基于5G的智能礦山系統構建與應用

關鍵詞：智能礦山；5G；綜合管控平臺

中圖分類號：TN929.5；TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0029-06

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.007

Construction and Application of Intelligent Mine System Based on 5G

LUFuqiang，WANGRonglin，ZHU Wenlong，DAI Wenliang （Magang MiningResources Group Gushan Mining Co.，Ltd.，Ma'anshan 2431OO，China）

Abstract：Intellgenceistheguaranteeforthehigh-qualitydevelopmentofthemining industry.Intheprocessofintellgent mining in domestic mines，there are problems suchas dificulty in perception，unreliable synchronous transmission of multipletypesofdata，poorreal-timeremotecontrol，andlowefciencyofintelligentdecision-making through the integrationofbigdata.5G，which hasthecharacteristicsofhigh speed，largecapacity，andlowlatency，providesan opportunity to solve theseproblems.Thispaper combines theconstructionand applicationoftheintellgentmining system in ZhongjiuIronMine，proposes theconstructionofaminingbasicinformationwebsitebasedon5G，exploresthenewmodel of“5G+intelligent mining，andpromotes thesafe，effcient，greenand intellgentdevelopmentandconstructionofmines. Keywords：intelligent mine; 5G; comprehensive management and control platform

隨著數字化技術的飛速發展，智能化已經成為傳統礦山行業發展的新趨勢[]。為全面提升我國礦山行業的智能化生產水平，加快礦山智能化進程，我國在2015年頒布了《中國制造2025》白皮書，在礦山智能化關鍵技術專題中，提出了礦山采選智能感知控制環節。隨后，我國相繼出臺《“十三五”資源領域科技創新專項規劃》《有色金屬工業發展規劃》《節能環保產業發展規劃》等相關政策文件，對國內傳統礦山生產制造的轉型升級提出了發展思路與技術支持[2]。與國外相比，國內礦山智能化水平有待提高。礦山行業面臨資源深度開采、作業環境惡劣、人力成本攀升等挑戰，且存在較多安全風險[3-5]。智能化礦山的建設可以提高勞動生產率，降低企業成本，減少礦山安全風險，實現礦山安全高效、綠色生產，是當前礦山企業提高核心競爭力的有效途徑[。

鑒于礦山智能化建設過程中可能出現信息數據傳輸不暢[、缺少智能裝備等問題[8，如何做到開采業務和綜合管控協同辦理，各個智能控制系統數據互聯互通，資源共享，解決信息孤島問題，形成統全面、綜合的智能礦山系統，實現局部到整體不同層級智能，局部無人化到整體少人化，是建設智能礦山亟待解決的難題[9-14]

本研究以鐘九鐵礦為例，在構建智能礦山系統時，基于5G，遵循建設“安全高效、綠色智能”礦山的理念，結合鐘九鐵礦實際生產情況，提出一套“123”智能礦山建設新模型，即以三維礦業軟件深度應用、裝備智能化、無人化作業、生產協同管控與實時調度為核心，借助“工業以太環網 + 5 G ”通信網絡，構建一個實現礦山基礎信息化的網站，融合三維可視化綜合管控、生產安全綜合管控兩大平臺，包含固定設施自動化系統、采礦裝備智能化系統、智慧選廠系統三大系統，有助于實現礦山開采環境數字化、采掘設備智能化、生產過程自動化、信息傳輸網絡化及經營管理信息化，為建設新型智能礦山提供參考。

1工程背景

鐘九鐵礦位于安徽省馬鞍山市當涂縣，礦山共圈定54個鐵礦體，其中，1號礦體為主礦體，占全礦區資源儲量的 9 8 . 5 2 % ，賦存于周沖村組灰巖與姑山組變火山碎屑沉積巖接觸部位，產出部位穩定，連續性好，規模大。該鐵礦由馬鋼（集團）控股有限公司姑山礦業公司負責開發建設，資源儲量為6500萬t，礦山建設規模為200萬 Δ t / a ，建成后年產80萬t鐵精礦。

結合該礦實際安全生產情況，總結智慧礦山系統建設經驗，為充分挖掘和利用礦山從勘探、建設和生產過程中的數據，提升礦山的自動化生產和決策水平，實現資源利用率和效率最大化目標，構建了基于5G的智能礦山系統，即通過建設信息基礎設施、綜合管控平臺、固定設施自動化與采礦裝備智能化系統、智能選廠系統的智能架構，實現礦山各作業環節的自動化執行與閉環實時反饋及智能調度。

2建立礦山基礎信息化網站與管控平臺

2.1建立礦山基礎信息化網站

傳輸網絡是礦山信息化、自動化、智能化的信息傳輸高速公路，是建設智能礦山的重要基礎設施[15]。5G具有高速率、大容量和低時延等特點，為智能礦山的超視距可視、全面感知、無人駕駛和遠程控制提供了技術支持[。礦山基礎信息化網站的建設需基于工業以太環網、5G，利用移動通信網絡或自建網絡，融合智能識別、機器學習、人工智能等先進技術，建立礦井精確定位網，搭建智能礦山神經網絡，實現礦山所有人員、設備全部聯網，將礦山建成一體化的信息化網站[7]。鐘九鐵礦的智能礦山數據中心架構如圖1所示。

數據中心核心設備由多臺服務器組成，各服務器通過虛擬軟件實現各執行系統獨立運行，虛擬機將不同類型的客戶操作系統和運行器上的數據層、服務層應用程序封裝打包，形成一個集企業級ETL（Extract-Transform-Load）、存儲與計算中心、服務層、應用層于一體的企業協同設計的完整系統，實現統一平臺管控。

為避免生產數據出現孤島現象，礦山基礎信息化網站將數據中心作為核心數據庫，如圖2所示。通過系統基礎生產數據同步推送方案，實現各系統數據在數據中心實時人庫，針對生產需求，對數據中心存儲的數據進行處理并預留對接接口，提高數據利用率，實現信息傳遞高速化、標準化，保證數據安全可靠、易擴充升級，且多系統數據共享。

2.2三維可視化綜合管控平臺

三維可視化管控平臺根據整體生產工藝流程特點，結合礦山實際管理需求形成整體生產經營的數字化管控體系，通過對三維礦業軟件、物聯網平臺等信息化系統進行有機集成，實現在平臺上協調一致作業[18]。生產管控基礎平臺架構如圖3所示。

三維可視化管控平臺用于構建以物質流和能源流為主線的數據流，涵蓋原料、輔料、礦石、產成品與水、電等。該平臺具有數據采集、數據流轉、數據展示及數據分析功能，可對地質測量、資源儲量、采礦設計、生產計劃、采礦作業、設備管理、質量管理、安環管理、能源管理等環節的數據流，進行全流程閉環管理，也可實時按需動態調用各類數據，促進礦山企業協同、高效辦公。管控平臺基礎功能架構如圖4所示。

2.3生產安全綜合管控平臺

礦山生產安全綜合管控平臺包括安全避險六大系統（監測監控系統、通信聯絡系統、人員定位系統、供水施救系統、壓風自救系統、緊急避險系統）、雙重預防體系系統、微震監測預警系統、基于 5 G+ 增強現實（AugmentedReality，AR）的遠程運維系統、基于虛擬現實（VirtualReality，VR）的安全培訓等系統。構建生產安全綜合管控平臺時，在獲取生產數據信息的基礎上，綜合運用5G、計算機技術，結合現代管理理念，集風險識別、監控預警及閉環管理于一體，以提高礦山企業安全預警能力、降低安全風險[19]。

礦山生產安全綜合管控平臺有效整合了井下通信聯絡系統、供水施救系統、壓風自救系統及緊急避險系統等信息化平臺，如圖5所示。通過構建安全隱患辨識與事故演化分析模型，將大數據分析算法內嵌至平臺；利用大數據挖掘技術分析礦山安全數據，實現對安全隱患時間、地點、安全等級評價及隱患信息的可視化展示，實現大數據分析服務功能的實體化與系統化。現場操作人員借助遠程運維功能，可實時與技術專家進行互動交流，專家可提供遠程指導，幫助運維人員及時了解設備狀態，并在發生故障時及時給出處理方案，確保安全生產。

3三大系統建設

3.1固定設施自動化系統

固定設施自動化系統的構建包括變配電、供風、通風、排水、供水、破運、充填及提升等方面。變配電自動化系統可對電氣保護裝置及電表等設備進行實時數據采集、數據分析、數據顯示、設備告警、設備控制、數據保存，實現礦山電力的自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動。供風自動化系統可遠程監控空壓機的工作參數和運行狀態，通過變頻器在一定范圍內實現自動調節排氣量和氣壓，實現“按需供風、精細計量”，有利于節能降耗、節約成本。通風自動化系統可根據傳感器檢測參數分析井下風量需求，實時調節風機功率，降低生產成本，并在井下參數異常時及時聲光報警，確保井下生產人員安全。排、供水自動化系統可實時在線監測與顯示水位，根據涌水量和用電“避峰就谷”原則，自動控制投入運行的水泵臺數，保證生產作業安全。提升無人值守系統通過在各主井建立提升機集控平臺，將提升數據上傳到集控平臺，利于實現箕斗并裝礦、放礦、自動計量的智能化控制，強化提升系統與溜破系統、計量系統的協同性，充分發揮礦井的提升能力。破運無人值守系統的構建包括自動化控制系統、語音調度指揮系統、視頻監控系統，能夠實現對破碎機、料倉及輸送皮帶等附屬設備的集中控制與監測，提升礦山的自動化、智能化水平。充填無人值守系統通過應用系統控制技術，實現物料精準充填、臨界流態濃度智能控制、充填作業智能調度、設備智能巡檢與自控優化，提高生產自動化程度，降低充填成本。

3.2采礦裝備智能化系統

采礦裝備智能化系統的構建包括鑿巖設備遠程遙控系統、支護設備遠程遙控系統、無軌鏟裝設備無人駕駛系統及電機車無人駕駛系統。鑿巖設備遠程遙控系統可根據礦巖狀況自動調節鑿巖工作參數，選擇最優鑿巖參數匹配方法，通過智能控制鑿巖作業的動作參數，達到鑿巖作業效率最優化。支護設備遠程遙控系統利用遠程控制技術、輔助定位技術與優化算法模型，實現噴漿臺車、錨桿臺車等設備的智能支護作業，縮短支護作業接續時間，實現支護作業面無人化與智能化。無軌鏟裝設備無人駕駛系統采用遠程視頻遙控技術和5G對鏟運機駕駛系統、作業系統及電控系統改造升級，實現鏟運機各項數據遠程顯示、智能分析、故障自診斷和安全連鎖報警停車，提升鏟運機作業效率，減少現場作業人員。電機車無人駕駛系統通過改造電機車本體，將計算機自動控制和遠程遙控技術相結合，實現電機車的無人駕駛，能夠提升采裝與運輸效率，優化生產運輸調度，降低生產成本，保障作業人員安全[20]。

3.3智慧選廠系統

智慧選廠系統的構建主要包括專家系統和數字孿生平臺。專家系統通過綜合利用大數據、物聯網、邊緣計算技術，對生產設備及物料進行虛擬建模，采集關鍵設備的運行參數及工藝指標，進行數據分析，為虛擬工廠提供設備模型支撐，實現選廠設備工況數據智能識別。搭建選礦數據中心，保證選廠生產、能源消耗、安全環保、基礎自動化、移動巡檢、化驗等數據采集與傳輸的全面性和準確性。數字孿生平臺可利用選礦歷史數據，建立物料虛擬模型，實現數字孿生選廠實時仿真，并對運行工況進行分析，對生產工藝的合理與穩定性進行評估，根據評估結果給出操作建議或控制信號，通過改變操作制度，使生產工藝達到最優。

4結論

針對國內大多數礦山的生產現狀和智能化需求，本文以鐘九鐵礦為例，建立“ 5 G+ 智能礦山”新模式，從三維礦業軟件深度應用、裝備智能化及無人化作業、生產協同管控與實時調度方面入手，研究固定設備無人值守、物流管理智能化、回采工序自動化、生產管理全面信息化，有利于礦山的智能化運營。

基于工業以太環網 + 5 G 構建的三維可視化綜合管控平臺與生產安全綜合管控平臺，以數據中心、多元融合網絡系統、綜合調度管控中心建設、全方位排查治理隱患、全過程信息化監控管理為核心，實現生產管理、數據集成、設備管理、能源管理、報表管理、質量管理、移動應用、虛擬仿真方面的智能化。

固定設施自動化系統和采礦裝備智能化系統可自動完成設備信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測，通過礦山智能化生產執行平臺實現對固定設施與采礦裝備的遠程自動控制、實時監測、智能調度、在線分析決策和協同互動，提高生產效率，減少安全事故。智慧選廠系統通過應用專家系統和數字孿生平臺，可向礦山企業提供全方位、立體化的智慧選廠數據。

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