我國“十四五”期間礦山智能化建設的思考

李海敏

2020 年11 月3 日，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》（意見簡稱“建議”）對外發布?！督ㄗh》中提到我國發展環境面臨深刻復雜變化。當前和今后一個時期，我國發展仍然處于重要戰略機遇期，但機遇和挑戰都有新的發展變化。對礦業行業以及礦業企業而言，在該環境下，如何推動礦業高質量發展，如何應對挑戰把握機遇變得尤為重要?！督ㄗh》提到要推動互聯網、大數據、人工智能等同各產業深度融合，推動先進制造業集群發展，構建一批各具特色、優勢互補、結構合理的戰略性新興產業增長引擎，培育新技術、新產品、新業態、新模式。

21 世紀以來，信息技術的快速發展，給現代工業帶來了極大的推動，也給傳統礦業帶來了巨大的沖擊。早在20 世紀80 年代，國家已經提出了用信息化改造傳統產業的發展戰略，這是改變礦業落后現狀的根本途徑。信息技術是驅動全球科技發展、推動傳統產業變革、促進企業效益增長、加快工業化進程的主體技術。對于我國礦業企業而言，只能選擇工業化與信息化融合發展的路徑，走綠色礦山、智慧礦山的發展模式，才能與其他行業同步走向知識經濟，實現礦業強國夢?！皟苫诤稀卑l展，就是發揮信息化的主導作用，由信息化主導帶動礦業的工業化，以工業化促進信息化；通過“兩化”彼此兼容與滲透，推動礦業的優化、升級，實現傳統礦業的改造和跨域，驅使礦業走向智能采礦。

何謂智能采礦？中國工程院古德生院士的定義是在礦床開采中，以開采環境數字化、采掘裝備智能化、生產過程遙控化、信息傳輸網絡化和經營管理信息化為特質，實現安全、高效、經濟、環保為目標的采礦工藝過程。

智能化礦山就是利用大數據存儲與分析平臺和礦山物聯網平臺，實現生產管理的網絡化、遠程化、遙控化乃至無人化，采礦作業環節實現智能化，選礦過程實現自動化，運輸調度實現信息化，來提高資產利用效率、經營效率和生產力，最終實現高效、節約、安全的礦山生產新模式。我國目前在該領域還屬于探索發展階段，礦業企業誰在智能礦山領域取得突破，誰就能在未來的競爭中占據更有利的地位。我國地域廣闊，賦存豐富的礦產資源，礦山開采過程又是一項復雜而繁瑣的工作，多數礦山所在區域的地質情況復雜，采礦作業條件差、開采難度大。隨著國家對安全、環保監管日趨嚴格，我國礦山企業應當緊跟發展步伐，在各自的“十四五”發展戰略規劃中，明確智能化礦山建設為重點，強化安全生產管理，提高生產效率，推動先進技術裝備創新應用，促進行業整體進步，努力實現綠色礦山、智能礦山目標。

1 智能化礦山技術的發展

1.1 國外智能化礦山技術發展

采礦業是以礦產資源為生產對象的古老產業，絕大多數礦山企業還處在勞動密集型階段。20 世紀70 年代，國外礦山自動化設備設施取得了快速的發展，尤其是90 年代計算機技術、PLC技術的廣泛應用，礦山信息化建設得到巨大進步。但客觀地分析，這種進展更多地體現在過程自動化方面，在整體信息應用與管理決策支持上并不明顯。21 世紀隨著互聯網、通信技術的普及，“數字化”已經成為知識經濟的標志，信息技術的飛速發展給中外礦業企業帶來了巨大沖擊。隨著科學技術不斷發展、產業競爭日益加大、安全生產要求增強和人力成本不斷提高，通過自動化、信息化改造提高生產效率促使資本投入轉型升級。

國外智能化礦山發展非常迅速，發達國家的礦山信息化改造已經邁出堅實的步伐。加拿大從20 世紀90 年代初就開始研究遙控采礦技術，目標是整個采礦過程的遙控操作，現已研制成功并實踐應用，實現從地面對地下進行控制。加拿大正在制定一項擬在2050 年實現的規劃，即在加拿大北部邊遠地區的礦山建成無人礦井，從薩德伯里通過衛星監測操縱礦山的所有設備，實現機械全自動運行。芬蘭采礦業也于1992 年建設智能采礦方案，涉及采礦實時過程控制、資源實時管理、礦山信息建設等多個課題。

1.2 我國智能化礦山技術發展

我國采礦業總體自動化、數字化、信息化水平還不高。近年來，隨著社會經濟的發展、工業制造不斷升級和國家“兩化融合”不斷深入，我國礦山企業經濟形式和運行狀態正在發生顯著變化，信息化建設逐漸升溫。1999 年，國家計委、信息產業部《“十一五”期間國家信息化發展戰略和規劃思路》中明確提出，要利用信息技術改造提升能源、礦山等傳統產業。黨的十六大報告指出：應“堅持以信息化帶動工業化，以信息化促進工業化，走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少、人力資源優勢得到充分發展的新型工業化路子”。2001年，“APCOM”會議上組織了首次“國際DM（數字礦山）”主題討論；2004 年中國科學技術協會青年科學家論壇以“數字化礦山戰略與未來發展”為主題。我國相繼開展了礦山地理信息系統（MGIS）、三維地學模擬、礦山虛擬現實（MVR）等方面的開發與應用研究，并在部分示范礦山進行應用試驗。

相對而言我國煤礦企業的數字化、信息化啟動較早，在一些礦山也取得了初步成果。如山東兗州煤礦集團公司于2001 年開展了“數字兗礦”的立項和建設，已經完成了“地測空間信息平臺構建與開發”研究。徐州礦業集團也開展了“數字煤礦”的建設。露天礦山、金屬非金屬地下礦山近幾年加大了機械化、自動化、信息化的投入，在遠程控制、自動控制、管理一體化等取得了效果。北京東方泰坦公司、北京理正公司等國內一些地理信息系統公司在地質體的真三維顯示方面取得了較好的成果。

1.3 智能化礦山技術發展趨勢

在礦山企業智能化建設問題上，國內外礦業界有著不同的戰略設想，從而在建設目標、建設規劃、功能體系等方面分別形成不同的側重點。國外礦業大國主要通過智能化礦山，實現無人采礦來達到采礦生產安全、高效的目的。我國主要以信息技術為依托，重點研究和開發礦山數字化系統，以實現礦山生產的工業化。21 世紀隨著國家信息化的快速發展和市場環境的變化，礦山信息化進入快速發展階段。根據“十四五”規劃要求，礦山企業就是要在打造數字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎上，由計算機網絡管理的管控一體化系統，圍繞著提高礦山生產效率和管理效率、降低安全風險、提高生產執行、減少開采成本的智慧綠色的礦山發展模式。

2 智能化礦山建設的目標

智能化礦山建設需要綜合生產、經營、管理、環境、資源、安全和效益等各種因素，使企業實現整體協調優化，在保障企業可持續發展的前提下，達到提高整體效益、市場競爭力和適應能力的目的。礦山智能化建設主要努力實現開采對象、開采方式、開采過程、經營過程、安全保障和決策過程的全面數字化，最終目標是實現礦山開采的綜合自動化。

智能化礦山建設的路徑一般是生產過程自動化--數字化--信息化--智能化。綜合生產管理、安全管理、能源管理、質量管理、成本管理等方面建立綜合管控平臺，實現少人工干預、自主決策、自動執行的人機交互可視化的綜合管理系統。

2.1 實現開采對象的數字化

礦產資源是礦山企業生產和發展的基礎。作為企業的加工對象，礦山資源的種類和數量決定了礦山的產品、規模和服務年限，其形態和質量則決定了礦山的生產工藝和技術經濟指標，從而直接對企業的生產成本和經濟效益產生影響。借助現代信息技術建立礦山資源數字化管理系統，快速、準確地獲取礦山資源信息并進行數字化、可視化處理，同時實時把握礦山資源的消耗與新增狀況，使礦山資源信息在地質、測量、采礦等業務之間實現集成共享和實時交互。這既是礦山企業科學制定礦山開采規劃、合理安排礦山生產、保證生產可持續性和經濟開采的前提，也是礦山智能化開采的基礎工作。目前流行的國內外礦業軟件基本可以完成地質數據建模、三維可視化等工作，但需要根據礦山各自的特點進行二次開發，如數據采集、品位計算、力學特性分析等工作。

2.2 實現開采實施的最優化和可視化

在獲得開采對象的數字化信息后，采用什么方式和過程進行開采，需要通過開采實施的數字化來實現，結合虛擬現實技術，可以實現礦山開采過程的模擬預演，獲得最優開采方案。目前流行的礦業軟件都具有設計計劃功能，但大部分礦山的應用效果并不理想，這里既有礦業軟件本身的問題，也有技術人員的能力和習慣問題。這也是智能化礦山建設難度最大的環節。

2.3 實現生產過程自動化

礦山企業的生產過程自動化不同于一般的制造企業，受限于不同工區、中段的采掘生產，由于作業地點分散、作業過程不連續、作業條件惡劣等，完全實現自動化難度較大。近幾年。大部分礦山的技術裝備水平有了很大的提高，與之相適應的生產過程自動化也有了長足的發展，提升、排水、通風、供配電、監測、人員定位等自動化技術不斷普及，減少了操作人員，實現少人采礦、安全采礦。目前，利用5G 技術實現遠程遙控鏟運機、鑿巖臺車、鉆機等技術已經有應用案例，在裝備技術上與國外水平的差距不斷縮小。

2.4 實現經營協同一體化

礦山智能化建設的最終目標就是實現生產的自主可控和為各級管理人員提供決策支持。這種支持不僅是數據的羅列，更重要的是基礎數據經過加工后形成的具有表現能力的圖標、畫面、實施模擬圖等。礦山生產是一個多業務協同過程，經營管理協同不僅僅是硬件上的投入，更重要的是理念、人員、管理、文化的協同。協同化的生產經營管理是以成本分析與控制為核心，以安全高效為目的，對礦山的生產經營進行規劃與控制。目前許多礦山都在進行管理信息系統（MIS）、企業資源規劃（ERP）、辦公自動化OA 的建設與實施，但與生產實際控制還有很大差距，礦山智能化建設道路還很漫長。

3 我國智能化礦山建設存在的問題

我國智能化礦山的建設雖然起步較晚，但經過二十多年的發展，與國外先進國家相比差距日益縮小，很多礦山企業在機械化、自動化、信息技術、綜合管控平臺等方面進行了大量的投入，取得了顯著效益，也促進了礦山安全生產。但是也存在一些問題，具體表現在：

（1）“信息孤島”日顯突出。隨著礦山企業計算機技術應用的不斷深入，不同類型的業務系統和大量的業務數據分散在企業不同部門、不同系統，由于缺乏數據交換機制，數據需要重復多次輸入，使數據的一致性無法保證，信息及時反饋難、共享差，產生所謂的“信息孤島”，造成信息資源和設備資源的浪費。

（2）信息系統建設出現“斷層”。目前礦山企業的信息化投入和應用分分布很不均衡。企業的中間層，如設計部門、財務部門、物資部門等已經初步實現計算機管理，但企業決策部門的信息化建設依舊很薄弱，很多企業所謂的集控中心、智能中心、數字中心基本停留在“形象工程”上。

（3）礦山數據豐富但知識貧乏。隨著數據庫技術的迅速發展及數據庫管理系統在礦山廣泛應用，激增的數據背后隱藏著許多重要的礦山生產經營信息，人們希望能夠對其進行更高層次的分析，以便更好地利用這些數據。目前的信息系統可以高效的實現數據的錄入、查詢、統計等功能，卻由于缺少有效的數據分析和挖掘工具，無法發現數據中存在的關聯和規則，無法根據現有的數據預測礦山的發展趨勢，從而導致數據沒有充分發揮效能。

（4）礦山信息的標準化工作滯后。大部分大中型礦山企業已經建立了企業內部網絡和網站，但在絕大多數企業起到的作用僅停留在媒體的簡單擴充上，缺乏標準化、網絡化的信息資源，企業的產品編碼、管理編碼和統計指標等技術標準、規范不一，不能使企業內部、企業與客戶、供應商、業務伙伴的信息流暢通。

（5）缺乏適合礦山特點的應用軟件平臺。礦山企業不同于一般制造企業，礦產資源開采又是一個復雜的系統，礦山管理信息系統的開發需要“量身定制”以滿足礦山的不同特點，同時考慮信息系統的集成性和開放性。但由于缺乏既熟悉礦山業務又精通信息系統開發的復合型人才，同時我國自主進行礦山應用軟件開發的力度不足，阻礙礦山信息化的發展。

4 十四五期間智能化礦山建設的工作重點

4.1 礦山企業要科學制定智能化發展規劃

隨著國家對礦產資源調控力度不斷加大，金屬市場供需變化日益頻繁，地下礦山開采深度不斷增加，礦山生產條件越來越惡劣，高品位金屬含量越來越少，對礦山的安全監管越來越嚴格，通過智能化礦山建設提升礦山管理水平，提高礦山市場競爭力，降低安全事故，是實現安全礦山、和諧礦山、綠色礦山的必由之路。各個礦山企業要結合當前生產現狀和特點，將礦山智能化建設納入企業的十四五發展規劃中，科學合理的制定智能化發展目標和建設思路。企業管理者要看到當前國內外發展格局的變化趨勢，不能只局限于當前的市場收益，緊跟時代步伐，組織專門團隊或外協設計院校、科技公司制定適合自身發展、行之有效的規劃，明確目標，組織實施。

4.2 智能化礦山建設要走“總體規劃，分布實施”的策略

智能化礦山建設是一個長期的過程，與制造企業、商業企業不同，礦山企業的生產對象是連續的，不斷變化的，風險高、投入大，所以要走“總體規劃，分布實施”的策略。要明確建設方向，科學規劃，集中力量先突破重點、難點工作，從企業急需、容易推行的子系統做起，不求大求全，不求3 年5 年建成?？梢詢炏认麓罅馔瓿傻V山對象的空間數據生成，實現礦山資源的數字化，并行搞好網絡基礎建設，再逐步建立各個功能系統。

4.3 加大智能化礦山建設的試點和推廣

目前國家層面已經制定和推出了若干個智能化、信息化礦山建設的指導意見，鼓勵礦山企業和科研院校進行資源投入。工信部、發改委、財政部、國家能源局、國家礦山監察局等部門從國家發展戰略，加大引導和統籌力度，從政策、資金、技術上多方支持。礦山企業要積極響應，用好用活扶持政策，爭取配套資金,進行適應性研究和應用。我國煤礦企業的智能化建設已經走在行業前列，在安全監控、機械化、自動化等方面值得金屬礦山學習借鑒。

4.4 加強產學聯合，培育復合型人才

當前礦山企業智能化建設的一個難點就是缺少既懂礦山又懂信息技術的復合型人才隊伍。智能化建設實施、高新技術融合應用、數據知識化分析、日常管理維護等等都需要一大批高素質的人才。所以智能化礦山建設的工作重點，包括培育專業化技術人才和管理人才，從根本上提高礦山生產效率，并依托優秀人才驅動創新，更好的實現現代化礦山企業轉型，改善傳統落后的生產模式，實現礦山作業的智能化，要走產學聯合的路子。在理論中研究，在實踐論證，在項目實施中培養、提高。

4.5 加大智能化采礦裝備的開發應用。

近年來采礦裝備正朝著大型化、無軌化、液壓化、自動化方向發展，推動著礦山生產效率和安全性不斷提高。但由于礦山作業環境差，開采空間受限，高溫、高濕、振動、粉塵、瓦斯等有害因素對設備性能提出更高要求，要保證設備正常運行，需要不斷研發材質更優，防護更好的專用設備。

5 結語

智能化礦山建設是我國能源采集行業未來發展的重要趨勢，基于“十四五”規劃中對智能礦山行業發展戰略提出的相關要求，礦山企業應當充分結合現實狀況，推廣應用信息化系統，保障安全生產、加強專業技術培訓，培育現代化優秀人才、提高智能化生產技術應用能力，創新管理模式等工作重點，切實推進智能化礦山建設進程，以此實現礦山行業的健康、可持續發展。