金川二矿区矿山智能化采矿的研究与探索

郑向党 于小海 王秀东 苏良军

（金川集团股份有限公司二矿区）

金川二矿区采用机械化下向进路胶结充填采矿法，设备装配上，使用大型机械化作业，辅助运输、提升、充填、动力供应采用自动化或半自动化、信息化运作方式组织生产。现阶段内有效地提高了生产效率与效益，节约了物耗，为金川健康发展以及国家经济建设作出贡献。随着金川矿山开采深度的不断延伸，深部高应力破坏性、渗水、高地温上升等灾害发生的风险加大，迫切需要通过智能化替代人工，推进产业转型升级、减员增效、提高矿山安全。由于智能化涉及生产要素诸多，难度较大，可从基础生产单元试探性进行研究与探索。

1 金川二矿区现阶段建设水平及智能采矿的意义

（1）目前，金川矿山技术发展实现了综合调度、通风输入、矿石与人员提升、有轨电机车运输、充填物料运输、溜井料位监测、给水排泥、电气设备自动化或半自动化控制。采场已投入了铲运机、装药车、凿岩台车、服务车、湿喷车、挖掘机等装备。一直以来，矿区投入了大量资金进行机械装备升级及信息化建设，但总体效果不尽如人意，离建设现代化矿山目标相差甚远［1］。

（2）金川二矿区经过几十年的开采，已走向深部阶段。开采深度不断延伸，作业环境随之发生变化，使矿岩脆性增大，黏聚力下降明显，涌水量逐渐增加，地温显著升高，给矿山单位带来了生产组织难度、生产成本增高等一系列问题。面对存在的问题，要想达到安全、高效的生产经营目标，智能采矿是矿山未来的发展方向，它一方面可为金川矿山企业占领技术制高点赢得先机，成为国内采矿业的排头兵；另一方面，智能采矿也可为矿山生产效率提高50%以上，安全事故降低60%以上。

（3）通过建设智能化采矿模块可锻炼及培养一批人，储存更多先进知识和技术优势，提高智能化采矿经验，发掘一批在采矿工程及其智能化领域从事工程设计与施工、生产与技术管理、开发研究等相关工作的复合型人才，引领金川实现从传统采矿走向智能采矿的跨越［2］。

2 金川二矿区深部开采面临的问题

（1）随着地应力增大，岩石所处的应力环境以及由此导致的岩体力学性质等都有较大变化。岩层温度上升，通风系统面临的问题更加复杂，使得矿山员工劳动效率降低，这进一步加大了单位用工难，经营效益空间越来越少的尴尬局面。

（2）大量无轨设备投入使用，作业过程中产生的车辆尾气、粉尘、噪音等环境危害因素，对员工身体健康危害极大，与此同时，上下坡车辆运行和交叉作业也存在着重大安全隐患。

（3）采矿深度下降，给矿石提升、废石处理、深井排污等系统增加了不可预测的难题，所涉及的基建工程、生产充填、水电风供给领域维护带来了诸多安全挑战［3］。

3 智能采矿的基本架构

金川矿山智能化采矿可借鉴国内外建设智能采矿思路，建设基础信息数字平台、采掘设备智能平台、生产信息管控平台和通讯网络传输系统等，如图1所示，其基本架构为矿床模型与矿床开采设计数字矿山软件，金属矿山采掘、装卸、运输等智能设备，适应智能设备作业的高效采矿工艺技术，矿井数据采集、通讯与视频的传输网络系统，生产计划组织与经营管理信息系统等。

生产信息管控平台包括生产作业情况、人员设备分布情况的实时监测，也包括井下人员之间、井下人员与地面调度管理人员之间的无线通信，还包括井下各个工作单元生产作业的协调组织与管理。采矿自动化系统细分为提升自动化系统、胶带运输控制系统、溜井破碎系统、充填料制备自动化、通风控制系统等［4］。

4 发展智能采矿的思路

金川智能矿山的发展可以按照3个阶段进行：第1个阶段采用单个系统单项技术智能化，实现“点上工序无人”操作；第2个阶段采用多个系统智能化，实现部分系统的集成，即“面上工序无人”操作；第3个阶段采用整体系统集成，实现“一个矿井的工序无人”操作，即井下生产、安全检查、后勤系统的全面无人。在此条件下，随着技术的进步，各个环节的无人技术还将不断进步和优化，达到更高的效率。介于建设智能采矿复杂性和二矿区技术、设备投入水平以及人才存储力量，可从简易模块开始建设，即从盘区智能采矿阶段开始，对应用现行运输卡车、凿岩台车、出矿铲车、服务车、喷浆车、挖掘机车辆进行升级改造，助推金川二矿区建设向智能高阶段发展［5］。

（1）凿岩由台车自动驾驶、云端机群调度上传采矿各种运行数据，应用三维激光扫描系统指导自动钻孔，现场实行井下高精度定位与导航、远程无人操控完成。台车具有远程无人操作及虚拟场景功能的特点。

（2）装药车的智能配置是集原料运输、炸药混制、炮孔装填于一体的自动化装药。车辆具有无线遥控行驶及无人驾驶等功能，可视频故障诊断及智能寻孔并处理钻孔存在问题，使钻孔达到装药条件。

（3）对出矿铲车进行遥控改造，人员完全脱离危险区域而进行无线控制作业，使车辆设备在自动控制下实现自动装矿和卸矿。铲运机的无人化和智能化主要包括无人行驶功能、自动称重功能、定点卸载、故障自诊断和远程遥控等功能。

（4）运输卡车采用无人驾驶，采用双动力的电传动地下矿用车，车辆配有巷道空间检测、智能辅助驾驶、遥控运行功能。电机车运矿使用无人驾驶，具有视频监控、远程遥控全编队运行及自动装卸矿的功能。

5 智能采矿带来的效益

（1）网络通信应用，并进行远程无线遥控，可将驾驶人员从高温、车辆尾气、粉尘、噪音的作业环境转移至地表驾驶中心，人员作业安全及职业健康保障大幅度提高，减少了司机患职业病的概率。

（2）相关数据直观可视，可实现凿岩、铲车、支护设备、运输设备“看得清、摸得着”的管理，依托智能调度、实时监控、高精度地图管理、运行仿真测试、大数据存储分析等技术组成运营技术平台，实现井下矿车智慧驾驶和高效运输，有效减少了作业人员设备暴露在高危作业环境带来的风险，间接降低维护成本，达到降低运营成本的目标。

（3）产业的升级，可深化产业员工队伍，为矿山发展培养及发掘一批智能采矿人才，从事工程设计与施工、生产与技术管理、开发研究等相关工作。作业环境的改善，可较好解决矿山单位用工难问题。

（4）智能化采矿的实施，也为金川二矿区全面推广5G新技术在矿山场景的应用探索出一条思路，也符合国家安监总局“机械化换人、自动化减人”科技强安行动、“2025智能制造”和“5G新基建”的号召。

6 结语

建设智能采矿是立足于金川矿区开采现状和今后发展需求而提出的，是提高劳动生产率和采矿效率、保证开采安全的最有效、最可靠的方法，还可解决金川资源逐渐枯竭难以长期发展的问题，也可获得向矿业领域输送技术人才以及提供培训服务等方面的延伸效益。实现智能采矿后可以预见，不仅可以减轻用工难压力，降低员工劳动强度，改善作业环境，而且最大程度地解决矿山生产安全问题。