鄭向黨 于小海 王秀東 蘇良軍

（金川集團(tuán)股份有限公司二礦區(qū)）

金川二礦區(qū)采用機(jī)械化下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法，設(shè)備裝配上，使用大型機(jī)械化作業(yè)，輔助運(yùn)輸、提升、充填、動(dòng)力供應(yīng)采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化、信息化運(yùn)作方式組織生產(chǎn)?，F(xiàn)階段內(nèi)有效地提高了生產(chǎn)效率與效益，節(jié)約了物耗，為金川健康發(fā)展以及國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出貢獻(xiàn)。隨著金川礦山開采深度的不斷延伸，深部高應(yīng)力破壞性、滲水、高地溫上升等災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)加大，迫切需要通過智能化替代人工，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、減員增效、提高礦山安全。由于智能化涉及生產(chǎn)要素諸多，難度較大，可從基礎(chǔ)生產(chǎn)單元試探性進(jìn)行研究與探索。

1 金川二礦區(qū)現(xiàn)階段建設(shè)水平及智能采礦的意義

（1）目前，金川礦山技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了綜合調(diào)度、通風(fēng)輸入、礦石與人員提升、有軌電機(jī)車運(yùn)輸、充填物料運(yùn)輸、溜井料位監(jiān)測、給水排泥、電氣設(shè)備自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制。采場已投入了鏟運(yùn)機(jī)、裝藥車、鑿巖臺(tái)車、服務(wù)車、濕噴車、挖掘機(jī)等裝備。一直以來，礦區(qū)投入了大量資金進(jìn)行機(jī)械裝備升級(jí)及信息化建設(shè)，但總體效果不盡如人意，離建設(shè)現(xiàn)代化礦山目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)［1］。

（2）金川二礦區(qū)經(jīng)過幾十年的開采，已走向深部階段。開采深度不斷延伸，作業(yè)環(huán)境隨之發(fā)生變化，使礦巖脆性增大，黏聚力下降明顯，涌水量逐漸增加，地溫顯著升高，給礦山單位帶來了生產(chǎn)組織難度、生產(chǎn)成本增高等一系列問題。面對存在的問題，要想達(dá)到安全、高效的生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，智能采礦是礦山未來的發(fā)展方向，它一方面可為金川礦山企業(yè)占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)贏得先機(jī)，成為國內(nèi)采礦業(yè)的排頭兵；另一方面，智能采礦也可為礦山生產(chǎn)效率提高50%以上，安全事故降低60%以上。

（3）通過建設(shè)智能化采礦模塊可鍛煉及培養(yǎng)一批人，儲(chǔ)存更多先進(jìn)知識(shí)和技術(shù)優(yōu)勢，提高智能化采礦經(jīng)驗(yàn)，發(fā)掘一批在采礦工程及其智能化領(lǐng)域從事工程設(shè)計(jì)與施工、生產(chǎn)與技術(shù)管理、開發(fā)研究等相關(guān)工作的復(fù)合型人才，引領(lǐng)金川實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)采礦走向智能采礦的跨越［2］。

2 金川二礦區(qū)深部開采面臨的問題

（1）隨著地應(yīng)力增大，巖石所處的應(yīng)力環(huán)境以及由此導(dǎo)致的巖體力學(xué)性質(zhì)等都有較大變化。巖層溫度上升，通風(fēng)系統(tǒng)面臨的問題更加復(fù)雜，使得礦山員工勞動(dòng)效率降低，這進(jìn)一步加大了單位用工難，經(jīng)營效益空間越來越少的尷尬局面。

（2）大量無軌設(shè)備投入使用，作業(yè)過程中產(chǎn)生的車輛尾氣、粉塵、噪音等環(huán)境危害因素，對員工身體健康危害極大，與此同時(shí)，上下坡車輛運(yùn)行和交叉作業(yè)也存在著重大安全隱患。

（3）采礦深度下降，給礦石提升、廢石處理、深井排污等系統(tǒng)增加了不可預(yù)測的難題，所涉及的基建工程、生產(chǎn)充填、水電風(fēng)供給領(lǐng)域維護(hù)帶來了諸多安全挑戰(zhàn)［3］。

3 智能采礦的基本架構(gòu)

金川礦山智能化采礦可借鑒國內(nèi)外建設(shè)智能采礦思路，建設(shè)基礎(chǔ)信息數(shù)字平臺(tái)、采掘設(shè)備智能平臺(tái)、生產(chǎn)信息管控平臺(tái)和通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)等，如圖1所示，其基本架構(gòu)為礦床模型與礦床開采設(shè)計(jì)數(shù)字礦山軟件，金屬礦山采掘、裝卸、運(yùn)輸?shù)戎悄茉O(shè)備，適應(yīng)智能設(shè)備作業(yè)的高效采礦工藝技術(shù)，礦井?dāng)?shù)據(jù)采集、通訊與視頻的傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，生產(chǎn)計(jì)劃組織與經(jīng)營管理信息系統(tǒng)等。

生產(chǎn)信息管控平臺(tái)包括生產(chǎn)作業(yè)情況、人員設(shè)備分布情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，也包括井下人員之間、井下人員與地面調(diào)度管理人員之間的無線通信，還包括井下各個(gè)工作單元生產(chǎn)作業(yè)的協(xié)調(diào)組織與管理。采礦自動(dòng)化系統(tǒng)細(xì)分為提升自動(dòng)化系統(tǒng)、膠帶運(yùn)輸控制系統(tǒng)、溜井破碎系統(tǒng)、充填料制備自動(dòng)化、通風(fēng)控制系統(tǒng)等［4］。

4 發(fā)展智能采礦的思路

金川智能礦山的發(fā)展可以按照3個(gè)階段進(jìn)行：第1個(gè)階段采用單個(gè)系統(tǒng)單項(xiàng)技術(shù)智能化，實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)上工序無人”操作；第2個(gè)階段采用多個(gè)系統(tǒng)智能化，實(shí)現(xiàn)部分系統(tǒng)的集成，即“面上工序無人”操作；第3個(gè)階段采用整體系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)“一個(gè)礦井的工序無人”操作，即井下生產(chǎn)、安全檢查、后勤系統(tǒng)的全面無人。在此條件下，隨著技術(shù)的進(jìn)步，各個(gè)環(huán)節(jié)的無人技術(shù)還將不斷進(jìn)步和優(yōu)化，達(dá)到更高的效率。介于建設(shè)智能采礦復(fù)雜性和二礦區(qū)技術(shù)、設(shè)備投入水平以及人才存儲(chǔ)力量，可從簡易模塊開始建設(shè)，即從盤區(qū)智能采礦階段開始，對應(yīng)用現(xiàn)行運(yùn)輸卡車、鑿巖臺(tái)車、出礦鏟車、服務(wù)車、噴漿車、挖掘機(jī)車輛進(jìn)行升級(jí)改造，助推金川二礦區(qū)建設(shè)向智能高階段發(fā)展［5］。

（1）鑿巖由臺(tái)車自動(dòng)駕駛、云端機(jī)群調(diào)度上傳采礦各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，應(yīng)用三維激光掃描系統(tǒng)指導(dǎo)自動(dòng)鉆孔，現(xiàn)場實(shí)行井下高精度定位與導(dǎo)航、遠(yuǎn)程無人操控完成。臺(tái)車具有遠(yuǎn)程無人操作及虛擬場景功能的特點(diǎn)。

（2）裝藥車的智能配置是集原料運(yùn)輸、炸藥混制、炮孔裝填于一體的自動(dòng)化裝藥。車輛具有無線遙控行駛及無人駕駛等功能，可視頻故障診斷及智能尋孔并處理鉆孔存在問題，使鉆孔達(dá)到裝藥條件。

（3）對出礦鏟車進(jìn)行遙控改造，人員完全脫離危險(xiǎn)區(qū)域而進(jìn)行無線控制作業(yè)，使車輛設(shè)備在自動(dòng)控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝礦和卸礦。鏟運(yùn)機(jī)的無人化和智能化主要包括無人行駛功能、自動(dòng)稱重功能、定點(diǎn)卸載、故障自診斷和遠(yuǎn)程遙控等功能。

（4）運(yùn)輸卡車采用無人駕駛，采用雙動(dòng)力的電傳動(dòng)地下礦用車，車輛配有巷道空間檢測、智能輔助駕駛、遙控運(yùn)行功能。電機(jī)車運(yùn)礦使用無人駕駛，具有視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控全編隊(duì)運(yùn)行及自動(dòng)裝卸礦的功能。

5 智能采礦帶來的效益

（1）網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用，并進(jìn)行遠(yuǎn)程無線遙控，可將駕駛?cè)藛T從高溫、車輛尾氣、粉塵、噪音的作業(yè)環(huán)境轉(zhuǎn)移至地表駕駛中心，人員作業(yè)安全及職業(yè)健康保障大幅度提高，減少了司機(jī)患職業(yè)病的概率。

（2）相關(guān)數(shù)據(jù)直觀可視，可實(shí)現(xiàn)鑿巖、鏟車、支護(hù)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備“看得清、摸得著”的管理，依托智能調(diào)度、實(shí)時(shí)監(jiān)控、高精度地圖管理、運(yùn)行仿真測試、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等技術(shù)組成運(yùn)營技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)井下礦車智慧駕駛和高效運(yùn)輸，有效減少了作業(yè)人員設(shè)備暴露在高危作業(yè)環(huán)境帶來的風(fēng)險(xiǎn)，間接降低維護(hù)成本，達(dá)到降低運(yùn)營成本的目標(biāo)。

（3）產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，可深化產(chǎn)業(yè)員工隊(duì)伍，為礦山發(fā)展培養(yǎng)及發(fā)掘一批智能采礦人才，從事工程設(shè)計(jì)與施工、生產(chǎn)與技術(shù)管理、開發(fā)研究等相關(guān)工作。作業(yè)環(huán)境的改善，可較好解決礦山單位用工難問題。

（4）智能化采礦的實(shí)施，也為金川二礦區(qū)全面推廣5G新技術(shù)在礦山場景的應(yīng)用探索出一條思路，也符合國家安監(jiān)總局“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”科技強(qiáng)安行動(dòng)、“2025智能制造”和“5G新基建”的號(hào)召。

6 結(jié)語

建設(shè)智能采礦是立足于金川礦區(qū)開采現(xiàn)狀和今后發(fā)展需求而提出的，是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和采礦效率、保證開采安全的最有效、最可靠的方法，還可解決金川資源逐漸枯竭難以長期發(fā)展的問題，也可獲得向礦業(yè)領(lǐng)域輸送技術(shù)人才以及提供培訓(xùn)服務(wù)等方面的延伸效益。實(shí)現(xiàn)智能采礦后可以預(yù)見，不僅可以減輕用工難壓力，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，而且最大程度地解決礦山生產(chǎn)安全問題。