酒钢西沟矿绿色智能矿山建设

酒钢集团宏兴股份公司西沟矿 甘肃嘉峪关 735100

西沟矿地处祁连山国家级自然保护区北侧外围地带，是酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司的全资子公司，始建于 1959 年，1971 年投产，目前产能为 500 万 t/a。该矿主要经营范围囊括石灰石开采、熔剂灰岩和水泥灰岩加工、矿产品批发与零售、石灰制品加工、砂石料的生产和销售等。在“两化融合”、“互联网+”、“中国制造 2025”和“新基建”的时代背景下，作为工业自动化领域起步相对较晚的矿山企业，绿色智能矿山建设成为企业生存和可持续发展的必由之路[1-2]。而西沟矿作为酒钢集团的主要辅料矿山，开展绿色智能转型升级成为矿山管理者亟待解决的问题[3]。

1 绿色智能矿山建设总体框架

西沟矿绿色智能矿山建设按照相关法律法规，紧紧围绕《西沟矿绿色智能矿山建设规划 (2018—2022)》开展[4-5]，主要包括矿区环境治理、资源开发方式、资源综合利用、节能减排、科技创新与智能矿山、企业管理与企业形象 6 个方面。其中矿区环境主要包括矿区与工业场地区域美化、绿化治理；资源开发方式主要按照“采剥并举，剥离先行”的原则，根据采场矿岩分布特性、开采运输条件等综合因素分析，确定了“横向推进，纵向辅助”的采剥方法；资源综合利用主要通过实施低品位水泥灰岩回收和早期开采中因粉矿、块矿生产不均衡而排弃的矿石开展；通过高耗能设备的逐步淘汰更新和空气能热源泵代替燃煤锅炉实现节能减排；科技创新与智能矿山主要通过争取集团公司科技项目的资金支持，积极引入政府相关奖励、扶持资金项目，实现生产运输系统岗位无人化；企业管理与企业形象主要通过举办各类公益活动，实现企地和谐发展。

2 绿色智能矿山建设

2.1 矿区生态环境治理

2.1.1 南排土场封场恢复治理工程

西沟矿南排土场已停用，整体占地面积 18.82 万m2(282 亩)，排废量约 422 万 m3，高约 300 m，宽约350 m，坡度为 30°～50°，为单台阶排土场。该排土场坡底废石排放已临近祁连山国家一级公益林管护区，急需治理。主要通过削坡卸载、边坡清修和压实、截排水工程、挡渣坝建设、监测工程建设及复垦治理。

2.1.2 矿区生态环境美化绿化工程

经专业机构测算，西沟矿矿区绿化覆盖率仅为57.38%，其中主要工业场地 (除腰泉工业场地外) 可绿化率为 22%，远低于国家绿色矿山建设规范 (矿区可绿化覆盖率达到 100%)。为减少采矿对西沟矿及其附属区域生态环境的影响，满足国家级绿色矿山建设规范，西沟矿需要对早期开采破坏区域、A 系统回风平硐硐口、斜坡道入口、胶带斜井硐口附近工业场地、B 系统 3100 通风平硐口、3100 工业场地周边等区域、山北公路两侧和其他零星区域地表创伤面进行修复。此外，西沟矿需对矿区重点区域进行美化、绿化，保证其符合国家级绿色矿山建设规范。

2.1.3 地质环境监测工程

对露天采场边坡的稳定性进行全天候监测。主要监测坡体及顶部有无岩土体的变形、开裂等情况。当监测发现有变形迹象时，及时撤离露天开采区工作人员及设备，并采取应急处置措施。

2.2 资源开发方式

2.2.1 矿石储量、用户需求和矿石贫化调查研究

进行矿石资源中有用成分和有害成分的分析，掌握各品位矿石在开采境界内的分布情况及开采技术条件研究。调查研究用户所需的资源产品的技术质量标准和相关要求，在满足内部需求的基础上，拓展外部市场，延伸石灰石产业链。同期生产的粉矿较块矿品位低，在产品实物质量控制过程中根据块、粉的差异性需求进行质量控制，避免生产过程中造成的矿石品位过高，导致资源浪费的问题。

2.2.2 开采方式研究

利用 DIMINE 软件建立西沟矿采区三维模型，分析不同矿段地质及矿石品级分布情况，确保“贫富兼采、合理配矿”的原则，最终确定“横向推进，纵向辅助”的开采方式。均衡采区高、低品级矿石出矿情况，避免不同品级矿石混爆开采，高效利用品级较高的矿石生产不锈钢转炉用 AOD、VOD 矿石。同时，通过优化破碎与筛分工艺，为调整成品矿块矿率及生产不同粒径矿石提供便利条件。

2.3 资源综合利用

2.3.1 井下巷道地下水回收利用

对 A 系统胶带斜井平硐口内的地下水回收利用时，考虑 A 系统胶带运输作业不利于施工，故对其内部沉淀池采取防渗措施，并在斜井平硐口下游约 100 m 处新建一沉淀池，容积为 100 m3。回收的地下水主要用于斜井平硐口复垦区域绿化、硐室内部降尘等。

2.3.2 废石和低品位矿石开发利用

委托专业机构对西沟矿废石和低品位矿石进行储量核实，确定采区内的废石和低品位矿石储量。将不同区域内废石和低品位矿石分别取样，送至专业检测机构进行理化分析，根据出具的检验报告，确定采区内废石和低品位矿石是否可用于建筑骨料、植生土种植和低品位水泥灰岩再利用等行业，借此拓宽西沟矿产品的市场占有率，提高企业经济效益[6]。

2.4 节能减排

2.4.1 能源管理体系化运行

建立、实施并保持满足 GB/T 23331 要求的能源管理体系，全员学习体系内容、酒钢集团公司能源管理方针，以更好地促进企业能源管理工作。成立以矿领导为组长的能源管理工作小组，对矿领导、科室、作业区等各级部门职责进行了明确，负责企业的节能、环保、资源综合利用的统筹、协调工作。制定年度能源管理实施方案，制定能源目标分解指标，利用监测系统关注能源消耗数据，通过对日、周、月数据的监测、分析与评价，加强对重点用能设备、设施或系统的能效监测，有效促进企业的各项节能工作的完成。

2.4.2 淘汰、更新落后设备设施

禁止采购高耗能、低效率的电动机等产品，对照工业和信息化部高耗能落后机电设备 (产品) 淘汰目录，制定《高耗能设备淘汰计划》，逐步淘汰高能耗电动机，保证设备运行符合能耗指标。

2.4.3 推动低碳清洁的新能源使用

实施燃煤锅炉改造项目，用 45 套空气能热泵机组代替 5 台 2 t 燃煤锅炉，对矿区建筑物进行冬季供暖及洗浴用水供应。采用空气能热泵后，无需动力煤，每年减排烟尘量 8.74 t，减排二氧化硫 2.05 t，减排氮氧化物 2.99 t。

2.4.4 固体废弃物分类排放

西沟矿将固体废弃物划分为危险废物、一般废物和生活垃圾 3 类，实现分级处理。将工业垃圾处置分为两部分：对废钢铁、废旧轮胎、废旧胶带等可回收利用的工业垃圾，全部回收后进行外销；对含油破布、塑料桶、木方等不可回收利用的工业垃圾，比照生活垃圾委托专业单位进行合规处置。

2.5 科技创新与智能矿山

2.5.1 开拓运输方式和工艺优化

西沟矿于 2004 年进行了第 1 次技术改造，淘汰了低效的索道系统，采用汽车—溜井—铁路—胶带联合开拓方式，建成了当时国内下行运距最长 (11.7 km)、落差最大 (1.1 km) 的带式输送机系统，同时采用阶段溜井运输矿石，克服了高差问题。2014 年进行了第 2 次技术改造，采用了汽车—溜井—胶带联合开拓方式，同时采用高深溜井和井下破碎，实现了矿石破碎筛分及胶带运行的连续生产。

2.5.2 溜井空高监测

溜井安全运行是保证矿山生产的重要环节，空高监测是溜井装矿和放矿过程控制的基本依据，溜井的空高控制，是保证溜井安全的重要措施。溜井测深报警系统由雷达料位计、无线网桥传输模块、PLC 等构成。克服了溜井口径小、深度大、粉尘浓度高等困难，建立了科学、安全的矿山溜井管理系统，实现智能化处理，解决了深达 150 m 的溜井料位监测难题。

2.5.3 溜井溜口堵矿远程处理

根据溜井底部结构及积矿情况，在溜井底部安装空气炮，通过远程控制系统，实现集控室操作人员远程操作空气炮，及时疏通溜井堵矿，减少了生产系统停机时间，杜绝了作业人员现场处理的安全隐患。

2.5.4 电机车无人驾驶技术的应用

电机车无人驾驶平台通过光纤和无线网将井上的控制室与井下电机车及控制设备相连，电机车无人驾驶系统、轨道运输监控系统和图像监视系统相结合，实现井下多台电机车自动或遥控运输作业。

2.5.5 胶带系统反馈发电

胶带系统采用四象限回馈制动单元变频控制技术，当下行胶带输送矿石重力的分力大于带式输送机本身运行的摩擦力，电动机转速超过其本身同步转速时，电动机发电制动，以限制电动机转速的持续升高，将矿石下山的势能通过电动机转化为电能反馈给矿山内部电网。

2.5.6 胶带系统设备运行状态监测

采用振动温度一体式传感器实现对振动与温度的同步采集，并通过采集站将数据整理上传至状态监测系统。采用多种信号、多种报警机制相结合的智能报警体系，确保设备报警信息的准确性与及时性，实现所有设备的运行状态监测，实现设备无人值守运行。

2.5.7 成品装矿远程控制

当汽车行驶到装矿区域，集控室通过远程监控分配下矿料仓，点击相应的仓位指示对汽车进行调度。汽车司机根据现场的交通指示牌显示停靠在相应的料仓下，远程放矿人员通过视频监控观察车辆，并可通过语音对讲指挥司机停靠到位，控制室通过按钮控制放矿料斗放矿。如果需要重新调整车辆位置，则启动行车指示标识，待现场调整完成后重新进行放矿操作。

2.5.8 无人值守磅房的应用

该磅房主要包括地磅称重装置、IC 卡读写装置、视频监控装置、控制信号采集处理控制柜 (外部设备)、红外检测装置、语音对讲与语音提示装置，实现了车辆过磅自动化与智能化，正常情况下无需人工干预。

2.5.9 5G+电铲、矿用卡车和牙轮钻远程智能操控系统

2020 年以来，西沟矿携手华为科技、中国移动等国内领军企业，共同研发出全国首个“5G+露天穿孔采掘运输设备远程智能系统”，采用先进的 5G 网络，利用其高带宽、低时延、高可靠性特点，对穿孔、铲装、运输设备进行智能化改造，将智能调度和智能装备相融合，实现设备远程控制，穿孔设备自动布孔及作业，卡车自动驾驶，从而实现采场作业的无人化，将人工智能、大数据、云计算、互联网等新一代信息技术与采场生产相融合，将职工从恶劣的生产环境中解放出来，从根本上避免安全生产事故的发生。

2.6 企业管理与企业形象

西沟矿围绕矿地和谐共生的原则，坚持良好的生态环境就是民生的福祉，积极推进矿山生态文明建设，实践“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念。尊重当地民族风俗，和周边牧民和谐共处，为周边牧民生活提供便利和必要的帮助，如牧民用水供水管线的更换与改造，出行道路的建设与维护，牧场重建与养护。积极参与社区公益活动，为受灾地区同胞捐助款物，走进残疾学生学校，进入养老院进行帮扶救助。

3 绿色智能矿山建设效益

3.1 社会效益

西沟矿智能矿山建设，一方面实现了采矿设计、生产计划、智能调度、决策，以及胶带运输、破碎、筛分和成品输出系统全流程无人化管理，降低了生产成本，提高了生产效率，实现了矿山数字化转型与智能化升级。另一方面，将先进的通信和信息网络技术与矿山工程、采矿技术、管理理念、管理方式和管理手段紧密结合，实现了生产计划、数据统计、质量检验、输出计量的精准管理，减少了人为过程干预，实现了矿山全流程智能管控。西沟矿全新、高效、绿色、智能的矿山生产管理体系，是构建信息采集全面、管控高度智能、信息安全可靠、经济高效、绿色环保和可持续发展新型矿山的必然要求，能够从根本上提高生产组织效率。此外，西沟矿智能矿山建设从本质上改善了矿山职工的安全生产作业条件，使职工远离生产现场，杜绝了安全生产隐患，降低了职工的劳动强度，保障了一线职工身体健康，提高了生产效率，降低了采矿成本，使矿山的开采布局更加科学合理，提升了企业的市场竞争力，达到生产现场的本质安全要求。

3.2 经济效益

西沟矿智能矿山建成后，通过自然减员、岗位人员优化等措施，能够减少岗位人员定额，提高劳动生产率，降低备品备件、能源损耗和矿石开采成本。人均劳动生产率由 2018 年的 6 231.05 t/(a·人) 提升至 2020 年的 8 305.78 t/(a·人)，劳动生产率提高了33.30%；单位矿石的工序能耗由 2018 年的 0.85 kgce/t减少至 2020 年的 0.73 kgce/t 降幅达 14.12%；单位矿石成本由 2018 年的 47.82 元/t，降至 2020 年的 40 元/t，降幅达 16.35%。

4 结语

西沟矿绿色智能矿山建设符合国家产业政策发展要求，摒弃了传统矿山资源开采不注重人与自然和谐发展的理念，践行了习总书记“绿水青山就是金山银山”的发展理念，既符合现代矿业资源开采的趋势，也符合矿山企业转型升级的要求。伴随着 5G+互联网、大数据、云计算和物联网等新型自动化技术的发展，如何将其充分运用于矿山企业的“两化融合”中显得至关重要。在绿色智能矿山建设规划的总体框架下，西沟矿科学、合理、分步、有效地推进绿色智能矿山建设，积极践行国有大型企业的社会担当和责任，为其他矿山企业实施绿色智能矿山建设作出积极示范。