要素及典型應用。 由于鏟裝和運輸(包括運礦與排巖)在智能礦山中通常合并建設,因此露天礦山的智能開采主要集中在穿孔爆破和鏟裝運輸兩類生產(chǎn)作業(yè)場景。

2.1.1 穿孔爆破

智能引導和精確定位是露天礦鉆孔過程智能化的核心,通過鉆孔設備精準定位、鉆機智能化精確作業(yè),實現(xiàn)穿孔作業(yè)的現(xiàn)場無人、遠程遙控操作。 衛(wèi)星定位和5G 技術被廣泛應用于無人化鉆孔設備的精準定位,鉆機上的三維電子測定儀可實時測量、記錄并校驗鉆孔位置和深度,通過控制系統(tǒng)對鉆桿進行精確引導,確保鉆孔的準確性和效率,并為后續(xù)作業(yè)提供準確的數(shù)據(jù)支持。 在爆破環(huán)節(jié),爆破工程智能化三維設計技術綜合利用了地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實、地質(zhì)統(tǒng)計學等方法,結(jié)合巖石爆破理論和爆破技術,可實現(xiàn)爆破參數(shù)設計、爆破過程模擬和爆破效果預測分析[7]。

鞍鋼集團齊大山鐵礦針對露天礦牙輪鉆機的定位、尋孔、鉆進3 個主要工作流程,設計了包括導航定位和信息管理與操作兩大模塊在內(nèi)的數(shù)字化穿孔系統(tǒng)。 系統(tǒng)具備平面定位、孔深定位、地質(zhì)巖層識別、自動布孔四大功能,能夠?qū)崿F(xiàn)無人化布孔、高精度尋孔、鉆進參數(shù)調(diào)節(jié),進而減少礦山現(xiàn)場惡劣場所的操作人員數(shù)量[8]。

中國黃金烏山銅鉬礦利用三維礦業(yè)軟件進行礦巖分穿分爆設計,自動形成鉆孔坐標報告,利用無線傳輸技術將穿孔設計數(shù)據(jù)發(fā)送至鉆機自動布孔終端。鉆機利用GPS 高精度鉆孔終端自動查找穿孔孔位,穿孔后產(chǎn)生的實際數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲傻V生產(chǎn)管理系統(tǒng),并利用軟件進行爆破設計[9]。

本鋼南芬鐵礦的智能穿爆系統(tǒng)實現(xiàn)了布孔的自動化和數(shù)字化、輔助鉆機司機完成導航尋找孔位、鉆機鉆孔信息的自動采集上傳,以及鉆孔過程數(shù)據(jù)的采集分析等功能[10]。

隨著礦山全流程集約化管控要求的實現(xiàn),礦山更加傾向于從采選全局最優(yōu)角度實現(xiàn)爆破參數(shù)智能優(yōu)化,以減少選礦環(huán)節(jié)的礦石破碎能耗壓力。 為此,以爆堆塊度監(jiān)測分析為核心的智能爆破系統(tǒng)開始受到重視。 通過無人機、機器視覺等裝備技術,采集爆堆圖像信息并快速精準的辨識礦石粒度,進一步以采選全流程經(jīng)濟最優(yōu)為目標,對爆破參數(shù)進行優(yōu)化[11-12]。

2.1.2 鏟裝運輸

露天礦鏟裝作業(yè)的智能化主要表現(xiàn)在車鏟協(xié)同中的電鏟精準控制。 綜合運用礦用傳感器和AI 技術,在實現(xiàn)鏟裝裝備遠程操控的基礎上,通過與礦山其他設備的協(xié)同,實現(xiàn)電鏟自動定位、鏟斗挖掘方式優(yōu)化,以及巖石塊度在線識別等功能,為礦石配礦、生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎。 智能運輸作業(yè)主要集中在礦用卡車的自動駕駛與智能調(diào)度系統(tǒng)。 卡車定位與無人駕駛、智能調(diào)度、作業(yè)位置分配、最優(yōu)運輸線路規(guī)劃等功能已在多個露天礦山應用,從根本上提高了露天礦的生產(chǎn)效率和安全性。

洛鉬集團三道莊鉬礦是我國最早嘗試露天礦智能開采的礦山之一。 自2015 年開始,按照生產(chǎn)設備操作遙控化—遙控操作遠程化—無人操作智能化的步驟,逐步建立了露天礦穿孔、鏟裝和運輸生產(chǎn)設備智能化系統(tǒng),實現(xiàn)了穿孔、鏟裝、運輸?shù)臒o人化作業(yè)。2019 年,三道莊鉬礦將5G 技術應用在無人礦山,實現(xiàn)了云服務器下的精準控制,滿足了復雜供礦條件下的車輛高效運行需求。 目前,15 輛無人駕駛二代車輛已實現(xiàn)多個裝載點編隊運行,一號破碎站實現(xiàn)了全站運輸無人化[13]。

攀鋼集團朱蘭鐵礦采用了“5G 專網(wǎng)+邊緣云計算+車鏟鉆改造聯(lián)動+有人/無人混跑”場景的端到端解決方案[14],通過5G 及邊緣計算技術的應用,實現(xiàn)了YZ-35B 牙輪鉆機遠程操控、WK-4B 電鏟遠程操控、TR-60 礦卡無人駕駛及遠程操控,以及電鏟與礦卡鏟運協(xié)同作業(yè),支撐了露天采礦核心作業(yè)流程裝備智能化、作業(yè)流程連續(xù)化、設備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線可視化。

馬鋼礦業(yè)先后在其旗下的和尚橋礦和南山礦完成了基于5G+邊緣計算的露天礦卡車無人駕駛試驗與應用[15-16]。 運輸卡車仿真系統(tǒng)設置有起點和終點,礦車自動按照指定路線行進。 卡車安裝的激光雷達、毫米波雷達和高清攝像頭,可精確識別周邊環(huán)境,并能進行自動避障。 無人駕駛卡車與智能調(diào)度系統(tǒng)、協(xié)同裝載和卸載系統(tǒng)、應急安全接管等系統(tǒng)融合后,可以實現(xiàn)礦用車輛的集群調(diào)度與協(xié)同作業(yè)。

酒鋼集團西溝礦設計了一套集端、網(wǎng)、云于一體的智能化礦山無人露天鏟運系統(tǒng),綜合自動駕駛、設備急停、高精定位、5G 網(wǎng)絡、邊緣計算、車鏟聯(lián)運等關鍵技術,初步實現(xiàn)了遠程遙控鏟裝、卡車自主裝卸、自主尋跡駕駛、智能避障等,實現(xiàn)了以鏟為中心的車鏟聯(lián)動運行、遠程“無人化”開采[17]。

此外,烏山銅鉬礦、包鋼集團白云鄂博礦區(qū)的露天礦無人駕駛也正在由示范性應用過渡到規(guī)?；a(chǎn)階段[18-19]。

在鏟裝運輸自動化中,人員設備的狀態(tài)監(jiān)測也會同步建設,成為智能應用場景的重要組成部分。 如齊大山鐵礦基于深度學習技術研發(fā)并應用了鏟齒脫落智能識別系統(tǒng),解決了鏟齒脫落的智能感知與尋找問題[20]。 基于機器視覺的司機駕駛疲勞程度、操作規(guī)范監(jiān)測等的研究也取得了一定的進展。

2.2 地下礦山智能開采

目前,我國地下金屬礦山在地表及井下固定設施無人化、固定位置或常規(guī)性規(guī)律化的監(jiān)控監(jiān)測等方面取得了顯著進展,研發(fā)了相應的裝備、傳感裝置以及軟件系統(tǒng),并已進入了常規(guī)化應用階段。 但制約地下金屬礦山智能開采的瓶頸環(huán)節(jié),在于井下開采過程的智能化與自動化。 由于地下金屬礦山作業(yè)地點多、空間分布廣、位置動態(tài)且具有不確定性,只有通過遙控作業(yè)或自主作業(yè)實現(xiàn)工作面無人/少人,才能從根本上解決地下開采的本質(zhì)安全問題。

在地下開采作業(yè)智能化發(fā)展中,存在著功能性和機動性兩種要求[21]:鑿巖、裝藥、支護、充填、二次破碎等作業(yè),強調(diào)其在某一固定場景的功能性,位置相對固定或移動頻次低;對于鏟裝和運輸作業(yè),由于裝備在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生頻繁的位置移動,因此不但需要考慮在作業(yè)始末端的功能性,更為重要的是強調(diào)其中間過程的機動性要求,即運動路徑及場景切換等。 從目前的應用進展可以得出,對于滿足智能開采功能性要求的主要方式是遠程遙控作業(yè);對于機動性要求,則是自主行走、無人駕駛等所能解決的問題。

在開采過程的智能化方面,新建礦山更具備優(yōu)勢。 由于在礦山設計時即采用了先進的機械化、規(guī)?；椭悄芑砟?形成了智能開采的基礎工業(yè)化條件,例如謙比西銅礦、普朗銅礦、李樓鐵礦、司家營鐵礦等。 絕大部分的地下金屬礦山則采用“改造—示范—推廣”的實施路線,即先采用局部的示范性探索,在取得單元化、區(qū)域化的建設成果后,再進行全局化的推廣應用,如山東黃金三山島金礦、梅山鐵礦、馬鋼羅河鐵礦、凡口鉛鋅礦等。

2.2.1 鑿巖落礦

地下金屬礦山鑿巖作業(yè)智能化的應用主要集中在自動接收爆破設計、生產(chǎn)任務后,通過鑿巖臺車的遠程遙控實現(xiàn)鑿巖作業(yè)的現(xiàn)場無人化。

三山島金礦借助5G 網(wǎng)絡高速率、低時延的特點,實現(xiàn)在地表遠程遙控井下-546 m 工作面的鑿巖臺車實時、精準作業(yè)[22]。 眼前山鐵礦以無底柱分段崩落法生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的鑿巖作業(yè)為基礎,對礦山現(xiàn)有的Simba1354 中深孔鑿巖臺車進行遠程遙控改裝,實現(xiàn)了鑿巖作業(yè)的遠程遙控、自動裝卸桿、臺車運行狀態(tài)在線采集和預維護管理,有效減少了一線作業(yè)人員數(shù)量,改善了工人作業(yè)環(huán)境[23]。

新疆蒙庫鐵礦引入Simba ME7 中深孔智能鑿巖臺車,在富蘊縣城90 km 外遠程控制井下鑿巖設備[24]。 巷道布孔圖遠程下載至終端后,臺車可實現(xiàn)自動定位到布孔圖中的新孔并鉆入所需的深度,同時記錄所有鉆孔數(shù)據(jù),智能臺車的應用保證了穿孔作業(yè)精度和爆破后的礦石粒度合格率。

鑿巖作業(yè)對于安全高效的迫切性要求也推動了新型井巷掘進方式的發(fā)展。 2023 年12 月,國內(nèi)地下鐵礦山建設首次應用的TBM(全斷面隧道掘進機)“基石號”在鞍鋼西鞍山鐵礦項目始發(fā)[25]。 TBM 工法可用于掘進膠帶斜井、斜坡道與輔助井,為國內(nèi)大型地下鐵礦山在建設工藝、技術裝備和成本管控等方面提供了新的思路和方案。

地下礦的智能爆破主要包括爆破優(yōu)化設計、裝藥作業(yè)自動化,以及爆破過程的遠程遙控作業(yè)。 目前,裝藥作業(yè)還處于機械化提升階段,即裝藥臺車的研制與應用階段,如李樓鐵礦、程潮鐵礦均引進了挪曼爾特中深孔銨油炸藥裝藥臺車 Charmec MC 605DA[26-27];鞍鋼礦業(yè)提出了構(gòu)建基于5G 無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿技術的爆破一體化智能管控系統(tǒng)[28];凡口鉛鋅礦在-540 m 水平進行了智能裝藥臺車的試驗性應用[29],實現(xiàn)了視距遙控駕駛、遠程遙控駕駛及自主行駛,以及視距遙控尋孔、遠程遙控尋孔、自動尋孔等功能。

2.2.2 鏟裝作業(yè)

我國地下金屬礦山的鏟裝作業(yè)智能化仍普遍處于局部單元化的試驗性應用階段,著力通過鏟裝設備的遙控或自主運行,解決危險區(qū)域的安全出礦問題。

羅河鐵礦針對井下開采存在的采空區(qū)問題,為應對開采作業(yè)時的塌陷危險,對山特維克LH514E 鏟運機進行了改進,采用遠程遙控的智能鏟運機完成鏟裝作業(yè)[30]。

山東黃金焦家金礦采用WiFi6+Mesh 組網(wǎng)環(huán)境,通過對通信設備、車載控制程序和遠程操控臺程序進行升級改造,成功完成了井下3 m3鏟運機遠程遙控的場景應用測試,實現(xiàn)了在地表調(diào)度中心對井下鏟運機的遠程控制[31]。 為應對深部開采所面臨的新問題,該礦進一步基于5G 技術,開展了鏟運機設備端改造、5G 網(wǎng)絡建設、集控操控技術接連等工作,研發(fā)了采場鏟裝、巷道運輸和溜井卸礦的遠程控制系統(tǒng)[32]。

首鋼杏山鐵礦針對鐵礦中占用人員最多、安全風險最高以及最難實現(xiàn)智能化的井下移動單體設備智能化問題,聚焦井下電動鏟運機、中深孔臺車的遠程操控改造,采用“5G+泄露電纜”技術,在鐵礦作業(yè)5G信號全覆蓋的基礎上,實現(xiàn)了井下所有電動鏟運機、中深孔臺車的地面遠程集中操控,使36 名操作工的工作地點由井下移至地面[33]。

湖南柿竹園有色金屬有限責任公司以五礦集團專題“智能開采關鍵技術研究與示范項目”為支撐,2019 年開始從事地下礦山關鍵工序“5G+無人駕駛鏟運機技術”的專項研究,并于2021 年12 月建設完成5G+智能化采場出礦系統(tǒng)。 云南普朗銅礦的“5G+鏟運機無人駕駛系統(tǒng)”實現(xiàn)了井下穿脈內(nèi)鏟礦、運礦、卸礦作業(yè)的自動化和智能化,無需人工在穿脈內(nèi)操作,降低了安全風險[34]。 眼前山鐵礦對現(xiàn)有的EST1030 電動鏟運機進行改造,研發(fā)了適用于無底柱崩落法采場的鏟運機自動化出礦系統(tǒng),并在井下-235 m 分段的3 個出礦進路完成了示范性應用[35]。

隨著礦山開采逐漸邁向深部,規(guī)?；⒓夯臒o人化鏟裝作業(yè)將是地下金屬礦山智能開采的重要應用方向。

2.2.3 井下運輸

井下運輸作業(yè)包括無軌裝備和有軌電機車運輸,其智能化建設的主要內(nèi)容是設備的自主運行。 目前電機車無人駕駛與自主運行的應用已相當廣泛,但井下運礦卡車智能化還沒有出現(xiàn)相對成熟的應用案例,這與我國地下金屬礦山普遍采用的“鏟運—溜井—電機車運輸—豎井提升”運輸系統(tǒng)有關。

金川集團二礦區(qū)根據(jù)自身的生產(chǎn)工藝特點進行了井下無人礦卡的研究與應用。 針對井下復雜環(huán)境會對作業(yè)人員健康及作業(yè)安全造成影響這一關鍵問題,提出了一種融合SLAM 井下定位、5G 信息傳輸和通信、用戶交互、電子圍欄以及井下交通調(diào)度算法的地下無人礦卡智能調(diào)度系統(tǒng)整體框架[36]。 通過激光雷達等傳感器實現(xiàn)井下設備數(shù)據(jù)的收集和初步處理,利用光纖組網(wǎng)及5G 無線網(wǎng)絡完成數(shù)據(jù)實時傳輸,通過地表調(diào)度系統(tǒng)遠程處理數(shù)據(jù)并下發(fā)各種調(diào)度決策,無人車輛根據(jù)調(diào)度決策執(zhí)行相應指令。

紫金山金銅礦基于礦床的資源賦存條件,結(jié)合地下開采的生產(chǎn)工藝、裝備配置及生產(chǎn)組織,以多裝備協(xié)同作業(yè)思路,在-50 m 中段采區(qū)運行了無人化鏟運協(xié)同運行模式研究與應用,在245 硐口(地表)實現(xiàn)了遠程操控和井下無人值守的智能鏟裝—無人駕駛運輸—遠程破碎的一體化應用[37]。

杏山鐵礦、普朗銅礦、銅陵有色冬瓜山銅礦、馬鋼張莊礦是國內(nèi)最早一批探索并實踐電機車無人駕駛的地下金屬礦山,目前均已實現(xiàn)有軌運輸體系的常態(tài)化應用,由最初的人員遠程控制,逐步發(fā)展成為集智能配礦、自動裝放礦、溜井監(jiān)測、電機車制導與控制、裝備自主運行于一體的有軌運輸成套體系[38-40]。

凡口鉛鋅礦、金川龍首礦、招金大尹格莊金礦、三山島金礦、酒鋼鏡鐵山礦、紫金山金銅礦、新疆亞克斯黃山銅鎳礦、福建龍巖馬坑礦業(yè)、西部礦業(yè)錫鐵山礦等,均基于“5G+人工智能”實現(xiàn)了井下有軌運輸?shù)闹悄芑o人化[41-48]。 隨著示范礦山、示范區(qū)域的成熟應用,無人電機車將成為地下礦山智能運輸體系建設的首選內(nèi)容。

2.2.4 提 升

提升系統(tǒng)自動化在地下礦山已發(fā)展成熟,且應用廣泛。 但由于我國礦山大多數(shù)是由原有的單一生產(chǎn)系統(tǒng)逐步擴產(chǎn)而來,或新建大型礦山通常設計多個提升井,因此礦山智能化建設的方向是多提升系統(tǒng)的集約化控制,尤其是生產(chǎn)調(diào)度指揮中心建設完成后,控制中心在物理上的集中為提升機的遠程集控奠定了基礎。

金川公司二礦區(qū)采用綜合自動化技術,對分布于不同區(qū)域的4 臺提升機進行了遠程集中控制改造,實現(xiàn)了在地表提升機集控室同時對多臺提升機的性能參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)和運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和直接控制,方便了各層級管理和設備維護,崗位操作人員減少了1/3[49]。 三山島金礦實現(xiàn)了7 套提升機的集中操控、招金大尹格莊金礦集中控制了4 臺提升機、內(nèi)蒙古包頭鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司實現(xiàn)了1 條明豎井和4 條盲豎井的遠程集中控制[50]。

提升機無人值守遠程集中控制系統(tǒng)提高了設備運轉(zhuǎn)率、減少了生產(chǎn)成本、降低了工人勞動強度。 更進一步,提升機遠程集中控制可以與礦山智能運輸系統(tǒng)相融合,實現(xiàn)井下礦石運輸?shù)恼w高效率、低成本與品位均衡。

2.3 生產(chǎn)輔助系統(tǒng)智能化

露天和地下開采都會涉及一些生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。由于這些系統(tǒng)位置相對固定、生產(chǎn)工藝規(guī)則明確,其智能化建設著力于引入自動控制手段來滿足輔助工序的功能性需求,如通風、排水、供風、供電等。 現(xiàn)階段,國內(nèi)大多數(shù)礦山均已實現(xiàn)無人值守、遠程遙控,許多礦山將大數(shù)據(jù)分析與智能算法融入自動控制邏輯,以低成本、高安全為目標導向,實現(xiàn)了輔助系統(tǒng)的自主運行,全面提升了智能化水平。

由于這些場景的物理分布相對固定、監(jiān)測監(jiān)控的手段和邏輯具有規(guī)則化特征,比較容易形成三維可視化、多系統(tǒng)融合疊加的展示體系,因而產(chǎn)生了大量以這些系統(tǒng)為基礎藍本的“數(shù)字孿生”系統(tǒng)和固定路線的巡檢機器人系統(tǒng)。 如眼前山鐵礦應用全自主智能巡檢軌道式機器人,實現(xiàn)了井下-321 m 中央變電所、地表設備的遠程查看。

3 集成化應用平臺

應用系統(tǒng)的集成化、平臺化是我國智能礦山建設中最重要的特色。 相較于國外礦山,我國的應用平臺具有多層次疊加、多業(yè)務融合、多系統(tǒng)集成的特征,“一張圖”平臺是目前最為流行的展示模式,通過融合智能化生產(chǎn)、安全保障、經(jīng)營管理等多功能系統(tǒng),實現(xiàn)業(yè)務協(xié)同、決策管控、一體化運營等智能化應用[51]。 針對生產(chǎn)管控的不同階段,主要有技術平臺、安全平臺、集控平臺和決策平臺四大類型。 其中,技術平臺著力解決地質(zhì)測量、設計計劃方面的智能化問題,安全平臺保障礦山生產(chǎn)安全,集控平臺實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的智能調(diào)度與控制,決策平臺利用大數(shù)據(jù)分析、云平臺等技術輔助實現(xiàn)高層決策的智能化。

3.1 面向地測采集成的技術管理平臺

現(xiàn)代礦山地測采集成管理平臺已經(jīng)廣泛采用了先進技術,包括三維建模技術、GIS 技術、大數(shù)據(jù)處理技術等。 將這些技術與礦業(yè)軟件相結(jié)合,可使得平臺能夠?qū)崿F(xiàn)更高效準確的數(shù)據(jù)采集、處理、分析和可視化。 地測采集成管理平臺已經(jīng)實現(xiàn)了多個系統(tǒng)集成,包括地測信息系統(tǒng)、采礦設計系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。

紫金山金銅礦搭建了地測采三維協(xié)同平臺,系統(tǒng)性實現(xiàn)了地質(zhì)、測量、采礦專業(yè)技術工作按流程化管理和權限管理等功能,專業(yè)數(shù)據(jù)互通共享。 所有作業(yè)文件和成果數(shù)據(jù)存儲于服務器和數(shù)據(jù)庫中,從平臺上形成各種地質(zhì)、測量、采礦生產(chǎn)報表[52]。

齊大山鐵礦建設了露天礦數(shù)字孿生建模系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)采礦一塊屏,從地質(zhì)、測量、設計,到采礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)、安全、設備能耗、鐵路運輸?shù)?進行了一體化集成,所有采礦生產(chǎn)過程都可以通過露天礦數(shù)字孿生模型完成[53]。

南山礦有效融合了地測采系統(tǒng)、綜合配礦的地質(zhì)預判系統(tǒng)、生產(chǎn)質(zhì)量管理系統(tǒng),建立了礦山生產(chǎn)管控系統(tǒng),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)底層融會貫通,計劃、質(zhì)量、計量等信息的全局共享,對礦山生產(chǎn)組織、生產(chǎn)保障、生產(chǎn)調(diào)度、決策起到了支撐作用[54]。 三山島金礦建立了生產(chǎn)技術集中管理平臺,實現(xiàn)了地質(zhì)資源、開采設計、作業(yè)計劃和生產(chǎn)驗收的集成化管理。

面向地測采集成的技術管理平臺是礦山智能生產(chǎn)中重要的基礎性工作,通過對礦山地測采基礎業(yè)務與數(shù)據(jù)的研究分析,構(gòu)建礦山地測采信息協(xié)同平臺的業(yè)務與數(shù)據(jù)標準,可為業(yè)務數(shù)據(jù)的集中存儲、統(tǒng)一管理和共享使用奠定基礎。

3.2 集成化安全管控與預警平臺

礦山集成化安全綜合管控與預警平臺的技術水平也在不斷提高。 以礦山安全生產(chǎn)六大系統(tǒng)為基礎,許多先進的信息化技術,如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實、GIS 等,相繼被引入平臺建設中,為礦山安全管理提供了更高效、更智能化的手段。 安全管控平臺將眾多的安全監(jiān)控系統(tǒng)加以集成,“人—機—環(huán)—管”多要素的安全管控體系不但可以實時監(jiān)控井下人員和各設備子系統(tǒng)的運行狀態(tài)、對異常情況及時報警、確保井下各作業(yè)環(huán)節(jié)安全運行,還可以在此基礎上嵌入大數(shù)據(jù)與人工智能算法,通過對井下的生產(chǎn)系統(tǒng)進行智能化的風險評估與隱患辨識,及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,便于及時采取措施,避免事故發(fā)生,達到安全預警的目的。

冬瓜山銅礦建設了三維預防信息化平臺,依托現(xiàn)有的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),充分利用已有的安全管理體系,建立了一套適合企業(yè)安全管理的三維預防安全管理信息化平臺,達到企業(yè)風險分級管控、“三違”查處有章可循、隱患整治痕跡處理、管理考核事實說話的目標[55]。

三山島金礦的安全雙重預防體系及安全風險分析系統(tǒng)通過將“雙重預防體系”的業(yè)務流程系統(tǒng)化,將礦山安全管理全面擴展至以風險管控和隱患治理為核心的人、機、環(huán)、管、全要素管控;同時,結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術對安全檢查數(shù)據(jù)進行深入分析,利用分析結(jié)果對礦山安全風險進行智能化分級,構(gòu)建風險分級管控、隱患排查治理和風險智能分級相互關聯(lián)的閉環(huán)管理機制[56]。

河鋼礦業(yè)中關鐵礦搭建了標準化安全智能管控平臺,將“雙體系”與“標準化”有效融合,突出安全基礎管理、風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制等功能,提升了對安全工作及時、動態(tài)的管控能力[57]。

中鋼礦業(yè)搭建了安全生產(chǎn)監(jiān)測智能預警平臺,集日常安全管理、動態(tài)信息監(jiān)控、危險預警和應急救援輔助決策功能于一體,在對安全信息進行采集、統(tǒng)計、分析、處理、傳遞和預警的基礎上,實現(xiàn)了分級管控、事故分析、危險源辨識,提升了對潛在事故的預警預控能力[4]。

紫金山金銅礦引進VR 智能安全體驗設備,實現(xiàn)了安全教育由“說教式”向“體驗式”的全新升級,讓受訓人員從三維沉浸式的體驗中感受事故帶來的巨大傷害,并加入事故預防措施和應急處置方法的考核環(huán)節(jié),在全面增強員工安全意識的同時,實現(xiàn)了員工安全技能的同步提升[58]。

集成化安全管控與預警平臺通過多種安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的集成化、可視化及智能化的分析與應用,實現(xiàn)了從被動處理到主動預防、風險預警、可量化與動態(tài)化管理模式的轉(zhuǎn)變,有效提升了礦山安全管理水平。

3.3 多系統(tǒng)集中管控模式的生產(chǎn)調(diào)度集控平臺

礦山生產(chǎn)調(diào)度集控平臺通常具備生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)控、能源管理等功能,并通過實時采集和分析礦山生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度。 在生產(chǎn)調(diào)度集控平臺建設上,露天礦和地下礦分別采用了不同的建設思路:露天礦的生產(chǎn)調(diào)度集控平臺基本以衛(wèi)星定位為核心,圍繞鏟裝運輸系統(tǒng)的可視化調(diào)度指揮展開建設;地下礦的調(diào)度集控平臺則是以三維GIS 為底圖,進行調(diào)度指揮要素的分層疊加。

3.3.1 以卡調(diào)為核心的露天礦生產(chǎn)調(diào)度平臺

以卡調(diào)為核心的露天礦生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)始終處于生產(chǎn)組織與執(zhí)行的“中樞控制”地位。 自從1997 年德興銅礦引入國內(nèi)第一套Dispatch 系統(tǒng)以來[59],基于衛(wèi)星定位的露天礦山生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)在我國歷經(jīng)了“引進—消化—吸收—再創(chuàng)新”過程,逐步形成了成熟穩(wěn)定的技術體系并迅速推廣,首鋼水廠鐵礦、南芬露天礦、太鋼尖山鐵礦、河鋼司家營鐵礦、紫金山金銅礦等即是國內(nèi)最早一批建設卡調(diào)系統(tǒng)的露天礦山。這一階段的調(diào)度系統(tǒng)以電鏟/卡車跟蹤定位與路徑引導為基礎,結(jié)合采場配礦、礦巖計量、設備備件、能源燃料管理等功能,可以對生產(chǎn)執(zhí)行過程實現(xiàn)直觀實時的指揮與應急處理[60-65]。

經(jīng)過20 多年的發(fā)展,以北斗衛(wèi)星定位、5G、云計算為代表的現(xiàn)代信息技術成為主流的基礎信息支撐平臺,智能鏟裝、無人駕駛等前沿性的生產(chǎn)模式催生出了新的調(diào)度管控體系,原有的礦卡調(diào)度系統(tǒng)逐步向全流程智能化開采管控方向邁進。

三道莊鉬礦所構(gòu)建的集群協(xié)同卡車智能調(diào)度系統(tǒng)引入了群智能優(yōu)化算法,進行實時最優(yōu)化的路徑選擇和車流規(guī)劃,并對生產(chǎn)過程的突發(fā)情況進行動態(tài)預警及調(diào)整。 智能調(diào)度系統(tǒng)以自動派單模式下達鏟裝、運輸、卸礦調(diào)度指令,作業(yè)人員或無人設備利用移動終端實時接收調(diào)度指令,系統(tǒng)對于有人+無人混合作業(yè),乃至未來無人駕駛作業(yè)的露天礦生產(chǎn)新模式具有適用性[66]。

南泥湖鉬礦規(guī)劃建設智能管控和綜合生產(chǎn)平臺,構(gòu)建智能采礦管控、綜合生產(chǎn)執(zhí)行、三維可視化管控三大平臺,形成了以開采環(huán)境數(shù)字化和采掘裝備自動化為特質(zhì)的智能管控體系,實現(xiàn)了采礦設計、計劃、生產(chǎn)配礦、調(diào)度和決策等過程的智能化[67]。

齊大山鐵礦基于大型金屬露天礦智能安全開采的全工藝流程,形成了“全流程規(guī)劃→多工序智能→多場景聯(lián)動”的大型金屬露天智能開采模式,打造了智能開采的執(zhí)行與調(diào)度平臺[68]。

露天礦生產(chǎn)調(diào)度集控平臺的建設成為露天礦山生產(chǎn)由“人工調(diào)度”轉(zhuǎn)向“智能調(diào)度”、由“卡車調(diào)度”升級成為“集群管控”的標志性工作,因而成為露天礦山智能化建設的必備內(nèi)容之一。

3.3.2 以三維GIS 為底圖的地下礦調(diào)度指揮平臺

地下金屬礦山的集控平臺通常基于GIS 底圖模式,最為常見的是裝備和設施的附加和集成管控。 平臺對分布在各處的生產(chǎn)設備進行遠程監(jiān)控,實現(xiàn)對設備的實時狀態(tài)掌握、故障診斷、遠程操作等功能,以提高設備的運行效率,減少設備故障,提高生產(chǎn)安全性。大多數(shù)礦山在建設生產(chǎn)調(diào)度集控平臺時會強調(diào)智能化調(diào)度模型的封裝與內(nèi)嵌,可以基于平臺對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化和調(diào)度,實現(xiàn)資源合理配置、生產(chǎn)計劃智能安排、生產(chǎn)進度動態(tài)調(diào)整等功能。

阿爾哈達礦業(yè)在實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的基礎上,將礦山井上建筑物、斜坡道,以及井下采礦、運輸、提升等生產(chǎn)流程進行動態(tài)直觀展示,并整合輔助系統(tǒng),形成了綜合指揮調(diào)度中心[69]。

首鋼礦業(yè)提出了“一張圖”模式的管控體系,以“現(xiàn)場無人化、操控集約化、管理智慧化”為目標,以“一張圖”理念為主線,推進“智能采礦、智能選礦、智能運輸、智慧管理”四大平臺建設。 在“一張圖”理念指引下,實施了工控一張圖操控系統(tǒng)和管理一張圖實時監(jiān)控分析系統(tǒng),并投入了應用[70]。

馬鋼礦業(yè)姑山礦、山東黃金新城金礦和玲瓏金礦均上線了生產(chǎn)調(diào)度一體化監(jiān)控平臺,對生產(chǎn)車間內(nèi)各種生產(chǎn)設備及檢測儀表、視頻等進行集中監(jiān)控管理,集存儲、監(jiān)視、控制、報警、聯(lián)動、指揮等眾多功能于一體,具有“集中管理、分散控制、全面監(jiān)控、安全聯(lián)動”等特點[71-72]。

隨著數(shù)字孿生技術在礦山的成熟應用,面向數(shù)字孿生的生產(chǎn)管控將成為新的礦山生產(chǎn)調(diào)度指揮模式。

3.4 面向大數(shù)據(jù)的礦山生產(chǎn)運營智能決策平臺

礦山生產(chǎn)運營智能決策平臺是我國智能礦山建設中最為普遍、應用最為廣泛的平臺,全面體現(xiàn)了智能礦山最終展示的體系化與集成化,其最大特征是綜合性強、表現(xiàn)方式圖形化,涉及數(shù)據(jù)采集、處理、分析、可視化、決策支持等多個方面,數(shù)據(jù)以圖表、報表等形式展示,便于用戶直觀理解和分析。 決策平臺對礦山的生產(chǎn)情況進行實時監(jiān)測、記錄和分析,通過數(shù)據(jù)挖掘和模型預測等技術發(fā)現(xiàn)問題、挖掘潛力,為生產(chǎn)計劃、調(diào)度、安全管理等方面提供科學依據(jù)。 例如,根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,可以優(yōu)化生產(chǎn)計劃和調(diào)度方案,提高生產(chǎn)效率;通過對安全隱患的分析,可以提前發(fā)現(xiàn)并采取措施,降低事故風險。

三山島金礦基于大數(shù)據(jù)分析技術研發(fā)了生產(chǎn)運營綜合管控平臺,采用大數(shù)據(jù)平臺對資源儲量、采礦、出礦、運輸提升、地表運輸及選礦等各工藝環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進行關聯(lián),建立了基于“礦石流”的礦山大數(shù)據(jù)綜合管控平臺,實現(xiàn)了在統(tǒng)一平臺上對礦山全流程的優(yōu)化調(diào)度與管控分析[73]。

大尹格莊金礦的“黃金智慧礦山大數(shù)據(jù)分析平臺”運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術,建設有排水、提升、選礦、通風、運輸、配電、充填、供風、水平衡、尾礦庫、“六大系統(tǒng)”、系統(tǒng)管理等多個分析模塊,借助大數(shù)據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化完善各安全生產(chǎn)系統(tǒng)。 逐步建立了礦山大數(shù)據(jù)分析平臺,以期實現(xiàn)礦山生產(chǎn)與安全管理全方位的可視化集中監(jiān)測或監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘、分析、診斷和決策,用于完成礦山各種感知信息的收集、加工和再利用,實現(xiàn)礦山智能化管理[74]。

鞍鋼礦業(yè)公司建設有綜合業(yè)務集控平臺,利用大數(shù)據(jù)分析、預測分析等先進技術,全面梳理了生產(chǎn)、設備、安全環(huán)保、質(zhì)計、物流等業(yè)務數(shù)據(jù),橫向打通業(yè)務數(shù)據(jù)鏈,縱向感知終端信息流,實現(xiàn)了業(yè)務融合、數(shù)據(jù)交互、輔助分析、預測預警、綜合決策,優(yōu)化生產(chǎn)過程管控,成為公司一體化、數(shù)字化、智慧化運營管控中心[75]。

4 存在問題與措施建議

經(jīng)過20 多年的數(shù)字礦山建設,特別是最近幾年的智能化建設,一些先進適用的數(shù)字化、智能化技術逐步得到應用,礦山自動化、智能化水平有了明顯提升,安全狀況得到了改善,出現(xiàn)了一批示范項目、示范礦山。 但是,隨著數(shù)字化、智能化技術應用的不斷深入,礦山在建設內(nèi)容選擇、關鍵技術確定、數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑、管理模式轉(zhuǎn)變、運維與應用效果等方面也出現(xiàn)了一系列問題。

4.1 重形式輕內(nèi)容

智能礦山建設是一個將礦山傳統(tǒng)業(yè)務與信息化、數(shù)字化、人工智能技術相結(jié)合進行集成創(chuàng)新的過程,其核心目的是解決礦山生產(chǎn)中的具體問題,提高勞動生產(chǎn)率、保障生產(chǎn)安全。 目前,一些智能礦山建設規(guī)劃或體系研究出現(xiàn)了“強規(guī)劃、弱實施”的現(xiàn)象,新概念、新名詞層出不窮,系統(tǒng)邏輯和架構(gòu)大而全、應用層級圖復雜且難以理解,對智能礦山實施缺乏必要的指導作用。 礦山面對該類規(guī)劃方案時普遍存在“先進但是不知該建什么”或“前沿但不確定有什么風險”的困惑。

出現(xiàn)這一問題的根本原因是對“智能”形式的重視超出了礦山業(yè)務本身。 由于金屬礦山技術條件復雜,不同礦山之間資源稟賦、開采工藝、裝備水平、管理模式差別大,難以用一個框架、一個平臺來解決所有問題,根據(jù)礦山自身特點設計建設方案、選擇建設內(nèi)容,是智能礦山建設能否成功的關鍵一環(huán)。

4.2 重技術輕業(yè)務

當前,隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術快速發(fā)展,面對洶涌而至的新技術、新方法,礦山在選擇的過程中容易出現(xiàn)偏差。 20 世紀70 年代,瑞典基律納鐵礦僅靠簡單的繼電器、行程開關就完全實現(xiàn)了有軌運輸?shù)淖詣踊?因此,礦山在選擇智能化技術時,應該立足于自身的技術條件和管理特點、深入分析業(yè)務流程,選擇適合礦山特點、性價比合理、能夠解決具體問題的技術,以降低項目風險、節(jié)約建設成本、方便日常運維。 盡管在同等條件下應優(yōu)先選擇先進技術以保證項目的先進性,但有必要充分考慮技術/裝備的普適性問題(即同一種技術/裝備在某一礦山應用非常成功,但在其余礦山是否同樣適用)。因此,本研究認為礦山應以自身需求為導向,科學合理地選擇智能化技術,而非追求新技術、新裝備在礦山的盲目性應用。

另外,智能化技術作為一個時代的產(chǎn)物應用到傳統(tǒng)的礦山企業(yè),與企業(yè)的管理需求往往存在較大差異,很容易與現(xiàn)有管理體制產(chǎn)生沖突。 因此,在智能化技術深入應用的過程中,企業(yè)有必要進一步重視數(shù)字化轉(zhuǎn)型,對現(xiàn)有的管理模式、業(yè)務流程進行業(yè)務重構(gòu)、流程重構(gòu)和組織重構(gòu),以適應智能化技術應用帶來的業(yè)務變革,實現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

4.3 重展示輕應用

我國智能礦山建設的突出特點是每座礦山都會建設一個高集成度的調(diào)度指揮中心,其中配置有豐富展示度的監(jiān)控大屏,并且在很大程度上呈現(xiàn)出“大屏幕越建越大、指揮中心越建越豪華”的趨勢。 在實際運作中,中心的作用基本是生產(chǎn)管控與展示宣傳并重:一方面,展示大屏以三維模型或數(shù)字孿生為基礎,集成了各系統(tǒng)的畫面與數(shù)據(jù),對于管理人員隨時了解生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況、及時掌握生產(chǎn)進度發(fā)揮了積極作用;但另一方面,在仔細研究屏幕顯示的內(nèi)容后,就會發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)容與實時生產(chǎn)關聯(lián)度有待提升,指揮中心實際上更側(cè)重于直觀、形象地集成展示一些監(jiān)測數(shù)據(jù)與視頻畫面,普遍存在“監(jiān)而不控”“集而不決”的傾向。

智能礦山建設的主要目的是實現(xiàn)作業(yè)場所減人/少人、提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)安全性。 通過畫面及時了解生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況盡管十分必要,但仍需在此基礎上進一步聚焦于生產(chǎn)運營體系的穩(wěn)定高效運行,尤其是地質(zhì)測量、計劃調(diào)度、生產(chǎn)過程、安全保障等礦山尤為關注的應用系統(tǒng)。 相對而言,國外一些礦山辦公條件、監(jiān)測監(jiān)控終端形象上比較簡陋,但其作業(yè)現(xiàn)場的裝備智能化水平非常高,有的完全實現(xiàn)了自動化、智能化。 因此,礦山智能化建設的高質(zhì)量發(fā)展,歸根結(jié)底取決于各類技術裝備的應用效果,調(diào)度指揮中心的裝備水平并不能完全反映出礦山的智能化水平,礦山應將工作重點放在智能化技術、智能裝備的研發(fā)與應用上。

4.4 重采集輕分析

自“十一五”我國開始進行數(shù)字礦山建設以來,數(shù)字化采集即被認為是礦山信息化與智能化需要解決的基礎性、關鍵性問題,由此催生了大量智能裝備、傳感裝置在礦山的廣泛應用,大部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)已實現(xiàn)了實時/近實時的自動化與數(shù)字化采集,同時也帶來了數(shù)據(jù)量的全維度爆發(fā)問題。 但目前許多礦山都存在著“數(shù)據(jù)很重要但不知如何使用”的困惑,并由此產(chǎn)生了在數(shù)據(jù)管理上的兩種傾向:一是在充分意識到數(shù)據(jù)重要性的情況下,采用面向集成平臺的“全掌控”方式,不同產(chǎn)生頻率、細度粒度、加工深度、業(yè)務主題的數(shù)據(jù)全部集中于數(shù)據(jù)平臺,“事無巨細”的數(shù)據(jù)體系為數(shù)據(jù)后利用的主題化、服務化帶來了極大困難;另一種則是數(shù)據(jù)經(jīng)采集、加工、處理、展示后,即認為完成了固有的業(yè)務處理周期,形成了大量歷史數(shù)據(jù)沉淀。 在數(shù)據(jù)分析方法上,仍以對比分析等常規(guī)方法為主,數(shù)據(jù)后利用的需求驅(qū)動不清晰、分析決策主題對于數(shù)據(jù)的依賴性不明確、異構(gòu)數(shù)據(jù)的綜合建模能力不足等,造成了數(shù)據(jù)智能建模分析的技術與應用瓶頸。

智能礦山建設到一定階段后,必然會面臨數(shù)據(jù)的后綜合利用問題,數(shù)據(jù)資產(chǎn)的形成與利用對于礦山的生產(chǎn)運營分析決策將產(chǎn)生至關重要的影響,而面向主題、問題導向的生產(chǎn)分析,是保證礦山整體最優(yōu)化運行的智能化保障。 這一過程并非是采集數(shù)據(jù)的簡單堆積和集成展示所能解決的,而是需要在進行數(shù)據(jù)標準化、數(shù)據(jù)治理的基礎上,引入大數(shù)據(jù)分析、人工智能、商務智能等多種技術手段,根據(jù)特定主題構(gòu)建智能分析模型,全面解決地質(zhì)資源的合理利用、礦山計劃的優(yōu)化指導、生產(chǎn)過程的合理組織、生產(chǎn)效果的精準評價,以及生產(chǎn)運營決策的科學高效等問題。

4.5 重宣傳輕效果

評價礦山智能化建設的效果,最終還是要回到企業(yè)的商業(yè)本質(zhì),即成功的智能礦山建設項目應為礦山產(chǎn)生高效率、帶來高效益。 結(jié)合智能化技術的特點,本研究認礦山智能化建設效果的評價標準是提高技術水平、獲得經(jīng)濟效益和保障礦山安全。 因此,智能系統(tǒng)在生產(chǎn)實際中進行應用,并成為生產(chǎn)業(yè)務不可或缺的組成部分是評價建設效果的最低標準。

鑒于行業(yè)內(nèi)對于智能礦山建設均表現(xiàn)出濃厚興趣,各類系統(tǒng)建設全面開花,且都表示采用了領先的技術,成功建設了數(shù)字礦山或智能礦山。 本研究認為,如果拋開效益效果、適用性與應用深度,即廣泛宣傳了其高水平的技術、前沿性的系統(tǒng)、完善的展示平臺,但在其持續(xù)、常態(tài)化應用的體驗與效果方面涉及較少,在很大程度上會對智能礦山建設本質(zhì)需求的理解造成干擾。 現(xiàn)階段,在智能礦山建設方面業(yè)內(nèi)存在不同程度的“重媒體宣傳輕應用效果”現(xiàn)象,個別礦山甚至是不到現(xiàn)場很難真實了解其智能化水平,對于客觀、全面地分析總結(jié)我國礦山智能化的總體技術水平造成了障礙。

礦山智能化建設是一項復雜的系統(tǒng)工程,無法一蹴而就,其效果也并非立竿見影。 隨著礦山企業(yè)不斷發(fā)展,相關技術/裝備水平逐步提升,礦山需要根據(jù)自身的技術條件、生產(chǎn)工藝、裝備水平、管理模式,選擇適宜的智能化內(nèi)容和建設模式,逐步推進、不斷提高,方可從根本上實現(xiàn)礦山高質(zhì)量發(fā)展。

4.6 重建設輕運維

智能化項目建成投用后,能否穩(wěn)定運行并發(fā)揮效益,持續(xù)有效的運維是關鍵,即三分建設、七分運維。目前,不少礦山存在“重建設、輕運維”的現(xiàn)象,由于缺少必要的運維機制和運維力量,有些項目并未按照預期的目標持續(xù)、穩(wěn)定地運行下去,而是處于勉力維持狀態(tài),成為“雞肋”或面子工程。 部分項目則被動廢棄,礦山不得不重新進行投資建設,很大程度上造成了資金浪費。 在回顧項目建設得失時,未能客觀分析運維的短板,而傾向于在技術/裝備、供應商等方面尋找不足,在一定程度上影響了礦山智能化建設的積極性和可持續(xù)性。

礦山在進行智能化項目建設時,前期論證階段除了要考慮建設投資外,建成后的運維費用、運維機制也須同步考慮;在項目論證與啟動階段,就應組織業(yè)務需求、技術提供、應用人員、系統(tǒng)運維、數(shù)據(jù)中心等多方力量共同參與,同時明確分工、重視移交、轉(zhuǎn)移運維,在此過程中礦山企業(yè)需注重培養(yǎng)鍛煉本單位的開發(fā)、運行、維護隊伍。 分析國內(nèi)外一些礦山智能化建設的成功經(jīng)驗可以得出,穩(wěn)定可靠的技術和及時有效的運維是智能礦山建設成功的關鍵因素。 部分國外礦山也在使用一些我國的技術或裝備,認為我國技術先進適用、性價比高,但在后期運維服務方面有進一步提升的空間,這值得重視。

5 結(jié) 論

我國金屬礦山的智能化建設已由最初的探索性研究向常態(tài)化應用轉(zhuǎn)變,這一過程的難度和風險要遠大于前期的科研探索。 本研究立足于金屬礦山智能化建設的科學分析與客觀思考,在對代表性智能化建設成果進行總結(jié)的基礎上,探討了目前存在的問題,所得結(jié)論如下:

(1)智能礦山建設可以從兩個層次考慮,即功能性的智能和體系上的智能。 前者是為了滿足某一具體業(yè)務的安全高效展開,如智能裝備、自動化改造、無人值守系統(tǒng)等,目標是實現(xiàn)礦山業(yè)務操作的智能化,其技術基礎是高度的機械化、自動化與人工智能;后者是以礦山整體運行最優(yōu)化為目標導向,實現(xiàn)礦山各種資源在時空上的最佳部署,其技術基礎是大數(shù)據(jù)、商務智能以及算法模型。

(2)在智能礦山建設中要正確處理分析集成性與業(yè)務分散性的關系。 目前各類集成平臺成為了所有系統(tǒng)最終的匯集地點,但在離散式、分散式的礦山作業(yè)方式制約下,各業(yè)務的獨立性顯著,且業(yè)務間邏輯關聯(lián)、業(yè)務協(xié)同以及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)成為重要的支撐條件。 因此,集成平臺應在畫面集成、系統(tǒng)界面集成、報表集成的基礎上,進一步從需求導向、用戶導向、主題導向出發(fā),深層次地考慮集成平臺的功能規(guī)劃問題。

(3)從目前智能礦山建設現(xiàn)狀分析得出,項目成功的關鍵因素是生產(chǎn)系統(tǒng)通過智能化改造,形成了新的作業(yè)方式,在經(jīng)過一段時期的適應性改進、生產(chǎn)組織調(diào)整后,必須固化成為生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分,才能持續(xù)發(fā)揮作用,這也是我國智能礦山建設中固定設施及輔助系統(tǒng)無人化應用較為成功的根本原因。 在單體裝備、局部應用智能化向集群化轉(zhuǎn)變的過程中,應充分考慮這一因素。