地下金属矿山智能化开采综合技术研究

2021-11-30刘志远

世界有色金属 2021年1期

刘志远

（海南山金矿业有限公司，海南三亚 572500）

社会发展离不开资源支持，而国家发展和有限资源之间的矛盾需要人们在前行中持续探索，从而能够找到资源开采和平衡发展的最佳方式，从最大程度上扩大发展效益。有色金属对于我国工业发展十分重要，除了能够用来制造冶炼各种装置设备以外，大部分有色金属同时还是精密工业生产中的重要催化剂和添加剂，为此对于有色金属开采的重视程度也不断提升。

1 地下金属矿山实施智能化开采分析

（1）开采结构。智能化开采属于科技不断发展的产物，迎合了时代发展需求，在地下金属矿山开采中能够帮助解决各种开采故障问题，同时借助自动化系统以及新进的计算机技术，融入到地下金属矿山的开采技术内，从而进一步提升整个采矿过程的可靠性和安全性，促进采矿过程全面优化，推动国家工业、经济能力全面提升，优化科技技术。将新型虚拟平台和智能数字控制技术融入到信息采集当中，借助数字化大数据对设备所采集信息实施集中整理，通过应用虚拟平台还可以帮助相关技术人员针对地下金属矿山实际开采状态实施线上模拟和准确预测。智能化技术下的矿产开采工作借助大数据技术和数据库系统，创建管理和信息分析于一体的综合平台，针对设备采集的各种信息实施有效整理，方便为施工操作提供各种有效信息，提升整体开采效率。在管理信息系统、各个设备、器件的功能系统，和在监理管理系统过程中提升开采工作的科学化与合理化。参与人员相关定位技术的有效应用，矿体模型实施信息采集，创建虚拟模型，设备装置的自动化开采等系列工作的实现，设备监控中的信息实时传递相关系统建设及其在开采工作中的有效应用，能够从根本上提高开采中的信息集成效率，强化工程监控，确保施工安全性，从基础上提高开采工程信息准确性，促进信息全面集成，保障安全施工，提高工程建设效率。

（2）开采意义。智能化开采主要是借助自动化和智能化采矿设备充当核心元件，将双向综合、大容量、高速运行的数字化通信网络当成基础载体，通过生产管理软件和智能设计构建基础平台，针对矿山开采工作实施有效的智能化动态管控，从而实现高效、安全运行，促进经济效益最大化。智能化开采同时还可以推动产业全面转型升级，进一步提高企业综合竞争力。联系国内金属矿山整体分布状态分析，综合矿数量相对较多，贫矿数量较多，单一矿数量较少，富矿数量较少。比如矿山平均品位仅为33%，铁矿贫矿所占比例为97%左右。锰矿贫矿的品位仅为22%，所占比例为94%，其他包括钼矿、铜矿、铝土矿等金属矿现存状况也并不是十分乐观。此外，长时间实施掠夺式开采方法，进一步加剧了市场竞争状况。随着国际中高质量、高水平矿产进入规模的不断扩大，使原有开采模式得到了有效转变，初步实现了智能化开采目标，同时还可以控制开采成本，提升整体产量，强化企业核心竞争力，促进产业的全面转型升级[1]。

2 地下金属矿山开采原则

地下金属矿山开采在新时期发展背景下需要按照基础标准原则实施，智能化开采属于一项重要技术会影响开采结果，为此除了需要充分把握相关开采技术以外，同时还需要考虑到开采原则，促进开采工作的顺利实施。所有工程建设中都需要坚持以人为本的基础原则，将安全开采工作作为基础准则。首先需要坚持经济实用的基础原则，地下金属矿山实施智能化开采中应该紧密联系现实发展状况，综合设计地下金属矿山的开采方案，了解不同环境下矿道是否满足智能化技术要求，无需在个别情况下对相关操作定理进行生搬硬套，应该做到具体问题具体分析，结合不同状况实施灵活处理。此外，智能化技术的有效应用还需要满足场地和信息技术要求，开采前投入大量资金，所以需要针对个别状况实施仔细勘察，确保在相对安全条件下实施开采工作，促进经济和开采效益实现最大化。其次是整体性原则，结合上述分析能够发现，地下金属矿山开采中应用智能化技术并非是单一结构，而是某种相对复杂的信息系统建设，不同系统之间彼此合作。对于信息综合管理、分析、传输以及采集等工作也需要借助不同平台实现，为了顺利实施智能化开采，保证开采效益，需要促进不同平台之间的有效配合，提高工作效益[2]。

3 地下金属矿山智能化综合开采

（1）智能化开采框架设计。瑞典、加拿大、芬兰等西方代表发达国家在90 年代便开始形成了智能化开采优势，和西方智能化开采技术相比，我国落后较长时间。而随着信息化和经济全球化的发展，我国相关技术得到了明显发展，同时具备了在短时间内提升至国际水平的实力。到目前为止，我国在矿山开采中已经进入了信息化六大系统建设阶段，同时在矿井下形成了以光纤为核心的通信网络，并应用到部分大中型矿山内，能够进行有效的自动化控制、视频监测、环境监测等，同时也进一步应用了遥控铲运机等进口设备，广泛应用到预警监测系统、设备人员定位系统等领域也得到了广泛应用。包括SURPAC、DATAMINE 等国外先进矿产技术软件也相继推广应用到矿山开采当中。从国家层面分析，我国开始针对千米深井高温和地压灾害监控装置和技术、井下遥控采矿关键设备和技术的研发、地下智能化铲运机模型技术和地下无人采矿高精度定位研究、数字化关键采矿技术和软件开发等科技项目实施全面攻关，由此能够体现出我国对于地下金属矿综合智能开采技术的关注。

随着计算机辅助设计、可视化技术、地理信息技术的持续发展，能够有效简化矿藏和矿山空间信息，借助差值方法，在三维模型中准确显示出矿石品位分布和地质结构，帮助确定不同区域内矿石储备实际状况。除此之外，借助建模技术可以进一步优化矿区初始设置、后续扩展以及支护条件对应设计速度，进一步控制投入，针对矿山开采实施智能化设计能够帮助进行合理开采、科学规划，为后期各项工作顺利实施奠定良好基础。想要顺利开采地下金属矿产前，需要针对地下金属矿山资源实施全面资源评估和深入探测。新时期，在针对地下金属矿山资源实施探测过程中主要是借助相关技术结合探测器传输信息实施三维建模，同时借助创建的直观模型帮助单位了解地下金属矿产资源的分布状态，将矿石分布信息展示给工作人员，由工作人员进行整合、分析、评估。通过借助先进技术将地下位置和探测状况通过三维化形式展示出来，方便采矿工作能够联系实际状况，灵活设计各种应对策略，方便工程实施，使相关操作人员能够更好掌握复杂状况，针对性制定应对措施，保障工程顺利实施。

（2）智能化信息采集。信息采集系统可以在矿山开活动中实时提供各种反馈信息，从而为矿山的日常决策生产工作提供有效参考数据。传感器属于信息采集系统中实施数字化管理终端，同时也是促进开采工作中实现安全调度、调控和监测的重要部分。比如传感技术能够利用热成像、视频、雷达、激光等方法对开采现场进行全面监测，同时借助化学、核能、光电、机械、热力等方式对矿物和地质等参数进行准确定义，通过超声波对空气质量进行全面检测。随后利用网络技术发布数据，促进实现信息的全面共享，实现远程监控。提高问题处理的高效性和科学性，形成稳定、安全的工作环境。

（3）智能化信息通信。智能化通信系统具体涵盖三层含义：第一是综合传输信息，在相同网络内能够同时传输数据、音频和视频等内容。第二是通信综合接入，可以利用无线接入和有线接入。第三是能够实现直接、双向网络通信。

借助漏泄电缆技术帮助地下矿山改善移动通信质量。移动通信对于地下开采工作具有重要作用和影响。在当下发展中，移动通信通常是利用超低频无线、中频载波、低频感应等方式实现。同轴电缆属于外导体，不对信号屏蔽，漏泄电缆可以于线缆长度方向对无线电信号进行均匀发射和接收，为此，相关移动通信设备能够借助漏泄电缆正常通信，因为线缆自身的高频损失和特性阻抗等特点，容易出现信号损失，为此于线缆中应该以一定距离为间隔，通过放大器进行有效弥补。漏泄电缆整体铺设长度几乎达到一百至两百千米左右，能够覆盖矿山整体，除此之外，其具备二十四个视频信道、六十四种语音数据信道，具有较强可操作性，扩展和维护工作较为简单。

借助工业以太网帮助地下矿山提升整体通信效率。把工业以太网当成通信骨干，可以和公共通信网络之间合理兼容。TCP/IP 协议和以太网能够在同一网络中传输数据、视频和语音等信息。适应整个范围通信速度。提升安全系统整体安装效率。

（4）智能化开采系统。智能化技术能够针对生产环境实施有效的预警监测。利用网络内部传感器顺利获取井下湿度、温度、震感以及有毒气体等信息，采集全面的监测数据，并将各种参数顺利传递到控制中心，如果发现数据的异常变动，能够进行自动预警，同时利用监视器或传感器位置实施准确定位，合理存储数据，为操作人员顺利作业提供有效参考。智能化技术能够针对相关设备、人员实施准确定位。其中跟踪定位系统具体包括硬件和软件两部分构成。其中的软件系统可以对跟踪定位器的实时位置状态、设备记录报告等进行有效存储，至于硬件设备包括读卡器和标签两部分内容，在设备和矿帽中集成标签，其主要功能是传输ID 号，随后把具体数据顺利传输到指挥室电脑系统中，借助软硬件系统两者之间协同作用，构成相对完善的数据报告，有效组织相关设备、人员实施各项生产活动。智能化技术的有效应用，可以促进地下金属矿山实现自动化生产和远程控制。地下金属远程开采技术的发展能够顺利实现大型矿山无支护开采。基于远程系统控制下，利用地上指挥室和控制室能够顺利实施生产和开采等操作，比如铲运机装卸、爆破、开拓和测量等工作。基于远程化条件下，借助计算机控制端针对设备实施自动化调整，能够进一步提升经济效益和生产效率，降低人力资源成本，提升设备利用效率。