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為打造智能化礦業大國貢獻一份力

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為打造智能化礦業大國貢獻一份力

發布日期:2015-07-07 16:26 來源:http://www.1328540.live 點擊:

   “當前,國內外礦業已進入了一個智能化業務高速發展的最佳時期?!北本┑V冶研究總院礦山工程研究設計所副所長張達日前在接受記者采訪時如是說。據了解,礦山工程研究設計所在礦山安全、高效、清潔開采技術的研究與開發方面代表國家水平,而礦山智能化開采技術、裝備與工程應用,已成為該所的主要研究方向。

  記者:智能開采技術是在怎樣的背景下發展起來的?其發展有何意義?

  張達:隨著全球對礦產資源需求量的增加,來自國際市場的高產、高效、高質量、低成本礦產品的進入,以及國內部分非常規掠奪式礦產品開采,使礦業企業間資源、管理與市場的競爭日益激烈,迫使礦山企業在資源利用、環境保護、開采工藝、技術裝備、安全管理等方面必須進行變革,以應對當前的嚴峻挑戰。

  我國金屬礦山以地下開采為主,許多礦山逐步由淺層開采轉向深部開采。由于地下金屬礦山的資源稟賦條件、開采工藝、生產流程、生產裝備的差異,以及資源的不確定性和動態性、工作場所的離散型、生產力要素的移動性、生產環境的高危險性等特點,形成了諸多難題,致使礦山企業生產效率低下,事故頻發。在這種情況下,為了提高我國礦山的技術實力,開展以安全、高效、經濟為目標的地下金屬礦山智能開采技術研究就顯得尤為重要。

  智能開采是指以智能化、自動化采礦裝備為核心,以高速、大容量、雙向綜合數字通信網絡為載體,以智能設計與生產管理軟件系統為平臺,通過對礦山生產對象和過程進行實時、動態、智能化監測與控制,實現礦山開采的安全、高效和經濟效益最大化。

  礦山的智能開采技術是由一系列互相依存、彼此銜接的功能模塊,通過實時的數據流融合在一起,最終形成的有機整體。其核心功能包括礦山生產規劃、礦山生產系統運行、礦山運行狀態監控和地下開采裝備智能化。

  智能開采的意義主要在于采用現代高新技術提升傳統產業,推動我國礦產資源開發向高效、安全、綠色與可持續發展,增強我國礦業行業的核心競爭能力。礦山智能開采技術對于推動有色金屬和鋼鐵冶金行業的振興也具有重要意義。

  記者:國外智能開采技術經歷了哪些發展階段?

  張達:現代信息技術的應用與發展使得礦山的自動化或智能化開采成為可能。從上世紀90年代開始,芬蘭、加拿大、瑞典等國家為取得在采礦工業中的競爭優勢,先后制定了“智能化礦山”和“無人化礦山”的發展規劃。

  芬蘭提出了智能礦山技術研究計劃(IM),由芬蘭技術開發中心(TEKES)牽頭,奧托昆普采礦服務公司、坦羅克鑿巖機公司和裝運機公司、諾爾梅特奧利翁公司、洛克莫公司以及赫爾辛基工業大學巖石研究所共同完成,從1992年至1997年歷時5年。該計劃共分28個研究項目,預算1200萬美元,通過對資源和生產的實時管理、設備自動化和生產維護自動化三個領域的研究,初步建立智能礦山技術體系,提高露天礦和地下礦的生產效率和經濟效益。

  在此基礎上,芬蘭進一步提出了智能礦山實施研發技術計劃(IMI),從1997年開始,歷時3年,通過實施先進技術技術,開發出機械裝備與系統,并在奧托昆普公司凱米地下礦進行了開發試驗,提高了礦山的勞動生產率,降低了生產成本,改善了工作條件。

  此外,加拿大完成論證并開始實施的采礦自動化項目(MAP)五年計劃,預算接近2000萬美元,由加拿大國際鎳有限公司、鷹橋鎳礦有限公司、加拿大自動化與機器人技術中心等承擔,基于國際鎳公司研發的地下高頻寬帶通信系統,研發遙控操作、自主操作和自調整系統等核心技術,礦體圈定機器人裝置通過通信系統與智能地質模型連接,開拓過程則是根據礦體圈定結果建立模型。自動化工程開拓模型向進行工作的遙控設備直接提供信息,遙控設備的信息也同時提供給礦山模型,并作用于生產過程。實現上述功能的裝置是采礦機器人控制器,它既是一個連接監控傳感器與局部遙控執行器的計算裝置,又是一個射頻調制解調器。另一方面,建立了礦山基本輔助系統,如通風、泵送、地層控制、配電、礦山排水、壓縮空氣以及工藝用水等。在這些輔助系統中,布設在現場的傳感器將信息通過與通信系統相連接的控制裝置發送到中心控制計算機,該計算機按照模型處理數據,并給各個水平的遠距遙控執行機構發送信號進行調節。通過上述內容的研究開發,使加拿大在采礦自動化技術方面處于國際領先地位,保持了采礦工業的競爭優勢,并形成了新的支柱技術產業。加拿大還制定出一項擬在2050年實現的遠景規劃,即在加拿大北部邊遠地區建設一個無人化礦山,通過衛星操控礦山的所有設備,實現機械破碎和自動采礦。

  加拿大國際鎳公司研制出一種地下通信系統,此系統建立在有線電視和無線電發射技術相結合的技術基礎上,并在斯托比(Stobie)礦試用。這種功能很強的寬帶網絡與礦山各中段的無線電單元相結合,可傳輸多頻道的視頻信號,操作每臺設備。該礦除了固定設備已實現自動化外,鏟運機、鑿巖臺車、井下汽車均已實現了無人駕駛,工人在地面遙控這些設備,整個井下基本上不需要設置工作人員。

  同時,其他國家也在同步開展礦山自動化和智能化的戰略,瑞典為此也制訂了戰略計劃,著力提高礦山自動化水平。澳大利亞Micromine公司針對采礦應用,開發出基于Web的在線遠程采礦控制系統PITRAM,實現縮減采礦成本10%。美國賓夕法尼亞Rajant公司開發出惡劣環境下的高彈性、寬帶移動目標無線網狀網絡,實現了移動目標的可靠、快速接入。

  近10年來,國際著名的幾家采礦設備公司均在大力發展智能采礦裝備及相關技術,如瑞典的山特維克公司、阿特拉斯科普柯公司等,不僅開發的大量采礦設備具有很好的自動化或智能化功能,而且開發了多種智能礦山的技術與裝備系統,如AotoMine系統、OptiMine系統和MineLan系統,利用這些技術,這些公司正逐步由原來單一的設備供應商向技術解決方案供應商轉變。

  記者:請您談談我國智能開采技術發展現狀及存在的問題?

  張達:西方發達國家從上世紀90年代就開始研究智能開采技術,與之相比,我國的相關技術研究落后了很長時間。但同時也應該看到,由于以網絡信息技術為代表的高新技術迅速發展,我國目前打下了很好的信息化技術基礎,在這方面與國外的差距并不大,至少遠高于國外當年的技術水平,因此我國完全是在一個新的起點開展智能開采技術研究,也完全有可能在短時間內達到或趕超國際先進水平。

  近些年來,隨著我國社會經濟的發展和礦業的復蘇,與智能開采相關的許多高新技術應用得到了長足進步。例如,我院開發了BLSS-PE礦用三維激光掃描儀、礦山高帶寬無線通信系統及礦山智能化調度與控制系統,可為智能采礦提供技術支撐。我國的礦山六大系統等信息化建設,多數已建成了井下光纖主干通信網絡,視頻監測、環境監測、自動化控制已在部分大中型礦山應用,以進口設備為主的遙控鏟運機得到大量應用,一些先進的人員與設備定位系統和井下地壓災害監控系統得到應用,先進的礦業軟件如國外的DataMine、Surpac和國內的Dimine、3Dmine等也得到了推廣應用。國家立項開展了多項與智能化采礦相關的重點或專項科技攻關項目,如“數字化采礦關鍵技術與軟件開發”、“地下無人采礦設備高精度定位技術和智能化無人操縱鏟運機的模型技術研究”、“井下(無人工作面)采礦遙控關鍵技術與裝備的開發”、“千米深井地壓與高溫災害監控技術與裝備”等項目,都奠定了良好基礎。

  目前,我國智能化發展存在的主要問題是:國內采礦裝備的技術水平相對落后,尤其是其自動化及信息化水平尚不能滿足智能開采要求;缺少具有自主知識產權的井下綜合通信、定位導航等實現智能開采的支撐技術與軟件平臺;相關技術研究力量分散,未能形成強大的研發團隊。

  智能開采技術研究是一項龐大的系統工程,從國外的經驗來看,均是由國家出資設立專項,組織多家研究機構和相關企業聯合攻關,然后再由企業深入完善。

  記者:智能開采技術的發展趨勢是什么?

  張達:國外在地下智能開采方面的整體趨勢是井下寬帶通信網絡化、井下數據采集實時化、井下生產裝備自動化、井下生產管理信息化,實現礦山大規模智能化、自動化綜合優化調度與生產管理,從而實現經濟、安全、高效的目標。

  智能開采技術的總體發展趨勢主要表現為以下10個特點:一是礦山地表、礦床及工程環境模型的三維可視化系統;二是有效的生產經營管理信息系統,包括礦山規劃、開采方案、生產計劃、統計調度、生產監控、地測管理、經營管理等,并形成企業局域網絡;三是視頻和數據同網傳輸的網絡體系,以光纖或無線電通信為主體的多媒體通信網絡,實現礦山數據分布式共享;四是實現礦山生產過程數據自動采集與處理,采用傳感器網絡技術,實現生產過程、礦山安全、設備運轉的監控與數據自動采集和可視化處理;五是實現礦山生產系統集中控制,通過智能控制系統,對提升、運輸、通風、排水等進行集中遙控;六是采用計算機軟件系統,實現礦山資源、設計優化、生產計劃與開采環境的數字化、模型化與可視化;七是基于數字礦山平臺的采礦爆破一體化設計系統和過程監控系統;八是運用多媒體、模擬、仿真、虛擬技術,再現礦山整體與生產活動過程,包括調度、過程監控、災害預警等;九是通過整個生產過程實時動態響應的信息集成,實現主體采礦設備的集中控制,或無人駕駛的程式化控制;十是采用智能化采礦設備自動定位與導航系統,使礦山從單一工序到整個系統,實現生產過程的遠程操作。

  記者:在礦山智能開采方面,北京礦冶研究總院主要開展了哪些研究?

  張達:我院是國內首批開展地下金屬礦山智能開采技術研究的單位?!笆濉逼陂g,我院牽頭開展了國家“863”主題項目“地下金屬礦智能開采技術”研究,針對地下金屬礦山的特殊性,以信息采集、井下高頻寬帶實時通信網絡、井下定位技術、調度與控制系統等為技術手段,以井下鏟運鑿巖爆破裝備為控制對象,通過多層次、在線實時調度與控制,優化礦山生產過程,形成具備行業性和通用性的地下金屬礦山智能開采平臺,為地下金屬礦的高效、安全、綠色與可持續開采奠定基礎。該項目的任務設置既考慮以解決地下金屬礦智能開采的關鍵技術問題為目標,同時也考慮在有限的資金和時間內實現項目的可行性。

  經專家多次研討和論證,該項目最終擬定以智能化井下裝備、泛在信息的采集及高頻寬帶通信、礦山高仿真三維展示信息平臺及基于該平臺的智能化導航、調度和控制等具備典型性、緊迫性的應用為研究對象,具體確定了智能中深孔全液壓鑿巖臺車、地下高氣壓智能潛孔鉆機、地下智能鏟運機、地下智能礦用汽車、地下金屬礦山智能精細化采礦爆破技術與裝備研究、智能開采的泛在信息采集與通信系統、智能開采的支撐軟件及智能化調度與控制系統、井下設備的精確定位與智能導航共計8項研究開發任務。

  目前,項目研究成果正在國內礦山進行現場工業試驗,相關成果已開始在國內礦山推廣應用。應該看到,在不遠的將來,我國礦業將借“兩化深度融合”之勢,逐步從機械化、信息化、數字化、自動化走向智慧化快速發展,打造屬于中國的智能化礦業大國。

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