我国“十四五”期间矿山智能化建设的思考

李海敏

2020 年11 月3 日，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》（意见简称“建议”）对外发布。《建议》中提到我国发展环境面临深刻复杂变化。当前和今后一个时期，我国发展仍然处于重要战略机遇期，但机遇和挑战都有新的发展变化。对矿业行业以及矿业企业而言，在该环境下，如何推动矿业高质量发展，如何应对挑战把握机遇变得尤为重要。《建议》提到要推动互联网、大数据、人工智能等同各产业深度融合，推动先进制造业集群发展，构建一批各具特色、优势互补、结构合理的战略性新兴产业增长引擎，培育新技术、新产品、新业态、新模式。

21 世纪以来，信息技术的快速发展，给现代工业带来了极大的推动，也给传统矿业带来了巨大的冲击。早在20 世纪80 年代，国家已经提出了用信息化改造传统产业的发展战略，这是改变矿业落后现状的根本途径。信息技术是驱动全球科技发展、推动传统产业变革、促进企业效益增长、加快工业化进程的主体技术。对于我国矿业企业而言，只能选择工业化与信息化融合发展的路径，走绿色矿山、智慧矿山的发展模式，才能与其他行业同步走向知识经济，实现矿业强国梦。“两化融合”发展，就是发挥信息化的主导作用，由信息化主导带动矿业的工业化，以工业化促进信息化；通过“两化”彼此兼容与渗透，推动矿业的优化、升级，实现传统矿业的改造和跨域，驱使矿业走向智能采矿。

何谓智能采矿？中国工程院古德生院士的定义是在矿床开采中，以开采环境数字化、采掘装备智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化为特质，实现安全、高效、经济、环保为目标的采矿工艺过程。

智能化矿山就是利用大数据存储与分析平台和矿山物联网平台，实现生产管理的网络化、远程化、遥控化乃至无人化，采矿作业环节实现智能化，选矿过程实现自动化，运输调度实现信息化，来提高资产利用效率、经营效率和生产力，最终实现高效、节约、安全的矿山生产新模式。我国目前在该领域还属于探索发展阶段，矿业企业谁在智能矿山领域取得突破，谁就能在未来的竞争中占据更有利的地位。我国地域广阔，赋存丰富的矿产资源，矿山开采过程又是一项复杂而繁琐的工作，多数矿山所在区域的地质情况复杂，采矿作业条件差、开采难度大。随着国家对安全、环保监管日趋严格，我国矿山企业应当紧跟发展步伐，在各自的“十四五”发展战略规划中，明确智能化矿山建设为重点，强化安全生产管理，提高生产效率，推动先进技术装备创新应用，促进行业整体进步，努力实现绿色矿山、智能矿山目标。

1 智能化矿山技术的发展

1.1 国外智能化矿山技术发展

采矿业是以矿产资源为生产对象的古老产业，绝大多数矿山企业还处在劳动密集型阶段。20 世纪70 年代，国外矿山自动化设备设施取得了快速的发展，尤其是90 年代计算机技术、PLC技术的广泛应用，矿山信息化建设得到巨大进步。但客观地分析，这种进展更多地体现在过程自动化方面，在整体信息应用与管理决策支持上并不明显。21 世纪随着互联网、通信技术的普及，“数字化”已经成为知识经济的标志，信息技术的飞速发展给中外矿业企业带来了巨大冲击。随着科学技术不断发展、产业竞争日益加大、安全生产要求增强和人力成本不断提高，通过自动化、信息化改造提高生产效率促使资本投入转型升级。

国外智能化矿山发展非常迅速，发达国家的矿山信息化改造已经迈出坚实的步伐。加拿大从20 世纪90 年代初就开始研究遥控采矿技术，目标是整个采矿过程的遥控操作，现已研制成功并实践应用，实现从地面对地下进行控制。加拿大正在制定一项拟在2050 年实现的规划，即在加拿大北部边远地区的矿山建成无人矿井，从萨德伯里通过卫星监测操纵矿山的所有设备，实现机械全自动运行。芬兰采矿业也于1992 年建设智能采矿方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息建设等多个课题。

1.2 我国智能化矿山技术发展

我国采矿业总体自动化、数字化、信息化水平还不高。近年来，随着社会经济的发展、工业制造不断升级和国家“两化融合”不断深入，我国矿山企业经济形式和运行状态正在发生显著变化，信息化建设逐渐升温。1999 年，国家计委、信息产业部《“十一五”期间国家信息化发展战略和规划思路》中明确提出，要利用信息技术改造提升能源、矿山等传统产业。党的十六大报告指出：应“坚持以信息化带动工业化，以信息化促进工业化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发展的新型工业化路子”。2001年，“APCOM”会议上组织了首次“国际DM（数字矿山）”主题讨论；2004 年中国科学技术协会青年科学家论坛以“数字化矿山战略与未来发展”为主题。我国相继开展了矿山地理信息系统（MGIS）、三维地学模拟、矿山虚拟现实（MVR）等方面的开发与应用研究，并在部分示范矿山进行应用试验。

相对而言我国煤矿企业的数字化、信息化启动较早，在一些矿山也取得了初步成果。如山东兖州煤矿集团公司于2001 年开展了“数字兖矿”的立项和建设，已经完成了“地测空间信息平台构建与开发”研究。徐州矿业集团也开展了“数字煤矿”的建设。露天矿山、金属非金属地下矿山近几年加大了机械化、自动化、信息化的投入，在远程控制、自动控制、管理一体化等取得了效果。北京东方泰坦公司、北京理正公司等国内一些地理信息系统公司在地质体的真三维显示方面取得了较好的成果。

1.3 智能化矿山技术发展趋势

在矿山企业智能化建设问题上，国内外矿业界有着不同的战略设想，从而在建设目标、建设规划、功能体系等方面分别形成不同的侧重点。国外矿业大国主要通过智能化矿山，实现无人采矿来达到采矿生产安全、高效的目的。我国主要以信息技术为依托，重点研究和开发矿山数字化系统，以实现矿山生产的工业化。21 世纪随着国家信息化的快速发展和市场环境的变化，矿山信息化进入快速发展阶段。根据“十四五”规划要求，矿山企业就是要在打造数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上，由计算机网络管理的管控一体化系统，围绕着提高矿山生产效率和管理效率、降低安全风险、提高生产执行、减少开采成本的智慧绿色的矿山发展模式。

2 智能化矿山建设的目标

智能化矿山建设需要综合生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。矿山智能化建设主要努力实现开采对象、开采方式、开采过程、经营过程、安全保障和决策过程的全面数字化，最终目标是实现矿山开采的综合自动化。

智能化矿山建设的路径一般是生产过程自动化--数字化--信息化--智能化。综合生产管理、安全管理、能源管理、质量管理、成本管理等方面建立综合管控平台，实现少人工干预、自主决策、自动执行的人机交互可视化的综合管理系统。

2.1 实现开采对象的数字化

矿产资源是矿山企业生产和发展的基础。作为企业的加工对象，矿山资源的种类和数量决定了矿山的产品、规模和服务年限，其形态和质量则决定了矿山的生产工艺和技术经济指标，从而直接对企业的生产成本和经济效益产生影响。借助现代信息技术建立矿山资源数字化管理系统，快速、准确地获取矿山资源信息并进行数字化、可视化处理，同时实时把握矿山资源的消耗与新增状况，使矿山资源信息在地质、测量、采矿等业务之间实现集成共享和实时交互。这既是矿山企业科学制定矿山开采规划、合理安排矿山生产、保证生产可持续性和经济开采的前提，也是矿山智能化开采的基础工作。目前流行的国内外矿业软件基本可以完成地质数据建模、三维可视化等工作，但需要根据矿山各自的特点进行二次开发，如数据采集、品位计算、力学特性分析等工作。

2.2 实现开采实施的最优化和可视化

在获得开采对象的数字化信息后，采用什么方式和过程进行开采，需要通过开采实施的数字化来实现，结合虚拟现实技术，可以实现矿山开采过程的模拟预演，获得最优开采方案。目前流行的矿业软件都具有设计计划功能，但大部分矿山的应用效果并不理想，这里既有矿业软件本身的问题，也有技术人员的能力和习惯问题。这也是智能化矿山建设难度最大的环节。

2.3 实现生产过程自动化

矿山企业的生产过程自动化不同于一般的制造企业，受限于不同工区、中段的采掘生产，由于作业地点分散、作业过程不连续、作业条件恶劣等，完全实现自动化难度较大。近几年。大部分矿山的技术装备水平有了很大的提高，与之相适应的生产过程自动化也有了长足的发展，提升、排水、通风、供配电、监测、人员定位等自动化技术不断普及，减少了操作人员，实现少人采矿、安全采矿。目前，利用5G 技术实现远程遥控铲运机、凿岩台车、钻机等技术已经有应用案例，在装备技术上与国外水平的差距不断缩小。

2.4 实现经营协同一体化

矿山智能化建设的最终目标就是实现生产的自主可控和为各级管理人员提供决策支持。这种支持不仅是数据的罗列，更重要的是基础数据经过加工后形成的具有表现能力的图标、画面、实施模拟图等。矿山生产是一个多业务协同过程，经营管理协同不仅仅是硬件上的投入，更重要的是理念、人员、管理、文化的协同。协同化的生产经营管理是以成本分析与控制为核心，以安全高效为目的，对矿山的生产经营进行规划与控制。目前许多矿山都在进行管理信息系统（MIS）、企业资源规划（ERP）、办公自动化OA 的建设与实施，但与生产实际控制还有很大差距，矿山智能化建设道路还很漫长。

3 我国智能化矿山建设存在的问题

我国智能化矿山的建设虽然起步较晚，但经过二十多年的发展，与国外先进国家相比差距日益缩小，很多矿山企业在机械化、自动化、信息技术、综合管控平台等方面进行了大量的投入，取得了显著效益，也促进了矿山安全生产。但是也存在一些问题，具体表现在：

（1）“信息孤岛”日显突出。随着矿山企业计算机技术应用的不断深入，不同类型的业务系统和大量的业务数据分散在企业不同部门、不同系统，由于缺乏数据交换机制，数据需要重复多次输入，使数据的一致性无法保证，信息及时反馈难、共享差，产生所谓的“信息孤岛”，造成信息资源和设备资源的浪费。

（2）信息系统建设出现“断层”。目前矿山企业的信息化投入和应用分分布很不均衡。企业的中间层，如设计部门、财务部门、物资部门等已经初步实现计算机管理，但企业决策部门的信息化建设依旧很薄弱，很多企业所谓的集控中心、智能中心、数字中心基本停留在“形象工程”上。

（3）矿山数据丰富但知识贫乏。随着数据库技术的迅速发展及数据库管理系统在矿山广泛应用，激增的数据背后隐藏着许多重要的矿山生产经营信息，人们希望能够对其进行更高层次的分析，以便更好地利用这些数据。目前的信息系统可以高效的实现数据的录入、查询、统计等功能，却由于缺少有效的数据分析和挖掘工具，无法发现数据中存在的关联和规则，无法根据现有的数据预测矿山的发展趋势，从而导致数据没有充分发挥效能。

（4）矿山信息的标准化工作滞后。大部分大中型矿山企业已经建立了企业内部网络和网站，但在绝大多数企业起到的作用仅停留在媒体的简单扩充上，缺乏标准化、网络化的信息资源，企业的产品编码、管理编码和统计指标等技术标准、规范不一，不能使企业内部、企业与客户、供应商、业务伙伴的信息流畅通。

（5）缺乏适合矿山特点的应用软件平台。矿山企业不同于一般制造企业，矿产资源开采又是一个复杂的系统，矿山管理信息系统的开发需要“量身定制”以满足矿山的不同特点，同时考虑信息系统的集成性和开放性。但由于缺乏既熟悉矿山业务又精通信息系统开发的复合型人才，同时我国自主进行矿山应用软件开发的力度不足，阻碍矿山信息化的发展。

4 十四五期间智能化矿山建设的工作重点

4.1 矿山企业要科学制定智能化发展规划

随着国家对矿产资源调控力度不断加大，金属市场供需变化日益频繁，地下矿山开采深度不断增加，矿山生产条件越来越恶劣，高品位金属含量越来越少，对矿山的安全监管越来越严格，通过智能化矿山建设提升矿山管理水平，提高矿山市场竞争力，降低安全事故，是实现安全矿山、和谐矿山、绿色矿山的必由之路。各个矿山企业要结合当前生产现状和特点，将矿山智能化建设纳入企业的十四五发展规划中，科学合理的制定智能化发展目标和建设思路。企业管理者要看到当前国内外发展格局的变化趋势，不能只局限于当前的市场收益，紧跟时代步伐，组织专门团队或外协设计院校、科技公司制定适合自身发展、行之有效的规划，明确目标，组织实施。

4.2 智能化矿山建设要走“总体规划，分布实施”的策略

智能化矿山建设是一个长期的过程，与制造企业、商业企业不同，矿山企业的生产对象是连续的，不断变化的，风险高、投入大，所以要走“总体规划，分布实施”的策略。要明确建设方向，科学规划，集中力量先突破重点、难点工作，从企业急需、容易推行的子系统做起，不求大求全，不求3 年5 年建成。可以优先下大力气完成矿山对象的空间数据生成，实现矿山资源的数字化，并行搞好网络基础建设，再逐步建立各个功能系统。

4.3 加大智能化矿山建设的试点和推广

目前国家层面已经制定和推出了若干个智能化、信息化矿山建设的指导意见，鼓励矿山企业和科研院校进行资源投入。工信部、发改委、财政部、国家能源局、国家矿山监察局等部门从国家发展战略，加大引导和统筹力度，从政策、资金、技术上多方支持。矿山企业要积极响应，用好用活扶持政策，争取配套资金,进行适应性研究和应用。我国煤矿企业的智能化建设已经走在行业前列，在安全监控、机械化、自动化等方面值得金属矿山学习借鉴。

4.4 加强产学联合，培育复合型人才

当前矿山企业智能化建设的一个难点就是缺少既懂矿山又懂信息技术的复合型人才队伍。智能化建设实施、高新技术融合应用、数据知识化分析、日常管理维护等等都需要一大批高素质的人才。所以智能化矿山建设的工作重点，包括培育专业化技术人才和管理人才，从根本上提高矿山生产效率，并依托优秀人才驱动创新，更好的实现现代化矿山企业转型，改善传统落后的生产模式，实现矿山作业的智能化，要走产学联合的路子。在理论中研究，在实践论证，在项目实施中培养、提高。

4.5 加大智能化采矿装备的开发应用。

近年来采矿装备正朝着大型化、无轨化、液压化、自动化方向发展，推动着矿山生产效率和安全性不断提高。但由于矿山作业环境差，开采空间受限，高温、高湿、振动、粉尘、瓦斯等有害因素对设备性能提出更高要求，要保证设备正常运行，需要不断研发材质更优，防护更好的专用设备。

5 结语

智能化矿山建设是我国能源采集行业未来发展的重要趋势，基于“十四五”规划中对智能矿山行业发展战略提出的相关要求，矿山企业应当充分结合现实状况，推广应用信息化系统，保障安全生产、加强专业技术培训，培育现代化优秀人才、提高智能化生产技术应用能力，创新管理模式等工作重点，切实推进智能化矿山建设进程，以此实现矿山行业的健康、可持续发展。