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矿山之星|浅谈智慧矿山的建设与推进

有色技术平台 | 有色金属全产业链领域 2022/09/22 20:31

近年来,随着全球矿产资源开采难度不断加大,安全环保要求进一步加强,各国都十分重视采矿业与科技的融合,矿山智能化建设发展迅速。在国家政策支持和技术创新驱动下,我国的智能矿山建设已经初具规模,数字化,信息化和智能化技术的大量应用显著提升了矿山技术设备,生产控制,安全管理和经营管理的综合水平。矿山在智能化建设的同时,还需要构建相适应的管理体系,以及优化矿业人才培养方向,矿山管理和智能化过程协同发展, 才能充分发挥智能矿山安全高效的优势,促进矿业的科学发展。

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智能矿山的内涵与架构

智能矿山是对数字矿山和矿山物联网的自然延伸和升华。数字矿山实现了真实矿山整体及相关现象在统一时空框架下的统一认知和数字化再现, 即物理矿山的“虚拟化”;同时,实现了生产过程和安全保障的信息化监视与控制,以动态详尽的监管矿山生产与运营的全过程,即矿山生产的“透明化”。而矿山物联网则是数字矿山,互联网技术的自然发展,它利用感知技术和智能装置对物理世界进行感知和识别,实现人与人,人与物,物与物的交互。智能矿山以数字矿山和矿山物联网为基础,实现物理矿山的虚拟化,生产环节的可视化,运营环节的高效化,是在数字矿山和矿山物联网基础上对生产和经营的流程再造,是在感知和数字化基础上将信息提炼为决策智慧,将决策智慧转化为执行能力的过程。

智能矿山建设是技术创新与体制创新,管理创新的有机结合,是对现有矿山生产管理模式和管理理念的一次重大变革,其主要特征为信息采集全覆盖、数据资源全共享、统计分析全自动、业务管理全透明、人机状态全监控、生产过程全记录。通过深化自动化,信息化和智能化技术,实现各技术各系统的融合联动,对于集团进一步减员增效,打造世界一流的安全、高效、绿色、智能的现代化矿山,实现井下的无人化开采具有重要的战略意义。

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矿山智能化建设现状

国外的矿山基本已完成基础的现代工业化进程,在规模、效率、管理模式上已具备相当的先进性,形成了智能采矿与无人采矿的前期条件。

我国的数字矿山不能完全以国外的建设目标为范本,不能直接面对信息技术发展的前沿技术和最新的管理理念。因为这些先进的技术和理念与我国矿山企业不能完美融合。我国的软件系统、系统集成与规划、管理理念的提升与管理过程的规范化则仍需要做大量的工作。

目前国内矿山企业已经基本实现了矿业软件的应用和主体设备自动化控制,部分矿山采用了互联网,物联网技术,实现了生产管理远程化,遥控化和无人化。一些先进企业正在利用人工智能,大数据和云计算技术,创新矿山智能操控,决策系统,争取实现生产作业,经营管理全流程智能管控。

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智能矿山建设框架

(1)数字化建设

围绕安全、质量、效率这一主题,数字化矿山建设应当由智能监测,智能装备,网络建设等3大专业系统组成,在此基础上共享含政策、经济、市场、应急及综合管理等共性平台,实现企业与政府的信息化管理。就企业而言,建设信息化管理系统的目的是实现科学掌控;而对政府而言,建设信息化管理系统的目的是实现依法管控。企业法人是责任主体,掌握控制安全、质量、效率的科学运行是法定的,生存的需要;政府是和谐发展的责任主体,依法 监督、管理、调控行业,企业规范有序稳健地发展。

智能监测:就是部署环境感知终端、智能传感器、智能摄像机、无线通信终端、无线定位终端等数字化工具和设备,融合图像识别、射频识别、电磁感应等关键技术,实现矿山环境数据、采矿装备状态信息、工况参数、选矿离线化检验数据、移动巡检数据等生产数据的全面采集,实时感知生产过程和关键装备运行数据和状态。

智能装备:在有色金属矿山生产劳动作业强度大、作业环境恶劣(高温、多粉尘、噪音大等)、人员安全风险大的凿岩、装药、支护、铲装、运输等岗位,应用智能凿岩台车、智能锚杆台车、智能铲运机、智能卡车、智能装药车等具备自主行驶与自主作业功能的智能化采矿装备进行凿岩、装药、支护、铲装、运输等作业,降低人员劳动强度,提高生产安全性、质量稳定性和生产效率。

网络建设:整体规划部署矿山控制网、生产网、办公网、监控网等网络,采用工业以太网、无线通信等技术实现不限于生产实时数据、多媒体信息和管理数据等的传输交互,优先保障控制网的通信畅通与冗余安全,实现主要办公区、主要巷道、受控区域(包括但不限于水泵房、变电所、炸药库、避灾硐室等)、装备作业区等重点区域的网络全覆盖。搭建矿山物联网平台,提升网络的布局布点与覆盖范围,实现地面与井下的无障碍通讯,满足大批量人员与设备精确定位、矿山井下大量人员和移动设备实时控制、大批量实时工业数据的采集与传输等要求。对工业网络进行改造,鼓励有条件的矿山开展IPv6、5G、NB-IoT等新型技术的规模化试验和应用部署,采用Mesh网络、Ad-hoc网络等技术实现全部移动装备和作业人员的无缝信息交互。鼓励矿山配备高系统容量、高传输速率、多容错机制、低延时的高性能网络设备,采用分布式工业控制网络,建设基于软件定义的敏捷网络,实现网络资源优化配置。

(2)智能化生产

矿山智能化生产主要以物联网为基础,以信息化、自动化为技术手段,使矿山在生产和 控制方面实现信息化、自动化和生产安全智能化。生产智能化主要围绕2个核心系统进行建设,即矿山资源数字化和生产智能控制。

矿山资源数字化即在三维可视化平台下,建设集地质资源管理、测量管理、采矿智能设计等功能于一体的的矿山资源数字化系统,实现矿山地质资源信息的精确把握与实时更新,并通过数据存储、传输、表述、深加工和融合等数据处理环节,使地质资源信息在矿山地质、测量和采矿之间数字化流转,实现矿山地质资源信息的准确把握、高效处理和实时共享的目标,并在此基础上科学迅速完成矿山规划设计,形成矿山智能生产的基础条件。它包括地质资源管理系统、矿山测量管理系统、采矿智能设计系统等。

生产智能控制主要包括采矿生产过程智能控制和选矿生产过程智能控制。采矿生产过程智能控制是针对矿山凿岩、装药、出矿、支护、溜井放矿、运输等作业地点分散、动态性强的作业,建设采矿装备智能控制系统,实现采矿装备信息动态精确采集、装备高精度定位、无轨装备远程操控与精细化管理、有轨装备远程控制、溜井料位实时监测、斜坡道信号自动控制、固定式作业装备远距离控制、露天采矿卡车调度等功能,达到主生产作业或危险区域设备自主运行、作业现场无人少人化的目的。

选矿生产过程智能控制是根据有色金属矿山多元素资源共生的特点,建设选矿智能在线检测系统,采用智能化的在线检测技术解决有色金属选矿过程中的特种参数检测问题,包括有色金属选厂中稀有、贵金属在线检测分析、矿物组成在线分析、选矿过程智能图像识别技术和新型产品的应用等,实现选矿过程状态的边缘计算感知。建设装备远程智能监控和预测性维护系统,提高装备运转率;建设有色金属选矿全流程智能化操作系统,形成专家规则控制,实现少人无人操作调控,稳定工艺流程,优化操作岗位,稳定选矿工艺技术指标。

(3)精细化管理

为确保矿山安全,高质量、快速地施工,必须提高现行的管理水平,进行精细化的管理。精细化管理包括资源管理系统、生产管理系统、风险管控系统、应急救援系统。

资源管理系统是采用数据库和三维可视化分析技术,对矿产资源勘查与开发全过程中资源量、储量级别、三级矿量和三率指标进行精细化动态管理。

生产管理系统: 主要是管理工程信息和基本的参数配置吗,工程信息记录巷道、采场和其他工程的基本信息包含工程的位置关系、工程设计信息、地质构造信息、矿量及品位的分布情况等;参数配置对工艺、工序、组织机构、班组、设备、生产运营标准、生产成本定价等基本参数进行设定,并配置好相关参数之间的关联关系。在生产过程监控的基础上,以生产计划为指导,跟踪矿山生产过程数据,通过数据分析优化生产过程,实现各项生产指标考核。

风险管控系统: 对监管区域安全风险进行全面辨识和评估,确认安全风险等级,建立风险数据库,实现风险监管的智能预警,方便安全监管人员及时调阅。通过各类传感器、视频监控等物联网技术,结合GIS地图和三维技术,对辖区内重大危险源构建层次化、立体化的实时监测监控体系,实现重大危险源监测信息的自动采集、智能预警和信息推送,使风险始终处于可控状态。

应急救援系统:应急救援是以应急预案为主线,通过对企业安全状态的实时监控、跟踪、评估,实现安全事故的灾前预警,灾中处置、灾后评估的调度、指挥管理的全过程数字化,全力保障企业生产运行安全可靠、应急工作规范高效和应急资源配置科学经济。

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智慧化矿山解决方案

近年来,新兴技术的研发和应用,呈现直线上升,而大数据分析、信息与计算科学的飞速发展,也为解决传统产业技术难题和行业痛点提供了新的思路和方案。随着机械化、智能化矿山的逐步推进,大大提高了煤矿产能,同时也对安全提出了更高的要求。5G时代下,安全管理信息数据具有动态化、多样化和高频化等特点,利用数据挖掘技术发掘安全数据中隐含的特征,成为煤矿安全管理发展的必然趋势。

晶合智慧矿山由智慧生产调控、智慧技术保障、智慧职业健康与安全三大系统组成,可实现对矿山生产、职业健康与安全、技术和后勤保障等过程的主动感知、自动分析以及快速处理。

智慧矿山是煤炭行业转型升级的战略方向和目标,它的重点核心技术是智能化开采。现在,新一代信息技术,主要是5G技术带来的发展机遇必须牢牢抓住,并且需要同时兼顾数字化矿山建设与煤炭的安全高效开发和清洁利用,不断进行技术创新、管理改革,利用信息化、人工智能、大数据等新技术提升和改造传统采矿业,不断开创安全、高效、绿色和可持续的智慧矿山发展新模式。

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