酒鋼西溝礦綠色智能礦山建設

酒鋼集團宏興股份公司西溝礦 甘肅嘉峪關 735100

西溝礦地處祁連山國家級自然保護區北側外圍地帶，是酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司的全資子公司，始建于 1959 年，1971 年投產，目前產能為 500 萬 t/a。該礦主要經營范圍囊括石灰石開采、熔劑灰巖和水泥灰巖加工、礦產品批發與零售、石灰制品加工、砂石料的生產和銷售等。在“兩化融合”、“互聯網+”、“中國制造 2025”和“新基建”的時代背景下，作為工業自動化領域起步相對較晚的礦山企業，綠色智能礦山建設成為企業生存和可持續發展的必由之路[1-2]。而西溝礦作為酒鋼集團的主要輔料礦山，開展綠色智能轉型升級成為礦山管理者亟待解決的問題[3]。

1 綠色智能礦山建設總體框架

西溝礦綠色智能礦山建設按照相關法律法規，緊緊圍繞《西溝礦綠色智能礦山建設規劃 (2018—2022)》開展[4-5]，主要包括礦區環境治理、資源開發方式、資源綜合利用、節能減排、科技創新與智能礦山、企業管理與企業形象 6 個方面。其中礦區環境主要包括礦區與工業場地區域美化、綠化治理；資源開發方式主要按照“采剝并舉，剝離先行”的原則，根據采場礦巖分布特性、開采運輸條件等綜合因素分析，確定了“橫向推進，縱向輔助”的采剝方法；資源綜合利用主要通過實施低品位水泥灰巖回收和早期開采中因粉礦、塊礦生產不均衡而排棄的礦石開展；通過高耗能設備的逐步淘汰更新和空氣能熱源泵代替燃煤鍋爐實現節能減排；科技創新與智能礦山主要通過爭取集團公司科技項目的資金支持，積極引入政府相關獎勵、扶持資金項目，實現生產運輸系統崗位無人化；企業管理與企業形象主要通過舉辦各類公益活動，實現企地和諧發展。

2 綠色智能礦山建設

2.1 礦區生態環境治理

2.1.1 南排土場封場恢復治理工程

西溝礦南排土場已停用，整體占地面積 18.82 萬m2(282 畝)，排廢量約 422 萬 m3，高約 300 m，寬約350 m，坡度為 30°～50°，為單臺階排土場。該排土場坡底廢石排放已臨近祁連山國家一級公益林管護區，急需治理。主要通過削坡卸載、邊坡清修和壓實、截排水工程、擋渣壩建設、監測工程建設及復墾治理。

2.1.2 礦區生態環境美化綠化工程

經專業機構測算，西溝礦礦區綠化覆蓋率僅為57.38%，其中主要工業場地 (除腰泉工業場地外) 可綠化率為 22%，遠低于國家綠色礦山建設規范 (礦區可綠化覆蓋率達到 100%)。為減少采礦對西溝礦及其附屬區域生態環境的影響，滿足國家級綠色礦山建設規范，西溝礦需要對早期開采破壞區域、A 系統回風平硐硐口、斜坡道入口、膠帶斜井硐口附近工業場地、B 系統 3100 通風平硐口、3100 工業場地周邊等區域、山北公路兩側和其他零星區域地表創傷面進行修復。此外，西溝礦需對礦區重點區域進行美化、綠化，保證其符合國家級綠色礦山建設規范。

2.1.3 地質環境監測工程

對露天采場邊坡的穩定性進行全天候監測。主要監測坡體及頂部有無巖土體的變形、開裂等情況。當監測發現有變形跡象時，及時撤離露天開采區工作人員及設備，并采取應急處置措施。

2.2 資源開發方式

2.2.1 礦石儲量、用戶需求和礦石貧化調查研究

進行礦石資源中有用成分和有害成分的分析，掌握各品位礦石在開采境界內的分布情況及開采技術條件研究。調查研究用戶所需的資源產品的技術質量標準和相關要求，在滿足內部需求的基礎上，拓展外部市場，延伸石灰石產業鏈。同期生產的粉礦較塊礦品位低，在產品實物質量控制過程中根據塊、粉的差異性需求進行質量控制，避免生產過程中造成的礦石品位過高，導致資源浪費的問題。

2.2.2 開采方式研究

利用 DIMINE 軟件建立西溝礦采區三維模型，分析不同礦段地質及礦石品級分布情況，確保“貧富兼采、合理配礦”的原則，最終確定“橫向推進，縱向輔助”的開采方式。均衡采區高、低品級礦石出礦情況，避免不同品級礦石混爆開采，高效利用品級較高的礦石生產不銹鋼轉爐用 AOD、VOD 礦石。同時，通過優化破碎與篩分工藝，為調整成品礦塊礦率及生產不同粒徑礦石提供便利條件。

2.3 資源綜合利用

2.3.1 井下巷道地下水回收利用

對 A 系統膠帶斜井平硐口內的地下水回收利用時，考慮 A 系統膠帶運輸作業不利于施工，故對其內部沉淀池采取防滲措施，并在斜井平硐口下游約 100 m 處新建一沉淀池，容積為 100 m3。回收的地下水主要用于斜井平硐口復墾區域綠化、硐室內部降塵等。

2.3.2 廢石和低品位礦石開發利用

委托專業機構對西溝礦廢石和低品位礦石進行儲量核實，確定采區內的廢石和低品位礦石儲量。將不同區域內廢石和低品位礦石分別取樣，送至專業檢測機構進行理化分析，根據出具的檢驗報告，確定采區內廢石和低品位礦石是否可用于建筑骨料、植生土種植和低品位水泥灰巖再利用等行業，借此拓寬西溝礦產品的市場占有率，提高企業經濟效益[6]。

2.4 節能減排

2.4.1 能源管理體系化運行

建立、實施并保持滿足 GB/T 23331 要求的能源管理體系，全員學習體系內容、酒鋼集團公司能源管理方針，以更好地促進企業能源管理工作。成立以礦領導為組長的能源管理工作小組，對礦領導、科室、作業區等各級部門職責進行了明確，負責企業的節能、環保、資源綜合利用的統籌、協調工作。制定年度能源管理實施方案，制定能源目標分解指標，利用監測系統關注能源消耗數據，通過對日、周、月數據的監測、分析與評價，加強對重點用能設備、設施或系統的能效監測，有效促進企業的各項節能工作的完成。

2.4.2 淘汰、更新落后設備設施

禁止采購高耗能、低效率的電動機等產品，對照工業和信息化部高耗能落后機電設備 (產品) 淘汰目錄，制定《高耗能設備淘汰計劃》，逐步淘汰高能耗電動機，保證設備運行符合能耗指標。

2.4.3 推動低碳清潔的新能源使用

實施燃煤鍋爐改造項目，用 45 套空氣能熱泵機組代替 5 臺 2 t 燃煤鍋爐，對礦區建筑物進行冬季供暖及洗浴用水供應。采用空氣能熱泵后，無需動力煤，每年減排煙塵量 8.74 t，減排二氧化硫 2.05 t，減排氮氧化物 2.99 t。

2.4.4 固體廢棄物分類排放

西溝礦將固體廢棄物劃分為危險廢物、一般廢物和生活垃圾 3 類，實現分級處理。將工業垃圾處置分為兩部分：對廢鋼鐵、廢舊輪胎、廢舊膠帶等可回收利用的工業垃圾，全部回收后進行外銷；對含油破布、塑料桶、木方等不可回收利用的工業垃圾，比照生活垃圾委托專業單位進行合規處置。

2.5 科技創新與智能礦山

2.5.1 開拓運輸方式和工藝優化

西溝礦于 2004 年進行了第 1 次技術改造，淘汰了低效的索道系統，采用汽車—溜井—鐵路—膠帶聯合開拓方式，建成了當時國內下行運距最長 (11.7 km)、落差最大 (1.1 km) 的帶式輸送機系統，同時采用階段溜井運輸礦石，克服了高差問題。2014 年進行了第 2 次技術改造，采用了汽車—溜井—膠帶聯合開拓方式，同時采用高深溜井和井下破碎，實現了礦石破碎篩分及膠帶運行的連續生產。

2.5.2 溜井空高監測

溜井安全運行是保證礦山生產的重要環節，空高監測是溜井裝礦和放礦過程控制的基本依據，溜井的空高控制，是保證溜井安全的重要措施。溜井測深報警系統由雷達料位計、無線網橋傳輸模塊、PLC 等構成。克服了溜井口徑小、深度大、粉塵濃度高等困難，建立了科學、安全的礦山溜井管理系統，實現智能化處理，解決了深達 150 m 的溜井料位監測難題。

2.5.3 溜井溜口堵礦遠程處理

根據溜井底部結構及積礦情況，在溜井底部安裝空氣炮，通過遠程控制系統，實現集控室操作人員遠程操作空氣炮，及時疏通溜井堵礦，減少了生產系統停機時間，杜絕了作業人員現場處理的安全隱患。

2.5.4 電機車無人駕駛技術的應用

電機車無人駕駛平臺通過光纖和無線網將井上的控制室與井下電機車及控制設備相連，電機車無人駕駛系統、軌道運輸監控系統和圖像監視系統相結合，實現井下多臺電機車自動或遙控運輸作業。

2.5.5 膠帶系統反饋發電

膠帶系統采用四象限回饋制動單元變頻控制技術，當下行膠帶輸送礦石重力的分力大于帶式輸送機本身運行的摩擦力，電動機轉速超過其本身同步轉速時，電動機發電制動，以限制電動機轉速的持續升高，將礦石下山的勢能通過電動機轉化為電能反饋給礦山內部電網。

2.5.6 膠帶系統設備運行狀態監測

采用振動溫度一體式傳感器實現對振動與溫度的同步采集，并通過采集站將數據整理上傳至狀態監測系統。采用多種信號、多種報警機制相結合的智能報警體系，確保設備報警信息的準確性與及時性，實現所有設備的運行狀態監測，實現設備無人值守運行。

2.5.7 成品裝礦遠程控制

當汽車行駛到裝礦區域，集控室通過遠程監控分配下礦料倉，點擊相應的倉位指示對汽車進行調度。汽車司機根據現場的交通指示牌顯示停靠在相應的料倉下，遠程放礦人員通過視頻監控觀察車輛，并可通過語音對講指揮司機停靠到位，控制室通過按鈕控制放礦料斗放礦。如果需要重新調整車輛位置，則啟動行車指示標識，待現場調整完成后重新進行放礦操作。

2.5.8 無人值守磅房的應用

該磅房主要包括地磅稱重裝置、IC 卡讀寫裝置、視頻監控裝置、控制信號采集處理控制柜 (外部設備)、紅外檢測裝置、語音對講與語音提示裝置，實現了車輛過磅自動化與智能化，正常情況下無需人工干預。

2.5.9 5G+電鏟、礦用卡車和牙輪鉆遠程智能操控系統

2020 年以來，西溝礦攜手華為科技、中國移動等國內領軍企業，共同研發出全國首個“5G+露天穿孔采掘運輸設備遠程智能系統”，采用先進的 5G 網絡，利用其高帶寬、低時延、高可靠性特點，對穿孔、鏟裝、運輸設備進行智能化改造，將智能調度和智能裝備相融合，實現設備遠程控制，穿孔設備自動布孔及作業，卡車自動駕駛，從而實現采場作業的無人化，將人工智能、大數據、云計算、互聯網等新一代信息技術與采場生產相融合，將職工從惡劣的生產環境中解放出來，從根本上避免安全生產事故的發生。

2.6 企業管理與企業形象

西溝礦圍繞礦地和諧共生的原則，堅持良好的生態環境就是民生的福祉，積極推進礦山生態文明建設，實踐“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展理念。尊重當地民族風俗，和周邊牧民和諧共處，為周邊牧民生活提供便利和必要的幫助，如牧民用水供水管線的更換與改造，出行道路的建設與維護，牧場重建與養護。積極參與社區公益活動，為受災地區同胞捐助款物，走進殘疾學生學校，進入養老院進行幫扶救助。

3 綠色智能礦山建設效益

3.1 社會效益

西溝礦智能礦山建設，一方面實現了采礦設計、生產計劃、智能調度、決策，以及膠帶運輸、破碎、篩分和成品輸出系統全流程無人化管理，降低了生產成本，提高了生產效率，實現了礦山數字化轉型與智能化升級。另一方面，將先進的通信和信息網絡技術與礦山工程、采礦技術、管理理念、管理方式和管理手段緊密結合，實現了生產計劃、數據統計、質量檢驗、輸出計量的精準管理，減少了人為過程干預，實現了礦山全流程智能管控。西溝礦全新、高效、綠色、智能的礦山生產管理體系，是構建信息采集全面、管控高度智能、信息安全可靠、經濟高效、綠色環保和可持續發展新型礦山的必然要求，能夠從根本上提高生產組織效率。此外，西溝礦智能礦山建設從本質上改善了礦山職工的安全生產作業條件，使職工遠離生產現場，杜絕了安全生產隱患，降低了職工的勞動強度，保障了一線職工身體健康，提高了生產效率，降低了采礦成本，使礦山的開采布局更加科學合理，提升了企業的市場競爭力，達到生產現場的本質安全要求。

3.2 經濟效益

西溝礦智能礦山建成后，通過自然減員、崗位人員優化等措施，能夠減少崗位人員定額，提高勞動生產率，降低備品備件、能源損耗和礦石開采成本。人均勞動生產率由 2018 年的 6 231.05 t/(a·人) 提升至 2020 年的 8 305.78 t/(a·人)，勞動生產率提高了33.30%；單位礦石的工序能耗由 2018 年的 0.85 kgce/t減少至 2020 年的 0.73 kgce/t 降幅達 14.12%；單位礦石成本由 2018 年的 47.82 元/t，降至 2020 年的 40 元/t，降幅達 16.35%。

4 結語

西溝礦綠色智能礦山建設符合國家產業政策發展要求，摒棄了傳統礦山資源開采不注重人與自然和諧發展的理念，踐行了習總書記“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，既符合現代礦業資源開采的趨勢，也符合礦山企業轉型升級的要求。伴隨著 5G+互聯網、大數據、云計算和物聯網等新型自動化技術的發展，如何將其充分運用于礦山企業的“兩化融合”中顯得至關重要。在綠色智能礦山建設規劃的總體框架下，西溝礦科學、合理、分步、有效地推進綠色智能礦山建設，積極踐行國有大型企業的社會擔當和責任，為其他礦山企業實施綠色智能礦山建設作出積極示范。