淺析智慧化在露天礦山中的應用

＊黃林超 李怡謙 李恒勇

（天津礦山工程有限公司 天津 301999）

礦產資源在人類歷史長河的社會發展中起著不可或缺的作用，也是工業化進程中的重要物質基礎，尤其在高質量發展的今天，城市化進程的不斷加快，礦產資源消耗量不斷增加，社會對各類資源的需求量與日俱增[1]，為了更高效、安全的開采資源，采礦企業要不斷創新采礦技術。當前智慧化作為顛覆性的創新技術，已深入社會發展中的各個領域。露天礦山的智慧化還在起步階段，所以，將智慧化運用在露天礦山中，進行更深入的探討非常有必要。

1.智慧化露天礦山建設背景

（1）國家出臺政策引導智慧化礦山進程。智慧礦山不論是國家層面，還是行業層面，自2016年4月開始至今出臺過一系列政策，支持、推動建設智慧礦山進程，如強制要求智慧礦山進行信息化標準建設、制定智慧礦山信息化、標準化相關的國標。《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》是2021年國家發改委聯合八部委發布的文件，內容明確提出通過人工智能、工業物聯網、云計算、大數據等各種先進技術與現代煤炭開發利用深度融合，形成動態預測、全面感知、協同控制的智能系統。

（2）行業轉型升級所需。物聯網+礦山+互聯網是時代所需，建設礦山智慧化通過智慧信息技術的應用，實現物物、物人、人人的全面信息集成和響應能力。

智慧生產調控系統包括生產全過程管控建設，生產調度建設；智慧技術保障系統包括地、測、采、掘專業輔助設計、三維地質建模；智慧職業健康與安全系統包括尾礦庫在線監測及預警系統、邊坡穩定性監測系統。

（3）用工荒問題趨勢嚴重。據2022年末統計數據顯示，人口自然增長率為-0.6‰，作為勞動生產力的源泉，人口是衡量一個區域經濟發達與否的重要指標，與落后貧困的山區生活環境相比，人們更愿意選擇在城市生活，更加不愿意從事像露天礦山這種高危行業，所以，近幾年礦山行業“用工荒”問題日趨嚴重，出現了招工困難問題，隨著人口老齡化比重的上升，這種情況也會愈發的嚴重，想要從根本上解決這個問題就需要大力發展礦山智慧化，用高科技的機械設備來取代從前大量廉價的勞動力，提高生產效率，加快企業的轉型升級。

2.智慧化露天礦山建設的原因

（1）科技進步為智慧礦山建設提供了技術支持和保障。近些年，我國在5G、大數據、人工智能以及區塊鏈等新一代信息技術領域的發展可謂如日中天，在一些關鍵技術、設備、系統平臺等方面已經具備應用基礎，且在垂直行業獲得初步應用，深度融合成為未來趨勢，科技創新發展為智慧礦山建設提供了技術裝備支持。

（2）礦山生產安全的嚴峻形勢促使企業進行轉型。在露天礦山開采過程中，常見的三大隱患為：邊坡坍塌、車輛運輸和爆破作業；其中邊坡坍塌又是最常見的、危害最大的事故類型，邊坡坍塌受巖石的物理學性質、地質構造、水文地質條件和開采技術條件等多種因素的影響；再者礦山爆破作業也是礦山開采中不容忽視的風險之一。根據2021年9月1日實施新《安全生產法》的要求，礦山企業面臨著前所未有的安全生產壓力，這樣勢必倒逼礦山企業走上轉型之路，而智慧化是其最佳選擇，投入合理，產出最高，符合企業可持續發展長遠目標。

（3）建設綠色礦山是新時代生態文明建設對礦山行業的基本要求。自十三屆全國人大二次會議確立—發展經濟不能以犧牲環境為代價的倡議后，我國在環保事業上可謂壯士斷腕，通過近幾年的治理，礦山行業步入綠色可持續發展的良性循環軌道。

（4）采礦技術創新的要求。隨著我國人民生活質量的提高，我國社會對于能源的需求越來越大[2]。礦產資源作為一種不可再生資源，在過去粗放的管理模式和落后技術的采礦工藝中，造成大量的浪費，隨著我國對礦產資源開采實施精細化管理的不斷落實，倒逼企業對采礦技術進行革新、創新，并不斷完善各項管理制度。

3.智慧礦山建設目標

智慧化礦山的終極目標就是“無人”，就是工作開采作業面無人作業、危險環境無人作業、最終實現整個礦區無人作業。整個礦區的各個環節、工序都通過智慧化建設設備操作完成。

（1）建立覆蓋全礦區生產、經營、管理的智能管控平臺，對礦區實時監控、統一管理和信息資源共享。建立礦山測量工程數據庫，與三維采場驗收成果協同一致。①實時監控展示，系統將GPS/北斗定位技術、4G無線通訊網絡等技術應用于露天礦作業設備的動態實時行蹤，管理人員可實時掌握作業車輛位置及分布情況。同時對車輛的作業區域及車輛的速度等實時進行預警提示，提高采礦生產管理的管理水平；②自動計量統計，利用先進的遠距離RFID無線射頻識別技術與高精度定位設備相結合，提出了自動計量算法，實現了露天礦車輛運輸礦巖量自動、快速、準確計量，消除了單靠歷史軌跡的計量誤差，提高了露天礦車輛運輸效率；③設備健康智能分析，利用車輛數據采集接口和GPS定位技術，實時監測車輛運行的水溫、油耗、發動機運行時間等關鍵參數。智慧礦山系統利用作業設備故障診斷技術，對異常情況及時進行智能分析和提醒；④車輛智能調度分析，立足于露天礦山生產的智慧礦山系統，利用礦業系統工程、排隊論等相關理論，對露天礦車輛運輸進行動態車流規劃，避免了車輛亂拉亂跑、長時間空等排隊等現象。使設備作業效率能夠提高10%～15%。實現空間采場的實時更新，進行全方位的智慧管控。

（2）提高生產智能化水平，實現生產過程的無人干預、少人值守。在露天礦山中，面對高溫、高寒、多粉塵、噪音大等作業環境惡劣，勞動作業強度大，從事爆破、車輛運輸等高危作業的從業人員。通過數據分析與挖掘，實現故障診斷以及人員、設備健康管理，有效降低人員勞動強度和提高生產安全性，實現設備狀態檢修和預防性維護；通過性能分析、控制優化、運行優化，提高生產效率，降低生產成本；通過采掘智能化、無人化、遠程控制化，促進礦產資源開發利用，降低開采風險，提高企業市場競爭力。

（3）提升企業智慧化安全管理水平，通過智能視頻、人員定位等技術，利用各種安全、生產新技術建立智能化反錯體系和智能化安全保障體系，安全生產是企業的頭等大事，只有做到安全，企業才能安心地生產。智慧礦山系統通過圖像識別、無線通信等技術，并結合危險源視頻識別監控、運輸管理系統等技術，提前對危險源給出警報，增強安全系數，實現本質安全性企業的目標。

（4）實現減人增效，通過機械化換人、自動化減人、智能化提質增效來提升企業的綜合競爭力，同時緩解礦區人員流失、人才短缺的問題。在人力資源大幅度下降的時代，提高企業的市場競爭力，相應的管理系統是必不可少的。智慧礦山管理系統能高效的、智能化的節約企業生產成本，提高生產效率；同時它在終端存儲的大數據庫，也可為企業實行績效考核奠定基礎。

4.智慧化露天礦山建設效益分析

在現實工作中，智慧化露天礦山建設、生產所帶來的效益很難嚴格界定是直接效益還是間接效益。露天礦山智慧化系統搭建完成后，使企業的管理水平大幅提升，經濟效益將顯著提高，主要體現在以下幾個方面。

(1)降低成本

①降低生產消耗成本。大型企業物料消耗管理是一個重要環節，不同的產品在生產過程中物料消耗各不相同，根據工序復雜程度和體積大小等特點，消耗的物料千差萬別，傳統的管理方式工作量巨大，越是后期管理難度越大，不適合現代企業管理模式；有了覆蓋整個露天礦山的企業信息系統，企業管理者可以一目了然得掌握企業運營成本，并對成本進行動態跟蹤，可以靈活調整各項成本預算、支出，對降低生產消耗成本起到了積極的作用。

②降低庫存成本。通過信息化手段，使生產部門和銷售部門等各部門之間的信息能及時、準確的共享和交流。按照銷售情況制定生產計劃，合理控制生產節奏有效控制和降低庫存，減少占用庫存資金，提高資金利用率，使物資調配更便捷，從而有效降低庫存成本。

③降低管理成本。用無紙化辦公替代傳統辦公，解決信息的內存問題；通過計算機網絡和管理軟件，解決資源利用的問題；通過信息發布和網上交流等，協調工作關系，提高業務和管理水平。利用信息化網絡系統，降低辦公成本、人力成本等各種管理成本。

(2)提高企業效率

①掌握信息的效率顯著提高。系統能夠實時、動態反映生產、銷售、物資、資產、成本、營收等各種數據，可以隨時查詢和應用。數據和信息從最基層的計量、質檢、設備獲取或系統自動生成，數據不落地，保持數據和信息的及時性、準確性。露天礦的開采要嚴格遵循我國所提出的走可持續發展的戰略要求，由此在露天礦開采中環保技術的合理應用就顯著尤為重要，為了進一步加強露天礦在開采中的環保生產，就需要礦企加強日常環保管理，完善露天開采管理制度，并且要將管理制度落實到實際工作當中，根據實際情況反饋對其進行合理優化，從根源上最大限度的減少礦石資源的浪費率，切實完善生產流程，促進安全生產，在提高礦石開采工作效率的同時要加強安全生產。各層級領導、管理人員從大量的、重復性的、低效率的工作中解脫出來。

②工作效率明顯提高。過往需要采用手工方式、花費大量人力和物力的工作，現在借助信息化手段，轉化成簡單、短暫的動作，工作效率成百上千倍的提高。

③提高探測數據的精準性。提高露天礦量探測的數據精準性主要利用于當前數據智慧分析技術的準確運用，并且和智慧監測技術進行無縫銜接，要考慮當地露天礦開采的實際地質條件和施工環境以及具體開采要求，堅持因地制宜的基本原則，結合現實情況制定出可行性較高的露天開采方案，以期達到最優開采量。

(3)提升管理水平

①突出流程式管理，強化集中管理。通過標準業務流程協調部門間關系及業務，真正的減少管理層級，通過信息化系統進行業務集中管理。②形成協作機制，實現協同管理。打破部門間壁壘，促進部門間協作，由以往的各司其職上升為各部門協同辦公。③促進規范化標準化管理，提高執行力。將業務標準流程固化到信息系統，每筆業務有序進行。④促進精細管理，加強管理力度。業務過程中的數據可以精細化到日、班甚至小時，每個生產或管理細節都可以在系統中體現。⑤提高管理透明度，增強管理約束力。通過信息化系統，業務過程清晰可見，業務數據都可以進行跟蹤和查詢。

(4)加強管理基礎

①確保各環節數據的真實性和準確性。統計數據和信息從最基層獲取或系統自動生成，保持了數據和信息的唯一性，實現數據不落地，減少人為影響。②加快了數據分析的反應速度。系統提供實時的生產數據和管理數據，用戶可以隨時查詢數據，掌握動態變化，及時發現管理基礎工作中的問題和缺陷，并采取整改措施。③積累了大量的可供使用的基礎數據。大量的數據被存儲起來，便于生成各種報表，可實現對數據的跟蹤及查看。

(5)提高企業整體內動力

智慧化建設需要全員參與，是一個邊學邊干邊提高的過程。通過智慧化建設，員工的學習能力、創新能力、執行力和凝聚力都能得到不斷提高，員工智慧源泉被激活，聰明才智得到充分發揮，職工素質得到全面提升。

5.結語

礦產資源對整個人類社會的發展起著舉足輕重的作用。為了能夠滿足社會的需求，各種中、大型露天礦山如雨后春筍般發展，但傳統的工藝、技術導致資源分配不合理，資源浪費層出不窮。在此背景下，促使露天礦山不得不向智慧化方向轉型發展，通過人工智能的幫助，加強露天礦山精細化管理，能夠從根本上提高露天礦山經濟效益，因此，露天礦山智慧化具有非常重要的現實意義。