浅析智慧化在露天矿山中的应用

＊黄林超 李怡谦 李恒勇

（天津矿山工程有限公司 天津 301999）

矿产资源在人类历史长河的社会发展中起着不可或缺的作用，也是工业化进程中的重要物质基础，尤其在高质量发展的今天，城市化进程的不断加快，矿产资源消耗量不断增加，社会对各类资源的需求量与日俱增[1]，为了更高效、安全的开采资源，采矿企业要不断创新采矿技术。当前智慧化作为颠覆性的创新技术，已深入社会发展中的各个领域。露天矿山的智慧化还在起步阶段，所以，将智慧化运用在露天矿山中，进行更深入的探讨非常有必要。

1.智慧化露天矿山建设背景

（1）国家出台政策引导智慧化矿山进程。智慧矿山不论是国家层面，还是行业层面，自2016年4月开始至今出台过一系列政策，支持、推动建设智慧矿山进程，如强制要求智慧矿山进行信息化标准建设、制定智慧矿山信息化、标准化相关的国标。《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》是2021年国家发改委联合八部委发布的文件，内容明确提出通过人工智能、工业物联网、云计算、大数据等各种先进技术与现代煤炭开发利用深度融合，形成动态预测、全面感知、协同控制的智能系统。

（2）行业转型升级所需。物联网+矿山+互联网是时代所需，建设矿山智慧化通过智慧信息技术的应用，实现物物、物人、人人的全面信息集成和响应能力。

智慧生产调控系统包括生产全过程管控建设，生产调度建设；智慧技术保障系统包括地、测、采、掘专业辅助设计、三维地质建模；智慧职业健康与安全系统包括尾矿库在线监测及预警系统、边坡稳定性监测系统。

（3）用工荒问题趋势严重。据2022年末统计数据显示，人口自然增长率为-0.6‰，作为劳动生产力的源泉，人口是衡量一个区域经济发达与否的重要指标，与落后贫困的山区生活环境相比，人们更愿意选择在城市生活，更加不愿意从事像露天矿山这种高危行业，所以，近几年矿山行业“用工荒”问题日趋严重，出现了招工困难问题，随着人口老龄化比重的上升，这种情况也会愈发的严重，想要从根本上解决这个问题就需要大力发展矿山智慧化，用高科技的机械设备来取代从前大量廉价的劳动力，提高生产效率，加快企业的转型升级。

2.智慧化露天矿山建设的原因

（1）科技进步为智慧矿山建设提供了技术支持和保障。近些年，我国在5G、大数据、人工智能以及区块链等新一代信息技术领域的发展可谓如日中天，在一些关键技术、设备、系统平台等方面已经具备应用基础，且在垂直行业获得初步应用，深度融合成为未来趋势，科技创新发展为智慧矿山建设提供了技术装备支持。

（2）矿山生产安全的严峻形势促使企业进行转型。在露天矿山开采过程中，常见的三大隐患为：边坡坍塌、车辆运输和爆破作业；其中边坡坍塌又是最常见的、危害最大的事故类型，边坡坍塌受岩石的物理学性质、地质构造、水文地质条件和开采技术条件等多种因素的影响；再者矿山爆破作业也是矿山开采中不容忽视的风险之一。根据2021年9月1日实施新《安全生产法》的要求，矿山企业面临着前所未有的安全生产压力，这样势必倒逼矿山企业走上转型之路，而智慧化是其最佳选择，投入合理，产出最高，符合企业可持续发展长远目标。

（3）建设绿色矿山是新时代生态文明建设对矿山行业的基本要求。自十三届全国人大二次会议确立—发展经济不能以牺牲环境为代价的倡议后，我国在环保事业上可谓壮士断腕，通过近几年的治理，矿山行业步入绿色可持续发展的良性循环轨道。

（4）采矿技术创新的要求。随着我国人民生活质量的提高，我国社会对于能源的需求越来越大[2]。矿产资源作为一种不可再生资源，在过去粗放的管理模式和落后技术的采矿工艺中，造成大量的浪费，随着我国对矿产资源开采实施精细化管理的不断落实，倒逼企业对采矿技术进行革新、创新，并不断完善各项管理制度。

3.智慧矿山建设目标

智慧化矿山的终极目标就是“无人”，就是工作开采作业面无人作业、危险环境无人作业、最终实现整个矿区无人作业。整个矿区的各个环节、工序都通过智慧化建设设备操作完成。

（1）建立覆盖全矿区生产、经营、管理的智能管控平台，对矿区实时监控、统一管理和信息资源共享。建立矿山测量工程数据库，与三维采场验收成果协同一致。①实时监控展示，系统将GPS/北斗定位技术、4G无线通讯网络等技术应用于露天矿作业设备的动态实时行踪，管理人员可实时掌握作业车辆位置及分布情况。同时对车辆的作业区域及车辆的速度等实时进行预警提示，提高采矿生产管理的管理水平；②自动计量统计，利用先进的远距离RFID无线射频识别技术与高精度定位设备相结合，提出了自动计量算法，实现了露天矿车辆运输矿岩量自动、快速、准确计量，消除了单靠历史轨迹的计量误差，提高了露天矿车辆运输效率；③设备健康智能分析，利用车辆数据采集接口和GPS定位技术，实时监测车辆运行的水温、油耗、发动机运行时间等关键参数。智慧矿山系统利用作业设备故障诊断技术，对异常情况及时进行智能分析和提醒；④车辆智能调度分析，立足于露天矿山生产的智慧矿山系统，利用矿业系统工程、排队论等相关理论，对露天矿车辆运输进行动态车流规划，避免了车辆乱拉乱跑、长时间空等排队等现象。使设备作业效率能够提高10%～15%。实现空间采场的实时更新，进行全方位的智慧管控。

（2）提高生产智能化水平，实现生产过程的无人干预、少人值守。在露天矿山中，面对高温、高寒、多粉尘、噪音大等作业环境恶劣，劳动作业强度大，从事爆破、车辆运输等高危作业的从业人员。通过数据分析与挖掘，实现故障诊断以及人员、设备健康管理，有效降低人员劳动强度和提高生产安全性，实现设备状态检修和预防性维护；通过性能分析、控制优化、运行优化，提高生产效率，降低生产成本；通过采掘智能化、无人化、远程控制化，促进矿产资源开发利用，降低开采风险，提高企业市场竞争力。

（3）提升企业智慧化安全管理水平，通过智能视频、人员定位等技术，利用各种安全、生产新技术建立智能化反错体系和智能化安全保障体系，安全生产是企业的头等大事，只有做到安全，企业才能安心地生产。智慧矿山系统通过图像识别、无线通信等技术，并结合危险源视频识别监控、运输管理系统等技术，提前对危险源给出警报，增强安全系数，实现本质安全性企业的目标。

（4）实现减人增效，通过机械化换人、自动化减人、智能化提质增效来提升企业的综合竞争力，同时缓解矿区人员流失、人才短缺的问题。在人力资源大幅度下降的时代，提高企业的市场竞争力，相应的管理系统是必不可少的。智慧矿山管理系统能高效的、智能化的节约企业生产成本，提高生产效率；同时它在终端存储的大数据库，也可为企业实行绩效考核奠定基础。

4.智慧化露天矿山建设效益分析

在现实工作中，智慧化露天矿山建设、生产所带来的效益很难严格界定是直接效益还是间接效益。露天矿山智慧化系统搭建完成后，使企业的管理水平大幅提升，经济效益将显著提高，主要体现在以下几个方面。

(1)降低成本

①降低生产消耗成本。大型企业物料消耗管理是一个重要环节，不同的产品在生产过程中物料消耗各不相同，根据工序复杂程度和体积大小等特点，消耗的物料千差万别，传统的管理方式工作量巨大，越是后期管理难度越大，不适合现代企业管理模式；有了覆盖整个露天矿山的企业信息系统，企业管理者可以一目了然得掌握企业运营成本，并对成本进行动态跟踪，可以灵活调整各项成本预算、支出，对降低生产消耗成本起到了积极的作用。

②降低库存成本。通过信息化手段，使生产部门和销售部门等各部门之间的信息能及时、准确的共享和交流。按照销售情况制定生产计划，合理控制生产节奏有效控制和降低库存，减少占用库存资金，提高资金利用率，使物资调配更便捷，从而有效降低库存成本。

③降低管理成本。用无纸化办公替代传统办公，解决信息的内存问题；通过计算机网络和管理软件，解决资源利用的问题；通过信息发布和网上交流等，协调工作关系，提高业务和管理水平。利用信息化网络系统，降低办公成本、人力成本等各种管理成本。

(2)提高企业效率

①掌握信息的效率显著提高。系统能够实时、动态反映生产、销售、物资、资产、成本、营收等各种数据，可以随时查询和应用。数据和信息从最基层的计量、质检、设备获取或系统自动生成，数据不落地，保持数据和信息的及时性、准确性。露天矿的开采要严格遵循我国所提出的走可持续发展的战略要求，由此在露天矿开采中环保技术的合理应用就显着尤为重要，为了进一步加强露天矿在开采中的环保生产，就需要矿企加强日常环保管理，完善露天开采管理制度，并且要将管理制度落实到实际工作当中，根据实际情况反馈对其进行合理优化，从根源上最大限度的减少矿石资源的浪费率，切实完善生产流程，促进安全生产，在提高矿石开采工作效率的同时要加强安全生产。各层级领导、管理人员从大量的、重复性的、低效率的工作中解脱出来。

②工作效率明显提高。过往需要采用手工方式、花费大量人力和物力的工作，现在借助信息化手段，转化成简单、短暂的动作，工作效率成百上千倍的提高。

③提高探测数据的精准性。提高露天矿量探测的数据精准性主要利用于当前数据智慧分析技术的准确运用，并且和智慧监测技术进行无缝衔接，要考虑当地露天矿开采的实际地质条件和施工环境以及具体开采要求，坚持因地制宜的基本原则，结合现实情况制定出可行性较高的露天开采方案，以期达到最优开采量。

(3)提升管理水平

①突出流程式管理，强化集中管理。通过标准业务流程协调部门间关系及业务，真正的减少管理层级，通过信息化系统进行业务集中管理。②形成协作机制，实现协同管理。打破部门间壁垒，促进部门间协作，由以往的各司其职上升为各部门协同办公。③促进规范化标准化管理，提高执行力。将业务标准流程固化到信息系统，每笔业务有序进行。④促进精细管理，加强管理力度。业务过程中的数据可以精细化到日、班甚至小时，每个生产或管理细节都可以在系统中体现。⑤提高管理透明度，增强管理约束力。通过信息化系统，业务过程清晰可见，业务数据都可以进行跟踪和查询。

(4)加强管理基础

①确保各环节数据的真实性和准确性。统计数据和信息从最基层获取或系统自动生成，保持了数据和信息的唯一性，实现数据不落地，减少人为影响。②加快了数据分析的反应速度。系统提供实时的生产数据和管理数据，用户可以随时查询数据，掌握动态变化，及时发现管理基础工作中的问题和缺陷，并采取整改措施。③积累了大量的可供使用的基础数据。大量的数据被存储起来，便于生成各种报表，可实现对数据的跟踪及查看。

(5)提高企业整体内动力

智慧化建设需要全员参与，是一个边学边干边提高的过程。通过智慧化建设，员工的学习能力、创新能力、执行力和凝聚力都能得到不断提高，员工智慧源泉被激活，聪明才智得到充分发挥，职工素质得到全面提升。

5.结语

矿产资源对整个人类社会的发展起着举足轻重的作用。为了能够满足社会的需求，各种中、大型露天矿山如雨后春笋般发展，但传统的工艺、技术导致资源分配不合理，资源浪费层出不穷。在此背景下，促使露天矿山不得不向智慧化方向转型发展，通过人工智能的帮助，加强露天矿山精细化管理，能够从根本上提高露天矿山经济效益，因此，露天矿山智慧化具有非常重要的现实意义。